冷鐓機(jī)設(shè)計(jì)綜述

1、螺釘頭冷鐓機(jī)小組成員:機(jī)械043 林崑濱 機(jī)械043 張勇杰 機(jī)械043 張韜 設(shè)計(jì)要求 題目:螺釘頭冷鐓機(jī) 工作原理及工藝動(dòng)作過程 采用冷鐓的方法將螺釘頭鐓出,可以大大減少加工時(shí)間和節(jié)省材料。冷鐓螺釘頭主要完成以下動(dòng)作： 1)自動(dòng)間歇送料； 2)截料并運(yùn)料 3)預(yù)鐓及終鐓 4)頂料 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求每分鐘冷鐓螺釘頭120只螺釘桿的直徑D=2-4mm，長度L=6-32mm毛坯料最大長度 48mm，最小長度12mm冷鐓行程56mm設(shè)計(jì)任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)：構(gòu)思出至少3種運(yùn)動(dòng)方案，并在說明書中畫出運(yùn)動(dòng)方案草圖，經(jīng)過對所有運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行分析比較后，選擇其中你認(rèn)為比較好的方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)最好

2、具有急回運(yùn)動(dòng)特性傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，齒輪機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括尺寸設(shè)計(jì)用軟件對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移速度和加速度線圖總框架 送料機(jī)構(gòu) 截料機(jī)構(gòu) 夾緊機(jī)構(gòu) 冷鐓機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)間歇送料 方案一 不完全齒輪 用一個(gè)完全齒輪和一個(gè)不完全齒輪，完全齒輪在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)不完全齒輪的輪齒與完全齒輪嚙合時(shí)，不完全齒輪帶動(dòng)履帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行送料，轉(zhuǎn)動(dòng)過的弧長，即為送料長度。當(dāng)不完全齒輪不進(jìn)行嚙合時(shí)，毛坯料不動(dòng)，可在這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行剪切和冷鐓優(yōu)點(diǎn) 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，而且設(shè)計(jì)時(shí)從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間的比例可在較大范

3、圍內(nèi)變化。方案二 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(dòng)輪的圓銷帶動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)圓銷離開徑向槽時(shí)，槽輪又靜止不動(dòng)。直至圓銷再次進(jìn)入另一個(gè)徑向槽時(shí)，又重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。槽輪機(jī)構(gòu)要控制槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間，是根據(jù)槽輪上的槽數(shù)來定的。在外槽輪機(jī)構(gòu)中，當(dāng)主動(dòng)撥盤回轉(zhuǎn)一周時(shí)，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間td 與主動(dòng)撥盤一周的總時(shí)間之比，為槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)，用k表示，且k=td/t=1/21/Z,這里的z就是槽輪上的槽數(shù)。 優(yōu)點(diǎn) 槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，剛性沖擊較小，但與不完全齒輪比較起來，槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間的比例可調(diào)范圍沒有不完全齒輪那么大。 方案三 棘輪機(jī)構(gòu) 原理及優(yōu)點(diǎn):棘輪機(jī)構(gòu)的主

4、動(dòng)件為搖桿，這里想到要用棘輪機(jī)構(gòu)，也正是因?yàn)樗玫綋u桿，那么會(huì)有曲柄連桿去帶動(dòng)它，而后面的剪切和夾緊機(jī)構(gòu)可以共用一個(gè)曲柄，使整體機(jī)構(gòu)簡單化，而且加工方便。最終方案 方案二 槽輪機(jī)構(gòu) 選擇理由:這三種方案中，不完全齒輪和槽輪是同樣的原理，而且結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但不完全齒輪有較大沖擊，根據(jù)冷鐓機(jī)的設(shè)計(jì)要求，每分鐘要做120個(gè)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)，就是因?yàn)椴圯啓C(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)，同樣是因?yàn)檗D(zhuǎn)速問題，棘輪工作時(shí)的沖擊也是比較大的，而且運(yùn)動(dòng)精度較差。但

