螺釘頭冷鐓機(jī)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書

1、 北京信息科技高校 設(shè) 計(jì) 綜 合 課 程 設(shè) 計(jì) 報 告題 目： _螺釘頭冷鐓機(jī)_系 別：_機(jī)電工程學(xué)院_專 業(yè)：_機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化_班 級：_機(jī)械1005_學(xué) 號：_2010010125_姓 名：_縱華星_導(dǎo) 師：_張志強(qiáng)_成 績：_2014年 1 月 3 日 名目一、設(shè)計(jì)題目3二、設(shè)計(jì)任務(wù)3三、設(shè)計(jì)內(nèi)容41原動機(jī)的選擇42送料機(jī)構(gòu)4運(yùn)動機(jī)構(gòu)方案的提出4機(jī)構(gòu)方案的比較5機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)53截料機(jī)構(gòu)6機(jī)構(gòu)方案的提出6機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)74滾筒機(jī)構(gòu)85冷鐓機(jī)構(gòu)106傳動機(jī)構(gòu)12四、機(jī)構(gòu)原理圖141機(jī)構(gòu)原理圖142機(jī)構(gòu)循環(huán)圖14五、運(yùn)動方案的模擬仿真15六、設(shè)計(jì)小結(jié)16七、參考文獻(xiàn)17 螺釘頭冷鐓機(jī)一、設(shè)計(jì)

2、題目 螺釘頭部成型通常接受冷鐓塑性加工。冷鐓是在室溫下對螺釘毛坯高速打擊，在擠壓模腔中縮頸、壓型的加工方法。冷鐓使用的原始毛坯為長56m的棒料，主要工藝動作為：（1） 棒料間歇送進(jìn)。（2） 截下短尺寸毛坯并運(yùn)送到冷鐓工位。（3） 進(jìn)行預(yù)鐓（縮頸鐓粗）和終鐓（頭部壓型）。（4） 成品從模腔頂出。原始數(shù)據(jù)如下：（1） 冷鐓螺釘頭的速度為120只/min。（2） 螺釘桿的直徑D=24mm，長度L=632mm。毛坯料1248mm。（3） 冷鐓沖頭行程56mm。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1） 按工藝動作要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖。 （2） 機(jī)構(gòu)的選型。 （3） 用解析法或圖解法對傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì)，或在尺寸給

3、定的條件下進(jìn)行運(yùn)動與動力分析。（4） 按選定的電動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)擬定機(jī)械傳動方案。 （5） 繪制機(jī)械運(yùn)動方案簡圖。(A1) （6） 繪制傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(A1)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)零件圖（A2或A3）。 （7） 編寫設(shè)計(jì)說明書。（用16K紙張，封面用標(biāo)準(zhǔn)格式） 設(shè)計(jì)說明書包括的主要內(nèi)容： 1）名目2）設(shè)計(jì)題目3）工作原理4）原始數(shù)據(jù)5）執(zhí)行部分機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)a)分析執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案b)擬定執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案c)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖6）初定電機(jī)轉(zhuǎn)速及傳動裝置方案7）執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)及運(yùn)動分析8）傳動裝置總體設(shè)計(jì)a)選擇電動機(jī)b)計(jì)算總傳動比，并安排傳動比c)計(jì)算各軸的運(yùn)動和動力參數(shù)9）傳動件的設(shè)計(jì)計(jì)算10）軸的設(shè)

4、計(jì)計(jì)算、滾動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算、鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算等。 11）設(shè)計(jì)小結(jié)12）參考文獻(xiàn)三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1原動機(jī)的選擇選擇轉(zhuǎn)速為1440r/min的Y型三相異步電動機(jī)選擇緣由：1 Y系列三相異步電動機(jī)能防水滴，防塵、鐵屑或其它雜質(zhì)侵入電機(jī)內(nèi)部，是一種節(jié)能型的電動機(jī)。2 該系列電動機(jī)運(yùn)行牢靠，壽命長，使用、維護(hù)便利，性能優(yōu)良，體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動慣量小，節(jié)省原料。適用于金屬切削機(jī)床，水泵，運(yùn)輸機(jī)械，攪拌機(jī)，農(nóng)業(yè)機(jī)械，食品機(jī)械等。3 考慮到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速（120r/min,60r/min），為了計(jì)算便利，故選用轉(zhuǎn)速為1440r/min的Y型三相異步電動機(jī).2送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動機(jī)構(gòu)方案的提出1 用不完全齒輪不完全齒輪機(jī)構(gòu)

