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題目2 半自動(dòng)鉆床
2.1設(shè)計(jì)題目
設(shè)計(jì)加工圖1所示工件ф12mm孔的半自動(dòng)鉆床。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動(dòng)力頭的升降,送料機(jī)構(gòu)將被加工工件推入加工位置,并由定位機(jī)構(gòu)使被加工工件可靠固定。
圖1 加工工件
半自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)參看表3。
表3 半自動(dòng)鉆床凸輪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
方案號(hào)
進(jìn)料機(jī)構(gòu)
工作行程
mm
定位機(jī)構(gòu)
工作行程
mm
動(dòng)力頭
工作行程
mm
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
r/mm
工作節(jié)拍(生產(chǎn)率)
件/min
A
40
30
15
1450
1
B
35
25
20
1400
2
C
30
20
10
960
1
2.2設(shè)計(jì)任務(wù)
1.半自動(dòng)鉆床至少包括凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)。
2.設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。
3. 圖紙上畫出半自動(dòng)鉆床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。
4.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。按各凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求,自選從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,確定基圓半徑,校核最大壓力角與最小曲率半徑。對(duì)盤狀凸輪要用電算法計(jì)算出理論廓線、實(shí)際廓線值。畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。
5.設(shè)計(jì)計(jì)算其他機(jī)構(gòu)。
6.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。
7.學(xué)生可進(jìn)一步完成:凸輪的數(shù)控加工,半自動(dòng)鉆床的計(jì)算機(jī)演示驗(yàn)證等。
2.3設(shè)計(jì)提示
1.鉆頭由動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì)者只需考慮動(dòng)力頭的進(jìn)刀(升降)運(yùn)動(dòng)。
2. 除動(dòng)力頭升降機(jī)構(gòu)外,還需設(shè)計(jì)送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求見表4。
3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
表4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求
凸輪軸
轉(zhuǎn)角
10o
20o
30o
45o
60o
75o
90o
105o~270o
300o
360o
送料
快進(jìn)
休止
快退
休止
定位
休止
快進(jìn)
休止
快退
休止
進(jìn)刀
休止
快進(jìn)
快進(jìn)
快退
休止
三.運(yùn)動(dòng)方案的選擇與比較
方案的分析與比較:
(1) 減速機(jī)構(gòu):
由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是1450r/min,而設(shè)計(jì)要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min,利用行星輪進(jìn)行大比例的降速,然后用圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。
圖4-1
(1) 對(duì)比機(jī)構(gòu):
對(duì)比機(jī)構(gòu):定軸輪系傳動(dòng);傳動(dòng)比 =n輸入/n輸出 =700 傳動(dòng)比很大,要用多級(jí)傳動(dòng)。如圖4-2.
圖4-2
(3) 進(jìn)刀機(jī)構(gòu)
采用一個(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).因?yàn)槲覀冇靡粋€(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞齒輪機(jī)構(gòu),當(dāng)進(jìn)刀的時(shí)候,凸輪在推程階段運(yùn)行,很容易通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動(dòng)齒輪齒條嚙合.帶動(dòng)動(dòng)刀頭來(lái)完成鉆孔,擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度,兩個(gè)齒輪來(lái)傳動(dòng)也具有穩(wěn)性。
圖4-3
(4) 對(duì)比機(jī)構(gòu):
在擺桿上加一個(gè)平行四邊行四桿機(jī)構(gòu),這樣也可以來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng),但是當(dāng)加了四桿機(jī)構(gòu)以后并沒有達(dá)到改善傳動(dòng)的效果,只是多增加了四桿機(jī)構(gòu),為了使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊,又能完成需要的傳動(dòng),所以選擇了一個(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)。
§ 方案一:
§ D1為了達(dá)到輸出間歇運(yùn)動(dòng)同時(shí)能夠做到循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng),采用凸輪機(jī)構(gòu)和扇形齒與齒條配合,中間采用連桿帶動(dòng)。先把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動(dòng),在通過齒輪傳遞給齒條,增加一個(gè)齒輪的目的是為了使傳動(dòng)更加的平穩(wěn)可靠。
圖4-4
(5) 送料系統(tǒng):
采用一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)來(lái)代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu),由于設(shè)計(jì)的鉆床在空間上傳動(dòng)軸之間的距離有點(diǎn)大,故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)。再加上用四桿機(jī)構(gòu)在本設(shè)計(jì)中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運(yùn)行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于本設(shè)計(jì)送料時(shí)不要求在傳動(dòng)過程中有間歇,所以不需要使用凸輪機(jī)構(gòu)。如圖4-5。
圖4-5
(6)對(duì)比機(jī)構(gòu):
所選用的對(duì)比四桿機(jī)構(gòu)如下圖(圖4-6),由于在空間上軸與軸之間的距離較大,但選用下來(lái)此四桿的尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機(jī)構(gòu)。
§ 方案二:
§ B2采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)既有快慢變化的運(yùn)動(dòng)又有休止的間歇運(yùn)動(dòng)。
圖4-6
(7)定位系統(tǒng):
定位系統(tǒng)采用的是一個(gè)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪,因?yàn)槎ㄎ幌到y(tǒng)要 有間歇,所以就要使用凸輪機(jī)構(gòu),但如果是平底推桿從動(dòng)件,則凸輪就會(huì)失真,若增加凸輪的基圓半徑,那么凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會(huì)很大,也不求實(shí)際,所以就采用一個(gè)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪,它就可以滿足我們的實(shí)際要求了。