5、從整體設(shè)計(jì)角度來看，選用棘輪機(jī)構(gòu)，能使整體的機(jī)構(gòu)配合緊湊而且簡單。如果這里是低速機(jī)構(gòu)的話，那么將選擇棘輪機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 選擇參數(shù):槽輪機(jī)構(gòu)里主動(dòng)盤和槽輪的中心距離為L=100mm，圓銷直徑d=12mm，槽數(shù)Z=4 .機(jī)構(gòu)圖 這里的槽數(shù)為4，那么槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)k=0.25。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為0.5秒，那么槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為0.125秒，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)完成送料。由于槽輪每次轉(zhuǎn)過的角度都為90度，那么根據(jù)L=/d（L為毛坯料的長度，d為履帶輪的直徑）根據(jù)需要加工的毛坯料長度，調(diào)節(jié)履帶輪的直徑，就可實(shí)現(xiàn)送不同長度毛坯料的要求。截料機(jī)構(gòu) 剪切機(jī)構(gòu)我們在這里只選用了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，主要是機(jī)構(gòu)

6、簡單，且同樣能達(dá)到間歇剪切材料的目的。當(dāng)履帶停止送料，加工材料在夾緊的狀態(tài)下，完成冷鐓，這時(shí)滑塊正好移到加工材料的位置，同時(shí)完成剪切。然后在曲柄和連桿的帶動(dòng)下，滑塊退回。在退回和再次到達(dá)加工材料位置這個(gè)過程中，機(jī)構(gòu)完成了送料和預(yù)鐓的過程。這個(gè)機(jī)構(gòu)就是利用滑塊的往返時(shí)間達(dá)到控制間歇剪裁的時(shí)間。 運(yùn)動(dòng)簡圖及參數(shù)選擇 曲柄長度=20mm，連桿長度=65mm,滑塊行程=48mm，偏距e=33.78mm 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在滑塊的正上方，是一個(gè)固定的刀具?？偟呐浜掀饋砭褪且粋€(gè)固定的上刀刃和一個(gè)移動(dòng)的下刀刃完成總的剪切。 選擇固定上刀刃的目的 第一，是對加工材料起到定位和矯直的作用 材料在履帶的傳送下是稍微與上刀

7、刃接觸的，這樣，通過這個(gè)固定的上刀刃和基座上的凹槽，就能使加工材料固定在一條直線上，以便與冷鐓的準(zhǔn)確完成。 第二，如果單用一個(gè)下面這個(gè)刀具對加工材料進(jìn)行剪裁的話，那么加工材料在垂直平面上將受到一個(gè)很大的剪力。加工材料僅僅是一個(gè)細(xì)桿圓柱，那樣剪切完后，材料要變形彎曲，這對后面工序的正常進(jìn)行要造成很大的影響。比如說，彎曲后頂料頂不上，或者是螺釘桿再通過夾具的時(shí)候卡住了過不去。運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析 這是刀具的運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析，從圖上我們可以看到當(dāng)?shù)毒叩奈灰茷?時(shí)（即刀具在加工位置的時(shí)候）他的速度為最大，這個(gè)時(shí)候有利于進(jìn)行剪切，而且從其加速度曲線來看，機(jī)構(gòu)的柔性沖擊并不是很大。夾緊機(jī)構(gòu) 夾緊機(jī)構(gòu)是一個(gè)很重要的部分

8、，也是這次設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵部分，夾緊機(jī)構(gòu)必須使工件真實(shí)夾緊，那樣在冷鐓過程中，工件才不會(huì)因?yàn)槭艿揭粋€(gè)很大的沖擊，致使工件飛出或者螺釘桿偏置移位。同時(shí)，夾緊需要一個(gè)時(shí)間過程，在夾緊期間要完成冷鐓以及剪切。 方案一 用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，利用死點(diǎn)原理用滑塊對工件進(jìn)行壓緊。 曲柄為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，我們的設(shè)計(jì)想法為，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到與垂線成一個(gè)a度角的時(shí)候，下面的滑塊正好接觸到工件，那當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，滑塊就會(huì)有繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)的趨勢，那么就要壓緊工件，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到左側(cè)與垂線成a度角的時(shí)候，這時(shí)工件松開。 從原理上來講，是合理的，而且機(jī)構(gòu)簡單。但實(shí)際操作上來看，壓緊時(shí)間僅為曲柄轉(zhuǎn)過2a的時(shí)間，時(shí)間過于少。而且當(dāng)滑塊達(dá)到最大

