沖壓機構(gòu)及傳動系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計者： 指導老師： 課題研究的意義 在工業(yè)生產(chǎn)中，成形生產(chǎn)以模具為基本工具使制件獲得所需的尺寸和形狀已成為工業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為成形生產(chǎn)的兩大主體之一，成型設(shè)備是為各類成形工藝服務(wù)的，通過它為模具和被加工材料提供運動 、能量 、 外力 、 控制等來完成成形生產(chǎn)。 但是隨著生產(chǎn)的發(fā)展和各種新材料的不斷涌現(xiàn)，新的成形工藝與成形技術(shù)也層出不窮，這就對成形設(shè)備提出了更高的要求，促使成形設(shè)備不斷發(fā)展與完善。成形設(shè)備的發(fā)展水平 、擁有量及構(gòu)成比例不僅對成形生產(chǎn)起著關(guān)鍵的作用，在一定的程度上還標志著一個國家的工業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)水平。 課題研究的主要內(nèi)容 沖壓機床的機構(gòu)及工作原理 沖壓機床的工藝過程 曲柄壓力機 曲柄壓力機的主要結(jié)構(gòu)形式 本課題的選型方案 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 伺服電機的選用 傳動系統(tǒng)三維造型的設(shè)計 一 沖壓機床的結(jié)構(gòu)與工作原理 沖壓機床的結(jié)構(gòu)由機床本體、傳動系統(tǒng)、動力源、控制系統(tǒng)等組成。其中傳動系統(tǒng)又由伺服電機、減速機、齒輪傳動、曲軸傳動、連桿等組成。 沖壓機構(gòu)及其相配合的送料機構(gòu)，上模先以比較大的速度接近坯料 ,然后以近似勻速進行拉延成形工作 ,以后 ,上模繼續(xù)下行將成品快速推出型腔 ,最后快速返回 送料機構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置 ,完成一個工作循環(huán)。 傳統(tǒng)沖壓機床工作原理圖 該類機床驅(qū)動結(jié)構(gòu)上仍是落后的飛輪、離合器制動器組合模式，結(jié)構(gòu)復雜、臃腫，多環(huán)節(jié)傳動精度差，噪音大；該壓力機雖然采用了流行的 主要集中在電氣、電機的起停、油路、氣路上，控制動作多為開關(guān)量，而對于滑塊的位置速度無法做到有效的控制，對不同工件的沖裁適應(yīng)性差，尤其是可塑性差、易脆裂等難加工材料制品的沖裁和拉深加工；同時，加工過程中壓力機狀態(tài)采用指示燈顯示，缺乏直觀的狀態(tài)與故障監(jiān)控，生產(chǎn)及工藝管理也無從談起。 1電動機， 2小皮帶輪， 3大皮帶輪， 4制動器， 5離合器 6、 8小齒輪， 7大齒輪， 9偏心齒輪，10芯軸， 11機身， 12連桿 13滑塊， 14凸模，15凹模， 16墊板， 17工作臺， 18液壓氣墊 二 沖壓機床的工藝過程 利用成形板料自動輸送機構(gòu)或機械手自動上料，上料到位后，輸送機構(gòu)迅速返回原位，停歇等待下一循環(huán) 沖頭往下作直線運動，對坯料沖壓成形。 沖頭（上模）繼續(xù)下行將成品推出型腔，進行脫模，最后快速直線返回。 將成形脫模后的薄壁零件在輸送帶上送出。 上模退出下模后，送料機構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置，完成一個工作循環(huán)。 三 曲柄壓力機 曲柄壓力機是材料成型（塑性成型）中廣泛應(yīng)用的設(shè)備，通過曲軸連桿機構(gòu)獲得材料成形時所需的力和直線位移，可進行沖壓 、 擠壓 、 鍛造等工藝，廣泛應(yīng)用與汽車工業(yè) 、 航空工業(yè) 、 電子儀表工業(yè) 、 五金輕工業(yè)領(lǐng)域。 曲柄壓力機的結(jié)構(gòu) 工作機構(gòu) 設(shè)備的工作執(zhí)行機構(gòu)由曲柄連桿，滑塊組成，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成往復直線運動。 傳動系統(tǒng) 由帶傳動和齒輪傳動組成，將電動機能量傳輸至工作機構(gòu)，在傳輸過程中，轉(zhuǎn)速逐漸降低，轉(zhuǎn)矩逐漸增加。 操作機構(gòu) 主要由離合器，制動器以及相應(yīng)電氣系統(tǒng)組成，在電動機運動后，控制工作機構(gòu)的運行狀態(tài)，使其能間歇或連續(xù)工作。 