机械原理课程设计锁梁自动成型机床切削机构设计.doc

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1、明 德 学 院机械原理课程设计说明书院 系： 明德学院机电系 年 级： 12级 专 业： 机械设计及其自动化 班 级： 机电12151 学 号： 122003110659 姓 名： 目 录机械原理课程设计任务书 .4一、功能逻辑图 . . .6二、运动转换功能图 .6三、执行机构的比较与选择 .63.1 送料功能 . . . . 6 偏置曲柄滑块机 .6 偏置曲柄摆杆滑块机构（六杆机构） .7六杆机构2 . . . .7六杆机构3 .8六杆机构 . .83.2 夹紧功能 . .9凸轮+连杆机构 . . .9凸轮+滑块+连杆机构 . . .10齿轮+空间凸轮. . .103.3进给功能 .11凸

2、轮+连杆机构.11凸轮+滑块+连杆机构 .13 齿轮+空间凸轮 . .13四、总方案对比及最终方案.14总方案示意图 .14优方案示意图 .174.1形态学矩阵 . . .194.2 比较平价 .19 4.3 总方案及其工作原理 .20五 、拟定运动循环图 .21六、机构尺寸计算与设定 .216.1送料机构的尺寸计算 .226.2夹紧机构尺寸计算 .236.3进给机构尺寸计算 .23七、凸轮的数学建模 .23进给阶段凸轮设计整理 .23夹紧阶段凸轮设计整理 .28八、传动机构的选择及尺寸确定 .33九、总体安装尺寸 . .33设计总结 . .34参考文献 .35 机械原理课程设计任务书 锁梁自

3、动成型机床切削机构设计一、机构说明和加工示意图锁梁自动成型机床加工锁梁（即挂锁上用于插入门扣的钩状零件）的工序为：将盘圆钢条校直、切槽、车圆头、切断和搬弯成型。本机构为该机床的搬弯成型切削工艺部分，由送料机构、夹紧机构和切削进给机构组合而成。切削加工原理如图1：送料夹持器1将工件7送到切削加工工位。弹簧夹头的锥套6移动，使夹紧爪5将工件7夹紧，送料夹持器1即返回。圆锥凸轮2移动，使与切槽刀杆和切断刀杆相联的摆杆3摆动，开始进刀，由于刀盘4的旋转运动，是工件被出圆槽、圆头和最后切断。圆锥凸轮2返回，摆动刀杆退刀，弹簧夹头松开工件，待送料夹持器1第二次送进时，将已切削成型的工件推出工位。图1 锁梁

4、自动成型机床切削机构加工示意图二、机构设计的有关数据1、生产率：24 件/分2、机电输入转速：n1=950转/分3、工件尺寸：L= 180，D1= 8 ，D2= 5三、课程设计项目内容： 1、目标分析：根据设计任务书中规定的设计任务，进行功能分析，作出工艺动作的分解， 明确各个工艺动作的工作原理。2、创新构思：对完成各工艺动作和工作性能的执行机构的运动方案进行全面构思。对各可 行方案进行运动规律设计、机构型式设计和协调设计。 3、方案拟定：拟定总体方案，进行执行系统、传动系统、原动机的选择和基本参数设计。 4、方案评价：对各行方案进行运动分析、力分析及有关计算、以进行功能、性能评价和技 术、经

5、济评价。 5、方案决策：在方案评价的基础上进行方案决策，在可行方案。确认其总体设计方案，绘 制系统运动简图、编写总体方案设计说明书。四、课程设计要求： 1、按工艺动作设计多个组合机构的总体方案，根据评标的运动特性、传力特性、工作可靠 性、结构紧凑性和制造经济性等进行分析比较，最后确定一、二个较好的方案，拟定出 运动方案示意图。 2、分解工艺动作，根据生产率绘制送料机构、定位机构和进刀机构的运动循环图。 3、根据生产率和电机转速，设计传动系统。 4、用图解法对送料机构、定位机构和进刀机构进行运动设计，绘制组合机构的机构运动简 图。（4号图） 5、用计算机辅助设计对凸轮机构进行设计，绘出凸轮轮廓和

6、从动件位移曲线。 6、编写课程设计说明书。内容包括：设计题目、工艺要求、设计内容、方案选择与比较、 各机构类型和运动参数的选择、执行机构设计、凸轮机构设计、参考资料目录和设计小 结等。（20页以上）五、机械原理课程设计题目数据。附表：锁梁自动成型机床切削机构设计题目数据题目代号A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10生 产 率 10 12 15 18 20 24 25 28 30 32电机转速7007508008509009501000110012001250工件长度250240225200190180160150120100工件D110109 9 8 8 6 6 5 5工件D2 7 7 6

