【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)的整體設(shè)計(jì)的特點(diǎn)等。確定了液壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案和整體 設(shè)計(jì)方案等，選擇了工作臺(tái)部分的導(dǎo)軌。 第 3 章 模具及滑塊設(shè)計(jì) 17 第 3章 模具及滑塊設(shè)計(jì) 模具設(shè)計(jì) 一、 模具工作過程設(shè)計(jì) 凹凸模原始位置 見圖 31，此時(shí)壓邊圈和凸模均不與工件接觸 。 圖 31 模具工作過程一 模及壓邊圈向下運(yùn)動(dòng)，壓邊圈先與工件接觸，將工件壓緊。防止加工過程中板材起皺變形，影響加工質(zhì)量。見圖 32。 圖 32 模具工作過程二 凸模向下運(yùn)動(dòng)，與工件接觸。 見圖 33。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 33 模具工作過程三 凸模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，板材變形，加工過程完成。見圖 34。 圖 34 模具工作過程四 凸模、壓邊圈和凹模同時(shí)運(yùn)動(dòng)回復(fù)到初始位置，并橫向移動(dòng)。移動(dòng)到下一工位重復(fù)加工過程。 二、 模具各部件計(jì)算分析 液壓缸 依據(jù)加工件的要求，裝置的傳動(dòng)能夠滿足成形工藝條件與移動(dòng)工位所需要的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，最大壓型力 200KN,壓邊力 150KN。液壓缸為非標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，故應(yīng)計(jì)算液壓缸各參數(shù)。 液壓缸的參數(shù)為：推力 200kN，液壓油額定壓力為 10Mpa（中高壓），第 3 章 模具及滑塊設(shè)計(jì) 13 液壓缸內(nèi)徑為 160mm，取液壓缸壁厚為 15mm，頭部帶有螺紋。見圖 35 630AA216。 2 6216。 6 54 03 01 5 07 5 圖 35 液壓缸 板料在拉伸時(shí)，其凸緣部分除了受徑向拉應(yīng)力的作用之外，同時(shí)還受到切向壓應(yīng)力的作用。這時(shí)，變形過程中，板料不僅作徑向移動(dòng)，同時(shí)還伴隨有切向的壓縮變形。如果板料的相對厚度較小，而切向應(yīng)力較大，則在拉深的變形區(qū)板料凸緣部分的邊緣會(huì)失去塑性穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，使板料在垂直方向作微小的移動(dòng)，進(jìn)而在凸緣部分出現(xiàn)輕微的波狀。此后其高度很快地增加而發(fā)生皺折，形成起皺。為防 止加工過程產(chǎn)生的起皺現(xiàn)象，模具應(yīng)采用壓邊機(jī)構(gòu)。 依據(jù)加工件的要求，最大壓邊力為 15 噸。 壓邊力由 壓邊活塞 桿提供。其工作參數(shù)為：行程 50mm 總長 60mm，缸長 45mm，工作缸直徑 38mm，活塞桿直徑 60mm。 壓型結(jié)構(gòu) 依據(jù)加工件的要求，最大壓型力為 20 噸。壓邊力由壓型活塞桿提供。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 其工作參數(shù)為：行程 80mm 總長 60mm，缸長 45mm，工作缸直徑 38mm，活塞桿直徑 40mm。 沖頭及凹模 沖頭及凹模材料均選用 8MnSi。 8MnSi 韌性，淬火性與耐磨性均優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼，且熱處理變形小。 整體結(jié)構(gòu) 模具整 體結(jié)構(gòu)見圖 36。上模座和上模連接板之間通過圓錐銷定位，通過螺釘連接。壓邊圈由一個(gè)特殊螺栓與上模板連接，以保證模具在上升過程中與模具整體不脫離。上模板和液壓缸活塞頭連接，在沖頭和活塞頭之間加墊鐵以減少活塞頭的磨損。下模板和液壓缸活塞頭連接。模具加工完成后要保證沖頭于壓邊圈的垂直度為 . 圖 36 模具整體結(jié)構(gòu) 滑塊設(shè)計(jì) 上、下模具分別安裝在液壓缸上，連接于上、下滑塊上。上滑塊由絲杠第 3 章 模具及滑塊設(shè)計(jì) 15 帶動(dòng)在光杠上滑動(dòng)。下滑塊由絲杠帶動(dòng)在平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)?；瑝K由鋼板焊接 而成。 一、 上滑塊結(jié)構(gòu)分析 絲杠螺母通過螺栓與滑塊連接。為保證在安裝過程中可以調(diào)節(jié)兩絲杠的相對位置，將上絲杠的螺母做成可相對于滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。為減小滑塊運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦力，將銅套安裝在滑塊體內(nèi)，光杠在銅套內(nèi)滑動(dòng)。 . 二、 下滑塊結(jié)構(gòu)分析 下滑塊處支承導(dǎo)軌由軌鋼經(jīng)切削加工而成，一側(cè)導(dǎo)軌加工成矩形，一側(cè)導(dǎo)軌加工成山形。導(dǎo)軌上的滑塊通過螺栓與下滑塊體連接。導(dǎo)軌通過螺栓與立柱連接。加工過程中，力由導(dǎo)軌傳遞到立柱。 在安裝過程中，先將下絲杠螺母安裝好，再安裝上絲杠螺母。調(diào)整上絲杠螺母的位置，以保證兩模具對正，再將上螺母 固定。 本章小結(jié) 本章完成了模具工作過程的設(shè)計(jì)。對壓邊力進(jìn)行了計(jì)算，選用 液壓缸 提供壓邊力。確定了壓邊機(jī)構(gòu)和模具整體結(jié)構(gòu)。