2014
6,12
—
—
7,4
目 录
一、设计题目……………………………………………………………1
1、设计题目………………………………………………………………………………1 2、原始数据及设计要求…………………………………………………………………1 3、设计任务………………………………………………………………………………2 4、机构示意图…………………………………………………………………….......2
二、运动方案设计………………………………………………………3
1、工作原理和工艺动作分解……………………………………………………………3 2、机械执行机构的选择和评定…………………………………………………………4 3、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图…………………………………………8 4、机械传动系统的设计选择和评定……………………………………………………9
三、执行机构尺寸设计…………………………………………………9
1、执行机构各部分尺寸设计……………………………………………………………9 2、机构运动简图………………………………………………………………………..12 3、三维装配图………………………………………………………………………. ….12
四、设计总结…………………………………………………………...13 五、参考文献…………………………………………………………..13
一、设计题目
1、设计题目一：半自动钻床 2、简介
半自动钻床机能够实现送料、定位、和孔一体化的功能。设计要求的机床的送料机构工作行程大于等于35mm，动力钻头工作行程大于20mm，电动机转速1400r/min，每分钟2件构件加工就好。
半自动钻床机有送料机构，定位够，进到机构以及电动机组成，送料机够将被加工工件推入加工位置并有定位机构是被加工工件可靠固定，最终由进到机构负责动力头的升降来进行钻孔工作。
选择送料机构是要考虑被加工的构件的形状，送料机构要以直线、间隙、定量的将要加工的构件送入加工台，可用来会往复移动构件走直线轨迹段推构件向前进，用定位机构来定位柱构件的要被加工的位置，夹紧之后再钻孔，打好孔之后再退刀，退出是可以用送料机够送的构件推出加工台，以此来实现循环加工。
3 原始数据及设计要求
(1)设计原始数据如下表所示：
表2 机构运动循环要求
(2)设计要求：
半自动钻床一般至少包括凸轮机构、齿轮机构和连杆机构在内的三种机构；至少设计出三种能实现该分类机运动形式要求的机构，绘制所选机构的机构示意图（绘制在说明书上），比较其优缺点，并最终选出一个自己认为最合适的机构进行机构综合设计，绘制出其机构运动简图。
1.设计传动系统并确定其传动比分配(皮带传动传动比i≈2，每级齿轮传动传动比i≤7.5)。
2.在图纸上画出半自动钻床的传动系统方案图。
3、设计任务
（1）本题设计的时间为一周；
（2）根据功能要求，确定工作原理和工艺动作分解；
（3）执行机构选型与设计：构思出至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析比较后，选择其中你认为比较好的方案进行详细设计；
（4）对选择的方案画出机构运动循环图； （5）机械传动系统的设计；
（6）对选择的方案执行机构进行尺寸设计； （6）编写设计说明书，附源程序和计算结果。
4、半自动钻床示意图
图1、半自动钻床示意图
1、带轮 2、有凹槽的圆柱凸轮 3.4连体凸轮(4夹紧和3定位) 5、进刀凸轮 6、进刀机构连杆 7、进刀齿轮（两齿轮相同） （A1,A2,A3,A4分别为各机构复位弹簧）
二、运动方案设计
1、工作原理和工艺动作分解
（1）工作原理：半自动钻床的工作原理是利用钻头的旋转和进刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形状。工艺动作过程由送料、定位夹紧、进刀三部分组成。各个机构的运动由同一电动机驱动，运动由电动机经过减速装置后分为两路，一路随着传动系统传送动力到定位夹紧机构和进刀机构，分别带动凸轮做转动控制连杆对工件的定位和通过齿轮带动齿条和动力头做往复直线运动。另一路直接传动到送料机构，控制的送料机构的进退。即该系统由电动机驱动，通过变速传动将电动机的转速由1400r/min降到主轴的2r/min，与传动轴相连的凸轮机构控制送料，定位夹紧和进刀等工艺动作。三个执行构件的运动形式为：
1.进刀机构动力头做垂直的往复直线运动，下移到最低点后立刻上移。在下移之前有一段休止时间，此段时间则用于送料和定位夹紧。其中动力头的行程为20mm。 2.送料机构做水平的往复运动，工作行程是35mm。初始时，送料机构迅速地将被加工工件送到指定加工位置，稍作停顿后立即返回，且其在工件的加工过程中保持休止。
3.定位夹紧机构在水平面内做近似垂直直线运动，在工件的加工过程中对工件起固定的作用。其中夹紧装置的垂直行程为25mm。
