机械原理课程设计--半自动钻床

课程设计说明书
课程名称：机械原理课程设计
设计题目：半自动钻床
专业：机械电子工程
班级：
学生姓名：
学号：
成员：
指导教师：
日期：
一、设计要求
一、设计题目及原始数据
设计加工所示工件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参看下表。

半自动钻床凸轮设计数据表
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/mm
工作节拍
（生产率）
件/min C3020109601
二、设计方案提示
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，还需要设计送料机构、定位机构。

各机构运动循环要求见下表。

机构运动循环要求表
凸轮轴转角10º20º30º45º60º75º90º105º～270º300º360º送料快进休止快退休止
定位休止快进休止快退休止
进刀休止快进快进快退休止
3. 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。

三、设计任务
1.半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮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，并在图纸上画出传动系统图；
3. 图纸上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；
7.学生可进一步完成：凸轮的数控加工，半自动钻床的计算机演示验证等。

二、设计工作原理
2.1 机构的工作原理
该系统由电机驱动，通过行星轮系变速传动将电机的960r/min 降到主轴的1r/min，与传动轴相连的凸轮机构控制送料，定位，和进刀等工艺动作，最后由凸轮机通过齿轮传动带动齿条上下平稳地运动,这样动力头也就能带动刀具平稳地上下移动从而保证了较高的加工质量。

首先送料机构将待加工工件向左边推送，在此同时左边的定位机构运动，在定位机构与送料机构都达到远休止点时，工件正好在需要定位的位置，工件位置定好后夹紧机构正好夹紧工件，送料机构与定位机构退回，夹紧机构通过杆件的顶死来夹紧工件，工件夹紧后动刀头开始工作，动刀头工作完后撤离，夹紧机构撤离。

在进行加工下一个工件时，送料机构送下一个待加工工件往左运动，在运动的过程中将上一个已经加工好的工件推到A口，使其掉下。

如此循环往复。

简图如下：
三、 功能分解图，执行机构动作
3.1 功能分解图如下图
3.2 执行构件与运动方案的选择 1.减速传动功能
由于电机的转速为960r/min ，而设计要求的主轴转速为1r/min ，传动比高，选用经济成本相对较低，而且具有传动效率高 ,结构简单 ,传动比大的特点
,可满足具有较大传动比的工作要求，故我们这里就采用行星轮系来实现我设计的传动。

利用行星轮进行大比例的降速，比用多级齿轮减速要可行，如图：
输送圆盘工件至指定位置夹紧钻孔后将其推走
滑块送料功能
工件定位功能
工件夹紧动能
工件钻孔功能
由于我们设计的机构要有间歇往复的运动，所以就要使用凸轮机构，当凸轮由近休止到远休止运动过程中,定位杆向前滑动，当凸轮由远休止到近休止运动过程中可通过被压缩的弹簧实现定位机构的回位。

它就可以满足我们的实际要求了。

3.进料功能
进料也要求有一定的间歇运动，通过凸轮来带动杆件摆动，摆动的杆件通过多杆放大行程机构将行程放大来推动圆形工件，通过弹簧使其回位，完成进料功能。

采用凸轮机构实现送料的快进、休止、快退、休止，先由主轴转动带动凸轮将工件运至加工位置，然后由弹簧的回复力使杆件带动凸轮回到原位置，实现一个运动过程，此后，凸轮往复循环运动，实现送料的连续。

4.夹紧功能
夹紧机构为增加的功能，保证工件在加工的时候工件不会移动，夹紧机构为凸轮带动的多杆机构，通过杆件的顶死来使工件夹紧，杆件的一个固定端可以改为可调节的，这样可以固定不同规格的工件。

采用凸轮的循环运动,使推杆上下运动，推杆上设定有齿条，齿条带动齿轮转动，设计为3个齿轮保证凸轮与动力头有一定的距离，不至于凸轮的运动影响到动力头的运动，3个齿轮能使凸轮推杆上升时动力头向下运动，齿轮的带动能使动刀头运动更平稳。

