圆盘刻线机机械原理课程设计说明书

圆盘刻线机机械原理课

程设计说明书

WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】

河北工业大学

机械原理课程设计

设计说明书

作者：刘昭学号： 140566

学院：机械工程学院班级：机电142 题目：圆盘刻线机

同组人：赵洪飞

指导教师：张换高

2016年 6 月 25 日

摘要

目录

1设计任务

1.圆盘刻线机主要用来实现自动刻线，刻线要求为每隔１秒刻一条线，平尺上相邻两条刻线之间的圆弧所对应的中心角度为一度，刻线长度有18毫米、13毫米、10毫米三种类型。第一次刻线长度为18毫米，后四次刻线长度为10毫米，第六次刻线长度为13毫米，第七至第十次刻线长度为10毫米，以后依此类推，圆盘毛坯的直径为300mm，相邻两条刻线之间圆弧所对应的中心角为一度。

2.刻线深度为，深度要均匀，为防止刀具磨损，要求反行程要有抬刀运动。

3.为扩大刻线机的应用范围，要求线条长度可调（中，短长三种长度的比例可不变）。

4.?每秒钟刻一条线。

5：要求刻线机在工作过程中主动轴的角速度不均匀系数δ<=1/40。刻线时的切削力F=1000N。

2国内外研究现状

刻线机国内研究现状：

科学技术的发展，有的刻线机上采用了激光刻线机由光刻代替机械刻划，可在工作台移动的情况下完成动态刻线，刻线精度大为提高，国内比较成熟的激光刻线机厂家例如北京博奥嘉华激光科技有限公司生产的BVD50系列激光刻线机。

刻线机国外研究现状：

国外现在有的刻线机大部分是电脑中控下的激光刻线机。例如OK-KX50A 激光刻线机采用光刻代替机械刻划，可在工作台移动的情况下完成动态刻线，刻线精度大为提高。克服了传统“照相-腐蚀”工艺费时，费力的缺点，高速、高效，一次完成刻线、字符、商标等内容。全程电脑控制，精度高、速度快，最大限度的降低了产品不合格率。使用灵活方便，即可成批量生产，又可满足少量加工等多种需求。绝对环保，无任何污染，是现代化生产工艺的主流。支持单公制、单英制、双公制、双英制、公英制、英公制等标新型。支持丁字型、拐角型、圆型等各种特殊量具类型。支持用户自定义的其它非标类的平面或圆柱面的量具。速度快,刻线清晰、精度高、永不磨损。制图方便快捷，可根据需要随意制作各种尺寸、形状、图标的量具。三维数控，除主运动外其它两维运动也是自动调整，可以快速准备的对焦，定位。对已生产过的型号，电脑自动记忆位置及其刻线参数，以后生产可直接调用，不必再调焦，定位。

3执行装置方案设计

功能分析

总功

能实现的原理

（1）功能元实现原理求解

功能实现原理的形态学矩阵

抬刀往复直线运动匀速直线运动回转运动变速进给刻刀运动刀具直线进给单向的间歇运动变速进给组合机构圆盘间歇运动间歇旋转间歇进给往复运动

槽轮机构不完全齿轮机构

（2）系统总功能实现的原理

刻刀上下移动我们选择的是凸轮机构，因为凸轮可以长时间控制刀的升降高度，左右移动我们选择的是凸轮，因为凸轮可以控制刀的进给长度，凸轮推杆机构中，能通过凸轮的轮廓曲线实现推程、休止、回程。推程与回程使刀具沿直线运动，休止能起到间接性的作用，从而机构亦能达到刀具的间歇性往复运动，圆盘的间歇运动选择的是不完全齿轮，因为不完全齿轮的性能比较好，不完全齿轮机构可设计的参数较多，易满足。

在后续设计过程中，对凸轮的设计是比较难的，由于要控制刀的进给长度，凸轮要设计得很复杂，这对画图要求很高，不完全齿轮与齿轮的传动比也要进行精密的计算。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保定传动比传动。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。凸轮与推杆的接触为先接触，而刻线是刀具收的力比较大，

凸轮压力大，易磨损。基于以上考虑，采用凸轮机构组合齿轮机构完成刻线和抬刀动作。此机构结构简单，易于实现。

执行构件工艺动作设计分解

1.通过齿轮带动凸轮，凸轮控制刀具的上下直线移动

2.间歇性齿轮使圆盘达到间歇性旋转运动的状态

3.刻线凸轮使刀具完成进给运动

机构型综合

（1）各执行构件运动的实现机构求解

执行机构形态学矩阵

可用原理1可用原理2可用原理3可用原理4抬刀运动平底凸轮机构斜平台曲柄滑块机构步进电机进给

机构刻刀运动凸轮机构棘轮伺服电机进给

组合机构

机构

圆盘间歇运动槽轮机构不完全齿轮机

棘轮机构伺服/舵机

构

（2）机构型综合

抬刀和刻线选择的是凸轮机构，圆盘旋转选择的是不完全齿轮机构

刻线凸轮设计方法：先设置凸轮基圆半径，注意不能太大也不能太小导致凸轮不好设计，这里凸轮半径取80mm，利用反转法由刀具的进给量反求凸轮外轮廓。

反转法求凸轮廓线

设计好的凸轮

相同的，抬刀凸轮使用一个凸起的设计，要求推程和行程占一个工作周期的一半，很容易就可以得到。

工作循环图设计

曲柄转角 0° 180° 360°

执行机构尺度综合

1刻线凸轮传动齿轮Z=50 W=π/5 m=2 d=100 2抬刀凸轮W=2π m=2

3不完全齿轮z=36 W=2π 3齿 m=1 d=36

4圆盘齿轮z=180 W=π/15 m=1 d=180

5主斜齿Z=24 W=2π m=1 d=24

6副斜齿Z=24 W=2π m=1 d=24

7 刻线凸轮基圆90mm

8 抬刀凸轮基圆20mm