7、 6 5 5 4 4 3.5 3.5齿轮模数 6 6 5 5 4 4 3 3 2.5 2.5一、功能逻辑图材料送料功能材料夹紧功能材料切削功能锁梁自动切削功 二、运动转换功能图三、执行机构的比较与选择 3.1 送料功能 实现：由低速回转运动急进慢回往复移动的机构。 备选方案： 偏置曲柄滑块机构：如图功能：用于将旋转运动转换成有急进慢回特性的连续往复移动。 特点：由于曲柄的尺寸限制了送料的行程。工作原理：原动件的回转带动连杆运动，连杆再带动滑块连续往复移动。自由度F：3X3-2X4=1 （有确定的运动） 图 偏置曲柄摆杆滑块机构（六杆机构）：如图3-2功能：用于将旋转运动转换成有急进慢回特性的连

8、续往复移动。特点：通过摆杆和连杆可以调节运料行程，从而获得比较合适的送料行程尺寸。工作原理：原动件1的回转带动滑块2在摆杆3上移动，摆杆的摆动使连杆4运动，运动的连杆4带动滑块5连续往复移动。 自由度F=3x5-2x7=1(有确定的运动) 图3-2 六杆机构2 ： 如图3-3功能：用于将旋转运动转换成有急进慢回特性的连续往复移动。特点：通过摆杆和连杆可以调节运料行程，从而获得比较合适的送料行程尺寸。工作原理：原动件1的回转运动带动连杆2运动，连杆2带动摆杆3摆动，摆杆带动连杆4运动，连杆4带动滑块5滑动。自由度F=3x5-2x7=1 (有确定的运动)图 图3-3 六杆机构3:如图3-4 功能：

9、将旋转运动转换成有急进慢回特性的连续往复移动。 特点：通过摆杆可以调节送料行程，从而获得比较合适的送料行程尺寸，但齿条机构的加工装配成本高，占据空间。 工作原理：原动件1的旋转带动滑块2在摆杆3上移动，摆杆3带动齿轮齿条啮合，齿条移动滑块也随之移动。 自由度：F=3x4-（2x5+1）=1(有确定的运动) 图 3-4 六杆机构4：如图3-5 功能：将旋转运动转换成有急进慢回特性的连续往复移动。 特点：通过摆杆和连杆可以调节运料行程，满足送料行程尺寸。 工作原理：原动件1的旋转带动连杆2运动，连杆2带动摆杆3左右摆动，摆动的过程带动滑块5有急回的连续往复运动。 自由度F=3x5-2x7=1(有确

10、定的运动) 图3-5 3.2 夹紧功能 实现：由回转运动间歇往复移动的机构 凸轮+连杆机构 如图3-6功能：用于将旋转运动转换成间歇特性的往复运动。特点：推杆5上的两个滚子有效地减小了系统摩擦，弹簧6的使用使得直杆2与凸轮形成力封闭，保证了竖直杆2的往复间歇摆动。工作原理：凸轮旋转推动杆5移动， 5推动2杆绕支点3摆动，杆2的上端在夹紧件的槽里滑动并带动夹紧件在水平方向上移动，通过改变机架3的位置，可以改变夹紧件水平移动的行程，当机架3的位置向上移动时，行程减小，机架3位置向下移动时，行程增大。 自由度F=3x7-(2x8+2)-2=1 (有确定的运动) 图 3-6 凸轮+滑块+连杆机构：如图

11、3-7 功能: 用于将旋转运动转换成间歇特性的往复运动。 特点：滑块处的摩擦较大，易造成磨损，且竖直摆杆与凸轮没有任何的封闭，使得杆2的往复移动不易实现。 工作原理：凸轮旋转推动滑块5移动，滑块5通过连杆4推动摆杆2绕机架3摆动，摆杆2的上端在在夹紧件的槽里滑动并带动夹紧件在水平方向上移动，通过改变机架3的位置，可以改变夹紧件水平移动的行程，当机架3的位置向上移动时，行程减小，机架3的位置向下移动时，行程增大。 自由度F=3x7-(2x9+1)-1=1 图3-7 齿轮+空间凸轮 如图3-8 功能: 用于将旋转运动转换成间歇特性的往复运动。 特点：运动稳定，改变齿轮可以实现变速，使夹具能准时工作

