1、西南交通大學(xué)自動(dòng)送料沖床機(jī)構(gòu)綜合1. 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)題目自動(dòng)送料沖床機(jī)構(gòu)綜合1.2自動(dòng)送料沖床簡介自動(dòng)送料沖床用于沖制、拉伸薄壁零件，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)送料沖床機(jī)構(gòu)主要用于生產(chǎn)玩具車上的薄壁圓齒輪。沖床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括沖壓機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，要求送料機(jī)構(gòu)先將原料胚件送至沖頭處，然后送料機(jī)構(gòu)要保證原料胚件靜止不動(dòng)，同時(shí)沖壓機(jī)構(gòu)快速的沖壓原料胚件，制成要求的齒輪。最后，沖頭快速返回，執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)。送料機(jī)構(gòu)在此期間將原料胚件送至待加工位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案示意圖1.3設(shè)計(jì)條件與要求 以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，下板固定，從動(dòng)件（沖頭）作為執(zhí)行原件，做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其大致運(yùn)動(dòng)規(guī)

2、律如圖1所示，具有快速下沉、等速工作給進(jìn)和快速返回等特性。 機(jī)構(gòu)應(yīng)具有較好的傳力性能，工作段的傳動(dòng)角r大于或等于許用傳動(dòng)角r=45 沖頭到達(dá)工作段之前，送料機(jī)構(gòu)已將配料送至待加工位置。 生產(chǎn)率為每分鐘180件。 沖頭的工作段長度l=100mm沖頭總行程長度必須大于工作長度兩倍以上。 沖頭的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的受力如圖2所示，在工作段所受的阻力Fi=2300N其他階段所受的阻力為工作段所受阻力的五分之一。即F°=460N 送料距離S=150mm。 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)不超過0.03。Fk沖壓HX4E21J11沖頭所受阻力曲線圖1圖21.4設(shè)計(jì)任務(wù)1. ?繪制沖床機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖，使送料運(yùn)

3、動(dòng)與沖壓運(yùn)動(dòng)重疊，以縮短沖床工作周期；2. ?針對(duì)圖所示的沖床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（沖壓機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)）方案，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和已知參數(shù)，確定各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖；3. ?在沖床工作過程中，沖頭所受的阻力變化曲線如圖所示，在不考慮各處摩擦、其他構(gòu)件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅(qū)動(dòng)力矩；4. ?取曲柄軸為等效構(gòu)件，確定應(yīng)加于曲柄軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；5. ?用軟件（VBMATLABADAM或SOLIDWOR!等均可）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。6. ?圖紙上繪出最終方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（可以是計(jì)算機(jī)圖）并編寫說明書2. 設(shè)計(jì)背景沖床自動(dòng)送料機(jī)實(shí)質(zhì)上是上料

4、機(jī)械手，適用于軸承行業(yè)、小五金行業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)的沖壓加工。它能自動(dòng)上料和卸料，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度，確保人身安全。本機(jī)節(jié)拍與沖床同步，連續(xù)生產(chǎn).總體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，性能可靠，使用安全，操作方便，便于加工、裝拆、調(diào)整、維護(hù)、制造經(jīng)濟(jì)。在冷擠壓加工行業(yè)特別是軸承沖擠壓加工中有較大的應(yīng)用前景。自動(dòng)送料是沖壓加工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的最基本要求、也是在一套模具上實(shí)現(xiàn)多工位沖壓的根本保證。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)每次送進(jìn)帶料或條料的距離稱為送料步距，送料步距可根據(jù)沖壓件的形狀尺寸及沖壓工藝的需要設(shè)計(jì)確定。2.1主要參數(shù)及性能指標(biāo)生產(chǎn)率"（件/min）180送料距離心（mm150板料

