本科毕业设计(论文)通过答辩刨床进给机构设计学生姓名学 号所属学院 机械电 气化工程学院专 农业机械化及其自动化班级指导老师日 本科毕业设计(论文)通过答辩 牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种,主要用于单件小批量生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽等。一般牛头刨床工作原理是当 曲柄匀速转动时,摇杆左右摆动,使牛头刨床的刨刀沿着固定的轨迹运动,通过曲 柄转动驱动刨头作往复移动。牛头刨床机构具有急回的特性,即牛头刨床工作时刨 刀慢慢向前移动,完成一次工作后刨刀急速返回原来的位置。如何实现刨头在切削 行程中速度平稳,难以凭经验确定。而且机构的几何参数对切削行程刨头速度的平 稳性的影响,也难以直接判断。为了确定牛头刨床进给机构的设计是否满足要求, 就必须对其进行分析。 右坏祷?在摇杆固定摆角的范围内盖住棘轮上一部分牙齿来进行调整。由于正反向进给要来回调整棘轮外圈挡环操作比较麻烦。为此,可以对进给机构进 行改进不用挡环来回调整 而只要将棘爪调整 180 度,就能实现正反进给。 牛头刨 床主要用于单件小批量生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽及一些成形 面。滑枕带着刨刀作直线住复运动的刨床,因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。中 小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构见曲柄滑块机构传动,故滑枕的移动 速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动,滑枕基本上是匀速运动。滑枕的 返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工,且在滑枕回程时不切削, 牛头刨床的生产率较低。 刨床进给机构实现的功能是除水平进给可自动外,垂直进 给、非工作时工作台的水平移动和垂直升降均需手动。 关键词:刨床;进给;工作 台;水平移动;垂直升降 本科毕业设计(论文)通过答辩 1.1牛头刨床外形 1.2牛头刨床解 1.3牛头刨床工作原 1.4牛头刨床的组 22牛头刨床进给机构总体设 2.1牛头刨床进 给机构方案的确定.......................................................................................................... 2.2牛头刨床进给机构的组 2.3牛头刨 床进给机构工作原 2.4牛头刨床 垂直进给机构方案的确定.................................................................................................. 43 连杆机构部分设 3.1曲柄摇杆机构解 3.2曲柄摇杆机构运动分 3.3建立 数学模 54棘轮机构部分的设 4.2棘轮机构的特点及应 4.3棘轮 机构的设计要 4.6棘爪 .....104.7 棘轮 .....105螺旋机构(丝杠副)部分的设 105.1 螺旋机构的选 105.2 螺旋机构基本参数的确 116工作台垂 直进给机构部分的设计.................................................................................................. 11 6.1 工作台垂直进给机构分 116.2 工作台 垂直进给机构原理................................................................................................................ 11总 15本科毕业设计(论文)通过答辩1 牛头刨床简要介绍1.1 牛头刨床外形图 牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁等组成如图 1-1 所示。