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）.doc

（2012届）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 2012年05月2012届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） 本科毕业设计（论文）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： 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ABSTRACTThis 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, and other advantages, in transferring institutions can achieve more pressingKeywords: Frame ontology；lateral body；roller body；design目 录第1章 绪 论错误！未定义书签。1.1冲床的现状及发展趋势错误！未定义书签。1.1.1 高速度，高精度化错误！未定义书签。1.1.2 开放式错误！未定义书签。1.1.3 智能化错误！未定义书签。1.1.4 复合化错误！未定义书签。1.1.5高可靠性错误！未定义书签。1.2传统冲床的介绍错误！未定义书签。1.3数控机床的介绍和优点错误！未定义书签。1.4课题的意义错误！未定义书签。1.5毕业设计的意义错误！未定义书签。1.6课题的内容及任务错误！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。第2章 系统方案设计错误！未定义书签。2.1对机床参数的分析错误！未定义书签。2.2机床总体设计错误！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。第3章 机架本体设计错误！未定义书签。3.1机架定义错误！未定义书签。3.2机架设计准则错误！未定义书签。3.2.1刚度错误！未定义书签。3.2.2强度错误！未定义书签。3.2.3稳定性错误！未定义书签。3.2.4热变型错误！未定义书签。3.3机架设计一般要求错误！未定义书签。3.4机架设计步骤错误！未定义书签。3.5 强度计算错误！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。3.6.1选取力学模型错误！未定义书签。3.6.2支座的简化错误！未定义书签。3.6.3构件的简化错误！未定义书签。3.7梁的设计与计算错误！未定义书签。3.7.1梁的结构设计错误！未定义书签。3.7.2梁的强度计算错误！未定义书签。3.8材料的选用错误！未定义书签。3.9机架热处理错误！未定义书签。3.9.1铸钢机架的热处理错误！未定义书签。3.9.2铸铁机架时效处理错误！未定义书签。3.9.3焊接机架的退火错误！未定义书签。第四章 系统方案的设计错误！未定义书签。4.1 对机床参数的分析错误！未定义书签。4.2 机床总体设计错误！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。4.2.2 机床的总体错误！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。4.4进出料辊的设计错误！未定义书签。4.5抬辊机构的方案选择错误！未定义书签。第五章 零部件的设计及计算错误！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。5. 1. 1滚丝杠螺母的工作原理和特点：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。5. 1. 3滚珠丝杠螺母副间隙的调整法错误！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。5. 1. 5滚道截面形状的选择错误！未定义书签。52传动齿轮的设计与计算错误！未定义书签。53 轴承的选择和校核错误！未定义书签。54 键的设计错误！未定义书签。55 进出料辊的相关计算错误！未定义书签。56 进出料带传的相关计算错误！未定义书签。第六章 数控加工设备及数控系统简介错误！未定义书签。6.1数控加工设备简介：错误！未定义书签。6.2数控系统简介：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。7.1冲压工艺介绍：错误！未定义书签。7.2冲压工艺的种类：错误！未定义书签。结 论错误！未定义书签。参 考 文 献错误！未定义书签。致 谢错误！未定义书签。湖南工业大学本科毕业设计（论文）第1章 绪 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。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：0.5mm5）控制系统：采用南京迪特康公司的产品，其他控制系统略。8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。