5、厚度£（mm2軸心高度爐（mm1060沖頭行程月（mm100輥軸半徑憶（mm60大齒輪軸心坐標(biāo)X（mrh270大齒輪軸心坐標(biāo)（mm460大齒輪軸心偏距g（mm30送料機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角Y（°）45速度不均勻系數(shù)60.03板料送進(jìn)阻力必（N530沖壓板料最大阻力E（N）2300沖頭重力G（N）1503. 課題分析一般來講，我們要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)，包括根據(jù)該機(jī)構(gòu)的功能要求選擇機(jī)構(gòu)的類型，即確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的形式，也就是通常所說的機(jī)構(gòu)的型綜合或構(gòu)型綜合設(shè)計(jì)；確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖之后，我們需要計(jì)算它的尺寸參數(shù)，稱為機(jī)構(gòu)的尺寸綜合或運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)；之后才是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、有限元與加工工藝設(shè)計(jì)等。由于本

6、課題已經(jīng)給出了自動(dòng)送料沖床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，不必再確定運(yùn)動(dòng)簡圖。所以，只需要考慮運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。也就是說，題目中的綜合指的是尺寸綜合。4. 工作原理送料過程：電動(dòng)機(jī)通過v帶傳動(dòng)和單級(jí)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，將一定量的薄鋼板送入沖床工作臺(tái)面位置沖制過程：飛輪飛輪驅(qū)動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄為主動(dòng)件，帶動(dòng)搖桿擺動(dòng)，搖桿與棘輪共軸，從而將搖桿的連續(xù)往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成棘輪的單向間歇運(yùn)動(dòng)，棘輪與輥軸中心軸線重合，最后依靠輥軸的壓緊將一定量的板料送到工作位置。5. 機(jī)構(gòu)選擇方案一：小齒輪與輥軸的壓緊考慮到小齒輪與工件直接接觸不僅起不到壓緊的作用還會(huì)損傷工件，所以該萬案不合適。方案二：輥軸與輥軸的壓緊調(diào)整適當(dāng)?shù)拈g

7、隙便于進(jìn)料，可以保證工件穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)且工件表面無劃痕。比較兩個(gè)方案后決定采用方案二。輥軸的直徑為60mm上下輥旋轉(zhuǎn)一周的送料長度為L,貝所以符合要求。5.1間歇機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)板料送到滑塊底部時(shí)要被沖制，存在沖壓加工時(shí)間，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)間歇機(jī)構(gòu)。這里選擇了棘輪機(jī)構(gòu)。棘輪與搖桿有共同的中心軸線，搖桿上安裝了棘爪。設(shè)棘輪的棘齒數(shù)Z=11，沖床往復(fù)一次的送料長度為L1,棘輪每轉(zhuǎn)一齒，搖桿轉(zhuǎn)角為a，則取棘輪的模數(shù)m=6則外徑5.2運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)方案一：如圖所示本機(jī)構(gòu)用了連桿和橢圓形的凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪連桿沖壓機(jī)構(gòu)和橢圓形的凸輪連桿送料機(jī)構(gòu)。正如圖所示一樣但在設(shè)計(jì)橢圓形的凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)不好計(jì)算和加工，這大大的增加了加工的難度

8、和設(shè)計(jì)。方案二：題目給出的方案根據(jù)壓緊機(jī)構(gòu)選擇的結(jié)果，采用雙輥壓緊機(jī)構(gòu)，則不采用齒輪嚙合。所以要在該方案的基礎(chǔ)上改進(jìn)。此方案的優(yōu)點(diǎn)：送料誤差較小，且每次送料距離相同，結(jié)構(gòu)簡單，載荷平穩(wěn)缺點(diǎn)：體積較大，有死點(diǎn)存在，但在主動(dòng)輪采用飛輪可避免死點(diǎn)，且不符合設(shè)計(jì)要求中的最小傳動(dòng)角要求。方案三：在方案二的基礎(chǔ)上改進(jìn)。沖制機(jī)構(gòu)方案不變，采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄為主動(dòng)件，帶動(dòng)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿與棘輪共軸，從而將搖桿的連續(xù)往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成棘輪的單向間歇運(yùn)動(dòng)，采用雙輥軸壓緊送料機(jī)構(gòu)。此方案的優(yōu)點(diǎn):棘輪機(jī)構(gòu)可把搖桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)改成單一方向運(yùn)動(dòng)，曲柄搖桿的急回特性不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)體積較小缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算復(fù)

