榫槽成型半自动切削机机械设计.docx
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榫槽成型半自动切削机机械设计
文稿归稿存档编号：
[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-MG129]
榫槽成型半自动切削机机械设计
设计题目：
榫槽成型半自动切削机
机械工程及自动化专业**********
设 计 者：
**********
学 号：
************
指 导 老 师：
**********
****年****月****日
目 录
一、功能及原理……………………………………………………2
二、工艺动作过程…………………………………………………2
三、优点……………………………………………………………2
四、原始数据及设计要求…………………………………………3
五、功能分解………………………………………………………4
六、运动转换框图…………………………………………………５
七、执行机构的选择与比较………………………………………5
八、原动件的选择…………………………………………………6
九、机械运动方案的拟定与比较…………………………………7
一十、传动机构的执行与比较………………………………………8
十一、运动示意图……………………………………………………9
十二、运动循环图……………………………………………………10
十三、执行机构的计算………………………………………………11
参考文献………………………………………………………………12
心得体会………………………………………………………………13
凸轮机构程序…………………………………………………………14
榫槽成型切削机的
功能和设计说明
一、功能及原理
榫槽成型机为木工机械，其功能就是将木质长方形块切削出榫槽。
木料进入工作台后，夹料装置将其夹紧，右端面用铣刀切平，退出铣刀，松开工件，右边推杆推动工件向左直线移动，通过固定的榫槽刀，在工件的全长上开出榫槽。
推杆把工件推出集收，随后复位等待下一个工件。
二、工艺动作过程
进料
夹紧
铣端面
退刀、松工件
推向榫槽刀成型
推出集收并复位
三、优点
1、质量可靠
该机械专为小型木料加工榫槽设计，如此小的工件很难手工完成切削榫槽的任务。
使用中的木料榫槽需要尽可能的尺寸统一，人工做也很难满足这点要求。
机械加工时，正常情况下可以满足上述要求，配以适时的保修，即可保证一定的精度。
2、提高工作效率
很显然，该机械所加工的木料尺寸极小，人工加工则更显得烦琐和困难。
然而木料的装配中经常使用到这种微小工件，该榫槽切削机可帮助工人大大提高工作效率。
3、机械简单运输方便
整个加工结构十分简单，满足了工人需要，设计时又注意到了内部工作构件的简单化。
这样设计，为意外损坏后的维修提供了方便。
机械的整体尺寸比较精小轻便，工人可携带至任意工作场所。
四、原始数据及设计要求
1、推杆在推动工件切学榫槽过程中，要求工件近似等速运动；
2、室内工作，载荷有轻微冲击；
3、原动机为三相交流电动机，使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时，每半年做一次保养，大修期为3年。
4、原始数据见下表（单位：
mm）：
X
Y
H
L
L2
L3
L4
L5
L6
L7
50
225
10
70
30
70
30
20
18
20
5、设计数据：
推杆工作载荷F1=2000N；（本机械理论可达2275N）
端面切刀工作载荷F2=10000N；（本机械理论可达12000N）
生产率=10（件/min）
五、功能分解
在送料及夹紧机构中，摩擦凸轮、压杆等机构根据它运动特点提供间歇动力，实现间歇夹紧，靠压杆弹簧和凸轮回程实现松开木料的过程。
在铣刀推切端面过程中，与压杆固定木料原理相似。
退刀时，先退刀再松开压杆，推杆到来时确保铣刀已退出，防止意外撞击。
在推切机构中，木料通过榫槽刀进行切削，主动轮以曲柄摇杆带动推杆推动木料。
使用曲柄摇杆的急回特性，在推程时低速保证输出功率，复位时高速返回以提高效率。
六、运动转换框图
七、执行机构的选择与比较
夹紧机构
A
凸轮+弹簧压杆
蜗轮蜗杆
切削机构
B
凸轮
杆组
推杆机构
C
凸轮
杆组
通过对以上几十种方案的严密分析，剔除明显不合格的，再通过对它们是否能满足预定轨迹的运动要求的进一步分析，以及对运动链机构顺序是否合理，运动精确度，制造难易，成本高低，是否满足环境，动力源，生产条件等的再次考虑可知：
凸轮机构只具有几个很少的活动构件，并且占据的空间较小，是一种结构非常简单，紧凑的机构。
其从动件的运动取决于其轮廓线的形状，只要适当设计该轮廓线，就可以获得定期的运动规律。
其缺点是：
凸轮廓线与从动件之间是点或线的接触，易与磨损，故只能用于传动力不是太大的场合。
蜗轮蜗杆的结构具有可靠的自锁作用，在压紧木料的机构中可以考虑使用。
