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1、一 机构简介1.1 牛头刨床的组成牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁、进给机构和变速机构等组成。 (1) 床身 床身内部有变速机构和曲柄摇杆机构。床身的顶面有水平导轨, 滑枕沿水平导轨作往复直线运动。在床身前面有垂宜导轨, 横梁带动工作台沿垂直导轨升降。2)滑枕 滑枕的前端有环状T 形槽, 用来安装刀架和调节刀架的偏转角度: 滑枕的内部装有调整滑枕行程位置的机构, 它是由一对锥齿轮和丝杠组成。滑枕的下部有两条燕尾型导轨 , 它与床身上部的水平导轨配合。在曲柄摇杆机构的带动下, 滑枕在床身水平导轨上作往复直线运动。 (3) 横梁与工作台校梁安装在床身前部垂直导轨上。横梁的底部装有升降丝
2、杠, 使校梁能沿着床身前部的垂直导轨作上下移动。工作台和滑板连接在一起,安装在横梁水平导轨上, 转动安装在校梁凹框内的横向进给丝杠, 工作台就沿着横梁的水平导轨作横向移动。工作台的前部底下装有支架, 以防止工作台在刨削过程中产生向下倾斜和振动现象。工作台的上平面和两侧面均制有T 形槽、 v形槽和圆孔 , 用来固定不同形状的工件或夹具。 (4)刀架 刀架用于装夹刨刀 , 并使刨刀沿着垂直方向和倾斜方向移动。刀架由手柄、丝杠、刻度转盘、夹刀座、拍板、拍板座、滑板等组成。刻度转盘6用 T 形职栓 5 紧固在滑枕前端的“环”状T 形槽内。可按加工的需要作160的回转。刻度转盘6 与滑板 13 通过导轨
3、相配合 , 只要摇动丝杠 3 上端的手柄 1,就可使滑板 13 沿着刻度转盘 6 上的导轨移动 , 通过刻度环 2 来控制背吃刀量的大小。拍板 10 与拍板座 11 的凹槽相配合 , 用铰链销 7 连接。在拍板 10 的孔内装有夹刀座 8 刨刀就装在它的槽孔内 , 拍板 10 可以绕铰链销 7 向前上方拾起 , 这样可避免滑枕回程时刨刀与工件已加工。(5) 进给机构进给机构主要用来控制工作台横向进给运动的大小。(6) 变速机构操纵变速机构的手柄 , 可以把各种不同的转速传递到曲柄摆杆机构而改变格杆在相同时间间隔内的摆动次数。(7) 曲柄摇杆机构主要作用是把电动机的旋转运动转换为滑枕的往复直线运
4、动。1.2 牛头刨床的运动形式牛头刨床机构是一种常用切削加工机床，运动简图如图（ 1）所示，刨床工作时，原动件1 作等速转动，经六杆机构（1-2-3-4-5-6）传递。带动滑枕连同安装在滑枕上的刨刀5 作往复运动。刨刀向左运动时进行切削，称为工作行程。此时要求速度较低和较均匀以提高切削质量。刨刀向左运动时不切削，称为空回行程。该行程要求速度快些，以节省时间，提高生产率。为此采用了有急回作用的摆动导杆（6-1-3-2 ）和摆杆滑块机构（3-4-5-6 ）串联形式。刨刀在工作行程中受切削阻力（在行程的两端各有一段0.05So 的空刀距离），而在空回程时则不受切削力。精选学习资料 - - - - -
5、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 14 页二 设计要求课程设计采用计算机编程方式。1）根据行程速比系数K，设计曲柄长度 AB ，将结果圆整到 mm ；并计算杆三的两个极限位置3 3 ，最大摆角 m 及铰链 E 的两个极限位置XE1 及XE2 和杆 5 的最大行程 S0。2）根据所求出的曲柄长，对所设计的六杆机构进行分析。求出一个周期内杆5 的各个位置的位移，速度和加速度。3）通过计算机编程方式，绘出位移，速度，加速度随转角1 变化的曲线。4）完成设计计算说明书。三数学模型3.1 机构设计首先建立坐标系，一般在原动件逆时针旋转时取右手系，当原动件顺时针旋转
6、时取左手系。1K1801kk由得m11801kk所以(1-1)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 14 页mABACLLsin2求曲柄长(1-2) 322m求出摆杆的两个极限位置(1-3)322m(1-4)1sin2mECDXL(1-5)221(cos()2mEDEHCDXLLL(1-6)111EEEXXX因为(1-7)2121EEEEXXXX；22211EEEEEXXXXX所以(1-8)012EEXX最大行程 S(1-9) 3.2 运动分析解读式导杆机构的封闭向量方程式（如图二）ABBCACLLL（2-1）式 （2-1）在
7、 X 轴和 Y轴上的投影为：1313coscossinsinabbcacabbcLLLLL（2-2 ）131sinarctancosACABABLLL解方程组（ 2-2 ）得：（2-3）13cosLcosABCBL（2-4）对方程组（ 3-2）分别求导得：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 14 页313cos()ABCBLL（2-5）23131sin()BBABVL（2-6）2312333sin()2ABB BCBLVaL（2-7）滑枕机构的封闭向量解读式（如图三）05CDDELLXHS（2-8）在 X 轴和 Y 轴上的投
