毕业设计（论文）-冲压机凸轮机构设计与工艺制定.doc

河南理工大学目录 绪 论11 凸轮机构设计21.1 机构传动方案的设计21.2 凸轮机构的选型及尺度设计21.2.1凸轮机构的选型21.2.2确定从动件的运动规律21.2.3计算从动件的主要运动参数21.2.4确定凸轮基圆直径31.2.5凸轮轮廓设计41.2.6凸轮副材料选择51.2.7凸轮和从动件的结构设计51.2.8凸轮副接触强度校核61.2.9校核凸轮机构的压力角82带轮的设计92.1 带轮的结构尺寸设计103箱体设计113.1 箱体结构设计114工艺设计124.1零件的作用及设计任务124.2零件的工艺分析134.3箱体a的工艺规程设计134.3.1定位基准的选择134.3.2制定工艺路线134.3.3工装、切削用量及基本工时确定164.4箱体b工艺规程设计164.4.1定位基准的选择164.4.2制定工艺路线164.4.3工装、切削用量及基本工时确定174.5从动件1的工艺规程设计184.5.1定位基准的选择184.5.2制定工艺路线184.5.3工装、切削用量及基本工时确定215部分零件的加工编程225.1编程加工从动件2245.2编程加工凸轮轮廓24致 谢38参考文献39绪 论凸轮机构是一种含有凸轮的高副机构，也是一种很常用的机构，在自动机械和半自动机械中具有广泛的应用。 凸轮是一具有曲面轮廓的构件，一般都作原动件：当凸轮作原动件时，通常作等速连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求作连续或间歇的往复摆动、移动或平面复杂运动。本次设计的凸轮机构来源于冲压机的主要机构，在该机构中凸轮作为原动件，驱使从动件作往复运动来完成对材料的冲压，设计重点在于凸轮结构和轮廓设计以及各零件加工工艺的制定。通过本次设计，应当熟悉凸轮机构的一般设计方法和掌握零件的工艺设计内容，提高创新设计的能力。第一章 凸轮机构设计1.1机构传动方案的设计本次设计所设计机构是为了满足冲压机中冲压板料这一往复循环直线运动的，用来通过冲压使板料成型，要获得的板料形状为椭球形的一部分。通过对凸轮机构的运动特性分析，设计一凸轮机构即可满足此目的。凸轮一端可用带轮传递功率，将从动件做成与所冲压板料尺寸相吻合的椭球形，通过凸轮机构驱动即可实现冲压板料的目的。1.2凸轮机构的选型和尺度设计1.2.1凸轮机构选型 根据题目要求，从动件作直线运动，且所设计为一平面凸轮机构，因此凸轮选用平面凸轮机构中的盘形对心凸轮。且与轴做成一体。1.2.2确定从动件的运动规律 根据题目要求，为防止从动件在行程端点位置产生“过冲现象”，要求从动件在对应位置上速度和加速度为零。因此，选取从动件在推程和回程时运动规律为等速运动规律，为了防止“过冲现象”，应在凸轮轮廓上设置两个休止角。现将从动件运动规律绘制如下：1.2.3计算从动件的主要运动参数 因为从动件作的是等速运动，设推程阶段以角速度 转动，经过时间t，凸轮转过推程角，从动件升程为h。则从动件速度v=h/t=常数，将v分别对时间求导和积分，可得从动件加速度a和位移s的方程。 (1) a=0 (2) s= 依据边界条件，当t=0时，s=0,则c=0.于是得出s=ht/t.因凸轮转角，则t=，将其带入(2)中，可得从动件的方程为： s=h v=h a=0回程时凸轮转过回程角，从动件也从相应s=h逐渐减小到零，通过同样的方法可得出凸轮回程作等速运动的从动件运动方程为: s=hh v=h a=01.2.4确定凸轮基圆直径 取轴径d=20mm，由于凸轮与轴做成一体，参考机械设计基础，取凸轮基圆直径为25mm。1.2.5凸轮轮廓设计本次设计采用作图法设计凸轮轮廓。具体做法法和图形如下：1取与位移曲线相同的比列尺画出凸轮基圆，由于凸轮与从动件是对心的，过基圆圆心作直线ok,k为直线与基圆的交点，则可以k作为从动件的起始位置。2将推程=180六等分，回程=120四等分，利用“反转法”原理按1：1的比例从从动件位移图上量取各线段的长度，然后在各等分线延长线上得到凸轮轮廓上相应的点，将休止段用圆弧连接，再把得到的所有点用光滑的曲线连接起来，得到凸轮轮廓如下： 凸轮轮廓图解设计1.2.6凸轮副材料选择 凸轮与从动件材料均选用45钢。1.2.7凸轮和从动件的结构设计1凸轮的结构设计和尺度设计 根据前面选型为盘形凸轮，取最小轴径处d=16mm，轴与凸轮做成一体，轴与箱体上的孔采用h7/h6间隙配合，两端各设一轴肩，以便在装配时用来定位和在凸轮工作时限制凸轮的轴向窜动，轴肩段的轴径d=16+4=20mm，凸轮宽度b取16mm。