搖臂鉆床自動(dòng)送料裝置設(shè)計(jì)【半自動(dòng)鉆床】
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任務(wù)書
題目 搖臂鉆床的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（任務(wù)起止日期2010年 月 日～2011年 月 日）
專業(yè) 班
學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師 系主任
院 長(zhǎng)
課題內(nèi)容：
1、分析搖臂鉆床的工作原理和操作流程，論證進(jìn)行自動(dòng)送料的意義；提出一種合適的自動(dòng)送料方案。
2、進(jìn)行自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
課題任務(wù)要求：
1、針對(duì)課題內(nèi)容撰寫一篇文獻(xiàn)綜述；
2、完成一篇與設(shè)計(jì)相關(guān)的英文文獻(xiàn)翻譯；
3、自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：送料機(jī)構(gòu)工作原理圖、控制電路圖、裝配圖及零件圖。
4、在完成上述工作基礎(chǔ)上，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書；
5、畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。
主要參考文獻(xiàn)（由指導(dǎo)教師選定）：
1. 數(shù)控技術(shù)
2. [維普]中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)（參考關(guān)鍵詞：搖臂鉆床）
3. [cnki]中文學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)
同組設(shè)計(jì)者
注：1、此任務(wù)書應(yīng)由指導(dǎo)教師填寫。
2、此任務(wù)書最遲必須在畢業(yè)設(shè)計(jì)開始前一周下達(dá)給學(xué)生。
工作進(jìn)度計(jì)劃表
序
號(hào)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作任務(wù)
工作進(jìn)度日程安排
周
次
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1
資料收集，完成開題報(bào)告等
2
正式設(shè)計(jì)
3
撰寫畢業(yè)論文和準(zhǔn)備答辯
4
畢業(yè)答辯
5
6
7
8
9
注：1、此表由指導(dǎo)教師填寫；
2、此表每個(gè)學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)；
3、進(jìn)度安排請(qǐng)用“—”在相應(yīng)位置畫出。
工作情況檢查表
時(shí)間
第一階段（1～3周）
第二階段（4～14周）
第三階段（15～17周）
內(nèi)容
組織紀(jì)律
完成任務(wù)情況
組織紀(jì)律
完成任務(wù)情況
組織紀(jì)律
完成任務(wù)情況
檢
查
情
況
教師簽字
簽字 日期
簽字 日期
簽字 日期
注：1、此表應(yīng)由教師認(rèn)真填寫；
2、“組織”紀(jì)律一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實(shí)填寫；
3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫；
4、對(duì)違紀(jì)和不能按時(shí)完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對(duì)該生提出警告或不能參加答辯的建議。
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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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?？梢钥紤]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(guò)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(guò)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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產(chǎn)品名稱：
二相步進(jìn)電機(jī)2HB110系列
規(guī)格型號(hào)：
2HB110系列
產(chǎn)品簡(jiǎn)介：
2HB110系列步進(jìn)電機(jī)為二相四出線電機(jī)，輸出力矩10N.M-27N.M,并廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、激光雕刻、電腦繡花、紡織、印刷、包裝機(jī)械、標(biāo)記機(jī)、雕刻機(jī)、繞線機(jī)械、坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器、三維工作臺(tái)、機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、陶瓷機(jī)械等行業(yè)中。
?
?
