【文章內(nèi)容簡介】 理如圖 21 所示。 1—— 上模； 2—— 毛坯； 3—— 滑塊： 4—— 油缸 圖 21 擺動輾壓工作原理示意圖 圖 21 中，帶錐形的上模其中心線 OZ 與機器主軸中心線 OM 相交成了角，此角稱擺角。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時， OZ 繞 OM 旋轉(zhuǎn)，于是上模便產(chǎn)生了擺動。與此同時，滑塊 3在油缸 4 作用下上升對毛坯施壓，這樣上模母線就 在毛坯上連續(xù)不斷的滾動，最后達到整體成形的目的。 擺頭運動軌跡不僅對金屬流動和填充影響很大 , 而且對電機功率及設(shè)計剛度等均有影響 , 特別是對于形狀不同的鍛件成型影響更大 。 因此 , 擺頭要設(shè)計出不同的軌跡以適應(yīng)不同形狀的鍛件需要 , 目前常用的四種擺頭軌跡為 : 圓軌跡、多葉玫瑰線軌跡、螺旋線軌跡和直線軌跡 , 如圖 22 所示 . 本文設(shè)計的冷擺碾機屬于通用型 , 擺頭軌跡可以用以上四種軌跡。 實現(xiàn)擺頭的四種軌跡 , 可以有多種方法 , 最常用的是內(nèi)、外偏心套法 , 如圖 22所示 . 采用偏心套的方法 , 就是將擺頭的一端置 于內(nèi)偏心套內(nèi) , 通過內(nèi)偏心套和外偏心套不同的相對轉(zhuǎn)動 ,合成出四種不同的擺頭軌跡 。 內(nèi)、外偏心套不同的相對轉(zhuǎn)動主要是用它們的速比來表現(xiàn)的 , 即： 17 圖 22 擺頭的四種軌跡 1)圓軌跡：當(dāng)內(nèi)、外偏心套的速比 1AB???時，擺頭軌跡為圓軌跡； 2)直線軌跡：當(dāng)內(nèi)、外偏心套的速比 1AB?? ??時，擺頭軌跡為直線軌跡； 3)螺旋線軌跡：當(dāng)內(nèi)、外偏心套的速比 ?? ?時，擺頭軌跡為螺旋線軌跡 ； 4)多葉玫瑰線軌跡：當(dāng)內(nèi)、外偏心套的速比 ?? ??時，擺頭軌跡為多葉玫瑰線軌跡。 擺動輾壓的特點 （ 1）省力。因擺輾是以連續(xù)局部變形代替常規(guī)鍛造工藝的一次整體變形，因此可以大大降低變形力。實踐證明，加工相同鍛件，其輾壓力僅是常規(guī)鍛造方法變形力的1/5～ 1/20； （ 2）產(chǎn)品質(zhì)量高，節(jié)省原材料，可實現(xiàn)少無切削加工。如果模具制造尺寸精度很高，且進行過拋光，則輾壓件垂直尺寸精度可達 ，表面粗糙度可達 ～ μ m。 （ 3） 擺動輾壓適合加工薄 而形狀復(fù)雜的餅盤類鍛件。加工薄餅類鍛件，擺輾所需的變形力比常規(guī)鍛造力小很多，而且工件愈薄，用擺輾法成形愈省力。 （ 4）勞動環(huán)境好，勞動強度低。擺輾時機器無噪聲、震動小，易于實現(xiàn)機械化、自動化。 （ 5）設(shè)備投資少，制造周期短，見效快，占地面積小。 擺動輾壓 的力能參數(shù)計算 接觸面輪廓曲線方程 擺輾過程中工件與鉚頭接觸的端面為螺旋曲面，其螺距為每轉(zhuǎn)進給量 S（ mm/s）。 18 因 S的大小與工件半徑相比很?。?/ 1/40sR? ），可以把工件的這個端面近似為平面。在圖示 23 所示的三維坐標(biāo)系中，該平面方程為（將螺旋曲面簡化為螺旋面）： cos sinz x s???? 擺輾的擺動模錐面方程為 2 2 2()zxy tg??? 圖 23 擺輾的接觸面積 聯(lián)立上式，解得接觸輪廓曲線方程 222 2 22c o s c o ss sxy tg tg? ? ? ??? 0 cos 1????當(dāng) 時 ， ( 7 c o s 7 0 .9 9 2 5 51 0 c o s 1 0 0 .9 8 5 )?? ????如 時 ，時 , 19 上式可簡化為： 2 1s xtgY tg s ???? 擺輾的接觸面投影面積 (1) 圓盤件 其受力后的投影圖如土 24所示。在滾壓過程中，忽略工件和模具的彈性變形，也忽略工件在徑向的塑性變形，則 AOB 是過圓心的直線。 