平尺刻线机_课程设计说明书_终极版

课程设计（课程实习）机械设计与制造主体实践(一)院（系、部）：机械工程学院姓名：周天宇同组成员：戊坤梁磊东金明旭班级：机电132指导教师签名：徐林林2015年 7 月 10 日·北京目录1.1 机器的功能和设计要求 (3)1.2 工作原理和工艺动作 (4)1.3 拟定运动循环图 (5)1.4 执行机构选型和评定 (6)1.5 机械运动方案示意图 (10)1.6 执行机构的运动尺度设计 (11)1.7 机械传动系统设计 (24)1.8 运动仿真 (26)1.9 飞轮设计 (27)2.0 设计结果得分析 (29)2.1 参考文献 (29)2.2 设计体会 (29)1.1 机器的功能和设计要求在很多具有定量要求的相对移动和相对转动的零件上，于是需要有指示相对移动或转动量的刻度线。

平尺刻线机主要用于有相对移动零件的刻线工作。

本课题设计通过机械化刻线，可以达到准确度高、精确度高。

减少了劳动力，提高了生产效率，降低成本，并且在研究时遇到的一些技术问题，通过认真分析以解决，在今后的设计类的工作中也有一定的经验可循。

1． 机器的功能：平尺刻线机刻出的刻度线长度按十进制规律分为三种，分别指示一、五和十，并依次重复出现（如图1.1所示）。

显然在加工时，平尺每送进 1 mm ，刻刀刻线一次，且能自动改变刻线长度。

为了实现以上功能，平尺刻线机整体工作应分为三种： (1) 刀具刻线工作（主工作） (2) 刀架升降工作（辅助工作）(3) 平尺送进工作（辅助工作）2． 原始数据及设计要求：(1) 平尺毛坯的轮廓尺寸为：1040×30mm (长×宽)。

(2) 要求在平尺毛坯上按一定规律刻出不同长度的线条：短线10mm ；中线13mm ；长线18mm 。

相邻两条刻线之间的距离为1mm 。

从零起隔四条短线刻一条中线，隔九条刻线刻一条长线，然后依次重复。

(3) 刻线深度为0.5mm ，深度要均匀，为防止刀具磨损，要求反行程有抬刀运动。

(4) 刻线速度：每秒钟刻一条线。

(5) 行程速度变化系数K≥1.2。

(6) 为扩大刻线机的应用围，要求线条长度可调(短、中、长三种长度的比例可不变)。

(7) 刻线机在工作过程中主动轴的角速度不均匀系数401≤δ。

刻线时的切削力为N F 1000=1.2 工作原理和工艺动作1．工作原理：平尺刻线机主要用于有相对移动零件的刻线工作。

刻度线长度按十进制规律分为三种，分别指示一、五和十，并依次重复出现。

图1所示的钢板尺就是用平尺刻线机加工的。

显然在加工时，平尺每送进1 mm，刻刀刻线一次，且能自动改变刻线长度。

因此，平尺刻线机主体工作机构是刻线机构（主运动）和平尺送进机构（辅助运动）。

2．工艺动作：为了完成在上述三种整体工作，平尺刻线机应该完成以下五个工艺动作：(1) 落刀（准备进入工作水平面）(2) 进刀（第一次刻线）(3) 抬刀（退回准备水平面）(4) 退刀（第二次刻线保证刻线均匀，并回到第二步开始位置）(5) 进刻度尺上述五个动作中：进刀、退刀为刀具刻线工作；落刀、抬刀为刀架升降工作；进刻度尺为平尺送进工作。

因此，平尺刻线机重点考虑三个机构的设计：刀具刻线机构，刀架升降机构和刻度尺进给的间歇运动机构。

平尺刻线机的运动传递路线（如图1.2所示）：1.3 拟定运动循环图运动循环图主要是确定刀具、刀架、刻度尺三个执行构件的运动的先后顺序、相位，以便进行设计、装配和调试。

将刀具、刻度尺、刀架三个执行构件按照空间运动可分为X、Y、Z三个方向（如图1.3所示）：刀架升降运动在Z轴方向（正向抬刀，负向落刀）；刀具刻线运动在X轴方向（正向进刀，负向退刀）；平尺送进运动在Y轴方向（正向送进）。

