自動送料沖壓機

1、學號成績課程設計說明書系 別 機電工程系專 業(yè) 機械設計制造及其自動化方 向 數(shù)控加工課程名稱 機械設計（二）課程設計學 號 姓 名 指導教師 題目名稱 自動送料沖壓機設計時間 2012年9-12月2012 年 11 月 20 日一、設計題目題目：自動送料沖壓機的設計1、 工作原理及工藝動作過程自動送料沖壓機是用于金屬薄板類零件的沖壓成形工藝的常用機械設備。沖壓機的工作原理機工藝分解如圖1所示。要求重側面將金屬薄板坯料送至待加紅位置，上模先以較大四度接近配料，然后以勻速下沖，進行拉延成形工作，以后上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快速返回，完成一個工作循環(huán)，因此，它的工藝動作主要有： 圖 1（1

2、） 將新配料送至代加工位置。（2） 下模固定、上模沖壓拉延成形將成品推出模腔。2、 原始數(shù)據(jù)及設計要求（1） 沖壓急行機構具有快速接近弓箭、等速下行拉延和快速返回的運動特性。（2） 精壓成形制品生產(chǎn)率約每分鐘30件。（3） 上模移動總行程為280mm，其拉延行程置于總行程的中部，約100mm。（4） 行程比系數(shù)K1.2。（5） 配料輸送最大距離200mm。（6） 上?；瑝K總重量為40kg，最大生產(chǎn)阻力位5000N，且假定在拉延區(qū)內生產(chǎn)阻力均衡。（7） 設最大擺動構建的質量為40kg/m，繞質心轉動慣量為2，質心簡化到桿長的中點。其他構件的質量及轉動慣量均忽略不計。（8） 傳功裝置的等效轉動慣量

3、：以曲柄為等效構件，其轉動慣量設置為30，機械運轉不均勻系數(shù)。3、 設計方案提示（1） 送料機構實現(xiàn)間歇送料可采用凸輪機構、槽輪機構等。（2） 沖壓機構為保證等速拉延、回城快速可采用倒桿機構加搖桿滑塊的六桿機構，或采用鉸鏈四桿機構加搖桿滑塊的六桿機構。（3） 工件送料傳輸平面標高為1000mm左右。（4） 需考慮飛輪的設計。4、 設計任務（1） 執(zhí)行機構選型及設計：構思出至少4種運動方案，并在說明書中畫出運動方案草圖，經(jīng)對所有運動方案進行分析評價后，選擇其中的最優(yōu)方案進行詳細設計。（2） 機構運動協(xié)調設計：對選擇的方案畫出機構循環(huán)圖。（3） 傳動系統(tǒng)的設計。（4） 對系統(tǒng)運動方案進行機構的尺寸

4、綜合。（5） 用UG軟件對機構系統(tǒng)進行運動仿真。（6） 用UG軟件對機構系統(tǒng)進行運動學分析，并畫出輸出機構的位移、速度和加速度曲線。（7） 畫出最終方案的機構運動簡圖。二、參考方案評價與決策（一）參考方案1、方案1：導桿搖桿滑塊沖壓機構和右間歇槽桿送料機構 如圖2所示，沖壓機構為導桿搖桿滑塊沖壓機構，回程有急回特性，且工作段有速度近似勻速段；送料機購為右間歇槽桿，這是一個創(chuàng)新機構，不但在右邊極限位置有一段間歇行程，而且還具備了急回特性。 圖 2 2、方案2：曲柄增力沖壓機構與凸輪送料機構如圖3所示，沖壓機構曲柄增力機構，適當移動A點位置和確定桿的尺寸可以獲得急回特性，且工作段速度近于勻速，送料

5、機構為曲柄推桿機構，合理設計休止角，可獲得間歇行程，設計推程角，則可以獲得較好的急回特性，兩機構聯(lián)動采用中間齒輪傳動。 圖 33、方案3：鉸鏈四桿滑塊沖壓機構與凸輪搖桿送料機構 如圖4所示，沖壓機構為鉸鏈四桿滑塊沖壓機構，由于壓力角很小，可以獲得較好的沖壓力，而且合理設計機構尺寸還可以獲得所需的急回特性和工作段近于勻速；送料機構為凸輪搖桿沖壓機構，凸輪可用休止角實現(xiàn)停歇，錯開兩機構間的干涉。 圖 44、 方案4：導桿搖桿滑塊沖壓機構與凸輪送料機構如圖5所示，沖壓機構采用倒桿搖桿滑塊沖壓機構，合理設計曲柄尺寸與中心距AC距離，設計極位夾角，獲得急回特性，而且工作段有速度近于勻速；送料機構也是凸輪