(2) 工艺动作分解：
→
→ →
→
2、机械执行机构的选择和评定 （1）进刀执行机构
方案一：采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构并结合滑块导杆传递齿轮齿条机构。进刀时，凸轮在推程阶段运行，其通过机构传递带动齿轮齿条啮合，进而带动动力头完成钻孔。导杆垂直移动的距离即为齿轮弧转动的角度，且齿轮齿条传动具有稳定性。
方案二：采用一个曲柄导杆机构来传递齿轮齿条机构,但由于没有杠杆，所以不能传动很大的范围。
方案三：用凸轮直接带动摆杆运动，结构比较紧凑，但是摆杆缺少弹簧相连，很难实现工作后的复位动作。
（最终选择方案一）
（2）供料机构
方案一：采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构来完成送料机构的往复运动。通过凸轮机构和导杆滑块实现送料时的快进、休止和快退的动作。由于采用了杠杆，故其能够完成送料的较大传动距离。其中弹簧起到复位作用。
方案二：较方案一结构简单，但由于缺少杠杆，为达到压力角要求，要求凸轮
基圆半径较大，不利于远距离的运动传递，使制造成本升高，机构笨重。
方案三：由于在空间上轴与轴之间的距离较大，选用以下四杆机构的尺寸太小。
（最终选择方案一）
(3)定位执行机构
方案一：定位系统采用的是一个对心直动平底从动件盘型凸轮，因为定位系统要有间歇，所以就要使用凸轮机构。
方案二：该定位机构没有凸轮不具备间歇运动的特性, 和方案一不同，效率等
也有所差别。
方案三： 采用弹力急回间歇机构来代替偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它是将旋转运动转换成单侧停歇的往复运动。这样也可以完成实际要求，但是为了使设计的机构结构紧凑，又能节省材料，所以还是选偏置直动滚子从动件盘型凸轮来完成定位。
（最终选择方案一）
(4)夹紧机构选用以及工作原理同定位机构(不再详细介绍)
3、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 （1）机构工艺与功能
(2）机构组合
五个机构相互配合，实现旋转，夹紧，推送，钻孔的复合运动紧凑衔接带动机构，考虑合并使用。
（3）运动协调设计
输送由2圆柱凸轮，送料头组合完成，实现间歇送料。止挡由凸轮3和止挡块完成凸轮旋转一周完成一次工作循环。夹紧由凸轮4和夹紧块完成。钻头进给由凸轮5和齿轮齿条机构完成。完成整个工作循环。
（4）运动循环图
（图2 半自动钻床的运动循环图）
4、机械传动系统的设计选择和评定
减速传动机构:
方案一：由于电动机的转速是1400r/min,而设计要求的主轴转速为2r/min，利用星轮进行大比例的降速，然后用圆锥齿轮实现方向的转换。
方案二：定轴轮系传动;传动比=n输入/n输出=700,传动比很大，要用多级传动。
（最终选择：方案一）
三 执行机构尺寸设计
1、执行机构各部分尺寸设计
（1）进刀机构： 工作行程为20mm;
各杆尺寸如下：CD=50mm，BC=20mm，CE=50mm，EF=125mm
圆弧齿条设计如下：计圆形齿条,根据刀头的行程和凸轮的摆角,设计出圆形齿轮 的半径r=l/β，由β=18°，l=20mm，得到r=63.69mm 两相同齿轮设计：m=2，齿数z=25，压力角=20° 齿条设计：m=2，z=40，压力角=20°
凸轮设计：基圆半径rb=50mm，最大压力角αmax=29°，最小曲率半径ρ
min=20mm
（2）送料机构的设计计算
送料机构根据要求，进料机构工作行程为35mm， 各杆尺寸如下：AB=100mm，BC=50mm，CD=50mm
送料机构凸轮设计：基圆半径rb=50mm,最大压力角αmax=23°，最小曲率半径ρmin=32mm。
（3）定位夹紧机构的设计计算 定位机构行程为25mm
各杆尺寸如下：AB=50mm，BC=100mm，CD=50mm，DG=20mm，BF=20mm
定位机构凸轮设计：基圆半径rb=50mm，最大压力角αmax=28°，最小曲率半径ρmin=25mm。 (以下连体凸轮分开表示,更加直观)
定位机构凸轮 夹紧机构凸轮
2、机构运动简图
3、三维装配图
四.设计总结
五、参考文献
[1]. 郑文纬·吴克坚 机械原理[M].高等教育出版社，1956.10～1997.10. [2].孙桓·葛文杰 机械原理[M].高等教育出版社，1959.6～2006.5.
[3] 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书[M].机械工业出版社，1997.60～61. [4] 李青. 机械工程与自动化[J]. 004(6).-99-101,103 [5] 吴宗泽.罗国华.机械设计课程设计手册[M]，1992.3～1999.6.
[6] 张福润·徐鸿本·刘延林·机械制造技术基础[M].华中科技大学出版社，2000.288～320.
