细长杆生产线进料机构的设计.doc

桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 1 页 共 25 页 编号 毕业设计 论文 任务书 题 目 细长杆生产线进料机构的设计 院 系 应用科技学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 罗吴烈 学 号 0401120425 指导教师单位 桂林工业学校 姓 名 王力源 职 称 工程师 题目类型 题目类型 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开 发 2008 年 1 月 10 日 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 0 页 共 23 页 0 目 录 摘要摘要 2 英文摘要英文摘要 2 1 1 引言引言 3 1 11 1 课题的提出课题的提出 3 1 21 2 国内外的研究现状及存在的问题国内外的研究现状及存在的问题 3 1 31 3 本设计需完成的工作本设计需完成的工作 4 2 2 细长轴的加工和生产线进料机构机理综述细长轴的加工和生产线进料机构机理综述 4 2 12 1 细长杆细长杆 轴轴 的加工的加工 4 2 1 12 1 1 加工方法要点加工方法要点 5 2 1 22 1 2 加工工装的探讨加工工装的探讨 6 2 1 32 1 3 细长轴加工切削刀具的选用细长轴加工切削刀具的选用 7 2 1 42 1 4 切削用量及加工效果切削用量及加工效果 7 2 1 52 1 5 常见的加工缺陷和解决方法常见的加工缺陷和解决方法 7 2 22 2 细长轴类零件的加工方法细长轴类零件的加工方法 8 3 3 生产线进料机构机理生产线进料机构机理 11 3 13 1 生产线生产线 11 3 23 2 自动进料系统自动进料系统 12 3 33 3 细长杆细长杆 12 4 4 细长杆生产线进料机构装置的运动和结构设计细长杆生产线进料机构装置的运动和结构设计 12 4 14 1 细长杆生产线机构的设计细长杆生产线机构的设计 6 12 4 24 2 电动机的选择电动机的选择 14 4 34 3 滑动导轨的设计原则滑动导轨的设计原则 16 4 44 4 连杆机构的特点连杆机构的特点 18 4 54 5 零件材料的选用零件材料的选用 18 4 64 6 细长杆的受力分析细长杆的受力分析 11 18 5 5 细长杆进料机构的经济分析及发展前景细长杆进料机构的经济分析及发展前景 20 6 6 结论结论 22 6 16 1 细长杆生产线进料机构设计机理及结论细长杆生产线进料机构设计机理及结论 22 6 26 2 不足之处不足之处 22 致致 谢谢 23 主要参考文献主要参考文献 24 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 1 页 共 23 页 1 摘要摘要 现代机械技术的演进对于生产线的工艺要求越来越高 对于生产线的进料 系统的工作机理也要求得十分严格 细长轴作为一种加工工艺很高但功能广泛 的装置 用于生产线进料系统 必将大大改善生产线进料装置的效能 本文通 过对细长轴的加工工艺及机械特点的分析 以及各类生产线进料机构的研究 初步把细长轴应用到进料机构的设计方面 开发出一套细长杆生产线进料机构 并把该进料系统设计为滑动式进料系统 利用细长杆作为自动生产线系统的输 料杆 通过细长杆的直线往复运动完成材料的输送 即进料功能的实现 其工 作原理是 由杆件的传动轴连接电动机与齿轮 使电动机带动齿轮转动 从而 带动连杆机构动作 再使与连杆焊接的细长杆在直线滑动导轨上来回滑动 这 种结构简单可行 工作可靠 安装容易 不更多的占据工作空间 但这一机构 进料速度低 不适应与工作节拍较短的加工 而多用于单工位机床生产 英文摘要英文摘要 The development of modern mechanism technology sets greater demand on the techniques of the product line thus the structure and the operation of feeding mechanism will be stricter and stricter As a kind of accessory with advanced processing technique and wide application the slender shaft can