毕业设计（论文）-NCP25-1200数控冲切机冲头横移与抬辊机构设计（全套图纸）.pdf

（2012 届）届） 本科毕业设计资料本科毕业设计资料 题 目 名 称： NCP25-1200 数控冲切机 冲头横移机构与抬辊机构设计 学 院 （部） ： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 机设 081 学号： 指导教师姓名： 职称： 副 教 授 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处湖南工业大学教务处 2012 年年 05 月月 2012 届届 本科毕业设计资料本科毕业设计资料 全套图纸，加 153893706 第一部分 设计说明书 （2012 届）届） 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 题题 目目 名名 称：称： NCP25-1200 数控冲切机冲头数控冲切机冲头 横移机构与抬辊机构设计横移机构与抬辊机构设计 学学 院（部） ：院（部） ： 机械工程学院机械工程学院 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 生生 姓姓 名：名： 班班 级：级： 机设机设 081 学号学号 指导教师姓名：指导教师姓名： 职称职称 副教授副教授 最终评定成绩：最终评定成绩： 2012 年 5 月 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 摘 要 设计本课题以传统的冲压机床为基础， 通过大学四年所学的知识结合实践来设 计一台数控密封垫圈冲压机床。设计的重点是机架本体，横移机构，抬辊机构和控 制系统。横移机构主要采用电动机驱动，因而会使冲床在横移的过程中噪声小，平 稳，不易打滑，反应迅速。抬辊机构主要采用手动，这样做的好处事可以设计简单， 操作方便，投资少，缺点是精度不高，反应不够迅速。本系统用于传统冲压设备的 技术改造具有投资少，收益大等特点，是企业进行技术改造，提高经济效益的优选 设备。 横移机构和抬辊机构发展非常迅速， 从开始的机械驱动到如今所采用的液压驱 动， 是冲切机的性能产生一个质的飞跃。 提高了冲切机的工作效率， 减低了废品率， 更大的好处是操作人员 更加安全。 本次设计的重点是横移机构和抬辊机构，而横移机构里面包括电动机的选择， 液压冲头安装，支座，轴承选择。而抬辊机构不仅需要考虑机构的安装位置，定位 是否可靠。 冲切加工作为一个标准化生产过程，在汽车，轻工，航空，国防等领域应用非 常广泛，在现代工业中占有着举足轻重的地位，有机械式的平面连杆机构，凸轮机 构，棘轮机构，超越离合器，槽轮机构，齿轮齿条机构等这些机构目前在冲压机上 应用比较广泛，但不容易控制，产生率不高，噪音大，且只能在一个点来回冲切： 而已液压驱动冲头来回移动，以随着液压技术的不断发展而广泛应用于冲压机床 中。液压系统传动装置结构紧凑，可实现高压，高速，大功率，高效率，低噪音， 经久耐用，高度集成化，易控制等优点，在横移机构便可实现多点冲压。 关键词： 机架本体，横移机构，抬辊机构，设计 湖南工业大学本科毕业设计（论文） ABSTRACT This topic is based on a traditional stamping machine, through a four - year university knowledge with practice to design sealing washers stamping of a CNC machine tool. Design of ontology - focused on the rack, lateral body, lifting roller mechanism and control system. Traverse mechanism main motor drive, which will make noise in the press in the process of transferring small, smooth, not easy to slip and fast reaction. Lifting roller mechanism mainly manual, doing so benefits can design simple, convenient operation, low investment, disadvantage is that accuracy is not high, reaction quickly enough. This system for technical transformation of the traditional stamping equipment has low investment, income, and other characteristics, is the technological transformation of enterprises, improve economic efficiency optimization of equipment. Lateral institutions and will hold the roller development very quickly, from the start of mechanical drives to now used by the hydraulic drive, is a punching machine performance to produce a qualitative leap. Increase punching machine productivity, reduced the reject rate, greater benefit is that the