但在本机械设计中，整个机械体积较小，工作载荷不大，引入蜗轮蜗杆势必加大机构的复杂性。
曲柄滑块机构结构简单，种类繁多，在运动中有可能会出现急回现象，并且使运动轨迹得不到保障，减小了效率。
所占用的空间相对于以上两种机构，明显较大。
综上，可供选择的方案：
方案1：
A1+B1+C1
方案2：
A1+B2+C1
本次设计中要求工作平稳以及噪声小，并且结构紧凑，对承载能力的要求也不是很高，所以可以选择凸轮配合弹簧压杆来实现木料的夹紧和释放，采用曲柄导杆滑块机构控制端面铣刀的工作位置，利用曲柄摇杆，摇杆再以导杆滑块的形式推动木料进刀。
八、原动件的选择
原动件是机械系统中的驱动部分。
在榫槽成型切削机的设计中，要求原动件连续转动，而且噪音应该尽量小，故选择电动机。
它的输出功率大，输出刚度硬，同时也可以便捷地调速。
如果使用交流电动机，它还有反转性能。
通常是单向回转的。
需要采用反向开关，或特殊电路反向，简单可行。
通过对机构的分析，电动机的相关功率，电源，频率等的综合考虑，最终选择的电动机为：
Y90S—6型。
功率为0.75KW,转速为910转每分钟。
通过计算可知，每完成一个榫槽的切削需要6秒钟。
九、机械运动方案的拟定与比较。
夹紧机构
A
凸轮+弹簧压杆
蜗轮蜗杆
切削机构
B
凸轮
曲柄滑块
推杆机构
C
凸轮
杆组
各个运动机构如下所示：
曲柄滑块
凸轮
蜗轮蜗杆
执行机构的形态学矩阵：
由图可知，共有N=2*2*2=8种方案。
方案选择
该方案以齿轮传动为主，再加以凸轮，杆组共同作用，其工作原理如下：
送料夹紧机构：
通过凸轮的推程推动压杆，为防止夹具与木料的刚性接触而损伤木料表面，故在夹具钢板下加2mm防滑海绵垫；
铣切机构：
木料固定，轮上曲柄转动带动铣刀向下铣切木料端面；
上述步骤完成后，曲柄继续转动以退铣刀，压紧凸轮开始回程，靠弹簧弹力松开木料；
推杆机构：
在主动轮的带动下，以曲柄摇杆推木料向榫槽刀移动，使全长切完后推出加工好的木料，复位时摇杆急回而提高了效率。
该方案中，弹簧凸轮结构紧凑，而且噪声比较小。
靠齿轮传动，使得空间变得紧凑，从而使整个机械轻便、快捷。
方案二中用到的凸轮，其运动轨迹难以测控，它必须和压杆凸轮、推杆运动相关联。
综上所述，方案一为佳。
十、传动机构的执行与比较
方案一
方案二
方案三
方案四
Ⅰ
蜗轮蜗杆传动
齿轮传动
带轮传动
齿轮传动
Ⅱ
齿轮传动
带轮传动
带轮传动
齿轮传动
Ⅲ
齿轮传动
带轮传动
齿轮传动
齿轮传动
Ⅳ
连杆机构
连杆机构
连杆机构
连杆机构
电动机与主轴的连接可以通过带轮传动，也可以通过圆柱齿轮传动。
压紧机构与主轴的连接可以通过带轮机构进行传动，亦可用齿轮进行传动。
铣切机构则可以采用带轮或齿轮传动。
推杆机构的传动可以采用连杆。
蜗轮蜗杆传动可以实现较大的传动比（可达500以上），传动平稳，无噪声，传动效率较低（一般为0.7-0.8）。
带轮的传动可以实现中心距较大的两轴间的传动，结构简单，维护方便，成本低廉，冲击力小，传动平稳，噪音小，过载时打滑，有保护安全作用。
缺点是存在打滑现象，传动比不恒定，传动效率低，寿命较短，轴和轴承上受压力较大。
齿轮传动具有传递动力大，效率高，寿命长，传动平稳可靠等，但要求精度较高，成本也较高。
连杆机构可以实现变向运动，曲柄摇杆亦可完成转动变移动的急回运动形式。
综上，我们选择了第一种方案。
十一、运动示意图
十二、运动循环图
0°30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330360°
分配轴转角
夹紧机构
送
料
夹
紧
50°80°
铣切机构
铣
切
端
面
100°230°
推杆机构
推
向
榫
槽
刀
退
杆
复
位
运动循环图（直线式）
运动循环图（同心圆图）
0°30°100°
夹料机构
50°80°
铣切机构
100°230°
推杆机构
上图为榫槽成型切削机的运动循环图
电动机开始运动时，带动主齿轮转动。
此时夹紧凸轮有少许时间等待进料。
当转过30度时，压紧凸轮开始压紧木料。
当转过20度时，端面铣刀开始切削木料右端面。
当转过30度时，切削完成，当转动20度时，铣刀退出，木料被松开。
随后推杆推动木料向榫槽刀运动，直至切出通槽推出集收后，推杆返回
十三、执行机构计算
夹料机构主要由齿轮，凸轮和弹簧压杆组成，凸轮作为夹料机构的一部分，其作用是通过半径的变化来实现压杆上下往复运动的目的。
齿轮作为传动机构的主要部分，由于它是个标准件，因此可以选择一个半径相宜的尺寸，只要能够准确地进行传动，也就是满足规定的传动比即可。
在本机械的设计中，因为个转动机构需要等同的角速度来保证运动的连贯和协调，故各对齿轮均为两完全相同的齿轮配合。
铣刀的滑块导杆由向下所需的位移和推杆到来前所留的时间确定。
推杆的计算相对比较烦琐，在保证推动木料的水平位移同时，还要考虑机架和主动轮位置要求。
参考文献：
1、《机械原理课程设计手册》高等教育出版社 邹慧君 主编
2、《机械原理课程设计》 机械工业出版社 曲继方 主编
