榫槽成型半自动切削机（机械设计）

机械原理 说明书 课程设计 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 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

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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

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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 50 Y 225 H 10 L 70 L2 30 L3 70 L4 30 L5 20 L6 18 L7 20 3

工　　　　件5、设计数据：

推杆工作载荷F1= 2000 N；（本机械理论可达2275N） 端面切刀工作载荷F2= 10000 N；（本机械理论可达12000N） 生产率= 10 （件/min）

五、功能分解

送料夹紧 主动轮带动压紧凸轮转动 凸轮转动挤压压杆产生竖直位移 压杆压紧工件 4

榫槽成型 切削机

铣切 端面 工件压紧后，铣刀凸轮转动 凸轮转动推动铣刀向下铣切工件右端面 松开工件，推向榫槽刀 铣刀凸轮回程，压杆凸轮回程 推杆将工件推向榫槽刀 工件通过刀具切出榫槽被推出集收， 复位 推杆退回，一个生产周期完成 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

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七、执行机构的选择与比较

夹紧机构 切削机构 推杆机构

A B C 凸轮+弹簧压杆 凸轮 凸轮 蜗轮蜗杆 杆组 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。

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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 切削机构 推杆机构

各个运动机构如下所示：

A B C 凸轮+弹簧压杆 凸轮 凸轮 蜗轮蜗杆 曲柄滑块 杆组 7

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

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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

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。

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 方案一 蜗轮蜗杆传动 齿轮传动 齿轮传动 连杆机构 方案二 齿轮传动 带轮传动 带轮传动 连杆机构

方案三 带轮传动 带轮传动 齿轮传动 连杆机构 方案四 齿轮传动 齿轮传动 齿轮传动 连杆机构 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。

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凸轮机构程序

#include #include #define pi acos(-1)

double change1(double theta) { theta=theta*pi/180; if(theta>=(2*pi)) theta-=(2*pi); else if(theta<0) theta+=(2*pi); return theta; }

double change2(double theta) { theta=theta*180/pi; if(theta>=360) theta-=360; else if(theta<0) theta+=360; return theta; }

void main() {

double rb,thetat,thetah,h,w,thetas1; double fi,s,v,a,k1,rf,x,y; cout<<\基圆:\ cout<<\推程角:\ cout<<\回程角:\ cout<<\停歇角:\ cout<<\从动杆高度:\ cout<<\角速度:\ double t; for(fi=0;fi

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y=(rb+s)*cos(t)-k1*sin(t); cout<<\ cout<<\ cout<<\ cout<<\ cout<<\ cout<<\ cout<

for(fi=thetat;fi

cout<<\ cout<<\ cout<<\ }

}

cout<<\t=change1(fi);

x=(rb+s)*sin(t)+k1*cos(t); y=(rb+s)*cos(t)-k1*sin(t); cout<<\cout<<\cout<

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