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目 录
一、设计题目……………………………………………………………1
1、设计题目………………………………………………………………………………1 2、原始数据及设计要求…………………………………………………………………1 3、设计任务………………………………………………………………………………2 4、机构示意图…………………………………………………………………….......2
二、运动方案设计………………………………………………………3
1、工作原理和工艺动作分解……………………………………………………………3 2、机械执行机构的选择和评定…………………………………………………………4 3、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图…………………………………………8 4、机械传动系统的设计选择和评定……………………………………………………9
三、执行机构尺寸设计…………………………………………………9
1、执行机构各部分尺寸设计……………………………………………………………9 2、机构运动简图………………………………………………………………………..12 3、三维装配图………………………………………………………………………. ….12
四、设计总结…………………………………………………………...13 五、参考文献…………………………………………………………..13
一、设计题目
1、设计题目一：半自动钻床 2、简介
半自动钻床机能够实现送料、定位、和孔一体化的功能。设计要求的机床的送料机构工作行程大于等于35mm，动力钻头工作行程大于20mm，电动机转速1400r/min，每分钟2件构件加工就好。
半自动钻床机有送料机构，定位够，进到机构以及电动机组成，送料机够将被加工工件推入加工位置并有定位机构是被加工工件可靠固定，最终由进到机构负责动力头的升降来进行钻孔工作。
选择送料机构是要考虑被加工的构件的形状，送料机构要以直线、间隙、定量的将要加工的构件送入加工台，可用来会往复移动构件走直线轨迹段推构件向前进，用定位机构来定位柱构件的要被加工的位置，夹紧之后再钻孔，打好孔之后再退刀，退出是可以用送料机够送的构件推出加工台，以此来实现循环加工。
3 原始数据及设计要求
(1)设计原始数据如下表所示：
表2 机构运动循环要求
(2)设计要求：
半自动钻床一般至少包括凸轮机构、齿轮机构和连杆机构在内的三种机构；至少设计出三种能实现该分类机运动形式要求的机构，绘制所选机构的机构示意图（绘制在说明书上），比较其优缺点，并最终选出一个自己认为最合适的机构进行机构综合设计，绘制出其机构运动简图。
1.设计传动系统并确定其传动比分配(皮带传动传动比i≈2，每级齿轮传动传动比i≤7.5)。
2.在图纸上画出半自动钻床的传动系统方案图。
3、设计任务
（1）本题设计的时间为一周；
（2）根据功能要求，确定工作原理和工艺动作分解；
（3）执行机构选型与设计：构思出至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析比较后，选择其中你认为比较好的方案进行详细设计；
（4）对选择的方案画出机构运动循环图； （5）机械传动系统的设计；
（6）对选择的方案执行机构进行尺寸设计； （6）编写设计说明书，附源程序和计算结果。
4、半自动钻床示意图
图1、半自动钻床示意图
1、带轮 2、有凹槽的圆柱凸轮 3.4连体凸轮(4夹紧和3定位) 5、进刀凸轮 6、进刀机构连杆 7、进刀齿轮（两齿轮相同） （A1,A2,A3,A4分别为各机构复位弹簧）
二、运动方案设计
1、工作原理和工艺动作分解
（1）工作原理：半自动钻床的工作原理是利用钻头的旋转和进刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形状。工艺动作过程由送料、定位夹紧、进刀三部分组成。各个机构的运动由同一电动机驱动，运动由电动机经过减速装置后分为两路，一路随着传动系统传送动力到定位夹紧机构和进刀机构，分别带动凸轮做转动控制连杆对工件的定位和通过齿轮带动齿条和动力头做往复直线运动。另一路直接传动到送料机构，控制的送料机构的进退。即该系统由电动机驱动，通过变速传动将电动机的转速由1400r/min降到主轴的2r/min，与传动轴相连的凸轮机构控制送料，定位夹紧和进刀等工艺动作。三个执行构件的运动形式为：
1.进刀机构动力头做垂直的往复直线运动，下移到最低点后立刻上移。在下移之前有一段休止时间，此段时间则用于送料和定位夹紧。其中动力头的行程为20mm。 2.送料机构做水平的往复运动，工作行程是35mm。初始时，送料机构迅速地将被加工工件送到指定加工位置，稍作停顿后立即返回，且其在工件的加工过程中保持休止。
3.定位夹紧机构在水平面内做近似垂直直线运动，在工件的加工过程中对工件起固定的作用。其中夹紧装置的垂直行程为25mm。
