金屬圓絲落料切削機(jī)的設(shè)計原理與方法

1、金屬圓絲落料切削機(jī)的設(shè)計原理與方法盧建富 收稿日期：2009-9-21作者簡介：盧建富（1968- ），男，浙江金盾鏈條制造有限公司副總經(jīng)理兼總工程師，主要研究方向：鏈傳動、鏈條設(shè)備。（浙江金盾鏈條制造有限公司 浙江紹興 311813） 摘 要: 本文介紹了金屬圓絲落料切削機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和功能。重點(diǎn)對校直、送料、切斷、位移、削光、脫料、凸輪時間分布等的設(shè)計原理和方法進(jìn)行了較全面的論述。關(guān)鍵詞：校直；送料；切斷；削光；精削；脫料；凸輪時間分布中圖分類號： TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 16720105（2009）04002504Basic Structure and Functions

2、 of Metal Round Wire Cutting MachineLu Jianfu( Zhejiang Jindun Chain Company Ltd. Shaoxing Zhejiang, 311813 )Abstract：This article gives an introduction to the basic structure and functions of metal round wire cutting machine. It discourses upon principally the design principle and method of round w

3、ire adjusting, feeding, cutting, displacement, rough cutting, exact cutting, part taking off and cam time distribution.Key words：round wire adjusting; feeding, cutting; part taking off; cam time distribution金屬圓絲落料切削機(jī)多用于鏈條、軸承行業(yè)中的銷軸及滾針的一次性落料切削加工。零件要求兩端平整、光潔、長度一致和較好的直線度。顯而易見圓絲落料切削機(jī)必須要同時具備校直、送料、切斷、削光、精削

4、、脫料等多種復(fù)合功能。該機(jī)適用于盤圓圈料的加工。依據(jù)該機(jī)功能，設(shè)備應(yīng)由傳動系統(tǒng)、校直機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、脫料機(jī)構(gòu)、模具部件、刀架部件、潤滑系統(tǒng)及機(jī)身等組成，其基本結(jié)構(gòu)見圖1。本文將按其功能及工藝過程論述該機(jī)主要的設(shè)計原理和方法。圖1.圓絲落料機(jī)構(gòu)示意圖 圖2.圓絲校直示意圖1 校直對于坯料為盤圈料的圓絲，在落料前先應(yīng)該進(jìn)行校直。校直的方法可根據(jù)圓絲料本身的情況，可采用平面正反彎曲校直（見圖2.a），十字正反向彎曲校直（見圖2.b），旋轉(zhuǎn)離心校直（見圖2.c）等多種方法，其校直的基本原理為：1.1圓絲校直過程即為材料反復(fù)彎曲的過程，校直時作用于材料的校直力必須克服材料的變形抗力達(dá)到變形校直的目的（見

5、圖3）。1.2校直時作用于材料的變形力必須大于材料的彈性極限，以得到殘余變形。原材料彎曲量愈大，則校直時反向彎曲量也應(yīng)愈大，所得的殘余變形量也愈大。材料的校直是建立在材料的彈性恢復(fù)和塑性變形復(fù)合作用的基礎(chǔ)上，校直的實(shí)質(zhì)就是矯枉過正，矯枉的部分即為塑性變形量；過正的部分依賴彈性恢復(fù)（見圖4）。圖3圓絲校直時的應(yīng)力狀態(tài) 圖4 圓絲校直原理圖2 送料圓絲送料最常采用由棘輪到齒輪，再到軋輪的傳動機(jī)構(gòu)（見圖5），由圖可見，當(dāng)凸輪作送進(jìn)行程時，推動滾輪與滑塊運(yùn)動，然后帶動連桿、擺塊和棘爪運(yùn)動，再由棘爪推動棘輪、齒輪和軋輪轉(zhuǎn)動，依靠軋輪槽的摩擦力將圓絲進(jìn)給送料。圖5 送料機(jī)構(gòu)示意圖 圖6 軋輪、齒輪、棘輪結(jié)

6、構(gòu)簡圖在設(shè)計與校核圓絲送料機(jī)構(gòu)時，可按以下步驟進(jìn)行：2.1. 確定軋輪直徑及軋輪槽尺寸 軋輪直徑過小將使圓絲咬入角度變大，不利于圓絲咬入，同時為保證軋輪的強(qiáng)度，軋輪軸直徑尺寸受到了限制;軋輪直徑過大，容易使送料打滑，同時造成結(jié)構(gòu)臃腫。一般軋輪外徑可選為圓絲直徑的15倍左右，軋輪槽徑約為圓絲直徑的1.01倍。 2.2. 根據(jù)軋輪直徑確定齒輪中心距由圖6可知，齒輪及軋輪中心距a=D + 0.2d=D1 (1)式中a為齒輪及軋輪的中心距d為圓絲直徑D1為齒輪分度圓直徑分度圓直徑求得后可根據(jù)強(qiáng)度選擇齒輪模數(shù)m，然后求出齒數(shù)Z。 Z=D1/m (2)2.3. 根據(jù)送料長度確定棘輪齒數(shù)當(dāng)圓絲落料長度確定后