9、雜，有一定的誤差，但可以通過增加棘輪的齒數(shù)來減小誤差，噪聲較大。綜合上述三種方案，選擇第三種方案。6. 理論計(jì)算6.1曲柄滑塊設(shè)計(jì)已知條件沖壓行程N(yùn)=180轉(zhuǎn)/分，則每轉(zhuǎn)需要時(shí)間設(shè)飛輪的角速度為，則速度為根據(jù)沖頭行程得C到?jīng)_頭為245mm沖頭高20mm滑塊共高510mm6.2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可采用最小傳動(dòng)角設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知最小傳動(dòng)角為，則由此知確定各桿長度當(dāng)a和d桿共線的位置有最小傳動(dòng)角丫存在分別為丫，丫當(dāng)丫Y丫時(shí)為最佳傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可根據(jù)余弦公式Y(jié)解得Y式中YYYY且丫YY解得：曲柄長度應(yīng)非負(fù)，則所以（其他值不符合要求舍去?。┛扇〗獾没蛘咭?yàn)閏vb,所以取6.3棘輪與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的整合因

10、為舍棄了齒輪嚙合傳動(dòng)，所以可以直接設(shè)計(jì)為與棘輪共軸的搖桿，棘爪安裝在搖桿上。6.4發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)中已經(jīng)采用了的設(shè)計(jì)，所以可得到速度可得瞬時(shí)功率按照一個(gè)工作循環(huán)中的平均能量選擇電機(jī)功率安全系數(shù)=1.2，算的沖床傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3所示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)降低后驅(qū)動(dòng)機(jī)器主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。原動(dòng)機(jī)為三相交流異步電動(dòng)機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速選為1500r/min，可選用如下型號(hào)：電機(jī)型號(hào)額定功率（kw）額定轉(zhuǎn)速（r/min）Y100L243.01420Y112M44.01440Y132S-45.51440圖3由生產(chǎn)率可知主軸轉(zhuǎn)速約為180r/min,且題目要求使用單級(jí)齒輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)暫選為丫112M4,則傳動(dòng)系統(tǒng)總

11、的傳動(dòng)比傳動(dòng)比約為總=8。帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，則齒輪減速器。6.5飛輪的選擇采用近似法算飛輪，根據(jù)設(shè)計(jì)條件所給出的最大阻力最大盈虧功飛輪安裝在主動(dòng)軸上算得飛輪選盤形飛輪選用鑄鐵為飛輪材質(zhì)，飛輪半徑為100mm求得厚度1.6mm7. 三維建模以及模擬運(yùn)動(dòng)仿真根據(jù)上面的計(jì)算數(shù)據(jù)，通過三維軟件CATIA建模，并約束其零件之間的裝配關(guān)系，完了本設(shè)計(jì)的仿真。建立的三維模型通過CATIA中的數(shù)字分析模塊，分別測量出了沖頭的運(yùn)動(dòng)過程中的速度曲線和加速度曲線。沖頭的速度曲線沖頭的加速度曲線由于大齒輪做來回的回轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同樣的也測量了其在3秒時(shí)間內(nèi)的速度和加速度曲線。大齒輪的速度曲線大齒輪的加速度曲線由于大齒輪同時(shí)也在轉(zhuǎn)動(dòng)，所以同樣測出了其角速度和角加速度曲線。大齒輪的角速度曲線大齒輪的角加速度曲線8. 實(shí)物照片根據(jù)要求，本設(shè)計(jì)在機(jī)械實(shí)驗(yàn)室里面，搭建了按比例縮小的模型。通過實(shí)驗(yàn)，搭建的模型基本符合設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)室搭建的實(shí)物模型如下9. 模型運(yùn)動(dòng)圖和實(shí)物介紹圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)做的CATIA模擬運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫和實(shí)物模型介紹的視屏，隨本說明書一