鉆床-搖臂鉆床的鉆頭自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計

鉆床-搖臂鉆床的鉆頭自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計,鉆床,搖臂,鉆頭,自動,進(jìn)給,機(jī)構(gòu),設(shè)計 重慶理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目 搖臂鉆床的鉆頭自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計 （任務(wù)起止日期2010年 月 日～2011年 月 日） 專業(yè) 班 學(xué)生姓名 黃勇福 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 袁建國 系（教研室）主任 院 長 課題內(nèi)容： 1、分析搖臂鉆床的工作原理和操作流程，論證進(jìn)行自動進(jìn)給的意義；提出一種合適的自動進(jìn)給方案。 2、進(jìn)行自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計。 課題任務(wù)要求： 1、針對課題內(nèi)容撰寫一篇文獻(xiàn)綜述； 2、完成一篇與設(shè)計相關(guān)的英文文獻(xiàn)翻譯； 3、自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計：進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作原理圖、控制電路圖、裝配圖及零件圖。 4、在完成上述工作基礎(chǔ)上，撰寫設(shè)計說明書； 5、畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。 主要參考文獻(xiàn)（由指導(dǎo)教師選定）： 1. 數(shù)控技術(shù) 2. [維普]中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫（參考關(guān)鍵詞：搖臂鉆床） 3. [cnki]中文學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫 同組設(shè)計者 注：1、此任務(wù)書應(yīng)由指導(dǎo)教師填寫。 2、此任務(wù)書最遲必須在畢業(yè)設(shè)計開始前一周下達(dá)給學(xué)生。 學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進(jìn)度計劃表 序 號 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作任務(wù) 工作進(jìn)度日程安排 周 次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 資料收集，完成開題報告等 2 正式設(shè)計 3 撰寫畢業(yè)論文和準(zhǔn)備答辯 4 畢業(yè)答辯 5 6 7 8 9 注：1、此表由指導(dǎo)教師填寫； 2、此表每個學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)； 3、進(jìn)度安排請用“—”在相應(yīng)位置畫出。 畢業(yè)設(shè)計（論文）階段工作情況檢查表 時間 第一階段（1～3周） 第二階段（4～14周） 第三階段（15～17周） 內(nèi)容 組織紀(jì)律 完成任務(wù)情況 組織紀(jì)律 完成任務(wù)情況 組織紀(jì)律 完成任務(wù)情況 檢 查 情 況 教師簽字 簽字 日期 簽字 日期 簽字 日期 注：1、此表應(yīng)由教師認(rèn)真填寫； 2、“組織”紀(jì)律一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實填寫； 3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫； 4、對違紀(jì)和不能按時完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出警告或不能參加答辯的建議。 1、 機(jī)械部分和控制，同組的有搖臂鉆床的自動送料、無極調(diào)速、我做的鉆頭自動進(jìn)給、自動卸料。控制部分只有幾個步驟。 2、 重點參數(shù)是鉆頭的自動進(jìn)給距離是好多。要達(dá)到輸出間歇運動同時能夠做到循環(huán)往復(fù)運動。不能改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，同時要求達(dá)到鉆頭的上下循環(huán)往復(fù)運動。個人認(rèn)為最好實現(xiàn) 進(jìn)刀 休止 快進(jìn) 慢進(jìn) 休止 快退 這樣一個步驟。 題目2 半自動鉆床 2.1設(shè)計題目 設(shè)計加工圖1所示工件ф12mm孔的半自動鉆床。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降，送料機(jī)構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機(jī)構(gòu)使被加工工件可靠固定。 圖1 加工工件 半自動鉆床設(shè)計數(shù)據(jù)參看表3。 表3 半自動鉆床凸輪設(shè)計數(shù)據(jù) 方案號 進(jìn)料機(jī)構(gòu) 工作行程 mm 定位機(jī)構(gòu) 工作行程 mm 動力頭 工作行程 mm 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 r/mm 工作節(jié)拍（生產(chǎn)率） 件/min A 40 30 15 1450 1 B 35 25 20 1400 2 C 30 20 10 960 1 2.2設(shè)計任務(wù) 1.半自動鉆床至少包括凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)。 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 3. 圖紙上畫出半自動鉆床的機(jī)構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。 4.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求，自選從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。 5.設(shè)計計算其他機(jī)構(gòu)。 6.編寫設(shè)計計算說明書。 7.學(xué)生可進(jìn)一步完成：凸輪的數(shù)控加工，半自動鉆床的計算機(jī)演示驗證等。 2.3設(shè)計提示 1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)計者只需考慮動力頭的進(jìn)刀（升降）運動。 2. 除動力頭升降機(jī)構(gòu)外，還需設(shè)計送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)運動循環(huán)要求見表4。 3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運動。 