LF26型高精度自动冲模机传送料系统设计论文

1 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕 业 设 计 说 明 书 题目 ： LF26型高精度自动冲模机传送料系统设计 二级学院（直属学部）： 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 学生姓名： 学号 指导教师姓名： 职称： 评阅教师姓名： 职称： 2012 年 6 月 KC021-1 1 摘要 自动送料机构可将冲压料或冲压件经过定向机构，实现定向排列，然后顺序地送到机床或工作地点。这在自动化成批大量的生产中显然是实用的，不但可以提高效率并把操作人员从重复而繁重的劳动中解脱出来，而且对保证安全生产也是一种行之有效的方法。自动送料系统能充分发挥机床的潜在力量，这将大大提高冲压的生产效率，实现冲压的完全自动化。本次设计共制定了五种设计方案，相比较后选择了比较适合该设计的双辊式送料机构，该送料系统主要是传送薄银料，故其传动功率很小，在减速器方面需要自行设计，并进行了相关的设计计算。 关键词： 自动送料 冲床 双辊 薄银料 常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 2 Abstract Automatic feeding mechanism can stamp material or stamp after directed agencies to achieve aligned, and then sent to the machine or work place in the order. Automated batch production is clearly useful, not only can improve the efficiency and can free the operator from the heavy work, but also can ensure the safe of the production .Automatic feeding system can make full use of the potential power of the machine, which will greatly improve the production efficiency of the stamping, and realize the fully automated of stamping. Five kinds of design scheme were developed in this design, but the double roller of conveying mechanism is more suitable to this design. This feeding system is mainly designed for transmitting the thin silver material, so the transmission power is very low, and the speed reducer need to be redesign and consideration. Key words: automatic feeding punch double roller thin silver material 1 目录 前 言 . 1 第一章 绪 论 . 3 1.1 引言 . 3 1.2 冲压生产自动送料发展概况 . 3 1.2.1 普通压力机的送料机构 . 3 1.2.2 机械手加穿梭小车式自动化输送系统 . 4 1.2.3 多工位压力机的自动化送料机构 . 5 1.3 冲压生产自动送料发展趋势 . 5 1.3.1 多工位压力机取代单机联线冲压生产 . 5 1.3.2 高速高精度的自动送料机构 . 6 1.3.3 柔性自动化送料机构 . 7 1.3.4 交流伺服系统自动送料机构 . 7 第二章 自动送料机构总体方案设计 . 9 2.1 设计任务 . 9 2.2 常见送料机构 . 9 2.3 送料机构的选择 . 11 2.4 放料部分 . 12 2.5 送料部分 . 14 2.6 放料系统结构分析 . 16 2.7 送料系统结构分析 . 16 第三章 自动送料机构的设计 . 19 3.1 送料系统的尺寸参数和材料 . 19 3.2 预算送料滚应给的压力和初定送料速度 . 19 3.3 送料滚的轴承寿命计算 . 19 3.4 送料系统的功率计算及电机选择 . 20 第四章 减速器的设计 . 22 4.1 减速器的设计说明 . 22 4.2 减速器高速级齿轮设计计算 . 