9、位移的時(shí)候，即（b）圖所示位置，滑塊已經(jīng)把工件壓下一定的距離，這時(shí)會(huì)有一個(gè)很大的反沖力，有可能連桿在這個(gè)反沖力的作用下就要折斷掉。在經(jīng)過分析考慮后，我們舍棄了這種方法。方案二方案2是利用一個(gè)圓盤進(jìn)行送料和冷鐓在圓盤的徑向上均布著小孔，截好的材料送進(jìn)來正好嵌在孔里面，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)過一定角度的時(shí)候工件又繼續(xù)送進(jìn)去，這也能實(shí)現(xiàn)間歇送料。在徑向孔的內(nèi)部，有三個(gè)爪子，就象車床上夾緊材料的那個(gè)部分，通過圓盤自身的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而使這三個(gè)爪子具有收緊和放松的功能。在爪子收緊時(shí)，正好進(jìn)行冷鐓，放松時(shí)，卸下工件。工作原理圖優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):把間歇送料和夾緊以及冷敦部分一并考慮 ，缺點(diǎn):夾緊部分工藝復(fù)雜，要在圓盤

10、內(nèi)添加機(jī)構(gòu)，讓爪子動(dòng)起來，實(shí)現(xiàn)收緊，對于我們來說，設(shè)計(jì)出來具有很大的難度。鐓頭在垂直方向工作，當(dāng)冷敦工件時(shí)，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)器的長久使用上，這種工作方式會(huì)讓機(jī)器壽命減短，而無法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益。方案三 利用偏心夾具機(jī)構(gòu).使用偏心夾具讓工件在冷鐓和剪切過程中處于自鎖狀態(tài)，那么夾緊工件就自然得到了保證.機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 參數(shù)選擇 機(jī)構(gòu)參數(shù)：曲柄=25mm 搖桿=50mm 基架=150mm,其中一個(gè)極位為搖桿水平位置 夾具參數(shù)：偏心盤外徑D=20mm 偏心距e=mmH=18 偏心盤固定圓銷直徑d=6mm 摩檫圓半徑0.8mm這里搖桿相當(dāng)與

11、夾具的手柄曲柄由齒輪帶動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)偏心夾具設(shè)計(jì)冷鐓機(jī)構(gòu) 由動(dòng)力學(xué),冷鐓機(jī)構(gòu)最好具有急回特性.方案一 冷鐓機(jī)構(gòu)在方案上基本都用了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，第一種就是簡單的偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動(dòng)特性.滑塊（相當(dāng)于鐓頭）在水平方向上進(jìn)行移動(dòng)，完成冷鐓.方案二 結(jié)合前面第二種夾具方案，使鐓頭在垂直方向上工作。這種方案對機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求比較高，這是將沖壓機(jī)的工作原理應(yīng)用到這里來。但在冷鐓機(jī)中，冷鐓的部分即為工件本身，而且冷鐓的作用力比較大，如果是垂直方向工作，那螺釘桿在必須夾緊的情況下底端又必須處于離開基座的狀態(tài)，這樣在鐓頭鐓粗螺釘頭的時(shí)候才不會(huì)使螺釘受到一個(gè)反向力而變形。如果是設(shè)計(jì)成前面的那種圓盤式的，又

12、對機(jī)器本身損耗很大，所以在這里，我們只選用了水平位移的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) .方案實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)參數(shù)： 曲柄長度20mm 偏距e=110mm 滑塊行程L56mm 連桿長度164mm說明:根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，加工毛坯料的長度是需要改變的，前面我們是通過改變履帶輪的直徑來改變送料長度，所以在鐓頭就應(yīng)該相應(yīng)得往后移，所以，從上面的圖可以看到，連桿和曲柄是通過一個(gè)銷子連接在一起的，而銷子是嵌在桿的滑動(dòng)槽上，調(diào)節(jié)銷子的位置也就是改變了曲柄和連桿的長度，在鐓頭往后調(diào)的情況下，保證了鐓頭的行程。運(yùn)動(dòng)仿真參數(shù)曲線 分析:因?yàn)檫@也是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，所以與前面刀具的運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖相似。從鐓頭機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真參數(shù)曲線上看，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，而且在鐓粗的位置，鐓頭正好有一個(gè)較大的速度，能使鐓頭獲得一個(gè)大的沖擊力。傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 整個(gè)機(jī)構(gòu)用了一個(gè)主動(dòng)輪由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由主動(dòng)輪通過齒輪傳動(dòng)，把各個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單方便。由于是串聯(lián)傳動(dòng)，到最后的冷鐓機(jī)構(gòu)上，機(jī)械效率就會(huì)減少很多，但這不是主要問題，通過選用合適功率的電動(dòng)機(jī)就可以解決了。 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)楦鞑糠謾C(jī)構(gòu)