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詳細(xì)資料：
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通用規(guī)格 (General specifications)
步距精度 5%
溫??? 升 80℃ Max
環(huán)境溫度 -20℃~+50℃
絕緣電阻 100M Ω Min 500VDC
耐??? 壓 500V AC 1minute
徑向跳動(dòng) 最大0.06mm（450g負(fù)載）
軸向跳動(dòng) 最大0.08mm（450g負(fù)載）
技術(shù)數(shù)據(jù)(Specifications)
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?※? 以上僅為代表性產(chǎn)品，可按要求另行制作。
?外形尺寸(Dimension)
※? 110系列四款電機(jī)軸徑均為16mm，軸鍵為平鍵6×25mm。
矩頻特性曲線圖(Frequency-torque characteristics)
接線圖(Connections)
注意事項(xiàng)：
1.電機(jī)特性數(shù)據(jù)和技術(shù)數(shù)據(jù)都是在YKA2811MA驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的情況下測(cè)得，測(cè)試電壓為110ADC。
2.電機(jī)安裝時(shí)務(wù)必用電機(jī)前端蓋安裝止口定位，并注意公差配合，嚴(yán)格保證電機(jī)軸與負(fù)載軸的同心度。
3.對(duì)于電機(jī)引線方式，如果客戶有特殊需求，請(qǐng)?jiān)谟嗀浨笆孪嚷暶?，由廠家接好線，用戶不必自己改動(dòng)。
4.電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)，請(qǐng)勿接錯(cuò)相。
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產(chǎn)品名稱：
二相步進(jìn)電機(jī)2HB42系列
規(guī)格型號(hào)：
2HB42系列
產(chǎn)品簡(jiǎn)介：
2HB42系列步進(jìn)電機(jī)輸出力矩0.158N.M-0.317N.M,廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、激光雕刻、電腦繡花、紡織、印刷、包裝機(jī)械、標(biāo)記機(jī)、雕刻機(jī)、繞線機(jī)械、坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器、三維工作臺(tái)、機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、陶瓷機(jī)械等行業(yè)中
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詳細(xì)資料：
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所屬類別：
步進(jìn)電機(jī)系列兩相步進(jìn)電機(jī)->步進(jìn)電機(jī)系列
名稱：
2HB42系列
通用規(guī)格 (General specifications)
步距精度 5%
溫??? 升 80℃ Max
環(huán)境溫度 -20℃~+50℃
絕緣電阻 100M Ω Min 500VDC
耐??? 壓 500V AC 1minute
徑向跳動(dòng) 最大0.06mm（450g負(fù)載）
軸向跳動(dòng) 最大0.08mm（450g負(fù)載）
技術(shù)數(shù)據(jù)(Specifications)
※???? 以上僅為代表性產(chǎn)品，可按要求另行制作。
外形尺寸(Dimension)
※???? 42系列三種型號(hào)軸徑均為5mm。
矩頻特性曲線圖(Frequency-torque characteristics)
接線圖(Connections)
注意事項(xiàng)：
1.電機(jī)特性數(shù)據(jù)和技術(shù)數(shù)據(jù)都是在YKA2404MA驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的情況下測(cè)得，測(cè)試電壓為28VDC。
2.電機(jī)安裝時(shí)務(wù)必用電機(jī)前端蓋安裝止口定位，并注意公差配合，嚴(yán)格保證電機(jī)軸與負(fù)載軸的同心度。
3.對(duì)于電機(jī)引線方式，如果客戶有特殊需求，請(qǐng)?jiān)谟嗀浨笆孪嚷暶?，由廠家接好線，用戶不必自己改動(dòng)。
4.電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)，請(qǐng)勿接錯(cuò)相。