7、，送料長度為S=KL （3）式中S為送料長度L為圓絲落料長度 圖7 連桿機(jī)構(gòu)計算簡圖K為確保送料到位的可靠性系數(shù)，可取1.1。根據(jù)送料距離確定軋輪轉(zhuǎn)角=（360°/D1）S（4）一般中間齒輪的尺寸與送料齒輪相同，這樣齒輪的轉(zhuǎn)角即為軋輪的轉(zhuǎn)角，棘輪齒數(shù)Z為Z=360°/=D1/S（5）2.4. 根據(jù)棘輪轉(zhuǎn)角確定滑塊行程和凸輪升程 在圖7連桿機(jī)構(gòu)中，O2C0為棘輪半徑，B0C0為棘爪長度，A0B0為連桿長度，H為棘輪轉(zhuǎn)動角時的滑塊行程。根據(jù)圖解法或計算法可求得O2C0轉(zhuǎn)動角度時擺桿O1B0相應(yīng)的轉(zhuǎn)角2，在三角形A1O1B1中，已知A1O1B1=1+2，應(yīng)用正弦定理得，O1B1/

8、sinO1A1B1 =A1B1/sin(1+2) O1A1B1=arcsin(O1B1sin(1+2)/A1B1)O1B1A1=180°-O1A1B1-(1+2)又O1A1/sinO1B1A1= A1B1/ sin(1+2)O1A1=(A1B1sinO1B1A1)/ sin(1+2)由此可得滑塊行程為H= O1A0- O1A1 在通常情況下，凸輪升程等于滑塊行程，如果為了使用于多種規(guī)格而需要改變滑塊行程時，可使凸輪升程大于最大滑塊行程，對于較小的滑塊行程可調(diào)節(jié)滑塊起始點(diǎn)，使凸輪產(chǎn)生空行程來達(dá)到送料要求。 圖8 圓絲剪切狀態(tài)圖3 切斷由圖1所示，當(dāng)圓絲料送給結(jié)束后，切斷滑塊上的活動刀口

9、與固定刀口相對錯移將圓絲剪斷。剪斷時工件應(yīng)力狀態(tài)如圖8所示,圓絲落料時的剪切力可按下式計算：Qmin=（1.3d/4）（6）式中Qmin為最小剪切力為圓絲許用剪切強(qiáng)度，一般取=0.8 b對于切斷凸輪的升程可由固定刀口至脫料打棒的中心距確定。刀口的材料應(yīng)采用高 速鋼或硬質(zhì)合金等優(yōu)質(zhì)材料，硬度為HRC60 以上，并須刃磨。為確保與圓絲的適當(dāng)間隙，固定刀口的孔徑公差可選取D8，活動刀口孔徑應(yīng)比固定刀口略大，以利圓絲進(jìn)料時對中。4 位移、削光圖9 工件的位移和削光由于圓絲切斷時的斷面不很平整，而對于鏈條銷軸和軸承滾針而言，要求端面平整、光潔，因此圓絲下料切斷時必須留有切削加工余量。而活動刀口與固定刀口

10、之間的間隙很小，這樣切削余量主要放在定位螺釘一側(cè)（見圖9），當(dāng)活動刀口帶動工件進(jìn)行削光時，依靠位移刀將工件導(dǎo)正，使活動刀口兩端工件露頭相等，削光余量基本相同，然后再進(jìn)行精削。由于精削余量很小而精削刀后角很小，因此精削后兩端可得到光潔的表面。工件切削時必須進(jìn)行冷卻潤滑，冷卻液需要有足夠的壓力避免使切削刀尖粘結(jié)刀瘤和切屑槽中鐵屑積累。5 脫料由圖1可知，當(dāng)切斷滑塊達(dá)到行程終點(diǎn)時，活動刀口靜止，脫料打棒快速將工件頂出，然后急速退回，接著滑塊開始動作，退回至活動刀口與固定刀口對齊，進(jìn)行下一個周期的動作。 時間分布凸輪名稱動 作 順 序 0°30°60° 90°

11、120° 150° 180° 210° 240°270°300°330°360°送料凸輪送料進(jìn)80°080°到位停20°80100°送料退80°10080°靜止180°18060°切斷凸輪靜止90°090°切斷進(jìn)80°90170°靜止85°170255°切斷退70°255325°靜止35°320360°脫料凸輪靜止170

12、6;0170°脫料進(jìn)40°170210°脫料退40°210250°靜止110°250360°表1 凸輪時間分布另外，在設(shè)計中特別需要考慮的是，為確保各工序的動作協(xié)調(diào)一致，合理確定凸輪軸上各凸輪的分配時間相當(dāng)重要，表1是凸輪軸轉(zhuǎn)一周時各凸輪的時間分布。綜上所述，金屬圓絲切削機(jī)設(shè)計時應(yīng)在保證其各種使用功能的前提下，依據(jù)合理科學(xué)的設(shè)計原理和方法，分別對該機(jī)的傳動系統(tǒng)、校直機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、脫料機(jī)構(gòu)、模具部件、刀架部件、潤滑系統(tǒng)及機(jī)身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，才能充分保障整機(jī)的良好加工性能和完美的整機(jī)結(jié)構(gòu)。參考文獻(xiàn)：1 機(jī)械設(shè)計手冊編委會，機(jī)械設(shè)計手冊M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2006.1.2 濮良貴，紀(jì)名剛主編. 機(jī)械設(shè)計.第七版M.北京：高等教育出版社，2001.1.3 范欽珊編，材料力學(xué)M.北京：高等教育出版社，2000.4 JPeter Sadler， Kinematics and D