机械系统的方案设计与总体设计习题课全解

会计学1机械系统的方案设计与总体设计习题课机械系统的方案设计与总体设计习题课全解全解题题1：C1325自动车床刀架机械传动系统的方案分析过程自动车床刀架机械传动系统的方案分析过程。1、功能分析、功能分析功能要求：自动换刀，并能沿工件轴向完成进给运动。功能要求：自动换刀，并能沿工件轴向完成进给运动。进刀凸轮进刀凸轮机构机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613获得系统的各个分功能获得系统的各个分功能第1页/共46页进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613功能要求：功能要求：自动换刀，轴向进给自动换刀，轴向进给功能分解：功能分解：转位转位转塔刀架每次转过转塔刀架每次转过60；让刀让刀转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉；转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉；定位定位通过定位销实现刀架的定位；通过定位销实现刀架的定位；进、退刀进、退刀不转时，精确实现预定的进退刀运动。不转时，精确实现预定的进退刀运动。第2页/共46页进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构116132、刀架机械传动系统的工作过程、刀架机械传动系统的工作过程退刀：退刀：压簧压簧12推杆推杆13回程回程齿轮齿轮6齿条齿条7活动支架活动支架8向右完成退刀向右完成退刀在一组工件加工完毕后在一组工件加工完毕后第3页/共46页进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3过宽齿轮过宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613让刀：让刀：过宽齿轮过宽齿轮2圆锥齿轮圆锥齿轮3圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构4拔出销拔出销1010同时，曲柄同时，曲柄5 5旋转旋转支架支架8快速向右运动实现让刀快速向右运动实现让刀退刀的同时，齿轮退刀的同时，齿轮1 的离合器结合并开始转动。的离合器结合并开始转动。第4页/共46页进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613转位：转位：让刀快结束时，槽轮开始转位让刀快结束时，槽轮开始转位曲柄曲柄5的后半圈的后半圈支架支架8向左移动完成复位向左移动完成复位定位：定位：转位结束时，凸轮机构转位结束时，凸轮机构4的推杆摆动的推杆摆动插入定位销插入定位销10第5页/共46页之后进入下一个循环之后进入下一个循环进刀凸轮进刀凸轮机构机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613进给：进给：推杆推杆13推程推程齿轮齿轮6齿条齿条7活动支架活动支架8向左完成进给向左完成进给第6页/共46页刀架机械传动系统的工作循环图：刀架机械传动系统的工作循环图：圆柱凸轮转角圆柱凸轮转角定位销定位销转塔转塔活动支架活动支架定位定位拔出拔出静止静止转位转位后退后退复位复位 0 90 180 270 360 第7页/共46页组合方式主要以组合方式主要以串联方式串联方式为主，但在为主，但在I、II处采用了处采用了特殊的并联方式特殊的并联方式。进刀凸轮机构进刀凸轮机构齿轮齿条机构齿轮齿条机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构活动支架进退活动支架进退圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构槽轮机构槽轮机构连杆机构连杆机构圆柱齿轮机构圆柱齿轮机构圆锥齿轮机构圆锥齿轮机构转塔刀架转位转塔刀架转位定位销进退定位销进退III3、刀架机械传动系统各机构的组合方式及特点、刀架机械传动系统各机构的组合方式及特点 1 1）进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工件需要换不同的凸轮。，不同的工件需要换不同的凸轮。2 2）后续串联的齿轮齿条是为了后续串联的齿轮齿条是为了转换运动形式并放大转换运动形式并放大。3）后续再串接一个曲柄滑快机构，）后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距离以增大让刀距离。