半自动钻床.docx
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半自动钻床
课程设计说明书
题目：
半自动钻床设计方案
专业：
班级：
学生：
学号：
指导教师：
职称：
设计日期：
2008年6月15日
至2008年6月23日
目录
1.设计题目…………………………………………………………………………1
1.1设计任务……………………………………………………………………1
1.2设计提示………………………………………………………………………1
2原动机的选择……………………………………………………………………2
3传动方案设计……………………………………………………………………2
3.1传动类型的选择……………………………………………………………2
3.1.1传动机构的选择与比较……………………………………………………2
3
4.运动分解与功能分析……………………………………………………………4
4.1功能分解………………………………………………………………………5
4.1.1进刀机构…………………………………………………………………5
4.1.2送料机构…………………………………………………………………5
4.1.3定位机构…………………………………………………………………5
4.2机构选用………………………………………………………………………5
6
6
6
4.3机构组合………………………………………………………………………6
5.运动循环图的编制及设计………………………………………………………7
5.1运动协调设计…………………………………………………………………7
5.11做出各执行机构的运动循环图……………………………………………8
6.机构设计计算…………………………………………………………………9
6.1凸轮设计计算………………………………………………………………9
9
7.总结……………………………………………………………………………10
8.参考资料……………………………………………………………………10
1．设计题目
设计加工下图所示工件ф12mm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。
半自动钻床设计数据的参数参看表1.1
表1.1半自动钻床凸轮设计数据
1.1设计任务
方案号
进料构
工作程
mm
定位构
工作行程
mm
动力头
工作行程
mm
电动机转速
r/mm
工作节拍（生产率）
件/min
30
30
20
10
960
（1）半自动钻至少包括圆柱凸轮机构、齿轮机构在内的三种机
（2）设计传动系统并确定其传动比分配。
（3）图纸上画出半自动钻床的机构运方案简图和运动循环图。
（4）设计计算其他机构。
（5）编写设计计算说明书
1.2设计提示
（1）钻头由动力驱动，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，还需要设计送料机构，定位机构。
各机构运动循环要求见表1.2.1.
（3）可采用凸轮分配协调各机构运动。
表
10
20
30
45
60
75
90
105~270
300
360
送料
快进
休止
快退
休止
定位
休止
快进
休止
快退
休止
进刀
休止
快进
慢进
快退
休止
2原动机的选择
机械系统通常由原动机、传动系统和工作机三个基本组成部分。
工作机的执行部分，原动机是机械系统的驱动部分，传动系统则是把原动机和工作机有机的联系起来，实现能量传递和运动形式转换。
在设计题目里己经明确的给出了电动机的转速为960r/min。
并参考选用条件，考虑现场能源供应条件；工作机载荷特性及其工作制度;工作机对起动、平稳性、过载能力、调速和控制等方面的要求：
原动机是否工作可靠、操作与维修简便，是否需要防尘、防爆、防腐等:
原动机的初始成本与运行维护费用等因素，且电动机应用最为广泛。
因此，原动机尺寸和重量都较大，但是功率也大，功率范围在O.3～lOOOCKW..输出刚度硬，可调性和性能好，具有反转特性;在正常环境下使用，电动机采用风冷，温升应低于允许值；:
噪声小、成本低、运行费用最低、维护要求较少。
3传动方案设计
传动系统的基本任务是保证工作实现预期的运动要求和传递动力。
它以原动机的输出量为输入量，其输出量为执行机构的输出量。
选择和设计传动系统时，需要研究这些量的变化及其相互关系以及各种传动预元件的特性。
机器的工作性能、可靠性、重量和成本，即其技术与经济性能，在很大程度上取决于传动装置的好坏。
3.1传动类型的选择
根据机械的使用要求、工艺性能、结构要求、空间位置和总传动比等条件选择传动系统类型，并拟定从原动机到工作机之间传动系统的方案和总体布置。