圖 24 擺輾的接觸投影分析圖 接觸面投影面積由 AOBCDA 輪廓圍成，忽略輾壓引起的工件外輪廓變形，則工件輪廓方程為： 2 2 2x y R?? 聯(lián)立 2 1s xtgytg s ???? （ ADC 的曲線方程） 求得 C 點坐標(biāo)為： tanc sxR ??? 2 1c s Rtgy tg s ???? A 點坐標(biāo)為： 2A sx tg??? 0Ay? 定義： / 2 ts R g??? 由幾何關(guān)系： BOC??? 20 則： 1 1 1c os c os ( 1 ) c os ( 1 )2cx sR R tg?? ?? ? ?? ? ? ? ? 截面輪廓曲線 ADC 轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)方程： 21 cosR?? ?? ? (2) 環(huán)形件 其投影分析圖如圖 25所示，由前面可以知： 圖 25投影分析圖 1cos (1 )????? 1 AOD? ?? 聯(lián)立 2 2 2x y r?? 2 1s xtgy tg s ???? 求得 A 點坐標(biāo)為： A sxrtg??? 2 1A s rtgy tg s ???? (3)接觸面積系數(shù) ? ? ? 接 觸 面 積 與 坯 料 原 始 面 積 之 比 2/F??? 觸 （ R ） 波蘭馬爾辛民克教授提出的公式： 0 .4 5 / (2 ta n )sR??? 21 胡克民公式： 32 241(1 )3?????? ( 0)2 ta nsR?????其 中 當(dāng) ? 是變值時， ? 也是變值 三 輪轂軸承鉚合裝配專用設(shè)備總體方案 擺輾機的主要技術(shù)指標(biāo) 序 號 要求 數(shù)值 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 旋壓鉚合直徑 最大鉚接力 油泵最大輸出壓力 功耗 自動方式 軸承變形情度 內(nèi)孔φ 16mm，外徑φ 28mm 150KN 5MPa ≤ 2 .1 2. 2 2. 3 2. 4 2. 5 2. 6 2. 7 2. 8 2. 9 生產(chǎn)效率 旋壓鉚合最大行程 滾碾壓頭到工作臺距離 工作臺升降距離 主軸到床身立柱距離 滾壓頭伸 出長度 工作臺尺寸 機床外形尺寸 機床凈重 ≥ 450 個 /小時 25~30mm 0~250mm 0~250mm 200mm 取 100~120mm 400 200 720 720 2500 1000 2200 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 3. 5 安全可靠 容易傳送軸承 外形美觀、噪音小 故障自檢、易排除 損壞零件易更換 22 總體方案的論證設(shè)計 由于汽車輪轂軸承單元為粗短零件且需要的鉚接力較大，綜合考慮臥式、立式的優(yōu)缺點，選用立式機床。而立式機床又可分單立柱式和多立柱式，下圖為立式方案的簡 圖： 圖 確定方案：四柱立式結(jié)構(gòu) 單柱式方案：一根立柱既要承受拉伸力，又要承受切應(yīng)力，立柱彎曲變形情度較大。對于小功率的情況，變形情度可以控制在允許的范圍之內(nèi)，另外結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，操作方便 ，開敞性好，工件裝卸方便；但剛性不好，對中性差；并在加工過程中，由于工作臺處于懸臂，而使工作臺受力不均，產(chǎn)生震動和噪音，影響了零件的加工精度，難保零件的合格。 多立柱式方案：機床對中性好，剛度強，鋼性特佳，結(jié)構(gòu)永不變形，使用壽命長。適用于大平面、大出力之裁斷作業(yè)。一種液壓機工作臺四柱支撐結(jié)構(gòu)，在液壓機下梁頂 出缸接觸面上至少設(shè)置有四組支撐柱，各組支撐柱分為上支撐柱和下支撐柱，上支撐柱與液壓機移動工作臺連接固定，下支撐柱連接固定在下梁與下梁頂出缸接觸面上，在上支撐柱和下支撐柱之間設(shè)置有一定的間隙，與下梁頂出缸連接的液壓墊上開有大于上支撐柱和下支撐柱直徑的導(dǎo)向孔。