组合方式：组合方式：机构功用分析：机构功用分析：第8页/共46页进刀凸轮机构进刀凸轮机构齿轮齿条机构齿轮齿条机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构活动支架进退活动支架进退圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构槽轮机构槽轮机构连杆机构连杆机构圆柱齿轮机构圆柱齿轮机构圆锥齿轮机构圆锥齿轮机构转塔刀架转位转塔刀架转位定位销进退定位销进退III另外一条传动路线中另外一条传动路线中4)4)圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构使为了圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构使为了改变运动方向改变运动方向。5)5)圆锥齿轮机构后并接槽轮机构使为了圆锥齿轮机构后并接槽轮机构使为了实现转位实现转位。6)6)并接圆柱凸轮机构再串接连杆机构是为了并接圆柱凸轮机构再串接连杆机构是为了实现定位的时序要求实现定位的时序要求。7)7)并接曲柄滑块机构使为了并接曲柄滑块机构使为了实现让位实现让位。第9页/共46页 该机床应完成该机床应完成3个运动个运动刀具的旋转运动刀具的旋转运动A1（实现工件的切削）、（实现工件的切削）、工作台的间歇转动工作台的间歇转动A2及及主轴箱往复直线运动主轴箱往复直线运动A3（完成进刀和退刀运动）。（完成进刀和退刀运动）。题题2：设计一四工位专用机床的技术方案，通过该技术方：设计一四工位专用机床的技术方案，通过该技术方案来一次完成：案来一次完成：钻孔钻孔扩孔扩孔铰孔铰孔3道工序。道工序。装拆工件装拆工件()钻孔钻孔()扩孔扩孔()铰孔铰孔()工作过程中有四个工位：工作过程中有四个工位：分析：分析：图图1 工件工件4550H61.6 在工作台间歇转动的运动中，工作台每次转动在工作台间歇转动的运动中，工作台每次转动90，转一圈，完成一个工作循环转一圈，完成一个工作循环。第10页/共46页A3工作台工作台主轴箱主轴箱图图2 2 机构功能示意图机构功能示意图A1A2钻孔钻孔扩孔扩孔铰孔铰孔装拆工件装拆工件()()钻孔钻孔()()扩孔扩孔()()铰孔铰孔()()第11页/共46页 解：该解：该四工位专用机床四工位专用机床设计任务明确，工艺原理清楚，类似机床的技术过程成熟，所以，方案设计的前设计任务明确，工艺原理清楚，类似机床的技术过程成熟，所以，方案设计的前3步（设计任务的抽象化，确定工艺原理，确定技术过程）可以省略。步（设计任务的抽象化，确定工艺原理，确定技术过程）可以省略。1对主轴箱移动对主轴箱移动(A3)的要求的要求 一、设计要求和主要参数一、设计要求和主要参数由零件的加工工艺，可得到如下一些设计要求数据：由零件的加工工艺，可得到如下一些设计要求数据：根据设计任务中对机床工位所提出的要求：根据设计任务中对机床工位所提出的要求：装拆工件装拆工件()钻孔钻孔()扩孔扩孔()铰孔铰孔()，作出主轴箱的移动示意图，如图，作出主轴箱的移动示意图，如图3所示。所示。第12页/共46页图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图工件工件初始位置初始位置快速送进快速送进慢进切削慢进切削快速返回快速返回刀具刀具由图由图3可以看出主轴箱移动经过了可以看出主轴箱移动经过了4个阶段：个阶段：（1）初始位置；）初始位置；（2）快速进刀；）快速进刀；（3）慢进切削；）慢进切削；（4）快速退回。）快速退回。第13页/共46页刀具离工作表面距离刀具离工作表面距离S=65mm；图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图工件工件初始位置初始位置快速送进快速送进慢进切削慢进切削快速返回快速返回刀具刀具（1）初始位置：）初始位置：图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图工件工件S=65初始位置初始位置刀具刀具第14页/共46页S1=60mm，t1=6s，V1=10mm/s；（2）快速进刀：）快速进刀：图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图工件工件S=65初始位置初始位置刀具刀具快速送进快速送进图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图工件工件S=65初始位置初始位置刀具刀具S1=60，t1=6s第15页/共46页S1=60，t1=6s快速送进快速送进图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图工件工件S=65初始位置初始位置刀具刀具（3）慢进切削：）慢进切削：10慢进切削慢进切削图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图工件工件S1=60，t1=6sS=65初始位置初始位置快速送进快速送进刀具刀具S2=60，t2=30s45 S2=60mm，t2=30s，V2=2mm/s；(包括切前包括切前5mm，切削，切削45mm，伸出工件，伸出工件10mm)；第16页/共46页S3=120mm，t3=12s，V3=10mm/s。