表4 機(jī)構(gòu)運動循環(huán)要求 凸輪軸 轉(zhuǎn)角 10o 20o 30o 45o 60o 75o 90o 105o～270o 300o 360o 送料 快進(jìn) 休止 快退 休止 定位 休止 快進(jìn) 休止 快退 休止 進(jìn)刀 休止 快進(jìn) 快進(jìn) 快退 休止 三．運動方案的選擇與比較 方案的分析與比較： (1) 減速機(jī)構(gòu)： 由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是1450r/min，而設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min，利用行星輪進(jìn)行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。 圖4-1 （1） 對比機(jī)構(gòu)： 對比機(jī)構(gòu)：定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 =700 傳動比很大，要用多級傳動。如圖4-2. 圖4-2 (3) 進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性。 圖4-3 （4） 對比機(jī)構(gòu)： 在擺桿上加一個平行四邊行四桿機(jī)構(gòu)，這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當(dāng)加了四桿機(jī)構(gòu)以后并沒有達(dá)到改善傳動的效果，只是多增加了四桿機(jī)構(gòu)，為了使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能完成需要的傳動，所以選擇了一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)。 § 方案一： § D1為了達(dá)到輸出間歇運動同時能夠做到循環(huán)往復(fù)運動，采用凸輪機(jī)構(gòu)和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動，在通過齒輪傳遞給齒條，增加一個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。 圖4-4 （5） 送料系統(tǒng)： 采用一個六桿機(jī)構(gòu)來代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于設(shè)計的鉆床在空間上傳動軸之間的距離有點大，故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運動。再加上用四桿機(jī)構(gòu)在本設(shè)計中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計的機(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。由于本設(shè)計送料時不要求在傳動過程中有間歇，所以不需要使用凸輪機(jī)構(gòu)。如圖4-5。 圖4-5 （6）對比機(jī)構(gòu)： 所選用的對比四桿機(jī)構(gòu)如下圖(圖4-6)，由于在空間上軸與軸之間的距離較大，但選用下來此四桿的尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機(jī)構(gòu)。 § 方案二： § B2采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)既有快慢變化的運動又有休止的間歇運動。 圖4-6 （7）定位系統(tǒng)： 定位系統(tǒng)采用的是一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要 有間歇，所以就要使用凸輪機(jī)構(gòu)，但如果是平底推桿從動件，則凸輪就會失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會很大，也不求實際，所以就采用一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它就可以滿足我們的實際要求了。 圖4-7 （8）對比機(jī)構(gòu)： 采用彈力急回間歇機(jī)構(gòu)來代替偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成單側(cè)停歇的往復(fù)運動。這樣也可以完成實際要求，但是為了使設(shè)計的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能節(jié)省材料，所以還是選偏置直動滾子從動件盤型凸輪來完成定位。 圖4-8 § 方案一： § C1利用四桿機(jī)構(gòu)中死點的積極作用，選取凸輪結(jié)合夾緊機(jī)構(gòu)共同作用達(dá)到定位機(jī)構(gòu)和間歇定位的要求。 四.機(jī)構(gòu)運動總體方案圖（機(jī)構(gòu)運動簡圖） 根據(jù)前面表3-3中實線連接的方案的運動簡圖確定本設(shè)計中半自動鉆床的總體方案圖如圖5-1 圖5-1 五．工作循環(huán)圖 圖5-1所示的機(jī)械系統(tǒng)方案的執(zhí)行件需要進(jìn)行運動協(xié)調(diào)設(shè)計 其運動循環(huán)如圖6-1 凸輪軸轉(zhuǎn)角 00～1000 1000～1500 1500～2700 2700～3000 3000～3600 送料 快進(jìn) 快退 定位 休止 快進(jìn) 休止 快退 進(jìn)刀 休止 快進(jìn) 慢進(jìn) 休止 快退 圖6-1 六．執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 1．送料機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)采用如下分析 送料連桿機(jī)構(gòu)：采用如下機(jī)構(gòu)來送料，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為40mm，可取ABCD4桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為12度，則由 得K=1.14，急回特性不是很明顯，但對送料機(jī)構(gòu)來說并無影響。 各桿尺寸：（如圖6-1） AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8 該尺寸可以滿足設(shè)計要求，即滑塊的左右運動為40，ABCD的極位夾角為12度。 圖6-1 2.凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計： (1).由進(jìn)刀規(guī)律，我們設(shè)計了凸輪擺桿機(jī)構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn)刀頭的上下運動； (2).用凸輪擺桿機(jī)構(gòu)和圓弧形齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)件，凸輪擺桿從動件的擺動就可以實現(xiàn)弧形齒條的來回擺動，從而實現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機(jī)構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸.