整理半自动钻床说明书机械原理课程设计.docx
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整理半自动钻床说明书机械原理课程设计
1.设计任务
1.1设计题目：
半自动钻床
设计加工某孔的半自动钻床。
进刀机构负责动力头的升降，送料机构将被加工工件推入加工位置，并由定位机构使被加工工件可靠固定。
1.2初始条件
方案号
进料机构
工作行程
/mm
定位机构
工作行程
/mm
动力头
工作行程
/mm
电动机转速
/（r/min）
工作节拍
（生产率）
/（件/min）
A
40
20
15
960
2
1.3设计任务
1.半自动钻床一般至少包括凸轮机构、齿轮机构和连杆机构在内的三种机构。
2.设计传动系统并确定其传动比分配，画出传动系统图
3.画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图。
4.凸轮机构的设计计算。
按各凸轮机构的工作要求，自选从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。
对盘状凸轮要求用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。
画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。
5.设计计算其他机构。
6.编写设计计算说明书。
1.4设计提示
1.钻头由动力头驱动，设计者只需考虑动力头的进刀（升降）运动。
2.除动力头升降机构外，还需设计送料机构、定位机构。
各机构运动循环要求见表1。
表1机构运动循环要求
凸轮轴转角
10º
20º
30º
45º
60º
75º
90º
270º
300º
360º
送料
快进
休止
快退
休止
定位夹紧
休止
快进及夹紧
休止
快退
进刀
休止
快进
工进
快退
休止
3.可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。
2.工作原理及功能分解
半自动钻床的工作原理是利用钻头的旋转和进刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形状。
工艺动作过程由送料、定位夹紧、进刀三部分组成。
各个机构的运动由同一电动机驱动，运动由电动机经过减速装置后分为两路，一路随着传动系统传送动力到定位夹紧机构和进刀机构，分别带动凸轮做转动控制连杆对工件的定位和通过齿轮带动齿条和动力头做往复直线运动。
另一路直接传动到送料机构，控制的送料机构的进退。
即该系统由电动机驱动，通过变速传动将电动机的转速由960r/min降到主轴的2r/min，与传动轴相连的凸轮机构控制送料，定位夹紧和进刀等工艺动作。
其中动力头由凸轮机构通过齿轮传动带动齿条上下平稳地运动，则动力头可带动钻头平稳地上下移动从而保证了较高的加工质量。
进刀机构负责动力头的升降，送料机构将被加工工件推入加工位置，并由定位机构使加工工件可靠固定。
三个执行构件的运动形式为：
1.进刀机构动力头做垂直的往复直线运动，下移到最低点后立刻上移。
在下移之前有一段休止时间，此段时间则用于送料和定位夹紧。
其中动力头的行程为15mm。
2.送料机构做水平的往复运动，工作行程是40mm。
初始时，送料机构迅速地将被加工工件送到指定加工位置，稍作停顿后立即返回，且其在工件的加工过程中保持休止。
3.定位夹紧机构在水平面内做近似垂直直线运动，在工件的加工过程中对工件起固定的作用。
其中夹紧装置的垂直行程为20mm。
功能分解图：
→
→→→
→
3.主运动机构选型与分析比较
根据前述设计要求：
送料机构应做往复运动，并且必须保证工作行程中有快进、休止和快退过程；定位夹紧机构有休止、快进及夹紧、休止和快退过程；进刀机构有休止、快进、工进、快退和休止过程。
此外三个机构之间还要满足随着凸轮轴转角不同完成动作的过程不同且相互配合。