PLC 直 接 控 制 的 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 康 晶 1 , 孟 廣 耀 2 (11 大 連 民 族 學(xué) 院 , 大 連 116600 ; 21 青 島 建 筑 工 程 學(xué) 院 , 青 島 266033) 摘 要 : 采 用 可 編 程 控 制 器 ( PLC) 直 接 控 制 數(shù) 字 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 , 可 使 液 壓 系 統(tǒng) 的 控 制 系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 潔 、 可 靠 、 成 本 顯 著 下 降 。 文 章 介 紹 了 PLC 控 制 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 方 法 , 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 伺 服 控 制 、 驅(qū) 動(dòng) 接 口 及 PLC 梯 形 圖 的 控 制 邏 輯 。 關(guān) 鍵 詞 : 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 ; 步 進(jìn) 電 機(jī) ; 可 編 程 控 制 器 ; 驅(qū) 動(dòng) 接 口 ; 控 制 邏 輯 中 圖 分 類 號(hào) : TH137151 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 : B 文 章 編 號(hào) 1001 - 3881 (2004) 4 - 124 - 2 Electro - hydraulic Stepping Cylinder Controlled Directly by PLC KAN G Jing1 , MEN G Guang2yao2 (11Dalian Nationalitied University , Dalian 11660 , China ; 21Qingdao Insititute of Architecture and Engineering , Qingdao 266033 , China) Abstract : Direct control of electro hydraulic stepping cylinder by means of PLC can make the control system of hydraulic system become simpler , cheaper and reliabler. The method of direct control of electro hydraulic stepping cylinder by means of PLC was de2 scribed. The driving interfaces of electro - hydraulic stepping cylinder and the control logic of software were founded. Keywords : Electro - hydraulic stepping cylinder ; Stepping motor ; Programmable controller ; Driving interfaces ; Control logic 0 引 言 數(shù) 字 式 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 是 由 步 進(jìn) 電 機(jī) 和 液 壓 力 放 大 器 組 成 的 , 其 輸 出 力 可 達(dá) 上 萬(wàn) 牛 頓 。 因 此 , 常 用 于 重 型 精 密 機(jī) 械 的 伺 服 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 中 , 如 軋 鋼 機(jī) 的 壓 下 機(jī) 構(gòu) 和 軋 輥 磨 床 的 進(jìn) 給 機(jī) 構(gòu) 。 液 壓 力 放 大 器 是 一 個(gè) 直 接 位 置 反 饋 式 液 壓 伺 服 機(jī) 構(gòu) , 由 控 制 滑 閥 、 液 壓 缸 和 螺 桿 - 螺 母 反 饋 機(jī) 構(gòu) 組 成 , 見 圖 1。 當(dāng) 步 進(jìn) 電 機(jī) 在 輸 入 脈 沖 的 作 用 下 轉(zhuǎn) 過(guò) 一 個(gè) 步 距 角 時(shí) , 經(jīng) 齒 輪 帶 動(dòng) 滑 閥 的 閥 芯 旋 轉(zhuǎn) , 由 于 活 塞 尚 未 移 動(dòng) 使 滑 閥 的 閥 芯 產(chǎn) 生 一 定 的 軸 向 位 移 , 閥 口 打 開 , 壓 力 油 進(jìn) 入 液 壓 缸 使 活 塞 外 伸 同 時(shí) 反 饋 螺 母 帶 動(dòng) 滑 閥 的 閥 芯 退 回 零 位 , 活 塞 停 止 運(yùn) 動(dòng) 。 如 果 連 續(xù) 輸 入 脈 沖 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 即 按 一 定 的 速 度 外 伸 , 改 變 輸 入 脈 沖 的 頻 率 即 可 改 變 活 塞 的 速 度 。 圖 1 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 是 增 量 式 數(shù) 字 控 制 電 液 伺 服 元 件 , 即 步 進(jìn) 電 機(jī) 作 電 信 號(hào) - 機(jī) 械 位 移 的 轉(zhuǎn) 換 元 件 。 圖 圖 2 2 是 增 量 式 數(shù) 字 控 制 電 液 伺 服 元 件 的 控 制 方 框 圖 。 微 機(jī) 發(fā) 出 控 制 脈 沖 序 列 經(jīng) 驅(qū) 動(dòng) 電 源 放 大 驅(qū) 動(dòng) 步 進(jìn) 電 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 。 