2从动件结构设计 根据题目要求设计一椭球形状的从动件，为防止从动件过度磨损后造成的形状误差过大，从而影响生产零件的精度。将冲头部分做成可换式冲头，即在椭圆球体的中截面处剖分成两部分，它们之间用螺纹连接成一体。与凸轮接触部分做成半球形，中间部分做成圆柱体。3确定从动件各部分的尺寸 根据需要取椭球体的长半轴a=10mm、短半轴b=8mm，厚度的一半c=8mm,与凸轮接触的一端球面半径r=4mm，半球与椭圆球之间圆柱体直径=12mm,为了固定锁合弹簧，在圆柱段上设置一宽度为5mm的型六角螺母，从动件总长l= 58mm。1.2.8凸轮副接触强度校核 根据凸轮机构设计与应用创新中凸轮副接触强度校核的公式： 式中为凸轮实际轮廓上的接触点的曲率半径，为从动件上的接触点的曲率半径，和分别为凸轮和从动件的泊松比，和分别为凸轮和从动件的材料的弹性模量，为凸轮副的法向压力。查现代模具工手册表41得45钢的弹性模量e=196206gpa，取e=200gpa，即=200gpa，泊松比=0.3即= =0.3，曲率半径=22.5，=8。1求对从动件进行受力分析可知，从动件的法向压力可由下式计算而得： 其中为冲裁力，为弹簧的弹力，为从动件所受的摩擦力。查现代模具工手册得冲裁力的计算公式,式中为材料厚度，为材料的极限强度，为所冲材料的周长。设被冲材料的厚度为2mm，材料为q235。周长，取=12mm，查现代模具工手册表4-2得q235的=253mpa，带入公式得：=3.14122532=19066n,带入求得=1182mpa。2从动件的体积从动件的总体积=半球体积+圆柱段体积+椭球体积 查现代模具工手册得45钢的密度=7.85 ,则从动件的质量=7.47.85=58.09，由此得从动件对箱体孔壁的压力=0.05810=0.58n,q取弹簧劲度系数=200n/m,最大伸长量=10mm，则弹力100.2=2 n，则19066+20.58=19067.42 n3计算许用接触应力 根据凸轮副的许用接触应力公式=/,查表7-3得45钢的=17hrc+200,安全系数取=1.1，为凸轮工作表面的粗糙度修正系数，取凸轮工作表面粗糙度=1.6um,则=0.95。为接触寿系数，且=,若n,则=1，其中为应力循环基数，对45钢取=5，n为凸轮轮廓的应力循环次数，=60n,n为凸轮转速，为工作总时数。故=153658=4.38，=604004.38=1.05，故=1，=2=2.01,故也取1。则：=21710.95/1.1=187.4mpa,所以。1.2.9校核凸轮机构的压力角 参考机械设计基础得推程角的许用压力角的范围为=3040，回程时一般不会发生自锁，可取较大值，一般在7080之间。因从动件的运动规律为等速运动，且是对心直从动件的盘形凸轮机构，故可采用诺模图来校核其压力角。根据从动件为等速运动规律，升程h=10mm,推程角=180，基圆半径=12.5mm,许用压力角取=35，h/=10/12.5=0.8,根据机械设计基础图5-28中的a图，用直线连接图上=180及h/=0.8的两点，由该直线与下半圆标尺的交点得=13，满足。 第二章带轮的设计2.1带轮的结构尺寸设计带轮的设计如下： 计算项目计算内容计算结果1计算设计功率由表11-10查得工作情况系数=1.1,则=1.11.1=1.21kw。=1.1=1.21kw2选择v带的型号根据=1.21 kw, =910r/min，选择y型=1.1v带。y型3确定带轮直径取=30mm，则=i=30910/400=68mm,取=65mm,=30mm=65mm,4验算传动误差=在允差范围内5确定中心距a及带的基准长度初定=500mm初算带长2+（+）+=2500+（30+65）+=1000+149+0.3=1146.3mm,查表11-7选取=1120mm.确定实际中心距a=+=500+=485.35mm安装时所需最小中心距=a0.015=485.350.0151120=468.5mm，张紧或补偿伸长所需最大中心距=a+0.03=485.35+0.031120=518.9mm=1120mm.a=485.35mm=468.5mm=518.9mm6确定v带根数查gb/t13575.1-92,取带的根数z=2z=27验算小带轮包角=18057.3=18057.3=177120包角大小合适8确定带轮结构画出大带轮零件工作图 第三章箱体及其附件设计1.1箱体结构设计箱体结构设计如下：1箱体毛坯制造方法铸造2箱座高度确定参考机械设计课程设计手册，取凸轮径向最大处距离箱体底部的距离为15mm，到顶部箱体内壁的距离为10mm,依据表3-1，取箱座厚度=6mm，则箱体高度=15+45+6+10=76mm3连接螺栓为方便孔的加工和零件的装配，将箱体做成两个部分，箱体两部分之间用螺栓连接到一起。