这些运动要求不一定完全能够达到，但必须保证三者之间相互满足凸轮不同角度时的完好配合，以及送料机构的往复运动和进刀机构的往复循环与各个机构的间歇运动。
4.1减速传动功能
方案A：
采用定轴轮系减速传动。
由于传动比=输入转速/输出转速=480传动比过大，故用二级减速传动。
其中带传动起过载保护作用。
方案A
4.2进刀机构功能
方案B：
采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构并结合滑块导杆传递齿轮齿条机构。
进刀时，凸轮在推程阶段运行，其通过机构传递带动齿轮齿条啮合，进而带动动力头完成钻孔。
导杆垂直移动的距离即为齿轮弧转动的角度，且齿轮齿条传动具有稳定性。
方案B
4.3送料机构功能
方案C：
采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构来完成送料机构的往复运动。
通过凸轮机构和导杆滑块实现送料时的快进、休止和快退的动作。
由于采用了杠杆，故其能够完成送料的较大传动距离。
其中弹簧起到复位作用。
方案C
4.4定位夹紧机构功能
方案D：
采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构。
通过凸轮机构实现定位夹紧时的休止、快进及夹紧和快退的动作。
由于采用了杠杆，夹紧装置可对工件施加较大的夹紧力保证完成定位夹紧的功能。
方案D
5.机械系统传动方案
方案的设计为：
半自动钻床的变速机构采用带传动和定轴轮系的二级减速器，相比采用行星轮系传动，该方法的选用更加经济，成本相对较低。
结构较为简单。
机构的送料机构采用直动滚子从动件盘行凸轮机构。
盘形凸轮机构把转动动力输入给导杆利用杠杆转化为杆件的往复运动。
同时设计凸轮尺寸来满足滑块的间歇运动和快进快退的变速运动。
机构的定位夹紧机构由凸轮机构结合连杆来夹紧工件，并按要求设计凸轮的外形尺寸以满足间歇运动。
机构的进刀机构由凸轮机构和圆弧齿轮与齿条啮合，并采用连杆带动。
先把回转运动动力转化为圆弧齿轮的往复摆动，将运动通过齿轮传递给齿条。
其中增加至两个齿轮的目的是为达到使传动更加平稳可靠的目的。
采用的半自动钻床的系统方案图如下图所示：
半自动钻床系统方案图
综合性规划
（1）土地利用的有关规划；
6.主运动机构尺度综合
建设项目所处环境的敏感性质和敏感程度是确定建设项目环境影响评价类别的重要依据，环境影响评价文件应当就该项目对环境的影响做重点分析。
环境总经济价值＝环境使用价值＋环境非使用价值6.1减速传动机构的设计计算
（6）环境影响评价结论的科学性。
1.规划环境影响评价的报审Z1=20，Z2=80，Z3=20，Z4=100；则齿轮传动比i14=（Z2Z4）/（Z1Z3）=20
2）间接使用价值。
间接使用价值（IUV）包括从环境所提供的用来支持目前的生产和消费活动的各种功能中间接获得的效益。
蜗轮蜗杆传动比i=72
表三：
周围环境概况和工艺流程与污染流程；其中，带传动的两皮带轮半径均为100mm
（4）化工、冶金、有色、建材、机械、轻工、纺织、烟草、商贸、军工、公路、水运、轨道交通、电力等行业的国家和省级重点建设项目；综上所述，减速传动机构的传动比i=1440≈1450
（2）规划编制机关在报送审批专项规划草案时，将环境影响报告书一并附送。
（二）安全预评价范围设计定轴轮系传动机构的相应参数如下表：
齿轮参数
模数（mm）
压力角（°）
齿数（个）
直径（mm）
齿轮1
2
20
20
40
齿轮2
2
20
80
160
齿轮3
2
20
20
40
齿轮4
2
20
100
200
6.2进刀机构的设计计算
进刀机构如图B所示，快进行程20mm，工进行程15mm
各杆尺寸如下：
CD=50mm，BC=20mm，CE=50mm，EF=125mm
圆弧齿条设计如下：
计圆形齿条,根据刀头的行程和凸轮的摆角,设计出圆形齿轮的半径r=l/β，由β=18°，l=20mm，得到r=63.69mm
两相同齿轮设计：
m=2，齿数z=25，压力角=20°