be used in the feeding mechanism of product line which will greatly improve the efficiency of feeding device of the product line Through the analysis of processing techniques and the mechanism characteristic of the slender shaft and the research on various feeding mechanisms of product lines this thesis apply slender shaft to the design of feeding mechanism of product line elementarily and develop a set of feeding mechanism with slender shaft devices which is featured by sliding feeding Slender shaft is used as feed delivery shaft of the automatic product line and the slender shaft takes a reciprocating straight line motion to realize the function of feeding The mode operation is as follows the driveshaft of the slender shaft links the electromotor and the gear wheel and make the electromotor to drive the gear wheels to rotate which will drive the connecting shaft mechanism to move and make the slender shaft welded to the connecting shaft slide along the straight line sliding guide way This structure is brief and feasible and reliable easy to be equipped and take less room for operation But on the other hand this mechanism feed slowly and is not fitted to processing at a low speed but is more suitable for the single trip station manufacture 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 2 页 共 23 页 2 1 1 引言引言 1 11 1 课题的提出课题的提出 当今世界正经历着一场新的技术革命 新概念 新理论 新方法 新工艺 不断出现 作为向各行各业提供装备的机械工业 也得到了迅猛的发展 现在机械工业日益向高速 重载 高精度 高效率 低噪声等方向发展 对机械提出的要求也越来越苛刻 有的需用于宇宙空间 有的要在深海作业 有的小到能沿人体血管爬行 有的又是庞然大物 有的速度数倍于声速 有的 又要作亚微米级甚至纳米级的微位移 如此等等 出于机械工业发展前沿的机 械原理学科 为了适应这种种情况 新的研究课题与日俱增 新的研究方法日 新月异 为了适应生产发展的需要 当前自控机构 机器人机构 仿生机构 柔性 及弹性机构和机电光液综合机构等的研制上有很大的进展 在机械的分析与综 合中 也只由考虑其运动性能过度到同时考虑其动力性能 考虑到机械在运转 时 构件的运动和弹性变形 运动副中的间隙和够的误差对机械运动及动力弹 性的影响 以及如何对构件和机械进一步作好动力平衡问题等等 在连杆机构方面 重视了对空间连杆机构 多杆多自由度机构 连杆机构 的弹性动力学和连杆机构的动力平衡研究 在齿轮机构方面 发展了齿轮啮合 原理 提出了许多性能优异的新型齿廓曲线和新型传动 加速了对高速齿轮 精密齿轮 微型齿轮的研制 在凸轮机构的方面 十分重视对高速凸轮机构的 研究 为了获得动力性能好的凸轮机构 在凸轮机构推动杆运动规律的开发 选择和组合上作了很多工作 此外 