operator is more secure. The design focus on transferring Agency and will hold the roller body and lateral bodies including choice of motor, hydraulic punch installation, support, bearing choice. Lift of roller to consider not only institutions installation location, positioning is trustworthy. Rushed cut processing as a standardization production process , in car , light industry , aviation , defense , area application very widely , in modern industrial in the occupies with important of status , has machinery type of plane linkage , cam institutions , Ratchet institutions , beyond clutch device , slot wheel institutions , gear tooth section institutions , these institutions currently in stamping machine Shang application comparison widely , but does not easy control , produced rate does not high , noise large , and only in a points back and forth rushed cut : only hydraulic driven rushed head back and forth mobile , to as hydraulic technology of constantly development and widely application Yu stamping machine tool in the . Compact hydraulic transmission device, can realize high voltage, high speed, high power, high efficiency, low noise, durable, highly integrated, easy to control, 湖南工业大学本科毕业设计（论文） and other advantages, in transferring institutions can achieve more pressing Keywords: Frame ontology；lateral body；roller body；design 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 目 录 第 1 章 绪 论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1 冲床的现状及发展趋势 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1.1 高速度，高精度化 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1.2 开放式 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1.3 智能化 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1.4 复合化 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1.5 高可靠性 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.2 传统冲床的介绍 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.3 数控机床的介绍和优点 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.4 课题的意义 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.5 毕业设计的意义 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.6 课题的内容及任务 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.7 设计要求达到的要求和技术指标 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第 2 章 系统方案设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.1 对机床参数的分析 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.2 机床总体设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.2.1 机床设计应满足的基本要求 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第 3 章 