齿条设计：
m=2，z=40，压力角=20°
凸轮设计：
基圆半径rb=50mm，最大压力角αmax=29°，最小曲率半径ρmin=20mm。
其位移曲线、凸轮廓线和从动件的初始位置见A1图纸。
6.3送料机构的设计计算
送料机构如图C1所示，根据要求，进料机构工作行程为40mm，
各杆尺寸如下：
AB=100mm，BC=50mm，CD=50mm
送料机构凸轮设计：
基圆半径rb=50mm,最大压力角αmax=23°，最小曲率半径ρmin=32mm。
其位移曲线、凸轮廓线和从动件的初始位置见A1图纸。
6.4定位夹紧机构的设计计算
定位机构如图D1所示，定位机构行程为30mm
各杆尺寸如下：
AB=50mm，BC=100mm，CD=50mm，DG=20mm，BF=20mm
定位机构凸轮设计：
基圆半径rb=50mm，最大压力角αmax=28°，最小曲率半径ρmin=25mm。
其位移曲线、凸轮廓线和从动件的初始位置见A1图纸。
7.机械系统运动循环图
钻头的快进、工进和快退为进刀机构的一个运动循环。
在此运动循环过程中应该保证定位夹紧机构和送料机构在时间和凸轮转动角度上相互协调。
根据半自动钻床各执行机构的运动要求，绘制机构系统的运动循环图如下：
机械系统运动循环图
凸轮轴转角φ
10º
20º
30º
45º
60º
75º
90º
270º
300º
360º
送料
快进
休止
快退
休止
定位夹紧
休止
快进及夹紧
休止
快退
进刀
休止
快进
工进
快退
休止
8.设计总结
通过本次为期一周半的机械原理课程设计，在感受到了设计过程的艰辛的同时也收获了丰富的经验。
相比于在机械工程方面的感性直观认识的认识实习和金工实习，本次课程设计则主要集中于理性的分析和设计思考。
从开始的感觉无处下手，到在老师的悉心指导和组员们的帮助下，根据任务书和指导书上的要求，并结合的理论知识和查阅大量资料的顺利完成课程设计任务。
机械原理是研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。
人们一般把机构和机器合称为机械。
机构是由两个以上的构件通过活动联接以实现规定运动的组合体。
机器是由一个或一个以上的机构组成，用来做有用的功或完成机械能与其他形式的能量之间的转换。
其作为机械类或近机械类中重要的一门专业基础课，对于后续的专业学习有着重要的作用。
本次课程设计使我更加深入地了解了一些简单机构的元件的作用，更加深入地接触到了关于机械原理和设计等的要领和技能，这无疑为今后的深造奠定了良好的基础。
在设计内容繁多的情况中，我深深地体会到了合作的重要性。
在设计过程中我和组员们遇到过很多新鲜而棘手的问题，而没有办法独立解决。
这时作为一个团队，其发挥了重要的作用。
组员们一起讨论、规划和设计，思维的火花彼此碰撞，不仅增强了团队意识，更加深了对机械机构原理的不同角度的清晰认识。
大量的图形的绘制对每个组员提出了较高的绘图技能要求。
能够熟练地运用CAD等绘图软件无疑在设计效率上更胜一筹，同时操作CAD也成为了一种在机械专业的基本技能。
其次，本次课程设计无形中要求将理论知识融入实践设计中，并涉及到用自己所掌握的理论知识逐个解决在机械设计中遇到的各种问题。
在以后的学习工作中，应具备严谨的态度和着眼实践的思想。
同时应逐渐培养坚韧的精神，以在繁琐的机构设计过程中保持良好的心态。
通过不断地实践实习巩固已有的理论基础知识，以便在此基础上进行创造性的机械设计，得到更为高效、便捷、经济的机械系统。
9.参考资料
[1]孙桓，陈作模.机械原理[M].北京：
高等教育出版社，2001.
[2]孟宪源.现代机构手册[M].北京：
机械工业出版社，1994.
[3]彭文生，李志明，黄华梁.机械设计[M].北京：
高等教育出版社，2008.
[4]唐增宝，常建娥.机械设计课程设计[M].武汉：
华中科技大学出版社，2006.
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