为了适应现代机械快速度 快节拍 优性 能的需要 还发展了能够高速度高定位精度的分度机构 具有优良综合性能的 组合机构 以及各种机构的变异和组合等等 目前 在机械的分析和综合中日益广泛地应用了计算机 发展并推广了计 算机辅助设计 优化设计 考虑误差的概率设计 提出了许多便于对机械进行 分析和综合的数学工具 编制了许多大型通用或专用的计算机程序 此外 随 着现在科学技术的发展 测试手段的日臻完善 也加强了对机械的实验研究 试验 测试 试制加工所需主要仪器设备及条件 基于以上的分析 现代机械工艺的演进对于生产线的工艺要求越来越高 对于生产线的进料结构也要求得十分严密 细长轴生产线进料机构在生产中将 获得广泛应用 其控制结构对于对于其他类型的生产线进料机构也是一种借鉴 1 21 2 国内外的研究现状及存在的问题国内外的研究现状及存在的问题 对于细长杆的加工工艺 国内外的学者做了很多研究 一些经验丰富的技 师也根据实践经验总结出了一系列的论著 比如 罗景军在 精密细长轴的磨 削加工 一文中 介绍了精密细长轴采用无心磨削进行高效加工的方法 对生产 线中的关键设备进行了较详细的性能分析 并讨论了设计中的有关问题 1 李卫 泽在 采煤机细长轴加工工艺探讨 一文中 阐述了采煤机细长工艺轴的加工 工艺 刀具参数及切削用量等参数的合理选择 为加工细长轴类零件提供了新的 方法 2 淮遵科在 细长轴数控车床径向进给系统和刀台一体化设计 中 从 力学角度分析细长轴类零件车削加工变形原因 提出细长轴数控车床径向进给系 统和刀台一体化设计方案 解决了由于机床结构的原因所造成的细长轴类零件车 削加工变形问题 张永飞在研究400t冲床自动生产线送料系统过程中 介绍了 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 3 页 共 23 页 3 大型水轮发电机定子磁极冲片自动生产线送料系统的方案设计和系统构成 同时 还介绍了送料系统组成 控制方式的设计和系统工作过程 3 牛锡传在 轴的 设计 一书中 专门对于轴的常规设计方法作了简要介绍 对于轴所受的载荷 轴的强度计算及轴的临界转速等方面的研究引入了一些现代设计的理论和方法 如疲劳损伤的线性积累假设 疲劳损伤的断裂力学概念 临界转速计算的普罗 尔法 可靠性理论及轴的优化设计等 对于进料机构的研究也很多 比如秦雄 宇讨论了一种无级调距单向进料系统 介绍了单向间隙进料机构的原理以及进 料机构的无级调距问题 吴向文在研究智能化多工位物料自动配料系统时 通 过系统控制 控制软件 节省投资 使用效果等几个方面对于进料系统的技术 革新进行了评价 对于本研究的进料机构性能评价提供了一种借鉴 总之 对 于轴的研究目前的成果十分系统 对于细长轴以及超细长轴的研究和实践都有 经验型的成果和产品可循 对于各种生产线进料系统的研究和应用都非常多 但是应用细长轴来设计生产线进料机构的经验性成果目前还没有 细长轴的应 用范围还不是很广 而且细长轴进料机构的性能以及控制结构的论证在前人的 研究中也没有提及 本论题涉及到了一个技术研究薄弱的领域 因而研究是非 常有意义的 尽管现有的研究成果没有完全吻合本论题 但是其中所作的研究对于本文 都是有一定借鉴意义的 这些成果可以使本文的研究视野更加开阔 顾及的方 面更多 而且对于研究方法方面也有参考价值 1 31 3 本设计需完成的工作本设计需完成的工作 本课题主要研究的是细长杆生产线进料机构的设计 本研究设计的细长杆生产线进料机构用于 本进料机构设计的内容包括零 件的工艺性分析 工件的尺寸精度 进料机构整体结构 各部分零件的标准和 材料 零件的尺寸设计 主要加工零件的加工工艺等 主要内容如下 1 到细长杆生产线进料机构制造相关企业调研 了解进料机构生产 制 造 加工情况 进行市场调查 了解现有细长杆生产线进料机构的结构与工作 原理 结合本设计课题 查阅相关资料 2 进行细长杆生产线进料机构装置的运动和结构设计 完成装配图的绘 制 进行相关的理论计算 充分分析工件结构 工艺性 了解细长杆生产线进 料机构装置工作原理 进行必要的计算 确定进料系统设计的基本步骤 设计 进料机构装置的基本参数 设计细长杆生产线进料机构装置的主体结构 工作 零件 卸料装置 导料装置等 3 完成全部零件的结构设计 合理选用零件的材料 绘制零件图 标注 技术要求 4 编写部分重要零件的加工工艺 根据主要零件结构 技术参数要求 进行工艺计算 编制主要零件加工工艺规程 选择相关的标准件 和常用件 进行传动系统的设计 2 2 细长轴的加工和生产线进料机构机理综述细长轴的加工和生产线进料机构机理综述 2 12 