對上、下滑塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定了兩螺母的結(jié)構(gòu)。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 4 章 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 17 第 4章 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、 絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸由絲杠帶動(dòng)在光杠上滑動(dòng)。 ①絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 已知：絲杠的工作載荷為 F=200N，運(yùn)動(dòng)為間歇運(yùn)動(dòng) ,運(yùn)動(dòng)速度 v 3 m/min。 由于絲杠在運(yùn)動(dòng)過程中定位精度要求不高，且載荷較小，故采用梯 形絲杠。 選絲杠參數(shù)：牙形半角β =15186。螺母的高徑比ψ： 整體式螺母ψ = ~。取ψ =2. 選螺旋副材料：選螺桿材料為 45 號鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。螺母材料為ZCuSn10Pb1。此種材料抗膠合性，耐磨性都較好。 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》表 185，取許用比壓 [p]=8 MPa，摩擦系數(shù) f=. 從耐磨觀點(diǎn)計(jì)算所需的中經(jīng) 2d ： 梯形螺旋的計(jì)算公式為 2d ≥ 0 .8 / 0 .8 2 0 0 / 2 8FP? ? ? ? ?=10mm。 取 2d =31mm，絲杠的公稱直徑為 d=36mm，小徑為 3d =25mm，螺距P=10mm。 螺紋工作高度 1H ==5mm，旋合圈數(shù) =，取 n=6 二、 絲杠校核計(jì)算 耐磨性校核 絲杠螺母的許用比壓 [p]=8 MPa，螺紋的工作高度 1H =5mm，旋合圈數(shù) n=6， 螺旋副壓強(qiáng) 21FP d Hn??= ???????=[p] 螺旋副的耐磨性滿足要求。 絲杠強(qiáng)度校核 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》表 186， 絲杠的許用拉應(yīng)力 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 [σ ]= [ ~] s? =[ ~] 350=70~ MPa 取 [σ ]=90 MPa。 危險(xiǎn)斷面的當(dāng)量應(yīng)力 d? 2 2 2 22 2 2 2334 4 2 0 0( ) 3 ( ) ( ) ( )0 . 2 3 . 1 4 2 5 0 . 2 2 5d F T Tdd? ?? ? ? ? ???= MPa[σ ] 故絲杠強(qiáng)度滿足要求。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 由于模具、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)均為間歇性運(yùn)動(dòng)，且要求運(yùn)動(dòng)停止位置精確，故采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)和絲杠。 步進(jìn)電機(jī)簡介： 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為 “步距角 ”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào) 速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或15 度； 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進(jìn) 電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。 實(shí)際應(yīng)用中對步進(jìn)電機(jī)的要求： 第 4 章 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 19 步進(jìn)電機(jī)在電脈沖的控制下能迅速起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)及在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)； 加工精度高，即要求一個(gè)脈沖對應(yīng)的位移量小，并要準(zhǔn)確、均勻。這就要求步進(jìn)電機(jī)步距小，步距精度高，不得丟步或是過沖； 動(dòng)作快速。即不僅起動(dòng)、停步、反轉(zhuǎn)快，并能連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率； 輸出轉(zhuǎn)矩大，可直接帶動(dòng)負(fù)載。 步進(jìn)電機(jī)的基本特點(diǎn)： 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)每相繞組不是恒定地通電，而是按一定的規(guī)律輪流通電。 每輸入一個(gè)脈沖電信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。 步進(jìn)電機(jī)可以按特定指令進(jìn)行角度控制，也可以進(jìn)行速度控制。