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 嚴(yán) 格 與 液 壓 力 放 大 器 的 運(yùn) 動(dòng) 成 比 , 即 微 機(jī) 的 控 制 脈 沖 嚴(yán) 格 控 制 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 運(yùn) 動(dòng) : 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 位 移 與 控 制 脈 沖 的 總 數(shù) 成 正 比 ; 而 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 與 控 制 脈 沖 的 頻 率 成 正 比 。 因 此 , 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 控 制 就 在 于 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 控 制 。 步 進(jìn) 電 機(jī) 可 以 采 用 微 計(jì) 算 機(jī) 或 可 編 程 控 制 器 ( PLC) 進(jìn) 行 控 制 。 PLC 具 有 通 用 性 強(qiáng) 、 可 靠 性 高 、 指 令 系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 單 、 編 程 簡(jiǎn) 便 易 學(xué) 、 易 于 掌 握 、 體 積 小 、 維 修 工 作 少 、 現(xiàn) 場(chǎng) 接 口 安 裝 方 便 等 一 系 列 優(yōu) 點(diǎn) 。 因 而 目 前 絕 大 部 分 采 用 液 壓 傳 動(dòng) 的 系 統(tǒng) , 如 大 型 組 合 機(jī) 床 、 加 工 中 心 、 軋 鋼 機(jī) 的 壓 下 機(jī) 構(gòu) 和 軋 輥 磨 床 的 進(jìn) 給 機(jī) 構(gòu) 等 均 采 用 PLC 控 制 技 術(shù) ; 而 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 PLC 控 制 只 占 用 PLC 的 3 5 個(gè) I/ O 接 口 及 幾 十 Bit 的 內(nèi) 存 , 且 可 以 省 去 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 控 制 微 機(jī) 使 控 制 系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 潔 、 成 本 顯 著 下 降 , 可 靠 性 大 大 提 高 , 更 顯 示 出 其 卓 越 的 性 能 。 1 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 PLC 控 制 方 法 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 控 制 主 要 有 三 個(gè) 因 素 : (1) 活 塞 行 程 控 制 。 由 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 工 作 原 理 和 特 性 可 知 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 活 塞 位 移 正 比 于 所 輸 入 的 控 制 脈 沖 個(gè) 數(shù) ; 因 此 可 以 根 據(jù) 電 液 伺 服 機(jī) 構(gòu) 的 位 移 量 確 定 PLC 輸 出 的 脈 沖 個(gè) 數(shù) : n = L / (1) 式 中 : L 電 液 伺 服 機(jī) 構(gòu) 的 位 移 量 ( mm) ; 電 液 伺 服 機(jī) 構(gòu) 的 脈 沖 當(dāng) 量 ( mm/ 脈 沖 ) 。 (2) 活 塞 速 度 控 制 。 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 活 塞 速 度 取 決 于 輸 入 的 脈 沖 頻 率 ; 因 此 可 以 根 據(jù) 電 液 伺 服 機(jī) 構(gòu) 的 速 度 , 確 定 其 PLC 輸 出 的 脈 沖 頻 率 : f = vf / 60 ( Hz) (2) 式 中 : vf 電 液 伺 服 機(jī) 構(gòu) 的 進(jìn) 給 速 度 ( mm/ min) 。 (3) 活 塞 運(yùn) 動(dòng) 方 向 控 制 。 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 運(yùn) 動(dòng) 方 向 由 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 向 進(jìn) 行 控 制 。 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 向 可 以 通 過(guò) 改 變 步 進(jìn) 電 機(jī) 各 繞 組 的 通 電 順 序 來(lái) 改 變 其 轉(zhuǎn) 421 機(jī) 床 與 液 壓 20041No14 向 ; 如 三 相 步 進(jìn) 電 機(jī) 通 電 順 序 為 A - AB - B - BC - C - CA - A 時(shí) 步 進(jìn) 電 機(jī) 正 轉(zhuǎn) ; 當(dāng) 繞 組 按 A - AC - C - CB - B - BA - A 順 序 通 電 時(shí) 步 進(jìn) 電 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 。 