能源部分 由電動機和飛輪組成。機器運行的能源由電動機提供，開機后電動機對飛輪進行加速，壓力機短時工作能量則由飛輪提供，飛輪起著儲存和釋放能量的作用。 支承部分 由機身，工作臺和緊固件等組成。它把壓力機所有零部件連成一個整體。 輔助系統(tǒng) 包括氣路系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，過載保護裝置，氣墊快換模，打料裝置，監(jiān)控裝置等。它提供高壓力計的安全性和操作方便性。對新型壓力機，此系統(tǒng)成本所占比例有提升趨勢。 四 曲柄壓力機傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 曲柄滑塊機構(gòu)是曲柄壓力機的工作機構(gòu)，亦是壓力機的核心部分，它將電動機的旋轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線上下運動，提供給磨具工作所需的成形力和位移，同時提供一些輔助功能，如裝模高度調(diào)節(jié)，過載保護頂件等。 按曲柄形式，曲柄滑塊機構(gòu)主要有曲軸式 、偏心齒輪式 五 本課題的選型方案 針對傳統(tǒng)壓力機存在的不足，參照第三代壓力機的技術(shù)特點，提出設(shè)計目標為：摒棄傳統(tǒng)的飛輪、離合器制動器，以大功率交流伺服電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流異步電機，通過一級齒輪減速機構(gòu)，驅(qū)動曲柄滑塊機構(gòu)動作。曲軸縱放、開式傳動齒輪、上傳動機構(gòu)與單邊傳動的曲軸式曲柄壓力機。 六 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 曲軸的確定 齒輪的計算 球頭螺桿尺寸的確定 滑塊的確定 （ 1）曲軸的確定 曲柄滑塊機構(gòu)是曲柄壓力機的工作機構(gòu)，亦是壓力機的核心部分，分析它的運動與受力特點是設(shè)計曲柄壓力機的關(guān)鍵。其主要計算 塊速度的計算，曲軸公稱轉(zhuǎn)角的計算，曲軸尺寸的確定及曲軸扭矩與強度的計算。 根據(jù) 主要設(shè)計參數(shù) 計算最終確定曲軸尺寸如圖所示 （ 2）齒輪的計算 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛。齒輪材料的種類很多，在選擇時應(yīng)考慮的因素很多，類如必需滿足工作條件的要求，應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小，毛坯成形方法及熱處理和制造工藝等。齒輪傳動需要很大的力與扭矩，因此需要進行齒輪強度的計算與校核。 大齒輪的彎曲強度計算： 式中 ， 取 1， 取 =18360 ，將數(shù)據(jù)帶入式中求得 2222 C O jk 2 小齒輪的彎曲強度計算： 式中 ， 取 1 取 =18360 ，將數(shù)據(jù)帶入式中得 1211 ZC 1 綜合上面有關(guān)大齒輪與小齒輪的彎曲強度計算與接觸強度的計算與校核，得出的結(jié)果為 符合該設(shè)計方案的要求。 1 1 2w 1w（ 3）球頭螺桿尺寸的確定 球頭式連桿如圖所示 取 120取 90取 80 120 取 150取 200 1 4 0966 0 0)o o (2 1 2 01 0 8) o o 2 0 71 3 5)最終連桿尺寸的確定如圖所示： （ 4）滑塊的確定 對于普通的型的開式壓力機，滑塊導向長度與寬度之比為 L/B =塊導向長度與滑塊行程有關(guān)，行程越大，導向長度越長，一般取 L=（ S，則取 900為 L/B= B=640塊尺寸圖如圖所示 七 伺服電機的選用 壓力機加工具有負載大、沖擊強的特征，直接驅(qū)動用伺服電機與傳統(tǒng)壓力機用電機相比，需要輸出更大的扭矩，具備更強的抗擾動能力。因此，有必要對直接驅(qū)動用伺服電機選型進行分析。電機兩個主要選型參數(shù)為額定功率和額定輸出扭矩，其中電機功率計算除了分析壓力機一個工作周期所消耗的能量，還應(yīng)考慮加減速動態(tài)過程。 功率計算 本項目中計算伺服電機功率時，應(yīng)考慮兩部分 :首先是恒速驅(qū)動時一個工作周期所消耗的能量 ,其次是加速時消耗的能量。 (1)恒速驅(qū)動下電機功率計算 (2) 電機加速或減速時電機功率計算 電機轉(zhuǎn)矩計算 (1)電機負載轉(zhuǎn)矩 (2)電機摩擦轉(zhuǎn)矩 以滿足工作最大力矩的條件選擇伺服電機的功率。通過計算確定電機參