1 细长杆细长杆 轴轴 的加工的加工 在机械中作旋转运动长度大于直径的圆柱零件 通常称作轴 细长轴 通 常轴的直径与长度之比大于7叫长轴 而长度为直径20倍以上的轴 被称作细 长轴 大于即L d 25的轴称之为超细长轴 细长轴在加工过程中有一定的难度 工件的刚性差 给切削带来了困难 不易获得良好的表面粗糙度及几何精度 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 4 页 共 23 页 4 细长轴刚性较差 在加工过程中因床及刀具事业者多因素等影响 工件易 产生 弯曲腰鼓形 多角形 糖糊芦形等等缺陷 特别是磨削加工中一般尺寸 占差 表面粗糙度又要求较高 又因磨削时工件一般要求谇火式调质等热处理 要求 磨削时的切削热更容易引起工件变形等等 因此如何解决好上述的问题 便成了加工超细长轴关键问题 2 1 12 1 1加工方法要点加工方法要点 反向切削 见图1 4 所谓反向切削就是指加工过程中车刀从卡盘方向向 尾座方向移动 这是切削细长轴的关键所在 尤其是切削小直径细长轴 例如 直径在20mm以下 长度在500mm 以上时必须这样加工 这是非常重要的 有的工人师傅车削C620车床光杠 直径约为30mm长度约为1500mm时采用正 向切削 但由于工件刚性差 极易产生振动 车削成功率低 甚至无法切削而 出现废品 另外正向切削对设备精度要求高 即主轴中心与尾座中心的偏差要 调整在0 02mm以内 否则车出的光杠会出现很大的锥度 不符合质量要求 图1 反向进给切削示意图 使用两爪跟刀架在一些介绍车削细长轴的资料中 阐述使用三爪跟刀架 称这种跟刀架有三个支撑爪 车削时工件被夹持在三个跟刀爪和车刀之间 组 成两对径向压力 限制工件上下 左右移动 只能绕轴线旋转 故能有效地减 少切削振动和工件变形 但根据我们实践经验认为 使用三爪跟刀架没有必要 使用好两爪跟刀架 同样可以车削出合格的细长轴 两爪跟刀架加工状态如图 2 我们使用的两爪跟刀架其两爪轴线夹角大于90o 约为100o 而三爪跟刀架 的三爪轴线之间的夹角均为90o 在正常的切削状态下 跟刀架两爪的径向合力 作用于工件中心 而刀具在切削垂直分力和水平分力的作用下将反作用切削力 作用于工件 形成三点合力同时作用于工件轴心 达到力的平衡 使工件绕轴 心旋转 如果用三爪跟刀架则下面的第三爪悬空 处于不接触状态 没有达到 应有的作用 所以使用三爪跟刀架就没有必要 但要注意的是 在使用两爪跟 刀架时水平支爪的直径应接近加工工件的直径 约为0 8 0 9倍工件直径 起到 托撑工件的作用 图2 使用二爪跟刀架受力分析 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 5 页 共 23 页 5 研磨跟刀爪在切削细长轴时 使用跟刀架是必要的 但是一些资料里对 保持跟刀爪和工件外圆的有效接触都没有特别说明 根据我们的经验 跟刀爪 的材料在车削钢件时一般采用铸铁或耐磨铸铁 车削铝件 铜件时采用尼龙或 层压板 具体操作如下 立铣刀修整跟刀爪的内圆弧 使之内圆弧和工件的已 切削外径有紧密地接触和很好的包容性 在做加工细长轴的准备工作中 修跟 刀爪是很关键的 所以要用立铣刀或其他方法修整跟刀爪的内圆弧 有时在切 削细长轴时 可能有一次以上的粗加工 当两次加工的工件外径有较大的变化 时 要进行多次修整 当跟刀爪修整后 为了保证跟刀爪的内圆弧和工件的已 切削外径有紧密的接触和很好的包容性还需要进行研磨跟刀爪 包括有时所加 工的工件外径是小数 没有合适的立铣刀时 都需要研磨跟刀爪 研磨操作有 两种方法 一是在所粗加工的细长轴上直接研磨 工件毛坯在车床上夹牢后 在接近三爪自定心卡盘处车削40 50mm长度 表面可粗糙些 直径大于所需直 径0 3 0 5mm 然后旋转车床主轴 将跟刀爪在所车的工件上研磨 研磨时摇 动床鞍 接触面相差较大时采 用较高转速干研磨 以达到快速吻合工件直径的目的 尺寸接近时应加入切削 液以达到减少磨削量 降低爪的表面粗糙度值 二是单独车削一段短轴 材料 采用45钢或Q235钢 尺寸等同于所加工工件直径 然后再按上述步骤进行研磨 这在加工有色金属细长轴时经常采用 图3 尾座套筒托架支撑工件示意图 2 1 22 1 2加工工装的探讨加工工装的探讨 用可伸缩的弹簧顶尖使用可伸缩的弹簧顶尖在工件受切削热而膨胀伸长 时 顶尖能轴向压缩 避免工件弯曲变形 但这种顶尖难购到 所以在车削小 直径细长轴时 可采用尾座套管托架 套管内直径大于工件0 5 1mm左右即可 见图3 如采用普通顶尖 其顶紧力要掌握好 当顶尖顶住工件后 