8、影为340534coscossinsinCDDECDDELLXSLLH（2-9）解方程组（ 2-9）得34HsinsinCDDELyL（2-10）4424sinarctan1sin（2-11）13sinCDHHL（2-12）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 14 页2201ABCDDEBCLXLLHL（2-13）5034coscosCDDESXLL（2-14）3344coscosCDDELL（2-15）53344sinsinCDDEVLL（2-16）2233334444sincossincosCDDEDELaLaL（2-1
9、7）22533334444sincossincosCDDEaLaLa（2-18）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 14 页四变量符号对照表序号数学建模中符号VB 编程中符号实际表示意义1 K K 行程速比系数2 sita 极位夹角3 1a0 1 杆与水平线之间的夹角4 mFm 最大摆角5 3a3 3 杆与水平线之间的夹角6 3f31 3 杆到第一极限位置的夹角7 3f32 3 杆到第二极限位置的夹角8 4a4 4 杆与水平线之间的夹角9 ACLLac AC 杆的杆长10 ABLLab AB 杆的杆长11 CDLLcd CD
10、 杆的杆长12 DELLde DE 杆的杆长13 BCLLbc BC 杆的杆长14 HLLh 机架的高度15 1XEXe1 E1 点到 y 轴的距离16 1XEXe11 D1 点到 y 轴的距离17 1XEXe12 D1 点与 E1 点的水平距离18 2XEXe2 E2 点到 y 轴的距离19 2XEXe21 D2 点到 y 轴的距离20 2XEXe12 D2 点与 E2 点的水平距离21 0Ss0 E1 点与 E2 点的距离22 5Ss5 构件 5 的位移23 0Xx0 构件 5 的位移值所对应的x 轴坐标24 1Hh1 D 点与 E 点的垂直距离25 N n0 电机转速26 1W1 1 杆
11、的角速度27 3W3 3 杆的角速度28 4W4 4 杆的角速度29 w 原动件的角速度30 23BBVv23 构件 2 与构件 3 的相对速度31 5Vv5 5 杆的速度32 3aa3 3 杆的加速度33 4aa4 4 杆的加速度34 5aa5 5 杆的加速度35 Jjs3 36 Vb2b3 V23 2 杆相对于3 杆的速度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 14 页五流程图5.1 计算流程图5.2 程序流程图开始输入已知数据：k 值及个杆长第一步计算结束第二，三步计算输出第一步计算结果输出第二，三步计算结果精选学习资料
12、- - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 14 页六源程序 定义变量Dim k!, a1!, a2!, Lac!, Lab%, a31!, a32!, b1!, Lcd!, Lde!, a3! Dim Lh!, c1!, b2!, c2!, c!, s0!, n3!, n!, v23!, a0!, du% Dim n1!, e3!, x0!, s5!, a4!, h1!, v5!, n4!, e4!, e5!, n0!, Lbc! Const pi = 3.141592653 Private Sub Form_Load() 姓名，学号，班级La
13、bel19.Caption = 班级： Label20.Caption = 姓名：Label21.Caption = 学号：Label19.FontSize = 15 Label20.FontSize = 15 Label21.FontSize = 15 End Sub 已知数据Private Sub Command1_Click() Text1.Text = 1.65 Text2.Text = 450mm Text3.Text = 760mm Text4.Text = 200mm Text5.Text = 770mm Text6.Text = 80r/min End Sub 第一步计算Pri
14、vate Sub Command2_Click() k = Val(Text1.Text) Lac = Val(Text2.Text) Lcd = Val(Text3.Text) Lde = Val(Text4.Text) Lh = Val(Text5.Text) n0 = Val(Text6.Text) If Text1.Text = Then MsgBox 请给出已知数据 Else a1 = (k - 1) / (k + 1) * 180 a2 = a1 / 180 * pi Lab = Lac * Sin(a2 / 2) a31 = 90 + a1 / 2 a32 = 90 - a1 /