图2-1 传统冲床机构示意图为了降低生产成本，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；4）定位精度：0.5mm5）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：图2-2 设计机床结构示意图7）操作方便和安全可靠。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。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)选取机架中间截面，对左部分研究： 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= m作用力=680400=272000kg 以截面中点为矩心 MJ=0 680NA+(680 -12)Ncy272000=0 Ncy= -274443kg (向下)以A点为矩心 MA=0 12Ncy-12NcX272000=0 Ncx= =-410443kg（向下） 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)许用应力式中 -许用应力。-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、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 双向受力式中 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。-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=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，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。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；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的措施以提高机床的结构刚度。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)尽量减小机床的热变形。4)能适应一定的工艺范围。一般机床应具有适应不同生产要求的能力，也就是应有一定的工艺范围。这些工艺范围是指：工序的种类、被加工工件的类型、材料和尺寸、使用的刀具的种类及材料、加工精度及表面粗糙度以及生产规模等。工艺范围的大小，主要由生产类型决定。用于单件、小批量生产的通用机床，往往专用，为提高效率，应尽量减小工艺范围。自动换刀的数控机床更能适应较宽的工艺范围。5）保证加工精度和表面粗糙度。机床的加工精度是指被加工零件所能达到的尺寸、形状和相互位置等方面的精度。因此，机床本身就要达到一定的几何精度，传动精度、运动精度和刚度等。被加工零件的表面粗糙度，也是机床应满足的主要性能之一，它与刀具及加工材料有关，还与机床的进给量、运动平稳性和抗震性有关。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（件/h），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量； 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-加工一批（N个）工件所需的时间；7)操作方便和使用安全可靠。8)成本低。低成本、经济效益好，以较少的投入，获得最大的经济效益。另外，还要尽量减少噪音、注意造型、防止各种污染等。4.2.2 机床的总体如图2-1所示为要求设计的机床示意图。它由上机身、截断头（冲头）、立柱、下机身和电气箱等五大部分组成。图4-2 机床总体机构简图4.2.3横移机构传动的方案设计横移机构主要由滚珠丝杠螺母副及支承的轴承组成，通过横移机构的横向移动，带动液压冲头横向移动，实现了一次送料多次冲切的目的，大大提高了机床的工作效率，同时，不用人工控制冲头的横移，降低了劳动强度，提高了加工精度。横移机构传动方案有三种：（a）直接将滚珠丝杠与步进电机轴通过联轴器连接；（b）通过一对安装于面架外部的齿轮副传动；（c）通过一对同步带轮副传动。横移机构传动方案简图如图2-2所示分析三种方案的优缺点及经济性：（a)方案滚珠丝杠与步进电机通过联轴器直接连接，使结构在一个方向上过大，结构不够紧凑，同时直接连接对电机与丝杆的同轴度要求较高，不易控制精度。（b)方案借用了一对同步带轮副，在结构上比(a)方案紧凑，有传动比稳定、带的柔性好、传动效率高、初拉力较小等优点。但是制造、安装精度要求较高、成本高。（c）方案中的齿轮传动，可以用来传递任意两轴之间的运动和力，传递功率大、寿命长、可靠性高、相对成本低。因此，综合考虑精度和经济上的要求，决定选用（b）方案。图4-3 横移机构传动方案简图4.4进出料辊的设计由于冲切机床冲切的原料是板（或卷、条）料（橡胶、塑料或纸板）当冲切完每一个横向作业时，为了使生产能持续进行下去，需要板料进给，因为板料是连续的，所以，采用一对辊轮来夹持板料并依靠其摩擦力来产生推动力进行送料。其实质是一种通用的送料装置，其工作原理是依靠相互靠紧的辊子对板料的摩擦力来驱动板料进给的。因此，在设计时，需要设计一装置，使两辊子自动相互靠紧。选用的方案有利用重力、弹力、液压摩擦系数，必须在无缝钢管的外面紧裹一层橡胶。