6、送料，而沖壓機構與送料機構之間的傳動用齒輪傳動，使得機構更加緊湊。 圖 5 （二）評價與最優(yōu)方案決策 對四個參考方案進行評價與最優(yōu)方案的選定，可以根據(jù)方法的完成實現(xiàn)功能目標情況、工作原理的先進程度、方案的復雜程度、實用性、新穎性、可靠性與經(jīng)濟性這七個方面來評價。這里采用加權評分法，計分制為十分制，而完成實現(xiàn)功能目標情況指標的權為0.2，工作原理的先進程度為0.2，方案的復雜程度為0.2，實用性為0.1，新穎性為0.1，可靠性為0.1，經(jīng)濟性為0.1 。 那么各項評分情況如表1所示： 表 1 指標加權法評分表 序號評價指標權參考方案12341完成實現(xiàn)功能目標情況0.2101010102工作原理的

7、先進程度0.294463方案的復雜程度0.295684方案的實用性0.176685方案的新穎性0.198886方案的可靠性0.167797方案的經(jīng)濟性0.110437總分1018.86.36.48.0經(jīng)過評價后，方案1的得分最高，也就決定方案1為最優(yōu)方案 三、最優(yōu)方案的結構分析1、沖壓機構選用導桿搖桿滑塊沖壓機構，如圖6所示，由于該機構存在極位夾角，滿足了急回特性的要求，也就是說上模重頭有急回特性，主動輪沿逆時針轉時，沖頭回程所需的時間是低于下壓的時間，而且在壓延工作時速度是近于勻速的。圖6 導桿搖桿滑塊沖壓機構2、送料機構選用右邊間歇槽桿機構，如圖7所示，該送料機構運動到右邊時，有一段間歇圓

8、弧，實現(xiàn)了沖壓機所需的間歇運動，并且還具備了行程急回特性。 圖 7 右間歇槽桿機構 3、送料沖壓機構與導桿搖桿機構傳動用齒輪傳動來實現(xiàn)，如圖8所示，圖為自動送料沖壓機的機構簡圖。 圖8 自動送料沖壓機機構簡圖送料機構與沖壓機構之間的傳動是用傳動比1：1的齒輪來實現(xiàn)的，為了讓送料機構不與沖壓機構有干涉，所以把送料機構的槽桿安裝在主動輪輸入軸上，并且是空套連接的，使槽桿不跟著主動輪輸入軸轉動。而主動輪是以逆時針的方向轉動，上模沖頭上行，推桿把壓料推到壓延工作位置，沖頭下壓，推桿收回，并且在遠端停歇一段時間，等待下一個加工周期。四、運動循環(huán)圖 由于該沖壓機構每分鐘加工30個坯料，則為一個周期，即主動

9、輪旋轉一周（360）為一個周期，取沖壓機構剛把成品推出型腔為周期的開始點,如圖5所示，為NX 4.0運動仿真出來的送料機構與沖壓機構的運動循環(huán)圖。 圖 9 送料機構與沖壓機構運動循環(huán)圖 如圖9所示，虛線為送料機構在一個周期內的循環(huán)曲線，實線表示沖壓機構一個周期內的循環(huán)曲線。詳細分析如下：00.18 s(032.4),坯料在離工作位置中心最遠端，也就是200mm處停歇，準備送料而沖頭已經(jīng)把成品送出型腔，開始回程；0.181 s（32.4180），坯料成功送至沖壓位置，并且在0.8 s（144）時沖頭運動到最上端，并且開始向下沖壓；11.485 s（180267.3），送料推桿回到最遠端，1.48

10、52 s（267.3360）推桿停歇，而在1.2501.553 s（225279.5）這個階段對坯料進行壓延，而壓延速度近于勻速；在1.5532 s（279.5360），沖頭繼續(xù)下行，將成品推出型腔，至此，完成一個工作周期。五、機構總體尺寸的設計 圖 10 自動送料沖壓機1沖頭 2壓桿 3搖桿 4滑塊 5曲柄 6主動齒輪 7右間歇槽桿8從動齒輪 9短桿 10推桿1、由于上?？傂谐虨?80mm，則B點到1軸距離BE=140mm，而題目要求行程比系數(shù)K1.2,那么可取K=1.5，則有極為夾角 所以 ,那么2、取主動齒輪分度圓直徑=280 mm ，模數(shù)=2.5 mm ，齒數(shù)=112 ； 從動齒輪主要