15、 2 b1 = Lcd * Sin(a2 / 2) b2 = Sqr(Lde 2 - (Lh - Lcd * Cos(a2 / 2) 2) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 14 页b = b1 + b2 c1 = b1: c2 = b2: c = c2 - c1 s0 = b - c Text7.Text = Lab Text8.Text = a31 Text9.Text = a32 Text10.Text = a1 Text11.Text = b Text12.Text = c Text13.Text = s0 End
16、 If End Sub 第二步计算绘制图形Private Sub Command3_Click() If Text7.Text = Then MsgBox 请先计算曲柄AB的长度 End If If Text1.Text = Then MsgBox 请给出已知数据 End If 画坐标轴Cls Picture1.Scale (-280, 50)-(250, -50) Picture1.Line (-280, 0)-(240, 0) Picture1.Line (-270, 50)-(-270, -50) Picture1.Line (-230, 50)-(-230, -50) Picture1
17、.Line (-190, 50)-(-190, -50) Picture1.CurrentX = 230: Picture1.CurrentY = -10: Picture1.Print 1 Picture1.CurrentX = -190: Picture1.CurrentY = 48: Picture1.Print a Picture1.CurrentX = -270: Picture1.CurrentY = 48: Picture1.Print s Picture1.CurrentX = -230: Picture1.CurrentY = 48: Picture1.Print v Pic
18、ture1.Line (240, 0)-(233, 2) Picture1.Line (240, 0)-(233, -2.5) Picture1.Line (-195, 48)-(-190, 50) Picture1.Line (-185, 48)-(-190, 50) Picture1.Line (-230, 50)-(-225, 48) Picture1.Line (-230, 50)-(-235, 48) Picture1.Line (-270, 50)-(-275, 48) Picture1.Line (-270, 50)-(-265, 48) 画，位移，速度，加速度图像For i =
19、 0 To 360 Step 60 Picture1.CurrentX = i - 190: Picture1.CurrentY = -1: Picture1.Print i Picture1.Line (i - 190, 0)-(i - 190, 1) Next i 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 14 页For j = -600 To 600 Step 300 Picture1.CurrentX = -190: Picture1.CurrentY = j / 15: Picture1.Print j / 60 Pic
20、ture1.CurrentX = -230: Picture1.CurrentY = j / 15: Picture1.Print j / 300 Picture1.CurrentX = -270: Picture1.CurrentY = j / 15: Picture1.Print j Picture1.Line (-190, j / 15)-(-185, j / 15) Picture1.Line (-230, j / 15)-(-225, j / 15) Picture1.Line (-270, j / 15)-(-265, j / 15) Next j For a0 = 0 To 2