角度控制時(shí)，每輸一個(gè)脈沖，定子繞組就換接一次，輸出軸就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，其步數(shù)與脈沖數(shù)一致，輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量與輸入脈沖成正比。速度控制時(shí)，步進(jìn)電機(jī)繞組中送入的是連續(xù)脈沖，各相繞組不斷地輪流通電，步進(jìn)電機(jī)連續(xù)動(dòng)轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率 成正比。改變通電順序，即改變定子磁場旋轉(zhuǎn)方向，就可以控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或是反轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。當(dāng)控制脈沖停止輸入，而讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時(shí)，則電機(jī)可以保持在固定的位置上，即停在最后一個(gè)脈沖控制的角位移的終點(diǎn)位置上，這樣，步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)停車時(shí)轉(zhuǎn)子定位。 5．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。 6．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材 料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。 7．步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 8．步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無法啟動(dòng) ,并伴有嘯叫聲。 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻 率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的步進(jìn)電機(jī)選 110BYG3502,其參數(shù)為 步距角為 ? 相數(shù)為 3 驅(qū)動(dòng)電壓 220V 靜轉(zhuǎn)矩 16N M 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 cm? 相感量 30mH 驅(qū)動(dòng)絲杠的步進(jìn)電機(jī)選 90BYG5502,其參數(shù)為 步距角為 ? 相數(shù)為 5 驅(qū)動(dòng)電壓 50V 靜轉(zhuǎn)矩 10N M 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 cm? 相感量 帶傳動(dòng)采用壓帶輪壓緊，以增大帶輪的包角。電機(jī)的固定架上的孔為長孔，機(jī)器工作一段時(shí)間后，調(diào)整電機(jī)在固定架上的位置使齒形帶處于張緊狀態(tài)。 電機(jī)與絲杠的傳動(dòng)關(guān)系見圖 42 第 4 章 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 21 圖 42 電機(jī)絲杠傳動(dòng) 工作臺(tái)傳動(dòng)選擇計(jì)算 加工過程中工件固定在 鋼板支撐架 上， 加工完成后由人工移動(dòng)到下一個(gè)工位繼續(xù)加工。 聯(lián)軸器 聯(lián)軸器采用普通 式聯(lián)軸器。 該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，軸上 有鍵槽，采用 鍵連接與軸連接，運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生扭矩， 從而傳遞運(yùn)動(dòng) 。 如圖 43 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 43 聯(lián)軸器 本章小結(jié) 本章中進(jìn)行了傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，詳細(xì)進(jìn)行了絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算，并對絲杠進(jìn)行了強(qiáng)度的校核。確定了電機(jī)通過 聯(lián)軸器 帶動(dòng)絲 杠運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方案。 第 5 章 其他部件的設(shè)計(jì) 23 第 5章 其他部件的設(shè)計(jì) 定位夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、 定位機(jī)構(gòu) 本設(shè)計(jì)中采用 定位銷和凹坑定位。定位銷固定在鋼板支撐架 上， 凹坑在模具下半部分導(dǎo)向槽內(nèi)。 二、 夾緊機(jī)構(gòu) 夾緊機(jī)構(gòu)采用螺旋夾緊的方式。工件放入后，將壓緊塊移到工件上，向下旋轉(zhuǎn)螺母，工件被夾緊。加工完成后，向上旋轉(zhuǎn) 螺母，壓緊塊被松開，向外移動(dòng)壓緊塊，工件即可取出。見圖 51 圖 51 夾緊機(jī)構(gòu) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 工作臺(tái)、龍門架 部分的設(shè)計(jì) 為減輕工作臺(tái)重量，降低成本，且工作臺(tái)不承受沖壓力，只承受工件的重力，因此工作臺(tái)采用等邊角鋼焊接而成。焊接后，水平角鋼和豎直角鋼的垂直度為 。各焊接件在焊接之前，焊接接縫處均要求進(jìn)行機(jī)加工，以保證焊接后平面的垂直度和平行度。 龍門架