3、《机械原理课程设计》上海科学技术文献出版社
周明溥曹志奎金孟浩 主编
4、《机构设计——实用构思图册》《机构设计——实用构思图册》
[日]藤森洋三 主编
5、《机械原理教程》清华大学出版社 申永胜 主编
网址：
心得体会
两周的机械原理课程设计就要结束了，回想一下，从刚开始的毫无头绪到今天的设计完工，心里有着说不出来的高兴。
在这里我学到了很多东西：
团队精神，勤于思考，不轻易放弃，勇于提问，不断探索——
在一个集体活动中团队精神是必不可少的。
我们这一个队一共有5个人，在设计中，我们共同探讨，出现问题，我们共同协商解决，在设计中我们遇到了许多困难，但我们并没有退缩，而是互相鼓励，认真研究出最优方案。
我想，在这里，单靠某一个人是不行的，三个臭皮匠胜过一个诸葛亮，每个人的见解合在一起，总能达到预想不到的效果。
业精于勤荒于嬉，勤于思考是成功的关键。
上大学已经两年了，回想这两年似乎都在应付考试，每学一门课就想着能过就好了，没有真正的去学过一门课，更不用说勤于思考了。
来到设计室，看到同学们各个都捧着书查阅资料互相讨论，有的甚至忙到晚上11点才回去，仿佛又使我回到了高中，怀念那时一起奋斗。
我想我不该这样对待我的大学生活，我应该努力学好我该学的。
遇到困难不要轻易放弃，最终成功会属于你。
在设计的过程中出现了许多困难，方案一改再改，图纸一擦再擦，数据一变再变，这里都渗透着许多时间和心血，只求更好点。
有时改变一下真的需要很大的勇气，因为有时一个改动牵涉着全局，这样带来了很大的工作量，之前的努力也白费了，但是这样我们获得了成功，获得了成长，这才是我们最想要的。
在困难面前有一个法宝，那就是好问。
对我来说，从小到大，遇到困难就自己一个劲的去想，先出来最好，想不出来就算了。
可是在设计中不同了，有许多许多东西我不明白，但是不解决根本就无法往下进行，提问于是成了我的法宝，在老师同学的帮助下我学到了许多东西，我也节省了许多时间。
设计在于完美，那就要不断探索。
对于一个设计者每个人都有自己的设计方案，在所有的方案中总有着优劣之分，这也是一个设计是否能被采用的关键。
所以在我们的设计中就要不断的去探索，探索最佳方案。
在这两周里，感觉自己真的成了一名设计师，即使自己的设计不是很完善，但我学到的东西却是我觉得最好的东西，使我受到了很大的启发。
在我今后的人生里我会更加严格要求自己，不断完善自己，将来做一名出色的工程师。
凸轮机构程序
#include
#include
#definepiacos（-1）
doublechange1（doubletheta）
{
theta=theta*pi/180;
if（theta>=（2*pi））
theta-=（2*pi）;
elseif（theta<0）
theta+=（2*pi）;
returntheta;
}
doublechange2（doubletheta）
{
theta=theta*180/pi;
if（theta>=360）
theta-=360;
elseif（theta<0）
theta+=360;
returntheta;
}
voidmain（）
{
doublerb,thetat,thetah,h,w,thetas1;
doublefi,s,v,a,k1,rf,x,y;
cout<<"基圆:
";cin>>rb;
cout<<"推程角:
";cin>>thetat;
cout<<"回程角:
";cin>>thetah;
cout<<"停歇角:
";cin>>thetas1;
cout<<"从动杆高度:
";cin>>h;
cout<<"角速度:
";cin>>w;
doublet;
for（fi=0;fi{
s=h*（fi/thetat-sin（2*pi*fi/thetat）/2*pi）;
v=h*w*（1-cos（2*pi*fi/thetat））/thetat;
a=2*pi*h*w*w*sin（2*pi*fi/thetat）/（thetat*thetat）;
k1=-h*cos（2*pi*fi/thetat）/thetat;
rf=atan（fabs（k1）/（s+rb））;
rf=change2（rf）;
t=change1（fi）;
x=（rb+s）*sin（t）+k1*cos（t）;
y=（rb+s）*cos（t）-k1*sin（t）;
cout<<"s="<cout<<"v="<cout<<"a="<cout<<"rf="<cout<<"x="<cout<<"y="<cout<}
for（fi=thetat;fi{
cout<<"s="<cout<<"v=0"<cout<<"a=0"<<'\t';
cout<<"rf=0"<t=change1（fi）;
x=（rb+s）*sin（t）+k1*cos（t）;
y=（rb+s）*cos（t）-k1*sin（t）;
cout<<"x="<cout<<"y="<cout<}
}
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