其優(yōu)點在于：可大大降低了液壓機移動工作臺上面板的厚度，不僅節(jié)省材料、降低了制造成本，同時還能保證機器的強度和加工精度，因此該結(jié)構(gòu)具有較為廣闊的發(fā)展前景。綜合考慮，選擇四柱式液壓機床結(jié)構(gòu)。 23 機床方案設(shè)計包括運動功能分析，機床布局，機床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，在設(shè)計過程 中充分考慮到加工操作方便，加工質(zhì)量好，制造成本合理。 運動功能分析 本機床主運動為電動機主軸帶動鉚頭旋轉(zhuǎn)，進給運動設(shè)計為液壓缸驅(qū)動工作臺進行鉚接，同時考慮到縮短鉚接工作行程，設(shè)計工作臺升降機構(gòu)形式，調(diào)節(jié)工作臺與動力的距離，減少鉚接過程的空行程。使鉚接過程更節(jié)省時間。整個過程的運動置于動力頭內(nèi)。旋壓機床需要兩個運動即主軸旋轉(zhuǎn)運動和主軸縱向往復(fù)運動來完成鉚接。 機床總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計 機床的總體 布局設(shè)計需要根據(jù)工作的要求，充分考慮到操作方便，加工效率高，性能穩(wěn)定、安全，加工質(zhì)量好等因素；對 于 立式鉚接擺輾機包括主傳動部分、進給傳動部分、床身本體、電控與液壓系統(tǒng)，液壓站和電控箱，開關(guān)等。主傳動系主要布置在動力頭處，包括電動機、偏心機構(gòu)。進給傳動系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)進行驅(qū)動。另外，主傳動、進給傳動要考慮各自的穩(wěn)定性以及配合的，為節(jié)省空間，電控與檢測系統(tǒng)包含于床身本體。對于液壓站其包括了 液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置等，將其獨立于機床之外，可以使安裝維修方便，液壓裝置的振動、發(fā)熱都與機床隔開。考慮到工人操作的方便和效率的提高，選用用腳踏開關(guān)作為操作的控制，結(jié)合安全操作，腳踏開關(guān)開關(guān)設(shè)置在底座的開槽內(nèi)。 根據(jù)運動系統(tǒng)組合的不同，擬定以下布局方案。 圖 擺輾機方案確定形式 動力頭與液壓缸部分分開，主軸只作旋轉(zhuǎn)運動而不作上下往復(fù)運動，鉚合時由液 24 壓缸推動工作臺實現(xiàn)向上進給運動。這種立案讓動力頭只負責(zé)旋轉(zhuǎn)軌跡運動，而縱向往復(fù)運動則由工作臺來完成。大大簡化了動力頭里面的機構(gòu)，使得整個機械機構(gòu)更加簡單，另外用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)工作臺的縱向往復(fù)運動也是比較容易實現(xiàn)的。 與傳統(tǒng)鉚合機床相比，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)更加簡單，把兩個運動分開，省去了原來復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。由于鉚頭只要實現(xiàn)螺旋線擺動，結(jié)構(gòu)簡化了許多，對軸承和整體的精度和工藝要求也降低了許多，降低制造成本的同時也使機器維修起來更加方便。工作臺把原先四柱或單柱支持改成液壓升降機構(gòu)實現(xiàn)上下位移，實現(xiàn)起來很簡單，液壓系統(tǒng)不復(fù)雜，更加有利于現(xiàn)代化生產(chǎn)。 