机架本体设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1 机架定义 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2 机架设计准则 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.1 刚度 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.2 强度 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.3 稳定性 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 3.2.4 热变型 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.3 机架设计一般要求 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4 机架设计步骤 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.5 强度计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.6 杆系机架结构的简化方法 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.6.1 选取力学模型 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.6.2 支座的简化 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.6.3 构件的简化 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.7 梁的设计与计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.7.1 梁的结构设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.7.2 梁的强度计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.8 材料的选用 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.9 机架热处理 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.9.1 铸钢机架的热处理 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.9.2 铸铁机架时效处理 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.9.3 焊接机架的退火 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第四章 系统方案的设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1 对机床参数的分析 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2 机床总体设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.1 机床设计应满足的基本要求： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.2 机床的总体 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.3 横移机构传动的方案设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.4 进出料辊的设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.5 抬辊机构的方案选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第五章 零部件的设计及计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.1 滚珠丝杠螺母副的参数计算及选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 5. 1. 1 滚丝杠螺母的工作原理和特点： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5. 1. 2 滚珠丝杠螺母副的循环方式比较及选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5. 1. 3 滚珠丝杠螺母副间隙的调整法 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5. 1. 4 滚珠丝杠螺母预紧方式的选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5. 1. 5 滚道截面形状的选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 52 传动齿轮的设计与计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 53 轴承的选择和校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 54 键的设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 55 进出料辊的相关计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 56 进出料带传的相关计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第六章 数控加工设备及数控系统简介 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.1 数控加工设备简介： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.2 数控系统简介： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第 7 章 冲压工艺发展现状评述 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.1 冲压工艺介绍： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.2 冲压工艺的种类： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结 论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参 考 文 献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 1 第第 1 章章 绪绪 论论 几十年来，随着工业的不断发展，在机械加工中，冲切加工的比例不断增加，而 却对冲切加工自动化水平的要求越来越高，并逐步实现自动化，目前正在向高速冲切 方向发展。 1.1 冲床的现状和发展趋势 目前，冲床按自动化程度分类可以分为三大类：手动控制，半自动控制，全自动 控制。对于冲压加工来说，生产批量是确定采用何种设备加工的主要因素，加工的精 度要求也是一个重要的因素。 在 50 年代，日本就出现了自动化技术，但这种技术在自动冲压中，只是把加工材 料或毛呸自动送到冲模的作业点和冲压件自动脱膜等于冲压作业有直接联系的各个单 元作业自动化。直到 60 年代后期，冲压加工才出现可辊式送料，夹持送料等一次加工 用的机器和度盘送料，自动贮料，料斗给料等二次加工用的机器。 而近几年来，日本正在研究发展一种高速冲床。高速冲床是一种高效，搞精度及 自动化程度高的冲压设备。高速冲床一般用于生产数量比较大，产品精度要求比较高 的冲压件。应用范围包括：囚钥片，马达电机定转子，精密端子和接插件等其他电子 零件。高速冲床通常都是自动送料，其与料架，校平机，送料机滴油机和级进模等构 成一条自动化生产线。 随着冲压不见得迅速发展，机械式的平面连杆机构，凸轮机构，棘轮机构，超越 离合器，槽轮机构，齿轮齿条机构等，这些机构目前在冲压机床上应用比较广范，但 不易控制，生产率不高，噪音大，且只能在一个点来回冲切：而已液压传动驱动冲头 来回移动，已随着液压技术不断发展而广泛应用于冲压机床中，液压传动装置机构紧 凑，可实现高压，高速，大功率，低噪声，经久耐用，高度集成化，易控制等优点， 且可以通过横移机构实现多点冲压。 随着先进生产技术的发展，要求现代数控机床向高速度，高精度，高可靠性，智 能化和更完善的功能方向发展。 1.1.1 高速度，高精度化 高速化指数数控机床的高速切削和高速插补进给，目标是在保证加工精度的前提 下，提高加工速度，这不仅要求数控系统的处理速度快，同时还要求数控机床具有大 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 2 功率和大转矩的高速主轴，高速进给电动机，搞性能刀具，稳定的高频动态刚度。 高精度包括高进给分辨率，高定位精度，高动态刚度，高性能闭环交流数字伺服 系统等。数控机床由于装备有新型的数控系统和伺服系统，是机床的分辨率和进给速 度达到 24M/min,现代数控系统已经逐步由 16 位 CPU 过度到 32 位 CPU。日本产的 FANUC15 系统开发出 64 位 CPU 系统，能达到最小移动单位 24M/min，最大进给速度为 100M/min。 FANUC16 和 FANUC18 采用简化与减少控制基本指令的 RISC 精简指令计算机， 能进行更高速度的处理，使一个程序段的处理时间缩短到 0.5ms，连续 1mm 移动指令 的最大进给速度可达到 120m/min. 日本交流伺服电动机已装上每转可产生 100 万个脉冲的内藏位置检测器，其位置 检测器精度可达到 0.01mm/脉冲及在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方 法。补偿技术方面，除采用齿隙补偿，丝杠螺距补偿，刀具补偿等技术外，还开发了 热补偿技术，减少由热变形引起的加工误差。 1.1.2 开放式 要求新一代数控机床的控制系统是一种开放式，模块化的体系机构；系统的构成 要素应是模块化的，同时各模块之间的接口必须是标准化的；系统的软件，硬件构造 应是“透明的” ， “可移植的” ：系统应具有“连续升级”的能力。 1.1.3 智能化 所谓智能化数控系统，是指具有拟人智能特征，智能数控系统通过对影响加工精 度和效率的物理量进行检测，建模，提取特征，自动感知加工系统的内部形状及外部 环境，快速做出实现最佳目标的智能决策，对进给速度，切削深度，坐标移动，主轴 转速等工艺参数进行实时控制，使机床中因工件毛培余量不均。 1.1.4 复合化 复合化加工，即在一台机床上工件一次装夹便可完成多个工种，多工序的加工， 通过减少装卸刀具，装卸工件，调赞机床的辅助时间，实现一机多能，最大限度提高 机床的开机率和利用率。60 年代初期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心 （NC） ，即自备刀库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床 的机械手可自动更换刀具，连续地对工件的各加工面进行多种工序加工。 