分析五个工艺动作，刀具刻线（往复）运动是最主要的运动。

因此，平尺刻线机的刀具刻线机构为主机构，并设定刀具在最高位置时为运动的起点位置，也是一个运动循环的终点位置。

此时刻度尺、刀架的位移为零，并以此作为运动循环图横坐标的起点，循环周期为360°。

（如图1.4所示）1.4 执行机构选型和评定1．整体选型形态学矩阵根据刀具、刀架、刻度尺这三个执行构件的动作要求和结构特点可以选择（如表 1.1所示）的常用机构，构成机构选型的形态学矩阵。

可以求出平尺刻线机的机械运动方案数目为：⨯N⨯=4=4161刀具刻线机构曲柄滑块机构凸轮推杆机构不完全齿轮和齿条机构组合机构刀架升降机构平底凸轮机构刻度尺进给的间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮机构棘轮机构组合机构表1.1 构成机构选型的形态学矩阵2．刀具刻线机构评定I方案说明：通过三种形状、大小不同的凸轮来控制刀具的左右移动，再通过一个凸轮来控制刀具的抬刀，下刀运动，推过控制凸轮的推程与回程，来控制刀具的急回速比K≥1.2。

（图1.5）方案评价：通过三个凸轮来控制刀具左右移动，难以控制它们之间的转速比，容易发生碰撞的现象，而且容易发生失真的现象，所以我们不采用这套方案。

II方案说明：这套方案是通过一套组合机构实现刻刀的进刀、退刀动作，同时通过凸轮槽的形状实现滑块的匀速运动，进而实现刀具的匀速运动。

同时也可以满足急回速比K≥1.2。

（图1.6）方案评价：该方案主要通过一个凸轮来控制进刀运动，此凸轮的形状会过于复杂，所以我们不采用这套方案。

III方案说明：这种方案通过一个凸轮来控制刀具的进刀、退刀运动，另一个凸轮来控制刀具的抬刀、下刀运动，并通过凸轮的推程与回程来控制刀具的急回速比K≥1.2。

（图1.7）方案评价：该方案可满足全部刻线的功能要求，同时可以使进刀动作平稳，采用两个凸轮控制进刀、退刀，凸轮的设计也不会过于复杂。

所以我们决定采用这套方案。

3．刻度尺进给的间歇运动机构评定槽轮机构外形尺寸小，机械效率高，能平稳地间歇地进行转位，但是相对于不完全齿来说实现进给时结构稍显复杂；而且制造及装配的精度要求高，其传动时尚存在柔性冲击，只能用于速度不太高的场合，且转角大小不能调节。

不完全齿轮机构可设计的参数较多，易满足不同停歇要求。

但是，不完全齿轮机构和普通齿轮机构的区别，不仅在从齿轮的分布上，而且在啮合传动中，当首齿进入啮合及末齿退出过程中，齿轮并非在实际啮合线上啮合，因此在此过程中不能确传动比传动。

由于从动轮每次转动开始和终止时，角速度有突变，故存在刚性冲击。

若将不完全齿轮直接和调节进给的下层工作台相连，则会造成较大的进给误差。

棘轮机构结构简单、制造方便和运动可靠，并且棘轮转角可以根据需要进行调节等优点。

但其缺点是传动动力小、工作时有冲击和噪声。

不仅如此，传动力不足则会对工作台的进给产生影响，从而影响整个工序。

（图1.8）基于以上机构的优缺点，故考虑组合机构——槽轮与螺旋机构。

此机构简单、进给精度高传动力较大，易于制造加工。

(如图1.9所示)这套方案采用槽轮机构实现工作台的间歇进给，当拨盘做连续回转时，槽轮做间歇式转动，槽轮机构可以带动螺旋丝杠间歇转动，来实现工作台的间歇进给，控制拨盘的转速与螺旋丝杠的导程可实现每秒进给量为1mm。