因其滑枕 和刀架形似牛头而得名。 1、工作台 2、横梁 3、丝杠 4、刨刀 5、刀架 横向进给手轮8、床身 1-1牛头刨床外形图1.2 牛头刨床解析 牛头刨床工作 时,装有刀架的滑枕 由床身内部的摆杆带动,沿床身顶部的导轨作直线往复运动,使刀具实现切削过程的主运动,通过调整变速手柄可以改变滑枕的运动速度,行程 长度则可通过滑枕行程调节柄调节。 刀具安装在刀架 前端的抬刀板上,转动刀架上方的手轮,可使刀架沿滑枕前端的垂直导轨上下移动。刀架还可沿水平轴偏转, 用以刨削侧面和斜面。滑枕回程时,抬刀板可将刨刀朝前上方抬起,以免刀具擦伤 已加工表面。夹具或工件则安装在工作台 上的导轨作间歇的横向移动,实现切削过程的进给运动。横梁 还可沿床身的竖直导轨上、下移动,以调整工件与刨刀的相对位置。1.3 牛头刨床工作原理 牛头刨床是一种靠刀具的往 复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机 执行机构运动简图。电动机经过减速传动装置(皮带和齿轮传动)带动执行机构 带动右行,刨刀进行切削,称为工作行程。在切削行程 中,前后各有一段0.05H 的空刀距离,工作阻力 为常数;刨刀左行时,即为空回行程,此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时,凸轮通过四杆机构带动棘轮机构,棘轮机构带动螺 旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动,以便刨刀继续切削。 1-2执行机构运动简图1.4 牛头刨床的组成 原动部分:电动机;(2)传动部分:带轮机构,齿轮机构,曲柄连杆机构,棘轮 机构,螺旋机构; (3)执行部分:滑枕,工作台; (4)控制部分:离合手柄, 变速控制手柄。2 牛头刨床进给机构总体设计2.1 牛头刨床进给机构方案的确定 机构最主要的功能就是实现工作台的横向进给运动,所以机构方案的确定对其功能、效率、可行性、实际效果等各方面因素起着决定性作用。 首先,工件的横向进给运 动量是很小的,且每次要求等进给量进给,又因为必须防止工件在刨削力的作用下 沿横向移动,所以横向进给机构除了能实现小而且等量进给外,在非进给时还应具 备自动固定的功能。螺旋机构能满足这些功能,而且结构简单,容易制造。因此, 可选用螺旋机构作为横向进给运动的执行机构,其动力仍然来自驱动刨刀运动的电 动机,不必另设动力源。 工件要能间歇移动,螺旋必须作间歇传动,所以在螺旋机 构之前必须串联一个间歇转动机构,且与刨刀切削运动执行机构相联,这样可以方 便实现切削运动和横向进给运动的协调配合。能够实现将连续回转运动转化成间歇 转动的机构有10: (1)槽轮机构:槽轮机构结构简单,制造容易,工作可靠,但 每次转角较大且不可调整,为了反向回转,必须增加反向机构。 (2)曲柄摇杆棘 轮机构:曲柄摇杆棘轮机构结构简单,制造容易,每次转角较小,容易调整且为等 量转动,采用双向式棘轮还可以方便地实现棘轮反转。 (3)不完全齿轮机构:不 完全齿轮机构可以实现等速转位和等量转角,但不可调整,如需反转必须增加反向 机构。 (4)凸轮式间歇运动机构:凸轮间歇运动机构传动平稳,噪音低,适用于 高速场合,必威体育官网但凸轮加工复杂,精度要求高,每次转角不可调,如需反转应增设反向 机构。 (5)星轮机构:星轮机构具有槽轮机构的启动性能,又兼有不完全齿轮机 构等速转位的优点,可以实现等量转角,但不可调,同时星轮加工制造困难。 比较 以上五种方案各方面特点,最终选择曲柄摇杆棘轮机构为最终辅助执行机构。当主 动轮转 本科毕业设计(论文)通过答辩动通过推动摆杆摆动,经连杆机构传动力和运动,连杆执行机构上铰接棘爪推动棘轮间歇转动。 凸轮转一周,棘轮转过 为棘轮齿数。棘轮装配在传动蜗杆上,棘轮的间歇运动最终通过传过蜗杆转换成工作台的间歇进给。这样主动凸轮连续转动,可以得到工作台的间歇 进给运动。 从以上可以分析出,动力从动力源出来,到实现工作台的横向进给运动, 整个动力传动路线经历了以下过程。