圖4-7
(8)對(duì)比機(jī)構(gòu):
采用彈力急回間歇機(jī)構(gòu)來(lái)代替偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪,它是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成單側(cè)停歇的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣也可以完成實(shí)際要求,但是為了使設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊,又能節(jié)省材料,所以還是選偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪來(lái)完成定位。
圖4-8
§ 方案一:
§ C1利用四桿機(jī)構(gòu)中死點(diǎn)的積極作用,選取凸輪結(jié)合夾緊機(jī)構(gòu)共同作用達(dá)到定位機(jī)構(gòu)和間歇定位的要求。
四.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)總體方案圖(機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)
根據(jù)前面表3-3中實(shí)線連接的方案的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖確定本設(shè)計(jì)中半自動(dòng)鉆床的總體方案圖如圖5-1
圖5-1
五.工作循環(huán)圖
圖5-1所示的機(jī)械系統(tǒng)方案的執(zhí)行件需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)
其運(yùn)動(dòng)循環(huán)如圖6-1
凸輪軸轉(zhuǎn)角
00~1000
1000~1500
1500~2700
2700~3000
3000~3600
送料
快進(jìn)
快退
定位
休止
快進(jìn)
休止
快退
進(jìn)刀
休止
快進(jìn)
慢進(jìn)
休止
快退
圖6-1
六.執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程及尺寸計(jì)算
1.送料機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)采用如下分析
送料連桿機(jī)構(gòu):采用如下機(jī)構(gòu)來(lái)送料,根據(jù)要求,進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為40mm,可取ABCD4桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為12度,則由
得K=1.14,急回特性不是很明顯,但對(duì)送料機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)并無(wú)影響。
各桿尺寸:(如圖6-1)
AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8
該尺寸可以滿足設(shè)計(jì)要求,即滑塊的左右運(yùn)動(dòng)為40,ABCD的極位夾角為12度。
圖6-1
2.凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì):
(1).由進(jìn)刀規(guī)律,我們?cè)O(shè)計(jì)了凸輪擺桿機(jī)構(gòu),又以齒輪齒條的嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)刀頭的上下運(yùn)動(dòng);
(2).用凸輪擺桿機(jī)構(gòu)和圓弧形齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)件,凸輪擺桿從動(dòng)件的擺動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)弧形齒條的來(lái)回?cái)[動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)要求;采用滾子盤行凸輪,且為力封閉凸輪機(jī)構(gòu),利用彈簧力來(lái)使?jié)L子與凸輪保持接觸.刀具的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就與凸輪擺桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一致;
(3).弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)即為刀頭所運(yùn)動(dòng)的的距離。具體設(shè)計(jì)步驟如下:
1.根據(jù)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計(jì)凸輪基圓半徑r0=40mm,中心距A=80mm,擺桿長(zhǎng)度d=65mm,最大擺角β為18°,
凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-60°,β=0°;
凸輪轉(zhuǎn)角λ=60°-270°,刀具快進(jìn),β=5°,
凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°;
凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°,β=0°
2.設(shè)計(jì)圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計(jì)出圓形齒輪的半徑r=l/β,由β=18°, l=10mm,
3.得到r=63.69mm,如圖7-2
圖7-2
3.凸輪推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì):
凸輪機(jī)構(gòu)采用直動(dòng)滾子盤行凸輪,且為力封閉凸輪機(jī)構(gòu),利用彈簧力來(lái)使?jié)L子與凸輪保持接觸,實(shí)現(xiàn)定位功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線,就可以使推桿得我們所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,滿足加工要求,而且響應(yīng)快速,機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。具體設(shè)計(jì)如下:
設(shè)計(jì)基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25
凸輪轉(zhuǎn)角λ=0°-100°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;
凸輪轉(zhuǎn)角λ=100°-285°,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn),推桿行程h=20mm;
凸輪轉(zhuǎn)角λ=285°-300°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;
凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°,定位機(jī)構(gòu)快退,推桿行程h=-20mm;
設(shè)計(jì)偏心距e=20的原因是因?yàn)榇送馆唸?zhí)行的是定位,其定位桿的行程為20故如此設(shè)計(jì)。
4.行星輪系的計(jì)算:
(1)用定軸輪系傳動(dòng)
傳動(dòng)比 =n輸入/n輸出 =700 傳動(dòng)比很大,要用多級(jí)傳動(dòng)。
(2)用行星輪系傳動(dòng)
Z1=35 Z2=20 Z2’=20 Z3=35 傳動(dòng)比iH3=700
根據(jù)行星輪傳動(dòng)公式:i(H3)=1-i(31)H=1-Z2’Z1/Z3Z2
由i(1H)=1-Z2'Z1/Z3Z2,考慮到齒輪大小與傳動(dòng)的合理性,經(jīng)過比較設(shè)計(jì)皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與齒輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下表:
皮帶輪參數(shù)
名稱
皮帶輪1
皮帶輪2
半徑(mm)
100
100
齒輪參數(shù)
模數(shù)(mm)
壓力角(°)
齒數(shù)(個(gè))
直徑(mm)
齒輪1
2.