方案评价：槽轮机构尺寸小，外形简单，机械效率高，传动较为平稳。

至于其缺点通过螺旋机构配合改善，得到的组合机构更加稳定，所以我们决定采用这套方案。

1.5 机械运动方案示意图按已选定的三个执行机构和机械传动系统，画出平尺刻线机的机械运动方案示意图（如图2.0所示）。

1.6 执行机构的运动尺度设计在凸轮的设计中，欲满足行程速度变化系数K≥1.2，即一个运动周期工作时转过的角度大于等于非工作时的1.2倍，以下的凸轮设计采取K=1.5满足设计要求。

1．刀具刻线机构的尺寸综合及运动分析I刻短线凸轮：采用直动平底从动件盘形凸轮（平底），因为转速较低于是采用余弦运动规律参数大小分析：运动规律分析：形状尺寸分析：II刻中、长线凸轮：采用直动从动件盘形凸轮（尖端），压力角小于40°，因为转速较低于是采用余弦运动规律参数大小分析：运动规律分析：形状尺寸分析：通过满足压力角α≤40°，确定 []22e 0min -tg N -e s d d r s +⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=αϕ此处凸轮基圆半径取50mm2．刀架升降机构的尺寸综合及运动分析刀架凸轮：采用直动平底从动件盘形凸轮（平底），因为转速较低于是采用余弦运动规律参数大小分析：运动规律分析：形状尺寸分析：3． 刻度尺进给的间歇运动机构的尺寸综合及运动分析I 刻度尺进给的间歇运动机构采用单圆销槽轮机构实现周期性间歇转动，如图3.1所示。

已知主动拨盘的转速为60ｒ/min ，中心距ａ＝144mm ，按工位要求槽数ｚ＝6。

槽轮机构的几何尺寸计算： (1) 槽间角2Φ2，οοο60636036022===zϕ。

(2) 槽轮运动角2Φ1，οοοο120601802180221=-=Φ-=ϕ。

(3) 圆销回转半径Ｒ1，。

(4) 槽轮半径Ｒ2，。

(5) 锁止弧角γ，οοοο24012036023601=-=-=ϕγ。

(6) 圆销半径ｒ，取mm R r 12611==。

(7) 槽轮齿顶厚ｅ，取ｅ＝5ｍｍ。

(8) 锁止弧半径Ｒｓ，mm e r R R s 55512721=--=--=。

(9) 槽轮槽深ｈ，mm r R a R h ２65)(1=---≥=。

取ｈ＝70mm 。

(10)运动系数ｋ，31121=-=z k 。

(11) Ｒ1与ａ的比值λ，5.0144721===a R λ。

(12)槽轮机构的运动分析 槽轮角位移：112cos 1sin arctanϕλϕλϕ-=槽轮角速度：121122cos 21)(cos ωλϕλλϕλϕω+--==dt d 槽轮角加速度：22221212221(1)sin (12cos )d dt ϕλλϕεωλϕλ-==-+ 其中，s rad n /2832.66060260211=⨯⨯==ππω。

计算结果列于表3.1。

0 0 6.283185307 010 9.706481 5.7432617 -36.554420 17.87799 4.451505829 -52.584630 23.79398 2.994736451 -50.20640 27.51574 1.72702484 -40.630150 29.44146 0.738753874 -30.758460 30 4.65049E-16 -22.7929槽轮的角速度ω2，角加速度ε2随主动件转角Φ1的变化曲线，如图3.2所示。

II 刻度尺进给的间歇运动机构采用螺旋机构实现转动转化平动 螺旋机构mm63122=⨯==ππϕπl s 螺杆与螺母采取钢对钢梯形螺纹，摩擦系数f 值为0.11～0.17，牙型角︒=30α。

取丝杠直径d=16mm ，长度L=1200mm-----------------------验算是否自锁：2cosarctan''arctanαρρπλfdS=≥= ︒≈⨯==8.6166arctan arctanππλd S ︒≈==5.62cos11.0arctan 2cos arctan 'ααρf'ρλ>，不发生自锁1.7 机械传动系统设计1． 电动机的选择确定原动机的功率n Pηwn P P =其中，w P 为工作机要求的功率；η为由电动机到工作机执行机构的总效率。