12、，但空间凸轮和齿轮设计加工困难。 工作原理：齿轮1转动使轴旋转，同轴的锥齿轮也转动，锥齿轮的啮合使空间凸轮转动，最后通过空间凸轮将旋转运动转变为夹具的间歇往复移动。 如图3-83.3进给功能： 实现：由回转运动间歇往复移动的机构 凸轮+连杆机构 如图3-9功能：用于将旋转运动转换成间歇特性的往复运动。特点：推杆5上的两个滚子有效地减小了系统摩擦，弹簧6的使用使得直杆2与凸轮形成力封闭，保证了竖直杆2的往复间歇摆动。工作原理：凸轮旋转推动杆5移动，5推动2杆绕支点3摆动，杆2的上端在夹紧件的槽里滑动并带动夹紧件在水平方向上移动，通过改变机架3的位置，可以改变夹紧件水平移动的行程，当机架3的位置向

13、上移动时，行程减小，机架3的位置向下移动时，行程增大。 自由度F=3x7-(2x8+2)-2=1 (有确定的运动) 图 3-9 凸轮+滑块+连杆机构：如图3-10 功能: 用于将旋转运动转换成间歇特性的往复运动。 特点：滑块处的摩擦较大，易造成磨损，且竖直摆杆与凸轮没有任何的封闭，使得杆2的往复移动不易实现。 工作原理：凸轮旋转推动滑块5移动，滑块5通过连杆4推动摆杆2绕机架3摆动，摆杆2的上端在在夹紧件的槽里滑动并带动夹紧件在水平方向上移动，通过改变机架3的位置，可以改变夹紧件水平移动的行程，当机架3的位置向上移动时，行程减小，机架3的位置向下移动时，行程增大。 自由度F=3x7-(2x9+

14、1)-1=1 图3-10 齿轮+空间凸轮 如图3-11 功能: 用于将旋转运动转换成间歇特性的往复运动。 特点：运动稳定，改变齿轮可以实现变速，使夹具能准时工作，但空间凸轮和齿轮设计加工困难。 工作原理：齿轮1转动使轴旋转，同轴的锥齿轮也转动，锥齿轮的啮合使空间凸轮转动，最后通过空间凸轮将旋转运动转变为夹具的间歇往复移动。 如图3-11四、总方案对比及最终方案 总方案示意图 4.1形态学矩阵 如：表4-1 表4-1功能单元功能元分解匹配机构12345减速一带传动齿轮传动涡轮蜗杆传动减速二带传动齿轮传动涡轮蜗杆传动减速三带传动齿轮传动涡轮蜗杆传动送料机构无间歇往复运动导杆机构六杆机构1六杆机构2

15、六杆机构3六杆机构4夹紧套的间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮机构连杆机构齿轮+空间凸轮进给锥套的间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮机构连杆机构齿轮+空间凸轮可实现的组合有：3x3x3x5x4x4=2160 4.2 比较平价： 送料功能：选用六杆机构，通过摆杆和连杆可以调节运料行程。 夹紧功能：选用凸轮+连杆机构，机构简单，稳定，具有间歇特性，运动具有确定性。进给功能：选用凸轮+连杆机构，机构简单，稳定，具有间歇特性，运动具有确定性。第一级传动：带传动，轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不

16、能用于分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短。第二级传动：齿轮传动，承载能力和速度范围大；传动比恒定，采用卫星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪音；无过载保护作用。第三级传动：齿轮传动，承载能力和速度范围大；传动比恒定，采用卫星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪音；无过载保护作用。4.3 总方案及其工作原理 如图4-3 图4-3总方案工作原理： 电动机由皮带轮通过皮带2将运动传到皮带轮3，完成一次减速运动，皮带轮2带动同轴的齿轮4转

17、动，齿轮4与齿轮5啮合，将运动传递给齿轮5，实现二级减速，齿轮5带动同轴的齿轮6转动，齿轮6与齿轮7啮合，将运动传递给齿轮7，完成第三级减速且满足生产要求得旋转速度，从而带动曲柄8、夹紧凸轮14、进给凸轮13已相同的角速度旋转。 曲柄8通过滑块9、导杆10、连杆，将曲柄的匀速转动转化为送料器12的连续往复运动。 夹紧凸轮14通过滚子17、推杆19、滚子20、摆杆21，将凸轮的匀速转动转化为夹紧套23的间歇往复运动。 进给凸轮14通过滚子15、推杆16、滚子18、摆杆25，将凸轮的匀速转动转化为进给装置24的间歇往复运动。 弹簧26和弹簧27使摆杆21和摆杆25与对应的凸轮形成力封闭，使摆杆21