11、參數(shù)與主動齒輪的參數(shù)基本相同，=280 mm ，模數(shù)=2.5 mm ，齒數(shù)=112； 兩齒輪傳動比為1:1，中心距a=280 mm 。3、取曲柄5尺寸FG=100 mm，CG=323.6 mm。4、如圖11所示，有間歇槽桿機構與輸入主軸為空套聯(lián)接，取曲柄HL=72.5 mm，取右間歇槽桿擺動角=30，而設計要求推程距離s=200 mm，由平行四邊形MMNN,可以有MM=200 mm ,則 ,初步設計槽桿間歇弧度為=120,經(jīng)過UG約束修正，實際上的間歇角=125.1。 圖 11 右間歇槽桿5、若坯料的實際參數(shù)及1軸與工作臺距離距離確定，可根據(jù)KK=200 mm ，確定BA桿、沖頭、推桿NK，短

12、桿MN的長度尺寸；不妨假設坯料的參數(shù)，如圖12所示: 圖 12 坯料 再假設1軸與工作臺高度為430 mm，那么整個機構的基本尺寸基本上是可以確立下來了，所以短桿MN=83.5 mm ，推桿NO=693.3 mm ，壓桿BA=430 mm ，而BJ=470.5 mm。 六、機構的運動與動力分析 圖 13 機構運動的兩個位置如圖13所示，當滑塊4運動到F位置時，最長桿3的位置水平，作用在桿3上的力大多在水平方向上為0，這時等效構件曲柄5的阻力最大，并且處于工作位置；而在非工作位置，等效阻抗力矩相差不大，不妨取滑塊4運動到F位置所受的阻力矩作為非工作位置的平均等效阻抗力矩來計算。1、計算工作位置的

13、等效阻抗力矩如圖14所示，在機構處于F工作位置時，桿2的壓力角 桿2的受到來自桿3的支反力的分力、 ，自身的重力和慣性力，滑塊1對桿2的重力、慣性力，沖壓阻力F,還有沖壓軌道對它的一個支撐力；則有： 由題目條件給出，除了最長桿3和沖頭上模的質量，其余構件的質量皆可忽略掉，所以、可以忽略掉； 由 , +=0，其中，而J被忽略，所以也被忽略。 圖 14，由滑塊的UG加速度圖可知：，則,可忽略；而已知F=5000 N ,而，,方向與F方向相同，根據(jù)圖15，則可以求。 圖 15 最長桿桿3的手里分析如圖16所示，它受到了來自桿2的支反力的分力、，機架對它的支反力、，它自身的重力和慣性力，還有來自曲柄的

14、動力； 、與桿3平行，則都為0 ，由圖解法知，則忽略； 圖 16 , , 由 ,有： 其中， , , 所以有則有 ，即那么等效阻抗力矩2、計算非工作位置的等效阻抗力矩 如圖17所示，在機構處于F工作位置時，桿2的壓力角 桿2的受到來自桿3的支反力的分力、 ，自身的重力和慣性力，滑塊1對桿2的重力、慣性力,還有沖壓軌道對它的一個支撐力；則有： 由題目條件給出，除了最長桿3和沖頭上模的質量，其余構件的質量皆可忽略掉，所以、可以忽略掉； 由 , +=0，其中，而J被忽略，所以也被忽略。 圖 17 ，由滑塊的UG加速度圖可知：，則,可忽略；而，,方向與方向相同，根據(jù)圖18，則可以求。 圖 18最長桿桿

15、3的手里分析如圖19所示，它受到了來自桿2的支反力的分力、，機架對它的支反力、，它自身的重力和慣性力，還有來自曲柄的動力； 、與桿3平行，則都為0 ，由圖解法知，則忽略； 圖 19 , , 由 ,有： 其中， , , 所以有則有 ，即那么等效阻抗力矩 4、計算等效力矩 顯然以上計算得到的和都是只考慮沖壓桿件對曲柄的等效阻抗力矩，沒有把送料桿件考慮到其中去，原因是沒有得到坯料的具體參數(shù)，也就不知道送料的工作阻力，但是可以知道送料工作平面是較為光滑的，所以令非工作狀態(tài)時的平均阻抗力矩，而工作狀態(tài)的平均阻抗力矩； 機械變速穩(wěn)定運轉時，在一個運轉周期內，等效驅動力矩所做的功Wd等于等效阻抗力矩所做的功