刀具的運動規(guī)律就與凸輪擺桿的運動規(guī)律一致； (3).弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設(shè)計步驟如下： 1.根據(jù)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm，擺桿長度d=65mm，最大擺角β為18°, 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-60°,β=0°; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=60°-270°，刀具快進(jìn)，β=5°， 凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°； 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°，β=0° 2.設(shè)計圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計出圓形齒輪的半徑r=l/β,由β=18°, l=10mm， 3.得到r=63.69mm，如圖7-2 圖7-2 3.凸輪推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計： 凸輪機(jī)構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機(jī)構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸，實現(xiàn)定位功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡單緊湊。具體設(shè)計如下: 設(shè)計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0°-100°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=100°-285°,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn),推桿行程h=20mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=285°-300°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°,定位機(jī)構(gòu)快退,推桿行程h=-20mm; 設(shè)計偏心距e=20的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為20故如此設(shè)計。 4．行星輪系的計算: （1）用定軸輪系傳動 傳動比 =n輸入/n輸出 =700 傳動比很大，要用多級傳動。 （2）用行星輪系傳動 Z1=35 Z2=20 Z2’=20 Z3=35 傳動比iH3=700 根據(jù)行星輪傳動公式：i（H3）=1-i(31)H=1-Z2’Z1/Z3Z2 由i(1H)=1-Z2'Z1/Z3Z2，考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動機(jī)構(gòu)與齒輪系傳動機(jī)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下表： 皮帶輪參數(shù) 名稱 皮帶輪1 皮帶輪2 半徑（mm） 100 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)（mm） 壓力角（°） 齒數(shù)（個） 直徑（mm） 齒輪1 2. 20 35 70 齒輪2 2 20 20 40 齒輪2’ 2 20 20 40 齒輪3 2 20 35 70 七. 凸輪設(shè)計分段圖輪廓圖和設(shè)計結(jié)果 一.定位凸輪 圖8-1為定位凸輪分段圖和設(shè)計結(jié)果圖 圖8-1 圖8-2和8-3為定位凸輪的輪廓圖（8-2內(nèi)包絡(luò)線圖，8-3外包絡(luò)線圖） 圖8-2 圖8-3 二.進(jìn)刀凸輪 進(jìn)刀凸輪類型設(shè)計結(jié)果如圖8-4，凸輪運動分段如圖8-5. 圖8-4， 圖8-5 進(jìn)刀凸輪的輪廓線設(shè)計如圖8-6（內(nèi)包絡(luò)線）和圖8-7（外包絡(luò)線） 圖8-6 圖8-7 I 變速機(jī)構(gòu) § 方案一： § A1由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是1450r/min，而選用設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為1r/min?？梢钥紤]利用行星輪進(jìn)行大比例的降速，然后采用蝸輪變向。 機(jī)構(gòu)簡圖 Ⅱ送料機(jī)構(gòu)的選型： § 方案一： § B1直接采用凸輪滑塊機(jī)構(gòu)，并且在輪同軸的齒輪組合中加入不完全齒輪以滿足間歇休止運動要求。 § 方案二： § B2采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)既有快慢變化的運動又有休止的間歇運動。 § 方案三： § B3采用一個六桿機(jī)構(gòu)來代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于設(shè)計的鉆床在空間上傳動軸之間的距離有點大，故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運動。再加上用四桿機(jī)構(gòu)在本設(shè)計中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計的機(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn) 。 § Ⅲ 定位機(jī)構(gòu)選型 § 方案一： § C1利用四桿機(jī)構(gòu)中死點的積極作用，選取凸輪結(jié)合夾緊機(jī)構(gòu)共同作用達(dá)到定位機(jī)構(gòu)和間歇定位的要求。 § 方案二： § C2定位系統(tǒng)采用的是一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要 有間歇，所以就要使用凸輪機(jī)構(gòu)，但如果是平底推桿從動件，則凸輪就會失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會很大，也不求實際，所以就采用一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它就可以滿足實際要求了。 Ⅳ 進(jìn)刀機(jī)構(gòu) § 方案一： § D1為了達(dá)到輸出間歇運動同時能夠做到循環(huán)往復(fù)運動，采用凸輪機(jī)構(gòu)和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動，在通過齒輪傳遞給齒條，增加一個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。 § 方案二 § D2采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性。