为了能使进出料的节奏和冲压节奏保持一致，以提高其自动化的程度，所以选用一步进电机来驱动进出料辊。辊式送料装置的类型：辊式送料装置是送料装置中应用最广的一种，既可以用于板料，又可用于卷料和条料，适用范围广。按辊子的安装型式不同，辊式送料装置有立式和卧式之分。卧式又有单边和双边两种，单边卧辊一般是推式的，少数也用拉式的；双边卧辊是一推一拉的。双边卧辊比单边卧辊和立辊的送料通用性大，能适用更薄的板料，保证材料全部被利用。在此设计中，我们采用双边卧辊的方式，并且为了提高生产率和降低工人的劳动强度，所以要实现这个部分的自动化，主动辊采用步进电机驱动，且其信号要与冲头的切信号保持一致，从而可以实现加工和送料的全部自动化。4.5抬辊机构的方案选择该冲切机是依靠一对辊子来进出料的，由于这一对辊子是紧紧的靠在一起，所以，在每次有新的板料需要进给的时候，必须能使它们的距离增大，这样才能方便进料。设计的要求是：辊子的抬高高度为10mm。选用的方案有：1）曲柄滑块机构 该方案机构很简单，很容易实现抬辊的要求，运动和力的分析很简单。在传动副有一定的摩檫系数的情况下，当辊子被提升时，该机构能自锁，所以不需要另外设计锁紧辊子装置；另一方面，由于是低副接触（两元素表面接触），故两元素之间不会产生太大的磨损，所以它的寿命一般比较长；该机构很容易得到所需要的运动关系。它的缺点是各机构件的尺寸误差和运动副间的间隙将使其产生较大的误差积累，同时也会降低机械效率；另外，滑块机构的运动是变加速的，不易平衡。当然，滑块机构的这些缺点，并不影响它在本设计中的应用，这种机构在工程中的应用是相当普遍的，但是，如果在润滑不良的情况下，将会有较大的摩擦，需要较大的工作力矩。 2）凸轮机构 凸轮机构的设计和分析也很简单，其结构也很简单，加工也很容易。但是由于其接触面积很小，几乎是线接触，所以工作时单位面积上的压力很大，很容易磨损，使用寿命很短；因此，一般使用在载荷不大的场合 。而且，在本设计中，这样结构难与其他的机构协调。综合上述分析，在本设计中采用曲柄滑块机构第五章 零部件的设计及计算5.1滚珠丝杠螺母副的参数计算及选择5. 1. 1滚丝杠螺母的工作原理和特点：1）珠丝杠螺母副的工作原理：滚珠丝杠螺母副是一种新的传动机构，他的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。丝杠和螺母上都磨有圆弧形的螺旋槽，这两个圆弧形的螺旋槽对和起来就形成螺旋线滚道滚动，在滚道内有滚珠，当丝杠回转时，滚珠相对与螺母上的滚道滚动，因此，丝杠与螺母之间基本为滚动摩擦。为了防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两段设有回珠引导装置，使滚珠能循环流动。2）滚珠丝杠螺母副的特点：(1)传动效率高.磨擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率=0.92-0.96，常规的丝杠螺母提高了3-4倍。因此，功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的1/4-1/3。（2）给予适当预紧，可消除丝杠与螺母的螺纹间隙，反向时可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。（4）由可逆旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动即丝杠和螺母都可以作为主动件。（5）磨损小，使用寿命长。（6）制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。（7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重力的作用，下时当传动切断后不能立刻停止运动，故需要添加制动装置。5. 1. 2滚珠丝杠螺母副的循环方式比较及选择1）外循环：外循环螺旋槽式滚珠丝杠副，在螺母外的外圆上铣有螺旋槽，并在螺母内部装上挡株器，挡株器舌部切断螺纹滚道，迫使滚珠流入通向螺旋的孔中而完成循环。2）内循环：内循环滚珠丝杠副，在螺母外侧孔中装有接邻滚道的反向器，以迫使滚珠翻越丝杠的齿顶而进入相邻滚道。通常在一个螺母上装三个反向器（即采用三列结构），这三个反向彼此沿螺母圆周相互错开120度，轴向间隔为1.33P2.33P（P为一螺距）；有的装有两个反向器（即采用双列接结构），反向器错开180度，轴向间隔为1.5P。由于滚珠在进入和离开循环装置时容易产生较大的阻力，而且滚珠在反响反向通道中的运动多属前珠推后珠的滑移运动，很少有“滚动”，因此滚珠在反向装置中的摩擦力矩M反在整个滚珠丝杠的摩擦力矩Mt中所占比重较大，而不同的循环反向装置由于回珠通道的运动轨迹不同，以及曲率半径的差异，因而M反/Mt的比值不同。根据滚珠丝杠其工作环境载荷，以及其结构特点，摩擦力矩，工艺性，制造成本和使用场合，综合考虑。其精度和经济上的要求，决定采用F型浮动式的滚珠丝杠螺母副。5. 1. 3滚珠丝杠螺母副间隙的调整法为保证滚珠丝杠螺母副的反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙，常采用双螺母预紧的办法，其结构形式有三种，基本原理都是使两个螺母产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预紧力。需要注意预紧力不能太大，预紧力过大会造成