1.1.5 高可靠性 高可靠性的数控系统是提高数控机床可靠性的关键。选用高质量的印制电路和元 器件，对元器件进行严格地筛选，建立稳定的制造工艺及产品性能测试等一整套质量 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 3 保证体系。在新型的数控系统中采用大规模，超大规模集成电路实现三维高度插装技 术，进一步把典型的硬件结构集成化，做成专用芯片，提高了系统的可靠性。 现代数控机床采用 CNC 系统，数控系统的硬件由多种功能模块制成，对于不同功 能的模块可根据机床数控功能的需要选用，并可自行扩展，组成满意的数控系统。在 CNC 系统中，只要改变一下软件或控制程序，就能制成适应各类机床不同要求的数控 系统。 有关人士指出，数控冲床附件及其配套功能部件是冲床工具制造业“十五”计划 重点发展产品。虽然我国数控冲床附件的研制取得了显著成绩，但与国外先进技术相 比还是有一定差距。 为确保国产数控冲床大发展， 就必须把数控冲床附件尽快搞上去。 国家有关部门应尽快制定有关鼓励，扶持国产数控冲床附件发展的相关政策，加大对 数控冲床附件行业科研和技改投入，使国产数控冲床附件行业有一个大发展。 1.2 传统冲床的介绍 传统冲床工作时效率低，功率损失大，不经济且不易控制，定位精度低，传动噪 声大。传动机构的电气部分是由继电器，常开和常闭等电气元件组成。 传统机床没有送料机构，通过人工操作。这种手工操作的送料，卸料的加工方式 的生产率和送料的使用率是根据操作人员的技术熟练程度来决定的。传统冲床不仅仅 生产效率比较低，而却耗费人力物力，而却对材料的使用不太理想，浪费材料，废品 率远远高于数控冲床。还存在一定的危险性，对操作人员的生命存在一定的危险性， 所以对操作人员的技术熟练程度有很大的要求。 传统冲切机存在着许多缺点和不足：如： 1）使用功能不完善，只能进行板料固定的冲切。 2）不够经济，设计制造时机器成本高，生产率低下不易保护。 3）自动化程度不高，要人为的制动，冲切，送料，板材移动，造成人力资源浪费， 且效率不高。 4）操作者环境条件恶劣，噪声极大，对人的身体造成极大损伤，且安全度不高， 稍有疏忽便造成人身安全事故。 5）冲床精度不高造成使用产品误差大。 1.3 数控机床的介绍和优点 数字控制机床是用数字代码形式的信息，控制刀具按给定的工作程序，运动速度 和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 4 数控机床具有广泛的适用性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令：加工 性能比一般机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量，改型频繁， 精度要求高，形状又复杂的工作，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床，铣床，磨床， 齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有自动换刀，一次装夹进行多工序的加工 中心，车削中心等。 1.4 课题的意义 本课题是在传统的冲压机床的基础上，设计一台数控密封垫圈冲压机床。本次设 计的重点就是在液压驱动的下料系统。液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非 常广泛，如一般工业用的塑料加工机械，压力机械，机床等；行走机械中的工程机械， 建筑机械，农业机械，汽车等；钢铁工业用的冶金机械，提升装置，轧辊调赞装置； 土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置，河床升降装置，桥梁操纵机构等；发电厂涡 轮机调速装置，核电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车） ，船头，舱壁阀，船尾推 进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置，测量浮标，升降旋转舞台灯；军事工业用 的火炮操纵装置，船舶减摇装置，飞行器仿真，飞机起落架的收放装置和方向舵控制 装置等。 1.5 毕业设计的意义 本课题是在传统的冲压机床产品的基础上设计一台数控密封垫圈冲压机床，在选 定数控装置后主要是对机床本身的结构进行改造，改造后的冲压机床与传统的冲压机 床相比，具有以下特点： 1）对横移机构部分的改进，使加工精度得到大大的提高；降低了能量的消耗；提 高了传动效率；降低了传动的噪音；更容易实现自动化；同时结构上显得更为紧凑。 2）对自动送料部分的改进，节省了加工的工序，从而大大提高了生产率，同时使 材料的利用率得以显著提高，使制造成本得以降低；另外，还大大的减轻了劳动强度。 3）对控制系统部分的改进，也使生产率和材料的利用率得以显著的提高，工人的 劳动强度得以显著减轻的重要原因之一。 4）通过对传统机床的改进，给旧设备的改造提供了一些思路，对整个社会而言， 具有积极的积极效益和社会效益。 1.6 课题的内容及任务 本次毕业设计的内容要求 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 5 此次课题来自于工程实际，根据用户的使用要求，需要设计一种采用数控的密封 件冲切机。冲切机材料为板（卷）料（橡胶，塑料，或纸板） ；整个系统包括以下几个 部分： 机架本体 1 冲切系统（液压驱动） 2 冲头横移机构（步进电动机） 3 进出料系统（步进电动机） 4 抬辊机构（手动） 5 控制系统（其中数控系统采用南京迪特康 DATACOM 公司产品） 本次设计的主要任务是 1 机架本体设计 2 冲头横移系统设计 3 进出料抬辊机构设计 4 设计说明书（不少于 40 页,A4 纸打印） ；图纸一套（折合三张 A0 的图纸） 1.7 设计要求达到的要求和技术指标 主要设计参数及设计要求如下： 1)机架本体：根据设计原则和结构特点进行设计。 