插床的设计说明书

号：指导教师： 插床 机械工程学院

机械设计制造及其自动化 机设C078 第三组

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目录

一、 设计题目与要求

二、三、四、五、六、七、八、九、 工作原理及功能分解

机构的选择

机械运动方案简图

传动比的分配

机械系统运动循环图

机械传动机构和执行机构的设计及尺寸计算注意事项

心得体会

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十、主要参考资料

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设计题目：插床

一、插床机械设计参数与设计要求: (1)原始数据：

方案 符合 单位 I n II 65 1.8 150 0.8 150 皿 转/分 60 1.5 70 2 100 1 150 K H mm 200 0.75 BD/BC LOD 数据选取方案皿

mm 160

(2) 自上始点以下10 一 90mn范围内，插刀应尽可能等速切削，最小的 上下空刀

距离各为5mm

⑶行程速比系数k=2。

(4) 驱动电动机目前采用 Y180L-8，其功率N=11kw 转速n=750r/min。 (5) 机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。

二、工作原理及功能分解:

1、工作原理：

插床是一种用于加工键槽、花键槽、异形槽和各种异性表面

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的金属切削机床。如图（ 1）所示装有插刀的滑枕沿铅垂方向

（也

可调有一定倾角）作往复直线主切削运动。

工件装夹在工作台上，工作台可作前后、左右和圆周方向的

间歇进给运动。进给运动可手动，也可机动但彼此独立。进给运 动必须与主切削运动协调，即插刀插削时严禁进给，插刀返回时 进给运动开始进行，并于插刀重新切人工件之前完成复位。插床 的主切削运动的行程长度、拄复运动速度以及进给量大小等均应

2、功能分解:

1） 夹紧工件动作

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2） 工作台进行圆周方向的间歇进给运动

3） 装有插刀的滑枕沿铅垂方向（也可调有一定倾角）作具有急回特性的 往复直线

主切削运动，插削工件形成各种槽等自己需要的形状。

三、机构的选择

根据前诉的设计要求和工作台需要直线往复间歇性运动和间歇性 转动，还有插刀执行机构在回程阶段应该尽可能的减少时间提高效率， 因而采用具有急回特性的曲柄滑块机构。综上制定机构图表

2

插床机械设计的机构选型

执行 功能 构件 插削成形 插刀 直线往复运动（具有急回特性） 导杆机构 不完全 工作换位 工艺动作 执行机构 工作台 间歇性转动 齿轮 四、机械运动方案简图

根据机构的选择，按已选定的两个执行机构形式和机械的传动系统 画出机械运动方案简图。如图（2）所示，其中包括了一个导杆插削机

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构和皮带传动机构，工作台的不完全齿轮间歇旋转机构。取比例尺

山=0.002

(—— )

mm

m / s

图（2）机械运动方案简图

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五、机械传动的速比

根据选定的电动机转速和插床的插削频率总的速比为:

■

i总=

25

□n执行

电 750 70

75 7

所以带传动的速比为7 ，齿轮传动的速比为也为3

六、机械系统运动循环图

（1）首先确定执行机构的运功循环时间 T,在此选取曲柄导杆机构 作为插床的执行机构。曲柄旋转一周插头就往复运动一次即一个运动循 环。因为插床机械的生产效率是 Q=70次/min，为了满足效率，曲柄轴

每分钟转速为n=70r/min，其运动时间 70 70

（2）确定组成运动循环的各个区段，插床机械的运动循环由两段

T二——s——s

60

60 二

组成，即插刀进给的工作行程及退回时的空回行程。 为了提高工作效率, 插刀回程时间应尽可能的短，所以它必须有急回特性。在此经综合考虑 取形成速比系数K=2。

（3）确定执行机构各个区段的运动时间及相应的分配轴转角。插

床的运动循环时间为：

4 2 6 ( + ) s = s

7 7

T=t工作+t空回=7

与此相对应的曲柄轴转角（即分配轴转角）为:

(|)工作

+ © 空回=240+120=360

°

°

°

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分配 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 轴转 角 240 o 插刀 执行 插刀进给运动 插刀空回运动 机构 工作台 旋转 静止 旋转 （4）根据以上数据绘制机构的运动循环图

工作台 旋转 静止 旋转 插刀 转角 0 0 00000 0 0 000 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

七、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算

为了实现具体运动要求，必须对带传动，齿轮传动和导杆机构（插 削机构），不完全齿轮机构（即工作台的间歇性旋转机）进行运动学计 算和动力学分析。

1、带传动计算

（1）确定计算功率P二JP

C

取安全系数a=1.2,则

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PC =1.2

11 =13.2 kW

(2) 选择带的型号 由P和主轴转速n选择平型带。

C

(3) 确定带轮节圆的直径d1和d2在这里取d!=56mm,贝卩:

d2 = 25

x d=200mm

! 7

2、 齿轮传动计算：

取Z1 =14 ,乙=42。按照要求取m =8，压力角：..20°则

d,=m Z1=112mm d2 = m

乙=336mm

a

da1=( Z 1 +2h*)m=128 mm da2=( Z 2 +2h*)m=352 mm

a

df1 =( Z 1 -2h*a -2 c* )m=92 mm df1 =( Z 2 -2h*a -2 c* )m=316 mm db1 = d 1 cos a =105.28 mm db2 = d 2 cos a =315.84 mm