（4 4）快速退回：）快速退回：10慢进切削慢进切削图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图工件工件S1=60，t1=6sS=65初始位置初始位置快速送进快速送进刀具刀具S2=60，t2=30s45S3=120mm，t3=12s快速返回快速返回图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图S2=60，t2=30s慢进切削慢进切削工件工件S1=60，t1=6sS=654510初始位置初始位置快速送进快速送进刀具刀具第17页/共46页 5原动机为笼型三相异步电动机，要求原动机、传动系统、执行系统中的执行机构装在机体之内；执行构件：刀其和工件卡具以及工件伸在外面。原动机为笼型三相异步电动机，要求原动机、传动系统、执行系统中的执行机构装在机体之内；执行构件：刀其和工件卡具以及工件伸在外面。2对刀具切削运动的要求对刀具切削运动的要求由工件的材质以及加工工艺要求，可得刀具切削运动的主要参数：由工件的材质以及加工工艺要求，可得刀具切削运动的主要参数：刀具转动速度（刀具转动速度（ndo）n1(r/min)；刀具切削时的移动速度刀具切削时的移动速度Vdo=2mm/s=V2。3工件装卸时间工件装卸时间不少于不少于10s，即，即tc10s。4生产效率：理论生产率生产效率：理论生产率Gth=75件件h(由生产率要求决定由生产率要求决定)第18页/共46页四四工工位位专专用用机机床床图图4 四工位专用机床树状功能图四工位专用机床树状功能图刀具旋转运动刀具旋转运动A1（n1）工作台间歇转动工作台间歇转动A22=90，n主轴箱进退刀运动主轴箱进退刀运动A3（S，V）静止静止快进快进慢进慢进快退快退 对四工位专用机床的总功能进行分解，可以得到相应的树状功能图。对四工位专用机床的总功能进行分解，可以得到相应的树状功能图。二、四工位专用机床树状功能图二、四工位专用机床树状功能图第19页/共46页 该机器属于有多个执行构件的周期循环工作的机械系统，应对它的运动循环情况加以研究。该机器属于有多个执行构件的周期循环工作的机械系统，应对它的运动循环情况加以研究。三、机械运动循环情况三、机械运动循环情况1完成一个工作循环的时间完成一个工作循环的时间)/75(48756060hsT件生产率sttt36212302324（1）工作台静止时间）工作台静止时间t4：2工作台回转情况工作台回转情况 满足装卸工件的要求。满足装卸工件的要求。（2）工作台转动时间）工作台转动时间t5：sttt1221262315工作台静止时间包括切削时间工作台静止时间包括切削时间t2和快退时刀具在工件内的时间和快退时刀具在工件内的时间t3/2。ss1036 第20页/共46页min/25.1/0208.01241415rsrtr（2）工作台转动时间：）工作台转动时间：sttt1221262315工作台转动时间包括刀具快进工作台转动时间包括刀具快进60mm和快退和快退60mm的时间。的时间。（3）工作台转动速度：）工作台转动速度：由上面数据可作出四工位专用机床运动循环表。由上面数据可作出四工位专用机床运动循环表。第21页/共46页S3=120mm，t3=12s快速返回快速返回图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图S2=60，t2=30s慢进切削慢进切削工件工件S1=60，t1=6sS=654510初始位置初始位置快速送进快速送进刀具刀具第22页/共46页S3=120mm，t3=12s快速返回快速返回图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图S2=60，t2=30s慢进切削慢进切削工件工件S1=60，t1=6sS=654510初始位置初始位置快速送进快速送进刀具刀具第23页/共46页表表1 四工位专用机床的运动循环表四工位专用机床的运动循环表静止静止t=t2+t3/2=36s 