5、的結(jié)構(gòu)簡潔，制造簡潔，工作牢靠， 但是從動輪在開頭進(jìn)入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。2 用棘輪機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu)的主動件為搖桿，這里想到要用棘輪機(jī)構(gòu)，是由于結(jié)構(gòu)簡潔、制造便利、轉(zhuǎn)角可調(diào)。但是工作時有較大的沖擊和噪音，運(yùn)動精度較差。適用于速度較低和載荷不大的場合。3 槽輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu)與不完全齒輪的原理一樣，是通過用主動輪的圓銷帶動槽輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)圓銷離開徑向槽時，槽輪又靜止不動。直至圓銷再次進(jìn)入另一個徑向槽時，又重復(fù)上述運(yùn)動。雖然與不完全齒輪比較起來，槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動時間和靜止時間的比例可調(diào)范圍沒有不完全齒輪那么大，但能滿足機(jī)構(gòu)的要求，而且槽輪結(jié)構(gòu)簡潔、制造簡潔、工作牢靠、機(jī)械效

6、率高，能平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。機(jī)構(gòu)方案的比較 上述三種方案中，不完全齒輪和槽輪是同樣的原理，而且結(jié)構(gòu)簡潔，制造簡潔，但不完全齒輪有較大沖擊，依據(jù)冷鐓機(jī)的設(shè)計(jì)要求，每分鐘要做120個螺釘，那么1秒鐘要送兩次料，齒輪的轉(zhuǎn)速要達(dá)到720deg/s，這是屬于比較高速的機(jī)構(gòu)，不完全齒輪就不大適合。我們最終選用槽輪機(jī)構(gòu)，就是由于槽輪機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率高，并能平穩(wěn)地間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。而第三方案棘輪機(jī)構(gòu)，同樣是由于轉(zhuǎn)速問題，棘輪工作時的沖擊也是比較大的，而且運(yùn)動精度較差。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在選用槽輪機(jī)構(gòu)后，首先依據(jù)冷鐓機(jī)總體的大小，初步定了槽輪機(jī)構(gòu)里主動盤和槽輪的中心距離為L=100mm，圓銷半徑r=11.8mm，槽數(shù)Z=

7、4?？紤]到傳動的穩(wěn)定性，我們選用了直徑為20的軸。同時為了提高效率，我們設(shè)計(jì)兩根原料同時進(jìn)料。四槽槽輪計(jì)算運(yùn)動系數(shù) K=0.5是由工藝要求的時間循環(huán)圖得 K=td/t=0.5/1=0.5 又由于公式 k=n(1/2-1/z) 則可取 n=2 及 Z=4 恰滿足條件即4槽和2銷槽輪機(jī)構(gòu)。槽孔具體尺寸計(jì)算：設(shè)定L=100mm，回程半徑R=Lsin=Lsin（/8）=70.7mm ，圓銷半徑r=R/6=11.8mm，槽頂半徑S=Lcos=Lcos(/Z)=70.7mm，槽深hS-(L-R-r)=53.2mm ，此時h=56.8mm；撥盤軸頸=d12（L-S）=2(100-70.7)=58.6mm，為

8、便于轉(zhuǎn)配，取d=20mm槽孔軸徑=d22（L-R-r）=2(100-70.7-11.8)=35mm ，取d2=20mm。槽頂側(cè)壁厚b=4mm，止弧半徑R=53.9mm ，止弧以圓銷中心為圓心90為圓弧。送料機(jī)構(gòu)摩擦輪設(shè)計(jì)送料在槽輪帶動下一個周期 T=1S內(nèi)，前進(jìn)一個加工材料長度，又設(shè)計(jì)要求L=26mm，則摩擦輪半徑R滿足：轉(zhuǎn)過1/4圓周即90°，材料前進(jìn)L=26mm，1/4*2R=L，推出R=2L/=2*26/3.14=16.502mm，2R=33.104mm，為了便利裝配打孔10。3截料機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)方案的提出 圖1 曲柄滑塊 圖2 凸輪機(jī)構(gòu)曲柄滑塊的外形較為簡潔，具有 凸輪機(jī)構(gòu)具有良