依据表3-1，螺栓连接处的凸缘厚度=1.5=9mm,l螺栓数目为4个，直径为m6。4放料孔因冲压件一般均为薄型板件，所以应在冲模上方设置一放料孔，以便冲压前安放待冲板件和冲压后取出冲件，考虑到变形后冲件的形状和尺寸，取孔宽为10mm,长为20mm.5毛坯材料ht2006凸轮最大向径距左端箱体内壁距离 5mm 第四章工艺设计4.1零件的作用及设计任务 本次工艺设计主要是对冲压机凸轮机构中的箱体和从动件1进行的，冲压机凸轮机构箱体是冲压机凸轮机构中的一个重要零件，也是整个机构的骨架，分a、b两个部分。它不但起着支撑凸轮机构的作用而且其中几个重要的孔的精度会直接影响到以后加工零件的精度。而从动件则是机构中的执行零件，它的设计是否合理将直接影响到产品的质量。本次设计任务主要包括：分析箱体和从动件的技术要求，并绘制零件图。完成箱体和从动件1的工工艺规程设计，填写工艺文件。设计零件机械加工工艺装备。4.2零件的工艺分析 箱体的材料为ht200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。根据图可知，从动件1毛坯为锻件，材料是45钢。a部分箱体主要加工表面为：与b部分结合的a、b、c三个结合面和两个光孔及四个螺纹孔。b部分箱体主要加工表面为：与a部分结合的a、b、c三个结合面和16光孔及四个螺纹孔。从动件1的主要加工表面为：外轮廓和内螺纹。4.3箱体a的工艺规程设计4.3.1定位基准的选择粗基准地选择（根据在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀，保证装入箱体内的回转零件与箱体内壁由足够间隙，且应保证定位准确、夹紧可靠的原则）。对于箱体a，由于箱体上的16孔不铸出，可先以尺寸为143的大平面作为粗基准，再在两侧用两个销钉定位、夹紧，铣a、b、c三个结合面，而12孔位于箱体内部，不宜施钻故需先铸造出基孔，然后进行镗削。4.3.2制定工艺路线箱体a的工艺路线如下：序号工序内容简要说明铸造时效消除内应力涂底漆防止生锈10粗铣结合面20钻16孔及4-m6-6h螺纹孔攻螺纹4-m6-6h30粗镗12孔40精铣结合面50精镗12孔检验入库4.3.3工装、切削用量及基本工时的确定工序10 粗铣结合面a、b到37，c到111工装：由于加工平面的面面积不大，故采用立铣，选择x52k立式铣床。选择直径d为20mm的c类可转位面铣刀、专用夹具和游标卡尺2切削用量和基本工时参考文献1表2.4-73，取粗铣的每齿进给量f=0.2mm/r;走刀一次，=3.5mm, 参考文献1表3.1-74，取粗铣主轴转速n=150r/min,根据选定的铣刀直径d为20mm,故相应的切削速度分别为 切削基本工时参考文献机械制造工艺基础得 其中，为工作行程的计算长度，为工序余量，为工件转速，为刀具进给量，为背吃刀量。对a、b面，而对c面工序20 钻16孔，钻4-m6-6h螺纹底孔，攻螺纹4-m6-6h1工装的确定本道工序钻孔选用摇臂钻床z3025参考文献1表3.1-30选用锥柄麻花钻参考文献1表4.3-9，专用夹具，游标卡尺。2切削用量及基本工时的确定参考文献1表2.4-41，用插入法求得钻16孔的切削速度v=0.445m/s=26.7m/min,参照文献1表2.4-38，取钻16孔的进给量f=0.4mm/r,取钻4-m6-6h底孔的进给量f=0.3mm/r,由此得主轴转速 ，取机床的实际转速n=540r/min,则实际切削速度v=3.1416540/1000=27.1m/min.同理钻4-m6-6h底孔的主轴转速,按机床的实际转速取n=1200r/min,则实际切削速度v=3.1461200/1000=22.6m/min.钻16孔的基本切削工时 其中，为工作行程长度，为走刀次数，因为孔较浅，取=1， 其中，=19.5mm，=14取=3，=16/2ctg118/2+1.56.3mm,则=19.5+6.3+3=28.8mm,故钻4-m6-6h底孔时=6/2ctg118/2+1.5=3.3mm, =3,l=11.5则工序30 粗镗12孔1工装卧式镗床，通空镗刀，专用夹具，游标卡尺2切削用量及基本工时确定查文献2表3.2-10得，精镗余量z=0.25，粗镗精度等级为h10,精镗为h7，查文献1表2.4-180，取v=0.4m/s=24m/min,取进给量f=0.2mm/r。