转动转动t3/2=6s转动转动t1=6s工作台工作台刀具在工件外刀具在工件外S=15+60=75mmt=75/10=7.5s刀具在工件内刀具在工件内S=452+102=110mmt=45/2+45/10=27s刀具在工件外刀具在工件外S=60+5=65mmt=t1+5/2=8.5s向后运动空回行程向后运动空回行程 S0=S3=120mm t0=t3=12s向前运动工作行程向前运动工作行程 SW=S1+S2=60+60=120mm tw=t1+t2=6+30=36s主轴箱主轴箱 运运 动动 情情 况况执行构件执行构件行程行程s（mm）时间时间t（s）68.5364248065120175240 表中数据显示了主轴箱和工作台的运动情况，各行程的起止时间和持续过程以及相互协调情况，表中数据显示了主轴箱和工作台的运动情况，各行程的起止时间和持续过程以及相互协调情况，为了防止刀具在工件内时，工作台转动，留出了为了防止刀具在工件内时，工作台转动，留出了t1=2.5s和和t2=6.5s的缓冲时间的缓冲时间。第24页/共46页缩小缩小放大放大变换变换阻隔阻隔传导传导分离分离贮存贮存合并合并EAEAEAEAEAEA1A2E1AE2E、A的类型不同的类型不同(EA)(EA)(EA)(EA)EA(E=A)功能转换图中所采用的功能元符号功能转换图中所采用的功能元符号四、机构选型与方案评定四、机构选型与方案评定 由四工位专用机床的树状功能图可以作出四工位专用机床运动的由四工位专用机床的树状功能图可以作出四工位专用机床运动的功能转化图功能转化图，在功能转化图中，常用，在功能转化图中，常用物理功能元物理功能元的符号如下：的符号如下：第25页/共46页用物理功能元符号可得四工位专用机床功能转化图：用物理功能元符号可得四工位专用机床功能转化图：电动机电动机1减速减速分动分动刀具转动刀具转动a）刀具运动功能转换图）刀具运动功能转换图图图5 5 四工位专用机床运动功能转换图四工位专用机床运动功能转换图电动机电动机2减速减速A减速减速B分动分动变连转动为间转变连转动为间转工作台间歇转动工作台间歇转动变转动为移动变转动为移动主轴箱往复移动主轴箱往复移动b）工作台和主轴箱运动功能转换图）工作台和主轴箱运动功能转换图第26页/共46页 (1)机床采用机床采用独立驱动独立驱动的方式，利用的方式，利用2台电动机驱动整个系统的运动：电动机台电动机驱动整个系统的运动：电动机1驱动刀具旋转运动，电动机驱动刀具旋转运动，电动机2驱动工作台间歇转动和主轴箱往复移动。驱动工作台间歇转动和主轴箱往复移动。由功能转换图可看出：由功能转换图可看出：采用采用独立驱动独立驱动的原因：独立驱动可简化运动链，减少传动件数目，减轻机床重量；传动装置的布局、安装、调整、维修方便。的原因：独立驱动可简化运动链，减少传动件数目，减轻机床重量；传动装置的布局、安装、调整、维修方便。(3)工作台间隙转动和主轴箱移动的传动系统有工作台间隙转动和主轴箱移动的传动系统有5个分功能：个分功能：减速减速A、减速、减速B、分动、变连续转动为间歇转动、分动、变连续转动为间歇转动和和变连续转动为往复直线运动变连续转动为往复直线运动。(2)刀具转动的传动系统有刀具转动的传动系统有2个分功能：个分功能：减速减速和和分动分动；系统中回转工作台转速系统中回转工作台转速n=1.25r/min，主轴箱移动速度，主轴箱移动速度v=210mm/s，电动机的转速，电动机的转速nd2=1000r/min左右左右(6级电动机级电动机)，速比，速比80025.11000i 采用一级减速无法实现，所以，采用二级减速的方式。其中一级采用带传动，传动平稳，有过载保护作用。采用一级减速无法实现，所以，采用二级减速的方式。其中一级采用带传动，传动平稳，有过载保护作用。第27页/共46页E（变转动为往复直线移动）（变转动为往复直线移动）D（变连续转动为间歇转动）（变连续转动为间歇转动）C（分动）（分动）B（减速（减速B）A(减速减速A)54321功能载体功能载体分功能分功能 对于所找出对于所找出5个主要的分功能，通过寻找合适的功能载体，就可以作出工作台和主轴箱传动系统的形态学矩阵。个主要的分功能，通过寻找合适的功能载体，就可以作出工作台和主轴箱传动系统的形态学矩阵。表表2 四工位专用机床的形态学矩阵四工位专用机床的形态学矩阵带滑块的六杆机构带滑块的六杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构移动推杆盘形凸轮机构移动推杆盘形凸轮机构移动推杆圆柱凸轮机构移动推杆圆柱凸轮机构槽轮机构槽轮机构不完全齿轮机构不完全齿轮机构曲柄摇杆棘轮机构曲柄摇杆棘轮机构弧面凸轮机构弧面凸轮机构圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构齿轮传动齿轮传动行星齿轮传动行星齿轮传动齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动链传动链传动带传动带传动摆线针轮传动摆线针轮传动齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动链传动链传动带传动带传动第28页/共46页方案方案1：A5 +B1 +C1 +D5 +E1 在建立系统形态学矩阵的过程中，对于运动功能转换的功能载体，可以查阅运动功能转换解法库，通过许多种手册都可以查到。