9、好的沖擊性，能急回特性，且造型、計(jì)算都相對 夠進(jìn)行間歇運(yùn)動，但是計(jì)算相對簡潔，能滿足切斷的要求 簡單綜合各機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)，以及構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)要求，選擇利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動切斷刀，結(jié)構(gòu)簡潔，具有急回特性，滿足工藝要求。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 接受作圖法求出，設(shè)定初始刀的沖程是H=60mm，偏距e=56mm，由時間比算位夾角=36度。作圖如下： 先做出豎直沖程60的直線，然后作出直角三角形其中一個角為36度，作其外接圓，再取水平距離為偏距56作豎直線交外接圓于一點(diǎn)，通過測量和計(jì)算得曲柄L1=20mm,連架桿L2=160mm。運(yùn)動仿真參數(shù)曲線4滾筒機(jī)構(gòu) 滾筒機(jī)構(gòu)是一個很重要的部分，在冷鐓過程中，工件才不會由于受到一個很

10、大的沖擊，致使工件飛出或者螺釘桿偏置移位。在夾緊期間要完成預(yù)墩，冷鐓以及剪切。機(jī)構(gòu)方案的提出及比較 1.分度轉(zhuǎn)位系統(tǒng) 2.圓盤機(jī)構(gòu)使用帶有六個孔的圓筒作為原料的分 在圓盤的徑向上均布著小孔，截度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，每兩個孔作為一組。該 好的材料送進(jìn)來正好嵌在孔里面，圓是間隙轉(zhuǎn)動，圓筒通過間隙轉(zhuǎn)動把 當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)過肯定角度的時候工件原料輸送到預(yù)鐓和終鐓的位置，結(jié)構(gòu)， 又連續(xù)送進(jìn)去，這也能實(shí)現(xiàn)間 簡潔，輸送效率高。 歇送料。對于圓盤機(jī)構(gòu)，鐓頭在垂直方向工作，當(dāng)冷敦工件時，工件所受到的力都傳到圓盤上，加大圓盤的徑向尺寸，在理論上是可以承受這樣的載荷，但在考慮到機(jī)器的長期使用上，這種工作方式會讓機(jī)器壽命減短，而無法

11、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益，故最終選擇分度轉(zhuǎn)位系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圓盤機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)要綜合考慮加工兩根材料的直徑和為初鐓和終鐓機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)冷鐓的工藝。同時，為實(shí)現(xiàn)圓盤的間隙轉(zhuǎn)動，接受三槽槽輪進(jìn)行傳動。圓盤的設(shè)計(jì)：我們?nèi)〔牧系闹睆?R=3mm，令其間距d=30mm,分度圓是直徑為70，進(jìn)料，初鐓和終鐓的直線組成的為一個等邊三角形。三槽槽輪的設(shè)計(jì)由工藝要求的時間循環(huán)圖得 K=td/t=1/6槽孔具體尺寸計(jì)算：設(shè)定 L=60mm，回程半徑R=Lsin=Lsin60=52mm ,圓銷半徑r=5mm ；槽頂半徑S=Lcos=30mm ，槽深hS-(L-R-r) ，取h=22撥盤軸頸d12（L-S），為便于轉(zhuǎn)配，取 d=5mm

12、 ，槽孔軸徑=d22（L-R-r），取d2=5mm。槽頂側(cè)壁厚b=4mm，止弧半徑R=30mm 。5冷鐓機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)方案的提出 使用帶有鐓模的鐓頭將出了頭的毛坯料鐓一下，鐓出螺釘頭。本鐓頭上有兩個鐓模，分別是預(yù)鐓模、終鐓模。鐓頭在推動的時候可以同時為一段原料預(yù)鐓，為預(yù)鐓完的原料進(jìn)行終鐓，實(shí)現(xiàn)一鐓兩用，而且每次終墩預(yù)墩都是同時對兩個零件進(jìn)行，這樣大大的提高了效率。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)冷鐓機(jī)構(gòu),接受六桿機(jī)構(gòu)。無急回特性。已知沖程56mm.依據(jù)空間支配，設(shè)DC=200mm，CE=200mm.A到DE線的垂直距離為600mm。由作圖法，得原動件AB=60mm。BC=660mm。 6傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)方案的提出 圖1齒輪