则，取n=750r/min工序40 精铣结合面a、b至35.5，c至9.51工装工装同粗铣2切削用量及基本工时确定参考文献1表2.4-37，取精铣的每转进给量f=0.5mm/r，=1.5mm,走刀一次，依据表3.1-74，取精铣主轴转速n=400r/min,则切削速度，对a、b面对c面工序50 精镗12孔1工装工装同粗镗2切削用量及基本工时的确定由前面知精镗余量z=0.25mm，则=0.25mm，查文献1表2.4-180，取v=0.8m/s=48m/min,取进给量f=0.12mm/r,则主轴转速，取n=1200r/min基本工时4.4箱b工艺规程设计4.4.1定位基准的选择对于箱体b，同理以尺寸为120的大平面作为粗基准铣a、b、c三个结合面，然后再钻12的通孔和四个螺纹孔4-m6。4.4.2制定工艺路线箱体b的工艺路线如下：序号工序内容简要说明铸造箱体时效消除内应力涂底漆防止生锈10粗铣结合面20钻16孔及4-m6-6h螺纹底孔，攻螺纹4-m6-6h30精铣结合面检验入库4.4.3工装、切削用量及基本工时的确定工序10 粗铣结合面1工装箱体b的工装选择同a2切削用量及基本工时的确定因a与b 为结合面，其各项参数均相同，故得切削速度a、b面的基本切削时间=3.8min,c面的基本切削时间=0.72min.工序20 钻16孔及4-m6-6h螺纹底孔，攻螺纹4-m6-6h同理，钻16孔及4-m6-6h螺纹孔的参数也与前面相同。故得主轴转速n=530r/min,取n=540r/min,实际切削速度v=3.1461200=22.6m/min，钻16孔的基本切削工时 钻4-m6-6h底孔时=6/2ctg118/2+1.5=3.3mm, =3,l=11.5则工序30 精铣结合面1工装工装的选择同a2切削用量及基本工时的确定同理，精铣结合面的参数也同前面箱体a一样，参考文献1表2.4-37，取精铣的每转进给量f=0.5mm/r，=1.5mm,走刀一次，依据表3.1-74，取精铣主轴转速n=400r/min,则切削速度对c面4.5从动件1的工艺规程设计4.5.1定位基准的选择从动件1是轴类零件，且其上无不加工表面，可一其左端面为粗基准，用三抓卡盘定位夹紧。4.5.2制定工艺路线从动件1的工艺路线如下：序号工序内容简要说明锻造退火细化晶粒、降低硬度、清除锻造应力10粗车右端面至50粗车外圆至185020精车端面保轴向长度4830粗车外轮廓精车外轮廓车外螺纹m12540钻螺纹底孔，车内螺纹m64检验入库4.5.3工装、切削用量及基本工时的确定工序10 粗车右端面至50 粗车外圆至18501工装三抓卡盘，ca6140车床，游标卡尺，40硬质合金车刀2切削用量及基本工时粗车右端面至50查工艺手册得粗车进给量f=0.25mm/r,取粗车转速n=600r/min,则切削速度基本工时 其中=04取=3 故粗车外圆查工艺手册得粗车每转进给量f=0.15mm/r，取主轴转速n=600r/min,则工序20 精车端面保481工装工装同粗加工2切削用量及基本工时确定查工艺手册得精车进给量f=0.1mm/r,取主轴转速n=1200r/min,则工序30 粗车外轮廓 精车外轮廓 车外螺纹m1251工装三抓卡盘，ca6140车床，游标卡尺，40硬质合金车刀,螺纹车刀2切削用量及基本工时粗车外轮廓查工艺手册得每转进给量f=0.15mm/r,取主轴转速n=600r/min,则精车外轮廓查工艺手册得精车进给量f=0.1mm/r，取主轴转速n=1000r/min则车外螺纹车螺纹时进给量f等于螺距，即f=1.5mm/r,取n=250r/min,则切削速度工序40 钻螺纹底孔 车内螺纹m61.5钻螺纹底孔1工装三抓卡盘，ca6140车床，麻花钻，游标卡尺，内螺纹车刀2切削用量及基本工时钻螺纹底孔查工艺手册得进给量f=0.2mm/r，取主轴转速n=600r/min则车内螺纹进给量f等于螺距，f=1.5mm/r,取主轴转速n=250r/min，则第五章部分零件的加工编程5.1编程加工从动件2从动件2的结构尺寸如下：1由图可知椭圆轮廓的长半轴a=10,短半轴b=8，建立坐标系如上图，得椭圆轮廓的精加工程序如下：o005n05 t0202;n10 m03s1000m07;n12 g00x0z2;n15 #1=10; 椭圆长半轴n20 #2=8; 椭圆短半轴n25 #3=10; z轴起始尺寸n30 if#3lt0goto60; 终点判别n35 #4=sqrt#1*#1#3*#3; n40 #5=8*#4/10; x轴变量n45 g01x2*#5z#310; 