在建立系统形态学矩阵的过程中，对于运动功能转换的功能载体，可以查阅运动功能转换解法库，通过许多种手册都可以查到。由形态学矩阵可得到的设计方案数为：由形态学矩阵可得到的设计方案数为：N=55155=625 在这些方案中剔除明显不合理的方案，再根据能否满足功能要求，运动链中机构安排是否合理，制造难易程度，经济性、可靠性等因素，进行综合评价，选出下面两个较优的方案。在这些方案中剔除明显不合理的方案，再根据能否满足功能要求，运动链中机构安排是否合理，制造难易程度，经济性、可靠性等因素，进行综合评价，选出下面两个较优的方案。带传动带传动行星齿轮传动行星齿轮传动齿轮分动箱齿轮分动箱不完全齿轮机构不完全齿轮机构摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构。摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构。五较优的方案五较优的方案 摆线针轮摆线针轮带传动带传动齿轮分轴箱齿轮分轴箱槽轮槽轮移动推杆圆柱凸轮。移动推杆圆柱凸轮。方案方案2：A1 +B5 +C1 +D4 +E3第29页/共46页E（变转动为往复直线移动）（变转动为往复直线移动）D（变连续转动为间歇转动）（变连续转动为间歇转动）C（分动）（分动）B（减速（减速B）A(减速减速A)54321功能载体功能载体分功能分功能表表2 四工位专用机床的形态学矩阵四工位专用机床的形态学矩阵带滑块的六杆机构带滑块的六杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构移动推杆盘形凸轮机构移动推杆盘形凸轮机构移动推杆圆柱凸轮机构移动推杆圆柱凸轮机构槽轮机构槽轮机构不完全齿轮机构不完全齿轮机构曲柄摇杆棘轮机构曲柄摇杆棘轮机构弧面凸轮机构弧面凸轮机构圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构齿轮传动齿轮传动行星齿轮传动行星齿轮传动齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动链传动链传动带传动带传动摆线针轮传动摆线针轮传动齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动链传动链传动带传动带传动摆线针轮传动摆线针轮传动齿轮传动齿轮传动带传动带传动移动推杆圆柱凸轮机构移动推杆圆柱凸轮机构槽轮机构槽轮机构第30页/共46页 根据上述的运动方案结论，选择合适的比例尺可以画出机构运动简图作为方案示意图。根据上述的运动方案结论，选择合适的比例尺可以画出机构运动简图作为方案示意图。六方案示意图六方案示意图方案方案1 1移动推杆圆柱移动推杆圆柱凸轮机构凸轮机构摆线针轮摆线针轮减速器减速器槽轮机构槽轮机构电动机电动机2 2电动机电动机1 1作业：画出机构方案作业：画出机构方案2的运动简图。的运动简图。第31页/共46页b b、钻头旋转，工作台带动工件进给；钻头旋转，工作台带动工件进给；题题3：多头专用钻：多头专用钻床床机械传动系统设计。机械传动系统设计。设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。30203-820205020101 1、确定工作原理确定工作原理 钻削工艺：钻头一边旋转，同时相对于工件作移动。钻削工艺：钻头一边旋转，同时相对于工件作移动。a a、钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止；钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止；三种运动方案：三种运动方案：c c、工作台旋转，钻头作轴向进给；工作台旋转，钻头作轴向进给；一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。如车床上钻孔第32页/共46页送料机构可以采用从料仓推送工件的方式。送料机构可以采用从料仓推送工件的方式。