21、* pi Step 0.017453 X1 = a0 * 57 w = pi * n0 / 30 a3 = Atn(Lac + Lab * Sin(a0) / (Lab * Cos(a0) If a3 0 Then a3 = a3 + pi End If Lbc = Lab * Cos(a0) / Cos(a3) n3 = Lab * w * Cos(a3 - a0) / Lbc v23 = -Lab * w * Sin(a3 - a0) e3 = -(Lab * w 2 * Sin(a3 - a0) + 2 * v23 * n3) / Lbc y = (Lh - Lcd * Sin(a3)
22、/ Lde a4 = Atn(y / Sqr(1 - y 2) h1 = Lh - Lcd * Sin(a3) x0 = Lcd * (Lab / Lbc) + Sqr(Lde 2 - h1 2) s5 = x0 - Lcd * Cos(a3) - Lde * Cos(a4) Picture1.PSet (-190 + X1, s5 / 20) w4 = -Lcd * Cos(a3) * n3 / (Lde * Cos(a4) v5 = Lcd * n3 * Sin(a3) + Lde * Sin(a4) * w4 Picture1.PSet (-190 + X1, v5 / 200) e4
23、= (Lcd * (n3 2 * Sin(a3) - e3 * Cos(a3) + Lde * w4 2 * Sin(a4) / (Lde * Cos(a4) a5 = Lcd * (e3 * Sin(a3) + n3 2 * Cos(a3) + Lde * (e4 * Sin(a4) + w4 2 * Cos(a4) Picture1.PSet (-190 + X1, a5 / 2000) Picture1.Line (110, 12)-(150, 25) Picture1.CurrentX = 150: Picture1.CurrentY = 30: Picture1.Print 位移 m
24、m Picture1.Line (-10, 8)-(-70, 35) Picture1.CurrentX = -90: Picture1.CurrentY = 40: Picture1.Print 加速度 m/s2 Picture1.Line (50, -15)-(30, -30) Picture1.CurrentX = 20: Picture1.CurrentY = -30: Picture1.Print 速度 m/s du = a0 * 180 / pi 第三步计算运动分析List1.AddItem (Left(du, 5) & & (Left(a0, 5) & & (Left(s5, 5
25、) & & (Left(v5 * 10 -3, 5) & & (Left(a5 * 10 -3, 5) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 14 页Next a0 End Sub 七输出结果7.1 曲柄长度及最大摆角7.2 位移速度加速度图像精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 14 页7.3 运动分析表格八结果分析由速度图像可以清楚的看到牛头刨床的急回特性，回程时的速度约是冲程时速度的3精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -
26、 - - - - - -第 12 页，共 14 页倍。并且由速度图像可以看出由六杆机构组成的牛头刨床在开始和结束的时候存在刚性冲击。机构的效率也比较低。下表列出了曲柄在各个时刻时，刨刀的位移，速度，加速度值。九总结心得体会：通过这次课程设计我有了很多收获。首先，通过这一次的课程设计，我进一步巩固和加深了所学的基本理论，基本概念和基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力。对平面连杆机构有了更加深刻的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。而且，这次课程设计过程中，与同学激励讨论，团队合作，最终完美的实现了预期的目的，大家都受益匪浅，也对这次经历难以忘怀。其次通过
27、这次课程设计，对牛头刨床的工作原理以及对导杆机构运动分析有了初步的了解，培养了很深的学习兴趣。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 14 页十参考文献1. 机械原理课程设计指导书- 万霖，赵清华，李玉清编著2. 机械原理课程设计 - 陆凤仪 主编3. 机械设计课程设计图册（第三版）- 龚桂义，潘沛霖主编4. 机械零件设计手册 -机械工业出版社5. 互换性与技术测量 (第三版 )-王伯平 主编6.机械原理（第七版） -孙恒，陈作模，葛文杰主编7. Visual Basic 程序设计教程 - 龚沛曾，杨志强，陆慰民主编精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 14 页