(2) 工艺动作分解：
→
→ →
→
2、机械执行机构的选择和评定 （1）进刀执行机构
方案一：采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构并结合滑块导杆传递齿轮齿条机构。进刀时，凸轮在推程阶段运行，其通过机构传递带动齿轮齿条啮合，进而带动动力头完成钻孔。导杆垂直移动的距离即为齿轮弧转动的角度，且齿轮齿条传动具有稳定性。
方案二：采用一个曲柄导杆机构来传递齿轮齿条机构,但由于没有杠杆，所以不能传动很大的范围。
方案三：用凸轮直接带动摆杆运动，结构比较紧凑，但是摆杆缺少弹簧相连，很难实现工作后的复位动作。
（最终选择方案一）
（2）供料机构
方案一：采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构来完成送料机构的往复运动。通过凸轮机构和导杆滑块实现送料时的快进、休止和快退的动作。由于采用了杠杆，故其能够完成送料的较大传动距离。其中弹簧起到复位作用。
方案二：较方案一结构简单，但由于缺少杠杆，为达到压力角要求，要求凸轮
基圆半径较大，不利于远距离的运动传递，使制造成本升高，机构笨重。
方案三：由于在空间上轴与轴之间的距离较大，选用以下四杆机构的尺寸太小。
（最终选择方案一）
(3)定位执行机构
方案一：定位系统采用的是一个对心直动平底从动件盘型凸轮，因为定位系统要有间歇，所以就要使用凸轮机构。
方案二：该定位机构没有凸轮不具备间歇运动的特性, 和方案一不同，效率等
也有所差别。
方案三： 采用弹力急回间歇机构来代替偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它是将旋转运动转换成单侧停歇的往复运动。这样也可以完成实际要求，但是为了使设计的机构结构紧凑，又能节省材料，所以还是选偏置直动滚子从动件盘型凸轮来完成定位。
（最终选择方案一）
(4)夹紧机构选用以及工作原理同定位机构(不再详细介绍)
3、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 （1）机构工艺与功能
(2）机构组合
五个机构相互配合，实现旋转，夹紧，推送，钻孔的复合运动紧凑衔接带动机构，考虑合并使用。
（3）运动协调设计
输送由2圆柱凸轮，送料头组合完成，实现间歇送料。止挡由凸轮3和止挡块完成凸轮旋转一周完成一次工作循环。夹紧由凸轮4和夹紧块完成。钻头进给由凸轮5和齿轮齿条机构完成。完成整个工作循环。
（4）运动循环图
（图2 半自动钻床的运动循环图）
4、机械传动系统的设计选择和评定
减速传动机构:
方案一：由于电动机的转速是1400r/min,而设计要求的主轴转速为2r/min，利用星轮进行大比例的降速，然后用圆锥齿轮实现方向的转换。
方案二：定轴轮系传动;传动比=n输入/n输出=700,传动比很大，要用多级传动。
（最终选择：方案一）
三 执行机构尺寸设计
1、执行机构各部分尺寸设计
（1）进刀机构： 工作行程为20mm;
各杆尺寸如下：CD=50mm，BC=20mm，CE=50mm，EF=125mm
圆弧齿条设计如下：计圆形齿条,根据刀头的行程和凸轮的摆角,设计出圆形齿轮 的半径r=l/β，由β=18°，l=20mm，得到r=63.69mm 两相同齿轮设计：m=2，齿数z=25，压力角=20° 齿条设计：m=2，z=40，压力角=20°
凸轮设计：基圆半径rb=50mm，最大压力角αmax=29°，最小曲率半径ρ
min=20mm
（2）送料机构的设计计算
送料机构根据要求，进料机构工作行程为35mm， 各杆尺寸如下：AB=100mm，BC=50mm，CD=50mm
送料机构凸轮设计：基圆半径rb=50mm,最大压力角αmax=23°，最小曲率半径ρmin=32mm。
（3）定位夹紧机构的设计计算 定位机构行程为25mm
各杆尺寸如下：AB=50mm，BC=100mm，CD=50mm，DG=20mm，BF=20mm
定位机构凸轮设计：基圆半径rb=50mm，最大压力角αmax=28°，最小曲率半径ρmin=25mm。 (以下连体凸轮分开表示,更加直观)
定位机构凸轮 夹紧机构凸轮
2、机构运动简图
3、三维装配图
四.设计总结
五、参考文献
[1]. 郑文纬·吴克坚 机械原理[M].高等教育出版社，1956.10～1997.10. [2].孙桓·葛文杰 机械原理[M].高等教育出版社，1959.6～2006.5.
[3] 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书[M].机械工业出版社，1997.60～61. [4] 李青. 机械工程与自动化[J]. 004(6).-99-101,103 [5] 吴宗泽.罗国华.机械设计课程设计手册[M]，1992.3～1999.6.
[6] 张福润·徐鸿本·刘延林·机械制造技术基础[M].华中科技大学出版社，2000.288～320.