工作台工作台送料杆送料杆料仓料仓三个执行构件：钻头、工作台、送料杆三个执行构件：钻头、工作台、送料杆2、执行构件的运动设计、执行构件的运动设计1）送料杆往右推出零件，并顶出加工好的零件；）送料杆往右推出零件，并顶出加工好的零件；2）夹具将工件定位，并夹紧；）夹具将工件定位，并夹紧；3）送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头；）送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头；4）工作台慢速工进；）工作台慢速工进；5）钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。）钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。工艺过程：工艺过程：第33页/共46页钻头的转速：钻头的转速：nc=1000v/(d)式中：式中：d钻钻头直径，头直径，d=8 mm v切削速度，查手册，选用切削速度，查手册，选用45钢，可选钢，可选v=12.5m/min；1)工作台带动工件快速上移接近钻头；工作台带动工件快速上移接近钻头；2)工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到 一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，所以进给速度应减小；一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，所以进给速度应减小；3)钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。工作台为往复运动，钻孔工艺要求：工作台为往复运动，钻孔工艺要求：代入得：代入得：nc 500 r/min30203-82020502010第34页/共46页设工作台完成一个工作循环所需的时间为设工作台完成一个工作循环所需的时间为T1T1=t1+t2+t3+t4+t5 式中：式中：t1=(10+3)/(s1 nc)=0.13 min=7.8 s 设设单孔单孔钻削每转进给量为钻削每转进给量为 s1=0.2 mm/r,单孔单孔钻削深度为钻削深度为10mm，并考虑，并考虑3mm的提前工作量：的提前工作量：t2三孔同时三孔同时钻削时间，设进给量为钻削时间，设进给量为 s2=0.16 mm/r，单孔，单孔钻削深度为钻削深度为10mm，并考虑，并考虑3mm的越程量：的越程量：t3 快速接近时间，取快速接近时间，取 t3=1.5 s；t4 快速退回时间，取快速退回时间，取 t4=2.5 s；t5 工作台停歇等待更换工件时间，取工作台停歇等待更换工件时间，取 t5=3 s。t2=(10+3)/(s2 nc)=0.163 min=9.8 st1单孔单孔钻削时间；钻削时间；第35页/共46页工作台一个工作循环总时间：工作台一个工作循环总时间：T1=t1+t2+t3+t4+t5=24.6 s工作台每分钟工作循环数：工作台每分钟工作循环数：n1=60/T1=2.44r/min=nf 送料杆的运动为往复直动，循环时间与工作台相同：送料杆的运动为往复直动，循环时间与工作台相同：Ts=24.6 s工作台的行程：工作台的行程：Hf=h0+h1+h2h0 工作台快速趋近钻头的运动距离，取工作台快速趋近钻头的运动距离，取h0=15 mm；h1 单单孔钻削深度，取孔钻削深度，取h1=13 mm；h2 三三孔同时钻削深度，取孔同时钻削深度，取h2=13 mm。=41 mm送料杆的行程取工件的两倍：送料杆的行程取工件的两倍：Hs=100 mm送料杆的运动与工作台的运动必须协调，而钻头的旋转与送料杆和工作台之间的运动是独立的第36页/共46页 凸轮转角凸轮转角 0 90 180 270 360 送料杆送料杆 送料送料 静静 止止 送料送料工作台工作台 停止停止 单孔钻单孔钻 三孔钻三孔钻 快退快退快快进进工作循环图：工作循环图：第37页/共46页3、原动机的选择、原动机的选择类型类型交流异步感应电动机交流异步感应电动机 由机床的工作要求确定转数转数额定转数额定转数:nn=1440 r/min4、计算运动链的总传动比、计算运动链的总传动比切削运动链的总传动比：切削运动链的总传动比：ic=nn/nc=1440/500=2.88 进给运动链的总传动比：进给运动链的总传动比：if=is=nn/nf=1440/2.44=563 为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。