设计的该机械系统在运行过程中没有调速要求，故只需采用齿轮轮系结构进行降速到预期要求，即定传动比的传动系统（对于执行机构机构或执行构件在某以确定的速度下工作的机械，其传动系统只需固定传动比即可）。
3.1.1传动机构的选择与比较
该设计用机械传动且为定传动比传动。
定传动比常用的机构由螺旋机构、摩擦轮机构、圆柱齿轮机构、齿轮齿条机构、涡轮蜗杆机构、圆锥齿轮机构、行星齿轮机构等。
通过对它们的特点及应用进行比叫，我们可以选择最为适合该设计的传动比机构：
行星齿轮机构、圆锥齿轮机购、涡轮蜗杆机构。
行星齿轮机构传动比大，结构紧凑，工作可靠，制造和安装精度要求高，
具有普通齿轮齿传动所具有的特点。
常作为大速比的减速装置、增速装置、变速装置，还可以实现运动的合成。
圆锥齿轮机构用于传递两相交轴的运动。
直齿圆锥齿轮的圆周速度较低，用于减速、转换轴线方向以及反向的场合，如汽车、拖拉机、机床等。
3.2传动系统的总传动比及其分配
根据给定的电动机转速口=960r/min和工作节拍l件/min，即可确定传动装置的总传动比
i=960/1=960并将总传动比i按各级传动进行配
i=i1i2i3…in
式中:
i1、i2、i3…in马为各级传动的传动比。
传动比的合理分配直接影响到传动装置的外形尺寸、重量、润滑条件、拆装性能和整个机器的工作能力，是运动计算的重要组成部分。
按传动比分配的主要要求，当确定总传动比i后，为了使减速系统结构紧凑，满足动态性能，提高传动精度，需要对各级传动进行合理分配。
按齿轮传动系统比分配原则:
①最轻重量原则（先大后小）②最小输出轴转角误差原则（先小后大）③最小等效转动惯量原则（先小后大〉。
并结合实际情况的可行性和经济性分配出最合理的各级传动比。
3.2.1齿轮传动系统各级传动比的最佳分配i17=i12*iH3*i67=（z2/z1）*（iH3）*（z7/z6）=960
由于i5H为行星齿轮，根据附图2行星齿轮机构可得
iH5=1/i5H=1/1-（-1*-1）（z5*z4/z3*z4'）=-100
选取i12=-2.4，i67=4
i89=-1
i19==i17*i89=960
各齿轮的转速
nl=960r/min
nH=n2=400r/mn5=n6=4r/minn7=n8=lr/min
圆锥齿轮设计:
这里圆锥齿轮实现的是运动方向的转变和运动速度的传递，锥齿的输入轴直接与主轴相连，传动比在数值上己经达到传动要求，因此只需用一对相同的直齿标准锥齿轮传动比为1，以满足传动要求。
依据上述设计数据可以得到有齿轮5的转速为nl/i总=960/960=1（r/min）.
假设圆锥齿轮6的模数2
锥齿轮8z8=40
锥角:
450
锥齿轮9z9=40锥角:
450
分度圆直径:
d8=80d9=80齿根高:
has=2ha9=2
齿顶高;hf8=2.5hf9=2.5
齿根圆直径:
da8=84da9=84
齿顶圆直径:
df8=75df9=75
直齿轮设计:
其数据如表1.2所示
表1.2直齿轮参数表
名称
齿数
模数
分度圆
齿顶高
齿根高
齿顶圆
齿根圆
直齿轮1
20
2
40mm
2mm
2.5mm
44mm
35mm
直齿轮2
48
2
96mm
2mm
2.5mm
100mrn
9lmm
直齿轮3
99
1
99mm
lmm
1.25mm
101mm
96.5mm
直齿轮4
101
1
101mm
lmm
1.25mm
103mm
98.5mm
直齿轮4'
100
l
100mm
Imm
1.25mm
102mrn
97.5mm
直齿轮5
99
1
99mm
Imm
1.25mm
101mm
96.5mm
直齿轮6
20
2
40mm
2mm
2.5mm
44mrn
35mm
直齿轮7'
80
2
160mm
2mrn
2.5mm
l64mm
l55mm
4运动分解与功能分析
任何复杂的运动总是可以分解成一些最基本的运动。
常见的基本形式有:
直线移动、转动、摆动、连续运动、间歇、步进等。
由此我们可以将设计任务所的动作要求分解成若干基本运动并提出该机械总功能下的各项基本功能要求。
4.1功能分解
半自动钻床的工作原理是自动送来斗定位钻孔，以实现加工的目的。
首先通过对设计要求进行分析，起运动功能按工艺动作可分解为三个机构：
进刀机构、送料机构、定位机构。
4.1.1进刀机构
动力头作上下直线往复运动。
该装置由动力头驱动负责进刀，从而对工件进行钻孔加工。
钻孔时，动力头应该尽可能匀速下降。
因此，采用凸轮传动可以满足这一要求。
推杆连接定位块作横向直线往复运动。
推杆的横向运动由凸轮轴的上的圆柱凸轮机构来完成，因为在送料时，推杆不但需要进行送料，而且要送到准确的位置以便于后面进行定位，因此该装置必须由停歇功能，采用圆柱凸轮机构，则可以容易实现任意的运动形式p在将工件推至被加工位置并定位后，动力头由齿轮齿条机构带动对其进钻削。
4.1.3定位机构
推杆连接定位块作横向直线往复运动。