18、和摆杆25能够进行往复间歇摆动。、五 、拟定运动循环图 如图5-1、表5-1机构设计的有关数据1、生产率：24 件/分2、机电输入转速：n1=950转/分3、工件尺寸：L= 180，D1= 8 ，D2= 5 生成率24件/分 2.5 s/r 图5-1 表5-1执行阶段运动阶段运动时间（s）分配转角（）送料阶段送料0.75112回程1.75248夹紧阶段初始0.62590上升0.347.2夹紧1.175169.2回程0.453.6切削阶段初始1.125162上升0.925133.2远休0.114.4回程0.3550.4六、 机构尺寸计算与设定。 6.1送料机构的尺寸计算。如图6-1 根据工件长度

19、L=180mm,可确定滑块行程为180mm。 图6-1行程速比系数：K=252/1082.21极位夹角：=180.（K-1）/（K+1）=68行程角：=68CD=(L/2)/sin(/2)=(180/2)/(sin72/2) 194.14mm 取CD=194mm设AC=70mm 得：曲柄AB=AC.sin（/2）=70.sin3439.14mm 取AB=39mm假设送料最大压力角为35D垂直于工件的距离为40mm 得：DE=40/sin3569.686mm 取DE=70mm 6.2夹紧机构尺寸计算凸轮连杆机构。如图6-2 推杆5与凸轮8对心滚子推杆盘行凸轮机构。支点3位置位于夹紧套1与推杆5竖

20、直距离的1/3处。推杆5和摆杆2的长度根据实际总装位置确定。凸轮8尺寸及轮廓计算机数学建模 图6-26.3进给机构尺寸计算凸轮连杆机构。如图6-3推杆5与凸轮8对心滚子推杆盘行凸轮机构。支点3位置位于夹紧套1与推杆5竖直距离的1/3处。推杆5和摆杆2的长度根据实际总装位置确定。凸轮8尺寸及轮廓 计算机数学建模 图 6-3七、凸轮的数学建模进给阶段凸轮设计整理1、基本数据输入及设定：2、设计分析：1）最小曲率半径2） 最大压力角3）运动规律升程：正弦加速度回程：正弦加速度3、设计结果1）仿真图轮廓图2） 基本数据基圆半径：r0 =36mm滚子半径：rb =5mm偏距：e =0mm升程：h=10

21、mm推程运动角：133.2远休止角：14.4回程角：50.4近休止运动角：162最小曲率半径：min=18.8692mm升程最大压力角max =9.4268 降程最大压力角max = 23.690夹紧阶段凸轮设计整理1、基本数据输入及设定：2、设计分析：1）最小曲率半径2) 最大压力角3）运动规律升程：五次多项式回程：五次多项式3、设计结果1）仿真图轮廓图2) 基本数据基圆半径：r0 =56mm滚子半径：rb =5mm偏距：e =0mm升程：h=20m推程运动角：47.2远休止角：169.2回程角：53.6近休止运动角：90最小曲率半径：min=26.01mm升程最大压力角max = 30.3

22、0降程最大压力角max = 27.23用反转发设计夹紧阶段凸轮：如附图一八、传动机构的选择及尺寸确定 转速为950r/min的电动机 ， 生产率为24件/分 i总=n电/n=950/24=39.58 i总=i1 x i2 x i3 x i4=40第一级传动：带传动 i1=4 D1=40mm D2=160mm第二级传动：齿轮传动 i2=4 m=4 Z3=17 Z4=68 d3=68mm d4=272mm第三级传动：齿轮传动 i3=2.5 m=4 Z5=17 Z6=42 d5=68mm d4=168mm九、总体安装尺寸完成系统机构运动简图 总体安装：如附图二 运料机构：AC=70mm DC=153

23、mm 则H=153 x cos36+40-70=92.4mm进给机构： 摆杆23的支点与锥套轴线竖直距离为1/2H=46.2mm 进给推杆17的长度为110.86mm 夹紧机构： 摆杆24的支点与夹紧套的竖直距离为1/3H=30.8mm 夹紧推杆19长度为324.24mm 杆21的长度为163.6mm，杆23的长度为163.6mm设计总结: 这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，其实正向老师说得一样，机械设计的课程设计没有那么简单，你想copy或者你想自己胡乱蒙两个数据上去来骗骗老师都不行，因为你的每一个数据都要从机械设计书上或者机械设计手册上找到出处。虽然种种困难我都已经克服，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。参 考 文 献孙恒，陈作模，葛文杰 . 机械原理【M】. 7版，高等教育出版社 机械原理第七版主编孙恒陈作模葛文杰高等教育出版社机械原理课程设计手册主编牛鸣岐王保民重庆大学出版社机械原理课程设计指导书贵州大学机械学院35