椭圆插补n50 #3=#30.2; z轴步距n55 goto30; 跳转n60 g00u20z2; m05; m30; 程序结束2掉头装夹加工螺纹如上图所示建立工件坐标系，由于螺纹导程为1.5，则其牙高h=0.651.5=0.975，分三次走刀，每次吃刀深度分别为0.4mm、0.4mm、0.175mm,其加工程序如下：o0011t0101;n10 g54g98g21;n20 m03s300;n30 g00x18z-4.5;n40 g01x6;n50 g00x20;n60 g00x100z100;n70 t0303;n80 m03s300;n90 g00x10z2;n100 g92x5.6z-4.5f1.5;n105 x5.2;n110 x5.025;n115 g00x100z100;n120 m05;n125 m02;5.2编程加工凸轮轮廓利用数控机床自动自动编程mastercam软件编程得凸轮轮廓的加工程序如下：o0011(program name - 110)(date=dd-mm-yy - 20-05-09 time=hh:mm - 12:08)n5g21n10g0g17g40g49g80g90(tool - 1 dia. off. - 1 len. - 1 dia. - 8.)n15t1m6n20g0g90x-67.17y-26.004a0.s4774m3n25g43h1z50.m8n30z10.n35g1z0.f954.8n40x-58.084y-21.828f1909.6n45g3x-48.264y4.697r20.n50g2x-49.15y9.606r10.n55x-46.174y20.r26.5n60x-44.589y22.216r10.n65x-44.548y22.259r4.n70x-40.532y26.189r52.508n75g1x-38.781y27.574n80x-37.051y28.699n85x-35.347y29.564n90x-34.753y29.813n95x-32.893y30.431n100x-30.816y30.856n105x-28.628y31.054n110x-26.339y31.02n115x-23.975y30.752n120x-21.753y30.297n125x-19.478y29.626n130x-17.457y28.819n135x-15.615y27.856n140x-13.97y26.74n145x-12.547y25.484n150x-11.379y24.129n155x-10.385y22.57n160x-9.571y20.818n165x-8.909y18.846n170g2x-8.096y15.299r44.936n175x-6.228y8.105r16.5n180x-5.671y5.122r51.958n185g1x-5.474y3.134n190x-5.497y1.274n195x-5.73y-.31n200g2x-6.339y-2.298r12.04n205g1x-7.153y-3.938n210x-8.243y-5.557n215x-9.607y-7.165n220g2x-15.933y-12.455r37.001n225g1x-17.839y-13.541n230x-19.684y-14.349n235g2x-23.489y-15.283r17.262n240g1x-25.572y-15.417n245x-27.731y-15.304n250x-29.893y-14.94n255x-31.906y-14.368n260x-33.863y-13.565n265g2x-36.061y-12.326r18.844n270g1x-37.778y-11.057n275x-39.435y-9.539n280x-41.027y-7.776n285g2x-43.415y-4.491r35.98n290g1x-44.97y-1.913n295x-46.547y1.079n300x-48.243y4.652n305x-48.264y4.697n310g3x-74.788y14.517r20.n315g1x-83.875y10.341n320g0z50.n325m5n330g91g28z0.m9n335g28x0.y0.a0.n340m01(tool - 2 dia. off. - 2 len. - 2 dia. - 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