22 4.3 减速器低速级齿轮设计计算 . 24 4.4 减速器轴的设计计算 . 27 4.4.1 中间轴的设计 . 27 4.4.2 低速轴设计 . 33 4.5 减速器轴承校核计算 . 37 4.5.1 中间轴两端轴承寿命校核 . 37 4.5.2 低速轴两端轴承寿命校核 . 38 结 论 . 39 致 谢 . 40 常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 2 参考文献 . 41 1 前 言 高精度自动冲模机使用 JB04系列台式压力机和精密冷冲模架进行配套组合而成的、可实现生产自动化、提高生产效率的精密生产设备。可对金属与非金属材料的薄板、条料 、卷料进行剪切、冲孔、落料、弯曲、浅拉身、压接、铆合和成型等工序的精加工；是一种高精度专用设备，具有精度高，结构精巧，性能优越，质量稳定可靠，体积轻巧、生产率高、操作简便的特点，特别适用于高层建筑的厂房及车间使用。配有光电式安全保护装置、辊式送料装置，料架等装置。 冲床自动送料机是一种用于冷挤压套圈类零件的送料机器，是冲床进行技术改造的理想附机。该送料机克服了 内外有关冲床送料机的不足。如日本的 RF20SD 0R11 机械手送料装置与冲床做成一体，从横向 (侧面 )送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格 昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求。 RF20SD 0R11的结构由冲床上的曲轴输出轴，通过花键轴伸缩，球头节部件联 接机械手 齿轮 ，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置， 样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到 模具 中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动可靠，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道 倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构没有将料夹紧，定位不正，废品率较高，使用也不安全。 结合国产冲床工作特点，采用机械手与输送机构配合为主要装置，再配合采用自动卸料安全保护，设计了具有较大应用价值和推广意义的自动送料机 现在机械制造厂越来越多的使用多工位压力机和冲压生产线，可以大批量的生产出高质量的冲压件，提高劳动效率、降低产品成本、确保操作安全。若采用多工位专用压力机并利用其自带的多工位送料装置，在冲压加工的材料供给、工件传送、制品及废料的排出、模具交换 、冲床调整与运转、冲压过程异常状况监视等所有作业过程自动化，固然理想，但存在投资大，运行维护费用高，生产柔性差等问题。利用现有的普通压力机改装，在材料（工件）供给、传送采用自动送料装置，使用多工位模具进行自动化多工位冲压见效快、投资小、实用性强。多工位冲压的技术进步主要体现在多公位送料系统上。 冲压成形作为一门古老而又年轻的制造技术，几乎渗透到国民经济的每一个部门。在许多发达国家从作为支柱产业之一的汽车制造业到农业机械、动力机械、建筑机械、化工机械、精密机械、仪器仪表、医疗器械、日用五金等等，直到航空航天、 军事兵器各个门类，冲压制件都占据着相当重要的地位。随着我国工业的发展冲压制件类型、工艺的复杂化以及人性化生产要求手工送料的冲压加工生产由于存在着效率、速度、精度、安全等方面的一系列问题，冲压生产的手工送料已逐步由自动送料机构所取代，从而进常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 2 一步满足了冲压生产自动化，大幅度提高生产节拍、生产质量等的要求。 冲压生产自动化主要是指包括材料供给、制品及废料的排出、模具更换、冲床的调整与运转、冲压过程异常状况的监视等作业过程自动化将这些技术应用到冲压生产流水线的相应环节从而实现冲压生产过程的自动化。自动送料机构作为冲 压加工生产实现自动化的最基本的要求，是在一套模具上实现多工位冲压的根本保证，它的自动化程度高低，直接影响着冲压生产效率、生产节拍以及冲压生产整体自动化水平。 常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 3 第一章 绪 论 1.1 引言 冲压是金属塑性成形加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以也称为板料成形。冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件；既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件，又能够制造精密（公差在微米级）和复杂形状的零件。冲压具有生 产率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点，因此在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等生产和发展具有十分重要的意义。 冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件；既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件，又能够制造精密（公差在微米级）和复杂形状的零件。占全世界钢产 60% 70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分经过冲压制成成品。冲压在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等制造中，具有十分重要的地位。 冲压件重量轻、厚度薄、刚度好。它的尺寸公差是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需再经机械切削即可使用。冷冲压件的金属组织与力学性能优于原始坯料，表面光滑美观。冷冲压件的公差等级和表面状态优于热冲压件。大批量的中、小型零件冲压生产一般是采用复合模或多工位的连续模。以现代高速多工位压力机为中心，配置带料开卷、矫正、成品收集、输送以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成生产率极高的全自动冲压生产线。采用新型模具材料和各种表面处理技术，改进模具结构，可得到高精度、高寿命的冲压模具，从 而提高冲压件的质量和降低冲压件的制造成本。 冲压生产的工艺和设备正在不断发展，除传统的使用压力机和钢制模具制造冲压件外，液压成形以及旋压成形、超塑成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形等各种特种冲压成形工艺亦迅速发展，把冲压的技术水平提高到了一个新的高度。特种冲压成形工艺尤其适合多品种的批量（甚至是数十件）零件的生产。对于普通冲压工艺，可采用简易模具、低熔点合金模具、成组模具和冲压柔性制造系统等，组织多品种的中小批量零件的冲压加工。 总之，冲压模具有生产率高、加工成本低、 材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点。采用冲压与焊接、胶接等复合工艺，使零件结构更趋合理，加工更为方便，可以用较简单的工艺制造出更复杂的结构件。 1.2 冲压生产自动送料发展概况 1.2.1 普通压力机的送料机构 普通压力机上的送料机构根据送料动力的不同可分为机械、液压、气动三大类在冲压加工中以机械与气动二类应用较多。气动送料机构具有灵巧轻 常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 4 便、通用性强、其送料长度和材料厚度可调整、机构反应迅速的优点。但是由于气动送料机构是采用压差式气动原理工作故机构工作噪声较大影响冲压工作环境 主要用于冲压的前期送料和小批量、多品种的生产。机械送料机构尽管调整相对困难且机构较大但具有送料准确可靠、机构冲击与振动少、噪声低、稳定性好等优点仍是目前冲压加工中最常用的自动送料方式。 目前冲压生产线的配置中应用较为广泛的是开式单点压力机加装辊轮送料机（或气动送料机），这种生产线可以做单工序或多工序的连续冲压，操作性良好；另一种开式双点压力机加装多工位送料装置，搭配开卷装置、校平装置等组成的用于多工位连续冲压的生产线，由于占地面积和工序间的搬运都明显减少，在生产中应用呈现逐渐增多的趋势；而电机厂应用最多的专 门冲制电机硅钢片的生产线则是由高速压力机加装凸轮分割型送料机，配装开卷机、校平装置等组成。由此可见，送料机构的性能高低直接影响着生产线的推广应用，因此，针对冲压制件的工艺要求、生产的实际情况等的不同来选择不同的送料机构是十分必要的。 1.2.2 机械手加穿梭小车式自动化输送系统 目前，国内汽车工业中生产轿车外覆盖件和大型内衬件的自动化冲压生产线，由于还没有大型多工位压力机的投入，所以自动化生产主要还是以配备常规的机械手加穿梭小车或机器人输送系统的串列式冲压线为主，它主要由 上料、取料机械手和穿梭小车组成，如 图 1.1 所示。其相邻两个压力机的输送单元主要有以下机构组成： （ 1） 一个取料机械手，带有中置并按工件形状排部的真空吸盘式端拾器，负责将工件从上一台压力机取出放置在穿梭小车上。 