2)冲头横移机构： 冲头及其附件重量:约 400KG；采用滚珠丝杠螺母副传动； 3）抬辊机构：抬辊高度为 12mm； 4）定位精度：0.5mm 5）控制系统：采用南京迪特康公司的产品，其他控制系统略。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 6 第 2 章 系统方案设计 2.1 对机床参数的分析 传统机床的横移机构由电动机+滚珠丝杠螺母副+曲柄滑块机构传动组成，但传统 冲切机存在许多缺点和不足：如： 1）.使用功能不完善，只能进行板料固定的冲切。 2）.不够经济，设计制造时机器成本高 ，生产率低下不易防护。 3）.自动化程度不高，要人为的制动，冲切，送料，板材移动，造成人力浪费， 且效率不高。 4）.操作者环境条件恶劣，噪音极大，对人的身体造成极大损伤，且安全度不高， 有疏忽便造成人身安全事故。 5）.冲床精度不高，造成使用产品误差大。 为了降低生产成本， 需将原有的横移机构改为有步进电机+滚珠丝杠螺母副才能满 足要求。 需要设计的冲床的一些性能参数如下： 1)机架本体：根据设计原则和机构特点进行设计。 冲头横移系统： 2）冲头及其附件重量：约 400KG；采用滚珠丝杠螺母副传动； 采用步进电机；横移速度： ：18m/min 横向冲切 4 次 3）抬辊机构：抬辊高度为 12mm； 图 2-1 传统冲床机构示意图 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 7 4）定位精度：0.5mm 5）控制系统：采用南京迪特康（Datacom）公司的产品；其他控制系统略。 2.2 机床总体设计 2.2.1 机床设计应满足的基本要求 1）有足够的机构刚度。数控机床比普通机床要求具有更高的静刚度和动刚度，有 标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高 50%。因此，在总体设计时应考 虑选择合理的构件的机构形式，选择合理的机构布局或采用补偿构件变形的措施以提 高机床的机构刚度。 2）应尽量提高机床的抗振性。主要有强迫振动和自激振动。 3）尽量减少机床的热变形。 4）能适应一定的工艺范围。 5）保证加工精度和表面粗糙度。 6） 较高的生产率和自动化程度。 机床的生产率， 是其单位时间所加工的零件数目， 即： Q=1/T 总=1/(T 切+T 辅+T 准/n) 式中 Q-单位时间内加工的工件数目； T 总-加工一个工件所需的时间； T 切-加工一个工件所需的切削时间； T 辅-加工一个工件所需的辅助时间； T 准-加工一个（N 个）工件所需时间： 7）操作方便和安全可靠。 图 2-2 设计机床结构示意图 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 8 8）成本低。低成本，经济效益好，以较少的投入另外，还要尽量减少噪音，注意 造型，防止各种污染等获得最大的经济效益。 第 3 章 机架本体设计 3.1 机架定义 在机器（或仪器）中支承或容纳零，部件的零件称为机架。机架式底座，机体， 床身，立柱，壳体，箱体，以及基础平台等零件的统称。 3.2 机架设计准则 机架的设计主要应保证刚度，强度及稳定性。 3.2.1 刚度 评定大多数机架工作能力的主要准则是刚度。 3.2.2 强度 是评定重载机架工作性能的基本准则。 3.2.3 稳定性 机架受压及受压弯结构都存在失稳问题。 有些构件制成薄壁腹式也存在局部失稳。 稳定性是保证机架正常的工作的基本条件，必须加以校核。 3.2.4 热变型 对于机床，仪器等机密机械还应考虑热变形。热变形将直接影响机架原有精度， 从而使产品精度下降。 3.3 机架设计一般要求 1）在满足强度和刚度的要求下，机架的重量应要求轻，成本低。 2）抗振性好。 3）噪声小。 4）温度场分布合理，热变形对精度的影响小。 5）机构设计合理，工艺性良好，便于铸造。 6）机构便于安装，调整及修理。 - 1 - 7)导轨面受力合理，耐磨性良好。 8）造型好。 3.4 机架设计步骤 1）初步确定机架的形状和尺寸。 2）常规计算。利用材料力学，弹性力学等固体力学理论和计算公式，对机架进行 强度，刚度和稳定性等方面的校核。 受力分析 3-1 机架受力分析 受力计算 立面计算 a)支座反力 = B R A R kg272000 2 1360400 = b)选取机架中间截面，对左部分研究： - 2 - 3-2 机架受力分析 斜撑受力 NAc 在 C 点分解成 Ncy 和 Ncx ，NA=RA=400kg 均布荷载 q 作用长度= 680 2 1360= m 作用力=680400=272000kg 以截面中点为矩心 MJ=0 680NA (680 -12)Ncy272000 2 680 =0 Ncy= + 12680 6272000272000680 -274443kg (向下) 以 A 点为矩心 MA=0 12Ncy 12NcX272000 2 680=0 Ncx= 12 627200027444312 =-410443kg（向下） kgNNN cxcyac 4 . 49529 22 =+= 3)机架结构的选择 根据前面的准则和要求，进行机架结构形式的选择仍然是一个较复杂的过程。对 机构形式，构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析，对机构方 案要进行技术经济比较。由于各种设备有不同的规范和要求，制定统一的机架选择方 - 3 - 案比较困难。但是，可以利用结构力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了 节约材料在选择结构形式时应遵守的一般规律。 (1)结构的内力分布情况要与材料的性能相适应，以便发挥材料的优点。 （2）结构的作用在于把载荷由施加力点传到基础。 （3）结构的连续性可以降低内力，节省材料。 3.5 强度计算 一般机架通过扰度校核，则强度是不会有问题的。单位了选材方便，先都进行强 度计算 1)许用应力 K jp = 式中 F -许用应力。 jp -基本许用应力 K-折减系数。 2)通常，机架所受的载荷为基本载荷，即 r85. 01 max min =r min 、 max 分别为载荷引起的最小，最大应力 3.6 杆系机架结构的简化方法 3.6.1 选取力学模型 选取机架结构的力学模型时，一方面要反映结构的工作情况，使计算结果与实际 情况足够接近；同时也要略去次要的细节，使计算工作得以简化。 力学模型的选择，受到多种因素的影响。虽有一般规律可以遵循，但在运用时要 注意灵活性，影响力学模型的主要因素如下： 1）结构的重要性 2) 设计阶段 3) 设计问题的性质 4) 计算工具 3.6.2 支座的简化 - 4 - 计算中选用的支座简图必须与支座的实际构造和变形特点相符合。支座通常可简 化为活动铰支座。弹性支座所提供的反力与机构支撑相应的位移成正比。 3.6.3 构件的简化 杠杆的截面尺寸（宽度，厚度）通常比杠杆长度小很多，截面上的应力可根据截 面的内力（弯矩，轴力，剪力）来确定。因此，在计算简图中，杠杆用其轴线表示， 杠杆之间的连接区用结点表示，杆长用结点间的距离表示，而载荷的作用点也转移到 轴线上。以上是构件简化的一般原则。 3.7 梁的设计与计算 机架结构的主要机构是梁。衍架可看做是一个组合的梁。立式塔梁也可看作是一 个真正的悬臂梁。 3.7.1 梁的结构设计 纵梁形状一般中部断面较大，与所受的弯矩大体适应。不用大型压制设备时，也 可采用等断面纵梁。对于大断面的梁，可用钢板焊接。 3.7.2 梁的强度计算 梁的强度计算主要是考虑受弯时的正应力: 单项受弯时 p y i m = 双向受力 p y y x x x I M y I M += 式中 M-所计算截面的弯矩； I-横截面对中性轴的惯性矩； -横截面上的最大拉伸或压缩正应力； y-横截面上矩中性轴最远的点，y 表示与 x 的垂直方向。 p -许用应力。 如果梁上还有作用纵向力，压力 F，则还应增加一项应力 - 5 - = A F 式中 A-截面面积 理论上说来，该拉应力的作用使梁受弯矩作用的变形减少，不能分别计算相加， 在特殊情况下才这样考虑，在需要计算剪切，扭转或合成应力的特殊情况，可根据通 常的力学公式进行。对于薄壁杆件，特别是开门断面的梁，如载荷不作用在弯曲中心 时，还应计算其扭转变形。 3.8 材料的选用 主要是根据机架的使用要求。多数机架形状较复杂，故一般采用铸造。由于铸造 的铸造性能好，价廉和吸振能力强，所以应用最广。焊接机架具有制造周期短，重量 轻和成本低等优点，故在机器制造叶中，焊接机架日益增多。 1）铸铁：铸铁流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件。铸铁的 内摩擦大，阻尼作用强，故动态刚性好。另外还有切削性能好，价格便宜和易于大量 生产等优点。铸铁主要有铸铁，球墨铸铁。 2）铸造碳钢：铸钢的弹性模量大，强度也比铸铁高，故用于受力较大的机架，由 于钢水流动性差，在铸型中凝固冷却时体收缩和线收缩都较大，故不宜设计复杂形状 的铸件。 3）铸造铝合金：铝合金密度小，重量轻，通过热处理强化，具有足够高的强度， 较好的塑性，良好的韧性。 3.9 机架热处理 3.9.1 铸钢机架的热处理 铸钢件一般都要经过热处理。热处理的目的是为了消除铸造内应力和改善力学性 能。铸钢机架的热处理方法一般有正火加回火，退火，高温扩散退火和焊补后回火。 3.9.2 铸铁机架时效处理 时效处理的目的是在不降低力学性能的前提下，使铸铁的内应力和机加工切削应 力得到消除或稳定，以减少长期使用中的变形，保证几架。 3.9.3 焊接机架的退火 指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 常见的退火工艺有：再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的： 主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力， - 6 - 提高组 织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。 - 7 - 第四章 系统方案的设计 4.1 对机床参数的分析 传统冲床的横移机构有电机+带轮副+曲柄滑快机构传动组成。机构简图如图 1-1 所示，但这种传动方式传动效率低，功率损耗大，不易实现自动控制，且传动不平稳， 定位精度低（靠手动定位） ，传动噪音大。为了降低生产成本，须将原有横移机构改为 有步进电机+滚珠丝杠螺母副驱动方式均能实现上述要求。 图 4-1 机床总体机构简图 需要设计的冲床的一些性能参数如下： 1）裁断力：200KN； 2）最大行程：145mm； 3）横移速度：18m/min； 4）裁断速度：70mm/s； 5）回程速度：100mm/s； 6）油泵电机：功率 P=2.2Kw； n=500rpm； 7）横移电机：功率 P=0.56Kw； n=2000rpm； 8）油箱容量：0.16m3； 9）裁断区域：1360500mm； 10）裁断板尺寸：250500mm； - 8 - 11）外型尺寸m； 12）净重：2100Kg； 4.2 机床总体设计 4.2.1 机床设计应满足的基本要求： 1)有足够的结构刚度。数控机床比普通机床要求具有更高的静刚度和动刚度，有 标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高 50%。因此，在总体设计时应考 虑选择合理的构件的结构形式、选择合理的结构布局或采用补偿构件变形