16、Mr，即Wd=Wr，所以有七、飛輪的設計1、初步選定電動機已知=，則驅動功率考慮到機構的運動服中實際存在摩擦力，以及其他輔助機構所受的阻力等因素，可將作用于原動件的所需驅動功率適度放大，即 式中，為電動機功率儲備系數(shù)，這里去=1.5；那么由根據(jù)參考質料2中的表10-2選擇電機，這里選擇Y90S-4型號電機，具體參數(shù)為：額定功率為1.1 kW ,滿載轉速為1400 r/min 。2、設計飛輪 圖 20如圖20所示，標“+”號陰影區(qū)域表示盈功，標“-”陰影區(qū)域表示虧功，對于一個穩(wěn)定運轉周期而言，盈功面積之和應該等于虧功面積之和；設周期開始點的動能為，那么其余各點的動能分別為 其中，最大動能； 最小

17、動能； 最大盈虧功 計算飛輪轉動慣量： 其中為機器運轉不均勻系數(shù)，； 計算加載電動機軸上的轉動慣量： 確定飛輪的尺寸： 取飛輪的直徑為d=200 mm，根據(jù) 飛輪質量為 飛輪寬度為 其中飛輪材料為鑄鋼，密度 八、機構的建模與運動仿真 （一）機構的建模與裝配1、 根據(jù)設計的機構尺寸，用UG三維軟件進行建模，再裝配，如圖21所示。 圖 21 機構實體總裝配圖2、其中沖壓機構實體裝配圖如圖22所示，而圖23為送料機構實體裝配圖。 圖22 沖壓機構 圖 23 送料機構更詳細的部件建?？蓞⒖几戒?。（二）運動仿真 用UG三維軟件的motion模塊對兩個執(zhí)行機構進行運動仿真，其中沖壓執(zhí)行機構的位移、速度、加

18、速度曲線如圖24所示，粗實線是位移曲線，虛線是速度曲線，細實線是加速度曲線；送料執(zhí)行機構的位移、速度、加速度曲線如圖25所示，粗實線是位移曲線，虛線是速度曲線，細實線是加速度曲線。 圖 24 沖壓執(zhí)行機構UG仿真的位移、速度、加速度曲線圖 圖 25 送料執(zhí)行機構UG運動仿真的位移、速度、加速度曲線圖九、設計總結與感言 經(jīng)過兩個月的努力，機械原理的課程設計基本上是完成了，而且完完全全是獨立的完成了。我給出的總結是：路途很坎坷，成果很喜人。這次的課程設計不同于前兩次，設計之初根本就沒什么參考，只能夠細細琢磨題目的要求，那時我對于機械原理這門課程的印象已經(jīng)是變得模模糊糊了，邁出第一步尤為艱難，但是，

19、現(xiàn)在對于自己的這個設計課題，我已經(jīng)了然于胸了。個中細節(jié)，且聽我細細道來： 第一步，就是熟悉設計任務書。在熟悉任務書的同時，我已經(jīng)在紙上構思起這個方案了。其中，免不了要查閱資料的，查閱資料有好處也有壞處，這樣能讓自己有個底的同時，還嚴重地受到別人的設計構想的影響。所以初始設計的方案類似于參考方案4，其中凸輪曲線的設計卻是一個難點。 第二步，自己對方案的設計漸漸地擺脫了別人的構想，并且在參考資料1中，考慮了擺脫飛輪設計困難的限制，選用了設計難度較低的創(chuàng)新機構右間歇槽桿送料機構。 第三步，沿著這種設計構想，運用UG軟件，對整個沖壓送料機構進行運動機構簡圖的建立。為了獲得題目所需的運動，對草圖不斷地修

20、改，計算，再修改。而由于題目并沒給出坯料的實際參數(shù)，部分構件是免不了自己設計的。運用UG的MOTION模塊實行運動仿真，等所有的執(zhí)行機構能夠在設定的軌道上做確定的運動后，每個構件的尺寸基本上是確定下來了。 第四步，參考第三步得到的尺寸，對每個構件的建模就開始了。在機構運動簡圖的草圖里把曲線偏置、拉伸，這種方法較為直觀，尺寸也緊湊，但是拉伸的位置起始點免不了又要計算，而且給裝配約束是也較為麻煩，這種方法不是我想要的。我還是用了我最熟悉的由下而上的建模、裝配方法，對機構簡圖的那些尺寸量度后建模，這種方法效率更快。等把所有部件轉配后，就可以做運動仿真，無誤后即可出位移、速度、加速度曲線圖了。 第五步，做設計說明書，說明書要有運動與動力分