13、傳動 圖2 帶傳動直接接觸的嚙合傳動，可傳遞空間任意 帶傳動可以緩和沖擊和振動，當(dāng) 兩軸之間的運(yùn)動和動力：制造安裝精度 陪以合適的緊鏈結(jié)構(gòu)，帶傳動中要求高，不適于大中心距，成本較高， 心距可以不受限制；而且由于有 而且高速運(yùn)轉(zhuǎn)時噪聲較大。 彈性滑動的存在，過載時，相對 滑動可以起到愛護(hù)作用。6、傳動機(jī)構(gòu)的確定比較兩機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)性能要求確定通過帶傳動來實(shí)行機(jī)構(gòu)的傳動。具體的傳動過程如下：1，電機(jī)到主軸的傳動，由蝸桿渦輪減速裝置，將電機(jī)轉(zhuǎn)速降低到主軸要求的轉(zhuǎn)速。 Z1-Z2-主軸。2，主軸到送料（四槽槽輪）機(jī)構(gòu)主動輪，由帶傳動 d1-d2。3，主軸到冷鐓（六桿）機(jī)構(gòu)主動輪，由帶傳動 d3-

14、d4,以及d5-d6。4，主軸到截料（曲柄滑塊）機(jī)構(gòu)主動輪，由帶傳動d7-d8。5，主軸到滾筒（三槽槽輪）機(jī)構(gòu)主動輪，由錐齒輪Z3-Z4。6，主軸到出料機(jī)構(gòu)，由帶傳動d9-d10。 傳動機(jī)構(gòu)簡圖 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)由運(yùn)動循環(huán)圖，要想達(dá)到要求，即為每分鐘加工120個，機(jī)構(gòu)設(shè)定是每個周期T加工兩個。則T=0.1s，進(jìn)而可以得到送料機(jī)構(gòu)主動件要求轉(zhuǎn)速為30r/min,冷鐓機(jī)構(gòu)主動件要求轉(zhuǎn)速為60r/min,截料機(jī)構(gòu)主動件要求轉(zhuǎn)速為60r/min，滾筒機(jī)構(gòu)主動件要求轉(zhuǎn)速為60r/min，出料機(jī)構(gòu)只需保持持續(xù)轉(zhuǎn)動即可，無轉(zhuǎn)速要求。1，蝸桿渦輪減速機(jī)構(gòu)傳動的計(jì)算。 由于選定的是標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為1440r/min的Y型三相

15、異步電動機(jī)，在經(jīng)過降速后主軸速度為60r/min,傳動比i12=Z2/Z1=n1/n2=24,我們選取Z1=1,Z2=24右旋標(biāo)準(zhǔn)件，模數(shù)定為2.5.。 2，主軸到送料機(jī)構(gòu)傳動的計(jì)算。 主軸到送料機(jī)構(gòu)靠的是帶輪d1-d2的傳動。由于送料機(jī)構(gòu)原動件要求的轉(zhuǎn)速為n2=30r/min，而主軸轉(zhuǎn)速為n1=60r/min,傳動比i12=d2/d1=n1/n2=2;我們考慮到實(shí)際箱體的狀況，定的是d1=50mm，d2=100mm。3，主軸到截料機(jī)構(gòu)傳動的計(jì)算。 主軸到截料機(jī)構(gòu)傳動也靠的是帶輪d7-d8。截料機(jī)構(gòu)原動件要求轉(zhuǎn)速為n8=60r/min，主軸的轉(zhuǎn)速為n7=60r/min，傳動比為i78=d8/d

16、7=n7/n8=1，為造型建模的便利，我們?nèi)远ǖ氖莇7=d8=50mm。 4，主軸到冷鐓機(jī)構(gòu)傳動的計(jì)算。主軸到冷鐓機(jī)構(gòu)傳動靠的是帶輪d3-d4,和d5-d6，冷鐓機(jī)構(gòu)原動件要求的轉(zhuǎn)速為60r/min,主軸轉(zhuǎn)速為60r/min,傳動比為i34=d4/d3=n3/n4=1,取d3=d4=50mm,同理可得，d5=d6=50mm.。5，主軸到滾筒機(jī)構(gòu)傳動的計(jì)算。 主軸到滾筒機(jī)構(gòu)傳動靠的是錐輪d3-d4來進(jìn)行相關(guān)軸動力傳動的，由于其主動件要求的轉(zhuǎn)速為60r/min，主軸轉(zhuǎn)速為60r/min，則傳動比i34=Z4/Z3=n3/n4=1,剛分錐角為45度，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5，取Z4=Z3=20,d3=d