根据6点定位的原理，由于加工工件的形状，从而对其采用V形块的定位，同时为了保持凸轮轴上的运动一致性，对定位机构同样采取圆柱凸轮机构，这样可以使机构运动更加容易实现。
表1.3为半自动钻床的功能分析。
表1.3
总功能
子功能
执行件基本运动
半
自
动
钻
床
（压料→
钻孔）
送料
上下直线往复停歇运动
定位夹紧
横向停歇往复运动
进刀升降
横向停歇往复运动
表1.4机构选用图
功能
执行构件
工艺动作
执行机构
设计矩阵
进刀机构
动力头
上下直线往复停歇运动
圆柱凸轮滑块机构
Al
送料机构
推杆
横向停歇往复运动
圆柱凸轮机构
A2
定位机构
定位块
横向停歇往复运动
圆柱凸轮机构
A3
根据各组数据，设计半自动钻床。
并画出其简图。
如图1.30
4.2.1进刀机构
\~
根据设计目录图2.7可得Al={a32，a33，a31，a14，a44，a51}，采用a61圆柱
凸轮机构，使其机构与圆锥机构相连接，可以得到所需的运动状态，而且结构紧凑。
根据设计目录图2.7可得A2={a61，a62，a63，a42，a43}，由于a62凸轮蜗杆机构结构，制造较复杂，而a42往复螺旋圆柱凸轮机构，a43曲柄摇杆机构不具停歇功能，因此采用a61圆柱凸轮机构。
根据设计目录图2.7可得A3={a61，a62，a63，a42，a43}，为使凸轮轴上的运动一致性，采用a61圆柱凸轮机构
4.3机构组合
由于各执行机构的运动必须准确地协调配合，因而采用集中驱动方式，原动机确定为电动机。
电动机1m.过减速传动装置（齿轮减速传动），带动主轴转动，再由主轴带动各执行机构。
为使结构紧凑，拟采用串、并联混合结构。
如图1.2
表1.3
5运动循环图的编制及设计
在编制运动循环图前，必须了解各执行构件之间在运动时是否存在运动协调配合关系要求。
如果各执行构件之间存在动作上的协调配合关系遭到破坏，机械不仅不能完成预期的工作任务，甚至会损坏机械设备。
因此，就有了运动循环图，它的提出是为了保证机械在工作时其各执行构件之间的动作的协调配合关系。
机构的循环要求如表1.5
表1.5机构运动循环要求
凸轮轴转角
名称
10°
20
30。
45°
60°
75°
90°
105°～
270。
300°
360°
送料
快进
休止
快退
休止
定位
休止
快进
休止
快退
休止
进刀
休止
快进
慢进
休止
5.1动协调设计
半自动钻床的主运动机构是有蜗轮蜗杆带动滑块机构组成的钻头进刀机构，它往复一次完成一个工作循环，制造出一个零件。
其他送料、定位机构为辅助机构。
半自动钻床的运动机构具有时间和空间上的顺序关系。
其工作循环图设计步骤如下:
：
5.1.1作出各执行机构的运动循环图
根据工艺要求及设计的机构循环要求分别画出各个执行机构的运动循环图。
该半自动钻床实现自动送料、定位、钻孔等动作要求，进到机构实现动力头的升降，该动作在送料定位之后，送料机构将被加工工件推入工作位置，由定位机构实现准确定位、夹紧固定可靠。
各执行机构间存在时间的先后顺序，空间上则无严格要求。
由此，我们可以作出各执行机构的工作循环过程。
如图1.4
最后，把各执行机构的工作行程进行相互协调，作出运动循环图。
如图1.5。
6机构设计计算
按设计任务:
根据选定的从动件运动规律设计计算，以及凸轮机构的工作要求，确定凸轮平均圆柱半径rm，校核最大压力角。
6.1凸轮设计计算
圆柱凸轮机构通过曲线凹槽将回转运动转变为从动件的复杂运动，具有结构紧凑、体积小、刚性好、能传递大扭矩的特性，在各种动力机械中得到了广泛的应用，已成为间歇运动机构的发展方向。
本设计中三个执行机构均采用凸轮机构，在定:
{主机构中是左右对称的两个凸轮机构，所以只要算其中一个就可以了。
又因为都采的圆柱凸轮，故只计算其中的一个凸轮机构。
6.1.1圆柱凸轮机构设计计算
直动从动圆柱凸轮展开成平面后为移动凸轮，故用平面凸轮的设计方法来设计计算。
7总结
通过这次课程设计我学到了很多。
我了解到了整个课程的设计并不象我想象中的那么容易。
它需要我们每个设计者的用心去做，并且相互之间的交流与合作是必不可少的。
这样我们才能真正理解老师们的用心良苦，而且最大的受益者是我们自己。
我们可以从中学到一些平时接触不到的知识，从而建立我们对学习有关专业方面的知识的一种兴趣，深刻理解它在我们生活当中的重要作用。
这为我以后的毕业设计以及更远以后走向工作岗位打节了厚实的基础。
8、参考资料
【1】.《机械原理课程设计指导书》 袭建新 主编 高等教育出版社
【2】《机械原理））（第七版） 郑文纬吴克坚 主编 高等教育出版社
总功能
子功能
执行件基本运动
半
送料
上下直线往复停歇运动
自
动
钻
定位夹紧
横向停歇往复运动
床
（压料→
进刀升降
横向停歇往复运动
钻孔）
\J
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