因 此 可 以 通 過(guò) PLC 輸 出 的 方 向 控 制 信 號(hào) 改 變 硬 件 環(huán) 行 分 配 器 的 輸 出 順 序 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) , 或 經(jīng) 編 程 改 變 輸 出 脈 沖 的 順 序 來(lái) 改 變 步 進(jìn) 電 機(jī) 繞 組 的 通 電 順 序 實(shí) 現(xiàn) 。 2 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 伺 服 控 制 、 驅(qū) 動(dòng) 及 接 口 211 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 控 制 系 統(tǒng) 的 組 成 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 控 制 系 統(tǒng) 由 可 編 程 控 制 器 、 環(huán) 行 脈 沖 分 配 器 和 步 進(jìn) 電 機(jī) 功 率 驅(qū) 動(dòng) 器 組 成 , 其 結(jié) 構(gòu) 見 圖 3。 控 制 系 統(tǒng) 中 PLC 用 來(lái) 產(chǎn) 生 控 制 脈 沖 ; 通 過(guò) PLC 圖 3 編 程 輸 出 一 定 數(shù) 量 的 方 波 脈 沖 , 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 角 進(jìn) 而 控 制 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 運(yùn) 動(dòng) ; 同 時(shí) 通 過(guò) 編 程 控 制 脈 沖 頻 率 , 既 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 活 塞 的 速 度 ; 環(huán) 行 脈 沖 分 配 器 將 可 編 程 控 制 器 輸 出 的 控 制 脈 沖 按 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 通 電 順 序 分 配 到 相 應(yīng) 的 繞 組 。 PLC 控 制 的 步 進(jìn) 電 機(jī) 可 以 采 用 軟 件 環(huán) 行 分 配 器 , 也 可 以 采 用 硬 件 環(huán) 行 分 配 器 。 采 用 軟 環(huán) 占 用 的 PLC 資 源 較 多 , 特 別 是 步 進(jìn) 電 機(jī) 繞 組 相 數(shù) M 4 時(shí) , 對(duì) 于 大 型 生 產(chǎn) 線 應(yīng) 該 予 以 充 分 考 慮 。 采 用 硬 件 環(huán) 行 分 配 器 , 雖 然 硬 件 結(jié) 構(gòu) 稍 微 復(fù) 雜 些 , 但 可 以 節(jié) 省 占 用 PLC 的 I/ O 口 點(diǎn) 數(shù) , 目 前 市 場(chǎng) 有 多 種 專 用 芯 片 可 以 選 用 。 步 進(jìn) 電 機(jī) 功 率 驅(qū) 動(dòng) 器 將 PLC 輸 出 的 控 制 脈 沖 放 大 到 幾 十 上 百 伏 特 、 幾 安 十 幾 安 的 驅(qū) 動(dòng) 能 力 。 一 般 PLC 的 輸 出 接 口 具 有 一 定 的 驅(qū) 動(dòng) 能 力 , 而 通 常 的 晶 體 管 直 流 輸 出 接 口 的 負(fù) 載 能 力 僅 為 十 幾 幾 十 伏 特 、 幾 十 幾 百 毫 安 。 但 對(duì) 于 功 率 步 進(jìn) 電 機(jī) 則 要 求 幾 十 上 百 伏 特 、 幾 安 十 幾 安 的 驅(qū) 動(dòng) 能 力 , 因 此 應(yīng) 該 采 用 驅(qū) 動(dòng) 器 對(duì) 輸 出 脈 沖 進(jìn) 行 放 大 。 212 可 編 程 控 制 器 的 接 口 如 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 采 用 硬 件 環(huán) 行 分 配 器 , 則 占 用 PLC 的 I/ O 口 點(diǎn) 數(shù) 少 于 5 點(diǎn) , 一 般 僅 為 3 點(diǎn) 。 其 中 I 口 占 用 一 點(diǎn) , 作 為 啟 動(dòng) 控 制 信 號(hào) ; O 口 占 用 2 點(diǎn) , 一 點(diǎn) 作 為 PLC 的 脈 沖 輸 出 接 口 , 接 至 伺 服 系 統(tǒng) 硬 環(huán) 的 時(shí) 鐘 脈 沖 輸 入 端 , 另 一 點(diǎn) 作 為 步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 向 控 制 信 號(hào) , 接 至 硬 環(huán) 的 相 序 分 配 控 制 端 , 如 圖 4 所 示 ; 伺 服 系 統(tǒng) 采 用 軟 件 環(huán) 行 分 配 器 時(shí) , 其 接 口 如 圖 5。 