图 1.1机械手家穿梭式小车自动化冲压线 （ 2）一个在压力机之间固定轨道上移动的穿梭小车，负责将工件由取料机械手的放料位置移送到上料机械手的取料位置。 （ 3）一个上料机械手，带有和取料机械手相同的端拾器，负责将工件由穿梭小车拾起并送入下一台压力机工位。 采用该系统的工件将通过机械手简单的“拾 取”和“摆放”动作从前一台压力机输送到后一台压力机，其穿梭小车的主要功用就是通过它的穿梭运动缩短取料和上料之间的输送行程，从而提高整线的生产节拍。但是在该冲压线中由于存在工件换向和双动拉深的问题，因此，必须配有同步翻转装置，最高生产节拍达 而且设备的维修量很大。 常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 5 1.2.3 多工位压力机的自动化送料机构 多工位送料系统是一个类似移动臂的装置，主要作用是把冲压件从一个工位移到另一个工位。一组模具内的每一副模具的冲压工作都在同一台压力机内完成。多工位送料移动杆沿着模区移动，它们是主要结构件，移动冲压件的端拾器就 安装在这些结构件上。在汽车车身冲压厂，根据送料的传动方式，多工位送料系统主要有：机械送料、电子送料和组合式送料。 机械式送料是通过与压力机传动系统的直接联接完成冲压件从一个工位移动到另一个工位。压力机横梁上的动力输出装置把能量从压力机的顶部输送到地面，由随动器驱动的大型机械凸轮安装在送料机构上，旋转凸轮带动机械送料动作。其主要缺点：机构磨损及能量积累易影响送料精度、速度和产量；机械传送设计规格参数一旦确定，不能更改；随着加工零件尺寸增大，传送机构也将增大，机构零件的预期寿命就会缩短。 电子伺服送料是用单独伺 服电动机驱动借助齿轮箱和传动轴，伺服电机与送料系统相联并在计算机的控制下工作。与压力机的动作协调是由压力机和控制器之间所交换的电子信号完成的。其运动轨迹由计算机程序完成柔性较好根据工件的需要可以提供任意的送料距离、夹紧行程、闭合行程和抬起行程。与机械送料相比较具有无需使用压力机的动力输出装置；各轴（包括行程长度和时间曲线）可以实现行程轨迹编程；在无需调整滑块的情况下，可以对送料装置进行微动调整，加减速度快；机械部件数目少，故障率降低等优点。 组合式送料装置的某些动作由机械系统完成，而另一些动作则由电子系统完 成，结构随厂家的不同而异，这种送料方式在汽车覆盖件生产中应用有限。 根据工件的传送方式又有：三座标式和真空吸盘式（即横杆式“ ”）。近年来，由于在多工位压力机上“一次多件”冲压工艺的发展以及人们个性化需求的突出，真空吸盘式传送装置得到越来越多的应用。例如日本小松公司的新型多工位压力机就较多的采用了真空吸盘式传送装置。 1.3 冲压生产自动送料发展趋势 随着我国冲压行业的发展，冲压设备性能与世界的接轨，冲压生产自动化程度的进一步提高，对冲压生产的送料技术也提出了越来越高的要求，以满足与冲压设备的配套。 1.3.1 多工位压力机取代单机联线冲压生产 目前，冲压生产主要朝两个方向发展：一是单机联线自动化生产（图 1.2）；一是大型多工位压力机（图 1.3）。 常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 6 图 1.2 单机联线冲压生产线 图 1.3 大型多工位压力机 单机联线生产通用性较好，适合柔性生产，占用资金少，完全可以满足我国生产中高档轿车所需要的零件质量要求；与单机联线的冲压生产线相比较，大型多工位压力机除了占地面积少外，还有生产效率高，生产节拍可达 ，为手工送料流水线的 倍，单机联线自动生产线的 倍等优点。大型多工位 压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动化、智能化，整个系统只需人 进行监控。当模具更换时，只需输入需要更换模具的编号，其余工作自动完成，整个换模时间只需 ，换模的同时可以对多工位压力机的运行特性作智能化调整。当两者生产规模相同时，多工位压力机设备投资可减少 ，能量消耗减少 ，冲压件综合成本可节约 。据美国精密锻压学会 1990 年前后统计，美国三大汽车公司 680条冲压线中 为多工位压力机，日本为美国建造的 35 条生产线中为 多工位压力机，日本国内 250 条生产线有 为多工位压力机。美国的克莱斯勒与日本三菱 公司合资的 汽车厂、通用汽车公司的 工厂已经实现只用多工位压力机来进行冲压生产。由此可见，大型多工位压力机取代单机联线冲压生产线的来势迅猛，但是大型多工位压力机不能完全取代冲压生产线，因为某些特大型（如车身侧板、挡泥板等）和特殊形状的工件仍然需要在单机联线的自动冲压线上来完成。另外，在中小型冲压件生产方面以多工位传送装置来改装原有的压力机和生产线的工作也在广泛进行。 