四柱式液壓機床結(jié)構(gòu)的特點： 精密四柱導(dǎo)向承載機構(gòu)有潤滑加油系統(tǒng)，保證機床長期使用壽命； 更加獨特的是，四柱尾部有定位套，確保機床在承受側(cè)向負荷時，工作可靠 ,四柱式結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、實用?？蚣苁浇Y(jié) 構(gòu)剛性好、精度高、搞偏載能力強。 機床 整機裝配示意圖 擺輾機主要包括床身立柱、導(dǎo)軌、工作臺、手輪、工作臺支承、床身底座 、液壓元件以及各類附屬元件 等 。 25 圖 機床總體方案設(shè)計 圖 1. 主 電機 YL160 3. 床身立柱 四 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 從這里開始就開始進入到本文最著重介紹部分。液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整個機床設(shè)計的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機器的用途、特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 設(shè)計要求 主機應(yīng)用兩個液壓油缸，分別是主油缸、送料油缸。對兩個油缸來說都沒有太大的特殊要求，工作環(huán)境相對平滑。各油缸都要求有防塵裝置，對爆，寒，噪聲等無特殊要求，效率要求在 80%以上，成本要求相對低廉。 工況分析確定主要參數(shù) 載荷的組成和計算 26 工作流程分析： ； ；； 。 以下是各油缸的參數(shù)要求：根據(jù)鉚裝要求主油缸載荷為 150KN，送料 油缸載荷計算如下： 送料軌道是鑄鐵對鑄鐵，且沒有滾珠滾柱滑動， 鑄鐵一鑄鐵的動滑摩擦系數(shù)實驗值 0． 07～ 0． 15， 運動速度 ，起動時有加速過程， 取最大值 摩擦系數(shù) ?? 。送料缸所受載荷分別是導(dǎo)軌的摩擦力 fF 以及工件和壓力傳感器在加 速中所受到的加速慣性力 aF ，加速的時間約為 1s。即： faF F F?? G—— 工件及壓力傳感器的重力，約為 G=500N NtvgGGF 0 05 0 ????????? ? 兩個油缸所受的載荷都是軸向載荷。主油缸要求運動速度在 2mm/s～ 12mm/s，運動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向精度高，自動化程度高，而且要求速度可隨時精確調(diào)整。主油缸行程 S根據(jù)工作情況，工作要求，空間局限以及節(jié)能環(huán)保等因素的要求嚴格安裝油缸標(biāo)準行程系列，選取 S=50mm（參照《機械設(shè)計手冊》第四部分第 23173 頁表 ）；送料缸上下料勻速，均要求 為 200mm/s。對于送料缸的行程確定，取決于工作臺的形狀大小。為方便加工過程中的上下料，工件必須背送到離開鉚頭密封箱體以為的位置，設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)鉚頭軸線到箱體邊緣的距離大概為 360mm，考慮到工件的尺寸，根據(jù)標(biāo)準行程系列，選取送料油缸行程為 400mm。 初選系統(tǒng)工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷大小合設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢比必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對我們這臺設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟；反 之，壓力選擇太高，對泵、缸、閥等元件的材料、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。就我們研究的這臺設(shè)備而言，尺寸大小受到一定的限制，成本要求也有一定的局限。所以根據(jù)標(biāo)準，按載荷選