20
35
70
齒輪2
2
20
20
40
齒輪2’
2
20
20
40
齒輪3
2
20
35
70
七. 凸輪設(shè)計(jì)分段圖輪廓圖和設(shè)計(jì)結(jié)果
一.定位凸輪
圖8-1為定位凸輪分段圖和設(shè)計(jì)結(jié)果圖
圖8-1
圖8-2和8-3為定位凸輪的輪廓圖(8-2內(nèi)包絡(luò)線圖,8-3外包絡(luò)線圖)
圖8-2
圖8-3
二.進(jìn)刀凸輪
進(jìn)刀凸輪類型設(shè)計(jì)結(jié)果如圖8-4,凸輪運(yùn)動(dòng)分段如圖8-5.
圖8-4,
圖8-5
進(jìn)刀凸輪的輪廓線設(shè)計(jì)如圖8-6(內(nèi)包絡(luò)線)和圖8-7(外包絡(luò)線)
圖8-6
圖8-7
I 變速機(jī)構(gòu)
§ 方案一:
§ A1由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是1450r/min,而選用設(shè)計(jì)要求的主軸轉(zhuǎn)速為1r/min。可以考慮利用行星輪進(jìn)行大比例的降速,然后采用蝸輪變向。
機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
Ⅱ送料機(jī)構(gòu)的選型:
§ 方案一:
§ B1直接采用凸輪滑塊機(jī)構(gòu),并且在輪同軸的齒輪組合中加入不完全齒輪以滿足間歇休止運(yùn)動(dòng)要求。
§ 方案二:
§ B2采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)既有快慢變化的運(yùn)動(dòng)又有休止的間歇運(yùn)動(dòng)。
§ 方案三:
§ B3采用一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)來(lái)代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu),由于設(shè)計(jì)的鉆床在空間上傳動(dòng)軸之間的距離有點(diǎn)大,故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)。再加上用四桿機(jī)構(gòu)在本設(shè)計(jì)中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運(yùn)行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) 。
§
Ⅲ 定位機(jī)構(gòu)選型
§ 方案一:
§ C1利用四桿機(jī)構(gòu)中死點(diǎn)的積極作用,選取凸輪結(jié)合夾緊機(jī)構(gòu)共同作用達(dá)到定位機(jī)構(gòu)和間歇定位的要求。
§ 方案二:
§ C2定位系統(tǒng)采用的是一個(gè)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪,因?yàn)槎ㄎ幌到y(tǒng)要 有間歇,所以就要使用凸輪機(jī)構(gòu),但如果是平底推桿從動(dòng)件,則凸輪就會(huì)失真,若增加凸輪的基圓半徑,那么凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會(huì)很大,也不求實(shí)際,所以就采用一個(gè)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪,它就可以滿足實(shí)際要求了。
Ⅳ 進(jìn)刀機(jī)構(gòu)
§ 方案一:
§ D1為了達(dá)到輸出間歇運(yùn)動(dòng)同時(shí)能夠做到循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng),采用凸輪機(jī)構(gòu)和扇形齒與齒條配合,中間采用連桿帶動(dòng)。先把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動(dòng),在通過齒輪傳遞給齒條,增加一個(gè)齒輪的目的是為了使傳動(dòng)更加的平穩(wěn)可靠。
§ 方案二
§ D2采用一個(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).因?yàn)槲覀冇靡粋€(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞齒輪機(jī)構(gòu),當(dāng)進(jìn)刀的時(shí)候,凸輪在推程階段運(yùn)行,很容易通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動(dòng)齒輪齒條嚙合.帶動(dòng)動(dòng)刀頭來(lái)完成鉆孔,擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度,兩個(gè)齒輪來(lái)傳動(dòng)也具有穩(wěn)性。
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