1.3.2 高速高精度的自动送料机构 高速化和精密化一直是冲压生产追求的目标。日本 公司生产的 伺服辊轮送料机，生产性能高，能实现连续高速送料 ，最高速度可以达到 ，送料步距和送料厚度调节方便，结构简单，经济实用；送料精度随送料次数及送料长度不同而有所不同，最高精度在 左右。而且可以设定夹紧和松开时间，动作方式为辊柱作圆周运动，不会有咬死现象。图 4所示为该公司 系列辊轮送料机，它采用直流伺服电机，机体和控制器相结合大大节省了场地空间，由于送料装置与主机之间没有直常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 7 接连接，其送料精度与主机运动偏差无关。利用数字控制送料速度、加速度、送料干涉角、夹紧力的大小及时间等。 图 1.4GL 系列 NC 伺服辊轮送料机 在我国也有 多家生产这种辊轮送料机的厂家（如深圳力豪等），但是核心技术一般是由国外引进，因此，自主开发更高精度更高速度的送料机将会是我们今后的发展目标。 1.3.3 柔性自动化送料机构 随着汽车工业的强势发展，市场竞争的日益激烈，利用最少的设备来生产尽可能多的冲压制件，间接的降低生产成本成为各个厂家竞相追求的目标之一。德国米勒万家顿公司在最新一代用于摆杆式多工位压力机上的摆动横杆式输送机（ Swing arm-Transfer）的基础上开发出快速横杆式输送系统（ Speed BAR）。这种输送系统介于常规机械手系统（ Feeder）和多工位压力机横杆式输送系统之间，既灵活简便又快速高效，适用于串列式冲压生产线。提高了与欧美国家的多工位压力机生产模具的匹配能力，从而实现了模具和端拾器在多工位压力机和串列式冲压线两种设备之间的互换，为国内的冲压生产与欧美汽车工业接轨奠定了基础。 1.3.4 交流伺服系统自动送料机构 近 20 多年来，由于电力电子技术的发展，计算机控制技术以及现代控制理论的应用，交流伺服驱动技术飞速发展。交流伺服自动送料的动力来自交流伺服电动机，具有柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性很强。在我国，较先进的自动送料 装置是深圳力豪公司的 NCFH 系列三合一伺服系统送料机（图 1.5），它适合于各种五金、电子、电器、玩具及汽车零件之连续冲压加工，送料矫正，准确耐用；可任意设定送料长度，操作容易，安全及稳定性高。但是，在该送料机中所用的伺服马达、电器箱电子元件和控制器等都是从日本引进的，国内在这方面的技术还比较落后，因此，我们必须给予这方面技术充分的重视，加快研究开发，以较快的速度追赶发达国家的研究步伐。 常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 8 图 1.5三合一伺服系统送料机 随着近代工业的发展，以冲模 为中心的电子计算机控制全自动冲压加工系统的研制十分必要。现在已经出现了全自动冲压加工生产线、冲压加工中心、全自动落料冲床、自己备有薄板上料和卸料的电子计算机数控转塔式冲床以及其他自动冲压系统。这种系统必须配备相应的高质量、高效率的冲模。 自动模中的送料、出件等装置主要由模具本身的运动部分来驱动（一般是上模）。还可以由压力机的曲轴或滑块来驱动，也可以由单独的驱动装置（如机械、液压、气压等）来驱动。 自动模的送料、卸件、出件的动作最大特点是周期性间歇地与冲压工艺协调进行。实现周期性动作的机构有棘轮机构、槽轮机构 、凸轮机构、定向离合器、平面连杆机构等。自动模的自动化装置就是自动模的驱动装置通过周期性动作机构使自动化装置的工作零件产生周期性工作，这就是自动送料机构。 本次毕业设计主要完成冲床上自动送料机构的设计。 常州工学院机电工程学院毕业设计说明书 9 第二章 自动送料机构总体方案设计 2.1 设计任务 本次设计是针对某厂家的要求，设计适用于薄银片材料放料、送料、冲孔、剪料等工序精密加工的高精度自动冲模机放料、送料系统的数控改造。其主要技术参数及要求如下： 1、银片材料宽 25mm 和 38mm两个规格，料厚 0.3mm。 2、成品银料采用 卷料，每盘料重 1.5公斤。 3、使用自动加工后，要求冲孔排距误差小于 0.01mm，端距小于 0.05mm. 4、要求工艺性、结构性好，体积小。 2.2 常见送料机构 自动送料装置按送进材料的形式分为送料装置与上件装置两类。本设计属于送料装置。常见送料机构形式有以下五种： 1)钩式送料机构 ； 2)钳式送料机构 ； 3)夹滚式送料机构 ； 4)夹刃式送料机构； 5)辊轴送料机构。 1、 钩式送料机构 该机构结构简单，造价低，只适用于带料条料，冲切时留下搭边，送薄料时搭边较宽，可用定位销定位。工作方式是用钩爪勾住料孔 间的搭边并送料；回程时由于钩子端部的斜面而自行脱出。送料的宽度在 mm15010 之间，