当进刀的时候，凸轮在推程阶段运行，很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合.带动动刀头来完成钻孔，钻完孔后通过弹簧使其回位。

四、工作循环图
凸轮轴转角10º20º30º45º60º75º90º105º～270º300º360º送料快进休止快退休止
定位休止快进休止快退休止
进刀休止快进快进快退休止定位快进休止快退
半自动钻床循环图
五、执行机构设计过程及尺寸计算
1．送料凸轮机构机构采用如下分析
凸轮机构采用直动滚子端面柱体凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触，实现进料功能。

只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。

具体设计如下:
设计基圆半径R0=15mm,
o o, 送料机构快进, 推杆行程h=15mm;
凸轮转角λ=0~30
o o, 送料机构休止, 推杆行程h=0mm;
凸轮转角λ=30~45
o o, 送料机构快退, 推杆行程h=-15mm;
凸轮转角λ=45~90
o o, 送料机构休止, 推杆行程h=0mm;
凸轮转角λ=90~360
推杆的行程只有15mm，而要求的推杆行程为30mm，所以这里采用杆件放大机构将行程放大，与推杆连接处到固定端的距离为凸轮推杆长度的两倍，使送料行程达到30mm。

2. 进刀机构的设计
由进刀规律，我们设计了凸轮机构，又以齿轮齿条的啮合来实现刀头的上下运动；要求的动刀头的行程为10mm并且有休止，所以采用凸轮机构来完成，无需放大行程，
具体设计如下:
设计基圆半径R0=10mm,
o o, 送料机构休止, 推杆行程h=0mm;
凸轮转角λ=0~60
o o, 送料机构快进, 推杆行程h=5mm;
凸轮转角λ=60~90
o o, 送料机构慢进, 推杆行程h=10mm;
凸轮转角λ=90~270
o o, 送料机构快退, 推杆行程h=-10mm;
凸轮转角λ=270~300
o o, 送料机构休止, 推杆行程h=0mm;
凸轮转角λ=300~360
3. 定位凸轮推杆机构的设计：
凸轮机构采用直动滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触，实现定位功能。

只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。

具体设计如下:
设计基圆半径R0=20mm,
o o, 送料机构进休止, 推杆行程h=0mm;
凸轮转角λ=0~10
o o, 送料机构快进, 推杆行程h=20mm;
凸轮转角λ=10~30
o o, 送料机构远休止, 推杆行程h=20mm;
凸轮转角λ=30~50
o o, 送料机构快退, 推杆行程h=-20mm;
凸轮转角λ=50~90
o o, 送料机构进休止, 推杆行程h=0mm;
凸轮转角λ=90~360
4．行星轮系的计算 :
用定轴轮系传动
n ==960n 输入
输出传动比 ，传动比很大，要用多级传动。

用行星轮系传动
131Z =，232Z =，'231Z =，330Z =，
根据行星轮传动公式：
'231131232301=1113131961
H H Z Z i i Z Z ⨯-=-=-=⨯ 111
961H H i i =
= 故用行星轮系能很好的用于大传动比，是结构紧凑，此设计的行星轮系的齿轮传动比为961比题目要求的传动比960大一，对于大传动比这可以忽略不计。

4夹紧机构
夹紧机构为增加的功能，采用杆件的顶死来夹紧工件，通过凸轮带动杠杆EGF 做摆动运动，E 点带动CE 杆使C 点做上下运动，当凸轮转动到达最远休止点时EGF 杆带动CE 杆使BC 杆与CD 杆正好水平，利用杆件的顶死来夹紧工件。

设计基圆半径 R0=10mm,
凸轮转角 λ=0~40o o , 送料机构进休止 , 推杆行程 h=10mm;
凸轮转角 λ=40~300o o , 送料机构快进 , 推杆行程 h=0mm;
凸轮转角 λ=300~360o o , 送料机构远休止 , 推杆行程 h=-10mm;
各杆尺寸：
AB=30，BC=40，CD=60，CE=40，EG=25，GF=27，DF=30，。