首先,电动机提供动力源,经皮带轮机构、齿 轮变速机构、曲柄连杆机构、棘轮机构、螺旋机构这一系列动力传递过程,最终实 现了工作台的横向进给。在这个过程中,由于动力只有一个电动机提供,所以进给 机构就不用再另设动力源,这样就能将能耗降到最低。进给机构也能大大简化,所 以牛头刨床进给机构方案采用曲柄摇杆棘轮机构与螺旋机构串联的方式来实现,这 样刨床进给机构的各机构设计就有了明确目标,为以后的设计工作找到了方向。2.2 牛头刨床进给机构的组成 通过以上牛头刨床进给机构方案的确定,它的组成也可以 确定下来。工件横向进给运动采用曲柄摇杆棘轮机构与螺旋机构串联。因此,组成 牛头刨床的进给传动系统包含一个连杆机构、一个棘轮机构、一个螺旋机构,以后 的设计也主要针对这三部分进行设计。图 2-1 为牛头刨床进给机构运动简图,如图 所示: 1、构件 2、连杆 3、连杆 4、棘爪 5、棘轮 6、螺杆 7、工作台 8、机架 2-1牛头刨床进给机构运动简图 连杆机构:构件 1(OA)、2(AB) 、3(BC) 和机架 转动一周,杆3往复摆动一次。 棘轮机构:杆 连为一体,当棘轮转动时,带动螺杆转动,螺杆在其轴线方向上被限制而不能移动。在工作台 就会沿着螺杆的轴线方向移动一个很小的距离。 和主传动系统中的圆盘是一体的。所以,圆盘转动一周,滑枕往复运动一次,工作台就沿横向移动一步。这个移动发生在滑枕的空回行程中。 工作台的这个运动称为进给运动,有了进给运动,才能刨削出整个被加工平面。2.3 牛头刨床进给机构工作原理 牛头刨床进给机构工作原理可见图 2-1, 牛头刨床为 了切削工件, 刨刀需作连续往复直线运动,工作台作间歇移动。当曲柄 转动时,经连杆 本科毕业设计(论文)通过答辩构的棘爪 3,棘轮 固连,棘爪带动棘轮作单方向间歇转动,从而使螺母(即工作台)作间歇进给运动。若改变驱动棘爪的摆角,可以调节 进给量,改变驱动棘爪的位置(绕自身轴线后固定),可改变进给运动的 方向。图 2-2 为刨床进给机构三维图。 2-2刨床进给机构2.4 牛头刨床垂直进 给机构方案的确定 牛头刨床不仅可以实现工作台的横向进给运动,还可以垂直升 降,用以调整工件与刨刀的垂直距离。该机构在刨床的进给机构中并不是主要的机 构,由于实现的功能是垂直升降,实现该机构的功能有很多机构,其中最简单的机 构就是螺旋机构,它跟横向进给运动的螺旋机构一样,也是用到了丝杠副这对零件, 由于丝杠副是垂直放置,要实现手动进给,还必须要有换向机构,锥齿轮就可以实 现这样的功能,它把竖直方向上的运动转化为横向上的运动,所以还必须要加一对 圆锥齿轮。这样,整个刨床的进给机构就确定下来。牛头刨床在工作时,除水平进 给可自动外,垂直进给、非工作时工作台的水平移动和垂直升降均需手动,这就是 牛头刨床进给机构最终要实现的功能。下面就进给机构主要部分进行具体设计。3 杆机构部分设计牛头刨床的横向自动进给机构的连杆机构部分实质是一个曲柄摇 杆机构,通常曲柄为原动件,并作匀速转动;而摇杆为从动件,作变速往复摆动。 在本设计中,它的主要作用是将驱动齿轮传来的力使摇杆往复摆动。针对曲柄摇杆 机构的设计方法有解析法、几何作图法和实验法。为了设计精确,这里采用解析法。 3.1 曲柄摇杆机构解析 3-1所示为牛头刨床横向自动进给机构的示意图,当齿 转动时,驱动齿轮2(曲柄)转动,再通过连杆 作往复摆动,摇杆另一端的棘爪便拨动棘轮 6,带动送进丝杠 本科毕业设计(论文)通过答辩 3-1牛头刨床横向自动进给机构 3-2曲柄摇杆机构运 动分析图3.2 曲柄摇杆机构运动分析 为了便于分析,将图3-1 作如图 3-2 化分析:3.3 建立数学模型 l2 l3 2l4 sin 180arccos l3l2 f1 l2l3 2l4 sin 180arccos (3-1)l3 l2 l3l4 l2 l1 arccos2l3l4 l3l4 l2 l1 min1180 minarccos2l3l4 l4l2 l1 (3-2)180 arccos 2l3l4求设计变量: l1l2 l3 l4 m3其中: f1 l1l2 l3 l4 maxl1 l2 l3 l4 l2l3 l4 maxl2l3 l4 l1 maxl2l3 l4 l1 maxl1 l2 l3 l4 l0 (3-4)