圖 4 圖 5 3 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 PLC 控 制 的 軟 件 邏 輯 由 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 PLC 控 制 方 法 可 知 , 應(yīng) 使 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 輸 入 脈 沖 總 數(shù) 和 脈 沖 頻 率 受 到 相 應(yīng) 的 控 制 。 因 此 在 控 制 軟 件 上 設(shè) 置 一 個(gè) 脈 沖 總 數(shù) 和 脈 沖 頻 率 可 控 的 脈 沖 信 號(hào) 發(fā) 生 器 ; 對(duì) 于 頻 率 較 低 的 控 制 脈 沖 可 以 利 用 PLC 中 的 定 時(shí) 器 構(gòu) 成 , 如 圖 6 所 示 。 脈 沖 頻 圖 6 率 可 以 通 過(guò) 定 時(shí) 器 的 定 時(shí) 常 數(shù) 控 制 脈 沖 周 期 , 脈 沖 總 數(shù) 控 制 則 可 以 設(shè) 置 一 脈 沖 計(jì) 數(shù) 器 C10。 當(dāng) 脈 沖 數(shù) 達(dá) 到 設(shè) 定 值 時(shí) , 計(jì) 數(shù) 器 C10 動(dòng) 作 切 斷 脈 沖 發(fā) 生 器 回 路 , 使 其 停 止 工 作 。 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 的 步 進(jìn) 電 機(jī) 無(wú) 脈 沖 輸 入 時(shí) 便 停 止 運(yùn) 轉(zhuǎn) , 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 活 塞 定 位 。 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 速 度 要 求 較 高 時(shí) , 可 以 用 PLC 中 的 高 速 脈 沖 發(fā) 生 器 。 不 同 的 PLC 其 高 速 脈 沖 的 頻 率 可 達(dá) 6000 10000Hz。 對(duì) 于 的 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 動(dòng) 態(tài) 特 性 , 其 頻 率 可 以 得 到 充 分 滿 足 。 4 應(yīng) 用 實(shí) 例 與 結(jié) 論 (1) 對(duì) PLC 控 制 的 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 開 環(huán) 伺 服 機(jī) 構(gòu) 進(jìn) 行 了 測(cè) 試 , 其 性 能 完 全 可 以 滿 足 系 統(tǒng) 的 技 術(shù) 要 求 。 控 制 軟 件 結(jié) 構(gòu) 合 理 , 接 口 可 靠 。 (2) 將 PLC 控 制 的 電 液 步 進(jìn) 液 壓 缸 用 于 某 大 型 生 產(chǎn) 線 的 數(shù) 控 滑 臺(tái) , 每 個(gè) 滑 臺(tái) 僅 占 用 4 個(gè) I/ O 接 口 , 節(jié) 省 了 微 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) , 進(jìn) 給 速 度 為 vf = 011 212m/ min , 完 全 滿 足 工 藝 要 求 和 加 工 精 度 要 求 , 工 作 可 靠 。 參 考 文 獻(xiàn) 【 1】 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 手 冊(cè) 編 委 會(huì) 1 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 手 冊(cè) 1 北 京 : 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 , 1999131 【 2】 李 仁 定 1 電 機(jī) 的 微 機(jī) 控 制 . 北 京 : 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 , 19991101 【 3】 楊 長(zhǎng) 能 等 1 可 編 程 序 控 制 器 基 礎(chǔ) 及 應(yīng) 用 1 重 慶 : 重 慶 大 學(xué) 出 版 社 11992111 【 4】 康 晶 等 1 組 合 機(jī) 床 中 數(shù) 控 滑 臺(tái) 的 PLC 控 制 1 組 合 機(jī) 床 與 自 動(dòng) 化 加 工 技 術(shù) , 2002 (8) 1 作 者 簡(jiǎn) 介 : 康 晶 : 男 , 195715 出 生 于 沈 陽(yáng) , 教 授 , 工 學(xué) 碩 士 , 從 事 數(shù) 控 及 機(jī) 電 控 制 技 術(shù) 方 面 的 科 研 與 教 學(xué) 工 作 。 收 稿 時(shí) 間 : 2003 - 03 - 28 521 機(jī) 床 與 液 壓 20041No14
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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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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