中心距采用标准中心距则

a=(mZ1+mZ)/2=224mm

3、 曲柄导杆机构设计尺寸计算： 1)根据插程和行程速比系数设计机构

已知插床机械的插程为100mm行程速比系数k=2。则 极位夹角 V -180 k _1 =180 2 \" =60。 k +1 2+1

已知插程 H=100mm 0。=1500，^3。=100口口 因为极为夹角为60 ，则/ A1OA2=600贝y： 曲柄 OA=75mm。

0

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2）用图解法作机构的运动分析

已知：曲柄的转速n=70r/min ,）滑块质量为36kg,导杆的质量为25kg, 其质心转动惯量为2 kg - m2，力臂d=20mm，工作阻力F=2000N。

速度多边形

图（3）机构运动简图

速度分析:

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根据已知条件，首先对A点进行分析求解

VA= 3I| o/=550mm/s

又有 V A3 = V A + V A3A2

方向：丄

DA 丄OA

大小： ？ 已知

//A B

所以可以用作图法求解。选取速度比例尺 巴=0.01（叱）,并取P点作

mm

为速度图极点，作其速度图如（3）,于是有：3 2 =VA3/ l DA=3.3 rad/min

V 3 丨

2

DB=330mm/s

又有

—- —■ —■

V C = V B + V CB

丄 DB 丄 CB

方向： // DC

大小： ? 已知 ？

做速度多边形可以求解其他的速度，速度多边形如图（

3）

加速度分析：

加速度分析与速度分析相同也从 列出C点加速度矢量方程式

牵连速度为移动时，绝对加速度=牵连加速度+相对加速度 牵连运动为转动时，（由于牵连运动与相对运动相互影响） 绝对加速度=牵连加速度+相对加速度+科氏加速度

A点开始进行分析

a A1= 3l =3996mm/s

1

OA

2 2

a A3 = a 2 + a kA2A3 + a rA3A2

A

方向：

//A D // OA 丄 DA //A D

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大小:

n

2

A

已知

a A3 - =3 21D =978 mm/s

2

选取加速度比例尺\\ =0.1 (巴二)

mm

4、不完全齿轮设计

设计的不完全齿轮的主动轮旋转一周时从动轮旋转 齿轮部分取参数为z=32, m=8，法面压力角取〉=20 则中心距：a=mz=8X 32mm=256mm 分度圆直径：d=mz=8X 32mm=256mm 基圆直径:db =dcos a =240.64 mm 齿顶圆直径：da=( Z+2h*a)m=272mm 齿根圆直径:df=( Z-2h*a-2 c* )m=236 mm

1/10周。

八、注意事项

凸轮止弧和凹轮止弧则按照基圆的圆弧来配合

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(1) 插床工作机构由主切削运动机构和进给运动机构组成，两者必须

协调匹配。两机构的协调要求可通过公共输入构件来实现

(2) 合理布置电动机的安装位置，一般可先以一级 V型带传动在串接 合理的

轮系将运动动力传至曲柄轴。 直线进给运动具有横向近给和纵向 进给两个分支，它们可共用同一公共传动链，仅在其末端执行环节处通 过离合装置隔离。圆周进给运动可提出传动方案，不作设计。

(3) 出于滑枕重量沿导路方向下沉.应考虑滑枕在静止状态的平衡，

以避免滑枕不工作时的垂落。可将最大摆动件的质心位置作合理选择以 使其得以平衡。

(4) 插削机构被要求在切削工作段具有近等速的运动性能，且行程急 回系数

较大。应进行多方案的对比.以便选择最优机构运动简图方案。

(5) 与曲柄轴固连在一起的大齿轮常兼作飞轮，可近似取电动机至曲

柄轴的传动系统的等效转动惯量(视曲柄为等效构件)为15kg •

。

九、心得体会

在这几天的课程设计的过程中，让我体会到了团队合作的真正含义， 个人唯有融入整个团队中才能发挥自己真正意义上的作用，

从插床的功

能设计、原理方案确定到编写和整理设计说明书，无不展示着团队的重 要性，老师的指导、同学的配合与自己的努力和辛酸，造就了整个课程 设计的成功，这是我们第三组共同努力的结晶。

这次课程设计锻炼了我各方面的能力。不仅限于机械原理理论知识 的巩固与实践，对大一掌握的有关作图的知识点也有深层次的回顾，同 时，在整理课程设计说明书时，了解了更多有关

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word文档的操作，例

如：公式编辑器的使用等等。在这次课程设计中，我还学会了查找一些 相关的工具书，并初步掌握了一些设计数据的计算方法。

然而，也暴露了自身的不足，例如：基本公式的不熟练，作图基本 要求不连贯，但是通过这次实践设计，我觉得自身有了很大的提高。

当然，作为自己的第一次专业课程设计，其中肯定有太多的不足， 希望在今后的设计中，能够得到改正，使自己日益成熟，专业知识日益 深厚。

“功到自然成”，只有通过不断锻炼自己，才能迎接更大的挑战和机 遇,我相信自己一定能够在锻炼中得到真正意义上的成长。

十、参考资料

【参考文献】 机械原理课程设计手册 机械原理课程设计指导书

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