17、4=mz=50mm6，主軸到出料機(jī)構(gòu)傳動的計(jì)算。 主軸到出料機(jī)構(gòu)傳動靠的也是帶輪d9-d10。由于其轉(zhuǎn)速沒有特殊要求，只要保證其在連續(xù)轉(zhuǎn)動即可，所以我們擬定的仍是用d9=d10=50mm的帶輪，傳動比i910=d10/d9=n9/n10=1。這樣其出料轉(zhuǎn)速便為60r/min。出料帶傳送的速度為V=d=157mm/s。由于各部分機(jī)構(gòu)是先進(jìn)行定位再協(xié)作上齒輪，因此齒輪的選用放在了設(shè)計(jì)過程的最終部分。依據(jù)設(shè)計(jì)要求，送料，剪切和夾緊這三部分的轉(zhuǎn)速是可以同步的，而由于鐓頭要實(shí)現(xiàn)預(yù)鐓和終鐓，所以鐓頭的主動輪轉(zhuǎn)速是前面主動輪的兩倍。從總機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖上已經(jīng)定位的機(jī)構(gòu)和尺寸，我們選用了齒數(shù)z=20，模數(shù)m=2.

18、5的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，而作為送料機(jī)構(gòu)的主動輪運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪，我們選用了齒數(shù)z=40，模數(shù)m=2.5的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，轉(zhuǎn)數(shù)正好是兩倍。四、機(jī)構(gòu)原理圖圖4-1 1機(jī)構(gòu)原理圖 圖4-1所示為螺釘頭冷鐓機(jī)的工作原理圖： 毛坯料由摩擦輪帶動送入圓筒，摩擦輪由傳動機(jī)構(gòu)帶動轉(zhuǎn)動。圓筒以肯定的轉(zhuǎn)速間歇轉(zhuǎn)動，其中圓筒不轉(zhuǎn)時，機(jī)構(gòu)依次完成送料/頂料 切斷毛坯料、預(yù)鐓、終鐓這四個動作，其中送料和頂料通過同一動作完成，即送料的同時將腔內(nèi)的螺釘頂出來。2機(jī)構(gòu)循環(huán)圖 以主軸轉(zhuǎn)過一周作為一個運(yùn)動周期，起始點(diǎn)為進(jìn)料開頭時，設(shè)主軸為0度。在一個周期內(nèi)，進(jìn)料四槽輪盤（兩個銷子）轉(zhuǎn)過一個槽，完成一次動作（0.5s），一次停留0.5s，動停比1。切刀

19、極位夾角為36度，急回運(yùn)動系數(shù)i=(18036)/(180+36)=2/3。進(jìn)刀比送料速度要慢，當(dāng)料完全進(jìn)入滾筒以后，刀才開頭進(jìn)行切割。滾筒把握接受三槽槽輪，動停比為1/5。直到主軸轉(zhuǎn)過300度之前。滾筒始終靜止，完成進(jìn)料和切割。300度之后進(jìn)行滾筒轉(zhuǎn)動。墩頭（無急回特性）一開頭往后退，然后往前走。在周期完成的一瞬間，滾筒剛好轉(zhuǎn)到工作位置。墩頭也剛好運(yùn)動到與釘頭接觸位置，進(jìn)行墩頭。五、運(yùn)動方案的模擬仿真 六、設(shè)計(jì)小結(jié) 我們接到的課程設(shè)計(jì)題目是“螺釘頭冷鐓機(jī)”，剛開頭接到題目，我們小組就開頭通過各種途徑查找有關(guān)螺釘頭冷鐓機(jī)方面的內(nèi)容，雖然找到的不是很多，但是相關(guān)類似的我們還是找到了，再通過向指導(dǎo)老師的了解，我們大致上了解到了螺釘頭冷鐓機(jī)的工作原理。其原理可大致描述為在室溫下把棒材或線材的頂部加粗的鍛造成形方法。冷鐓主要用於制造螺栓、螺母、鐵釘、鉚釘和鋼球等零件。鍛坯材料可以是銅、鋁、碳鋼、合金鋼、不銹鋼和鈦合金等，具有很高的材料利用率。冷鐓多在專用的冷鐓機(jī)上進(jìn)行，便於實(shí)現(xiàn)連續(xù)、多工位、自動化生產(chǎn)。在冷鐓機(jī)上能挨次完成切料、鐓頭、聚積、成形、倒角、搓絲、縮徑和切邊等工序。棒料由送料機(jī)構(gòu)自動送進(jìn)肯定長度，切斷機(jī)構(gòu)將其切斷成坯料，然后由夾鉗傳送機(jī)構(gòu)依次送至聚積壓形和沖孔工位進(jìn)行成形。 順著這個思路，我們便開頭構(gòu)思方案。