第38页/共46页5、机构选型、机构选型（1）切削运动链的设计）切削运动链的设计 钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为2.88，不需运动转换，但是需要，不需运动转换，但是需要减速减速。三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即要求三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即要求具有运动分解功能具有运动分解功能，其尺寸受到限制。，其尺寸受到限制。电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即要求电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即要求具有改变运动轴线方向具有改变运动轴线方向的功能。的功能。电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运动链作远距离传动运动链作远距离传动。具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传动。考虑到速度较高，距离较远等因素，选用具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传动。考虑到速度较高，距离较远等因素，选用V带传动带传动。能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且传动比较小，选择能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且传动比较小，选择圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动。第39页/共46页三个钻头应同向旋转，选择三个钻头应同向旋转，选择一个中心齿轮带动周围三个从动齿轮的定轴轮系一个中心齿轮带动周围三个从动齿轮的定轴轮系。选用选用万向联轴节万向联轴节或或钢丝软轴钢丝软轴将运动传递给钻头。将运动传递给钻头。将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。（2）进给运动链的设计）进给运动链的设计 工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但行程不大。此处选用工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但行程不大。此处选用凸轮机构凸轮机构。进给运动链应实现很大的传动比进给运动链应实现很大的传动比563，但进给力不需要太大。选用，但进给力不需要太大。选用带传动与蜗杆传动带传动与蜗杆传动实现二级减速。实现二级减速。进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗杆传动实现回转轴线方向的变化蜗杆传动实现回转轴线方向的变化。第40页/共46页（3）送料运动链的设计）送料运动链的设计 送料杆行程较大，采用送料杆行程较大，采用连杆机构连杆机构放大。放大。送料运动链减速比与进给运动链相同送料运动链减速比与进给运动链相同，故直接由，故直接由蜗杆轴蜗杆轴带动。带动。送料运动规律较复杂，故选用送料运动规律较复杂，故选用凸轮机构凸轮机构。6 6、机构的组合机构的组合将以上所选机构组合就得到自动钻床的机械传动系统。将以上所选机构组合就得到自动钻床的机械传动系统。第41页/共46页III工作台工作台156432109871211131514自动钻床的机械传动系统示意图自动钻床的机械传动系统示意图第42页/共46页电电动动机机带带传传动动(2)带传动带传动(8)带传动带传动(3)锥齿轮锥齿轮传动传动(4)蜗杆蜗杆传动传动(9)凸轮机凸轮机构构(10)圆柱圆柱齿轮齿轮传动传动(5)凸轮机凸轮机构构(12)万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头工作台工作台连杆连杆机构机构送料杆送料杆机构的组合示意框图：机构的组合示意框图：第43页/共46页 机械设计是一项具有挑战性、创造性劳动，设计方案的快速确定以及方案的合理性与设计经验密切相关，因此，我们一定要注意观察在生活与生产实际中接触到的各种机电设备，分析了解它们的结构特点、工作原理、积累经验，以便今后设计出更好的机械设备。机械设计是一项具有挑战性、创造性劳动，设计方案的快速确定以及方案的合理性与设计经验密切相关，因此，我们一定要注意观察在生活与生产实际中接触到的各种机电设备，分析了解它们的结构特点、工作原理、积累经验，以便今后设计出更好的机械设备。第44页/共46页结束结束第45页/共46页