以手能捏住旋 转的顶尖头为合适 在加工过程中还要时时观察 避免出现顶力过紧 使工件 弯曲变形 这在操作中有一定难度 需要有较多的实践经验慢慢摸索 才能得 以掌握 图4 工作托架示意图 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 6 页 共 23 页 6 用车削细长轴托架 见图4 当细长轴长度较长 直径较细时 在车削 到车头或车尾时 中间很长一段不受控制 特别是在加工量不均匀时 在离心 力的作用下 工件容易弯曲 极易发生振动 使切削无法进行 这时应采用托 架 控制细长轴的径向甩动 这种托架在许多资料中都介绍过 托架形式大同 小异 只要能起到支撑作用和不妨碍切削即可 粗加工和精加工时车刀与跟刀爪的位置 如图5 粗加工车刀选用75 o 反偏刀 为了保证刀的切削力和跟刀爪形成三点合力 不产生过大的扭力 控 制工件绕轴线旋转 刀尖应与跟刀爪轴向相距2 3mm以内 精加工时选用大宽 刃光刀 刃宽30 40mm 刃宽中心对准跟刀爪中心即可 图5 车刀与跟刀爪位置示意图 2 1 32 1 3细长轴加工切削刀具的选用细长轴加工切削刀具的选用 粗加工车刀及其特点选用75 o反偏刀 刀片牌号TY15 型号A117 刀杆45钢 调质硬度220 250HB 主偏角较大 以使径向力 2 减小 轴向分力Fx增大 从而减少切削振动和弯曲变形 但同时又有一定的径向分力 顶紧工件 前角 为15o 20o 以使切削轻快 断削槽磨成R2 5 4mm 有良好的卷屑作用 并增 大实际切削前角 精车刀及其特点选用30 40mm大宽刃光刀 刀片牌号W18Cr4V 热处理硬 度63 66HRC 刀杆采用弹性刀体 采用较大前角 刃口无倒棱 切削轻快 切削刃宽度为进给量的1 3倍以上 可修光工件表面 切削刃必须研磨平直 表 面粗糙度值Ra 0 8 m 2 1 42 1 4 切削用量及加工效果切削用量及加工效果 粗车切削速度v 32 40m min 进给量f 0 3 0 35mm r 背吃刀量 ap 0 8 4mm 精车切削速度v 1 5m min 进给量f 12 14mm r 背吃刀量 ap 0 02 0 05mm 采用上述切削用量的加工效果 若如引言里说到细长轴 毛坯直径 15mm 粗加工一次切削 精加工一到两次切削 粗加工留加工余量0 15mm 粗加工表面粗糙度Ra 6 3 m 精加工表面粗糙度Ra 1 6 m 全长1500mm的 工件尺寸精度0 02mm 圆锥度仅0 02mm 椭圆度0 01mm 弯曲度0 2mm左 右 2 1 52 1 5常见的加工缺陷和解决方法常见的加工缺陷和解决方法 在细长轴加工中常见的加工缺陷有竹节 俗称糖葫芦 振动纹 锥度大 和弯曲度超标等 大都发生在粗加工加工到0 7倍的长度时 由于刚性差 工件 变形产生振动造成的 一般粗加工不出问题 精加工就容易达到加工要求 根 据我们的经验 出现以上问题 多是因为跟刀爪配合不好 夹持工件过松或过 紧 在粗加工过程中应加入适当油性切削液进行润滑 防止跟刀爪过快磨损 若夹持过松 就造成工件偏离主轴中心产生振动 出现竹节现象 所以在加工 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 7 页 共 23 页 7 过程中 要时时注意跟刀爪是否松动 随时进行调整 跟刀爪松紧度的掌握是 靠多年实践经验来决定的 所以研磨跟刀爪也是很重要的 弯曲度超标多是因 为毛坯料内应力大 粗加工后应力回弹 弯曲变形 应选用应力小的毛坯料 可能的话进行材料退火 顶尖顶力应保持适度 在细长轴精加工中常见的加工缺陷是工件表面粗糙度达不到要求 有时甚 至有扎刀 啃刀现象 解决方法是精加工车刀刃口磨削要平整 表面粗糙度值 低 刀具安装中心对准主轴旋转中心 以防止扎刀 另外背吃刀量不应超过 0 05mm 否则容易啃刀 2 22 2 细长轴类零件的加工方法细长轴类零件的加工方法 在加工长径比大于40 直径公差 形位公差为级精度的细长轴时 采用常 规的加工细长轴方法装夹加工 很难达到加工要求 且经常造成产品在精加工时 报废 而影响产品交付日期 提高加工成本 经过多次分析 试验 在零件热处 理 装夹 加工方法 刀具等方面采取了一定的技术措施 可加工出长径比大 于100 直径公差 形位公差较高的细长轴 当直径值小于5mm的超细长轴用 两位 方法直接加工 直径大于5mm的超细长轴采用 跟刀架 中心架 与 两 拉 联合使用的方法加工 由于细长轴类零件的长径比很大 刚性差 在车削时 受切削力 装夹力 自身重力 切削热 振动等因素的影响 容易出现以下问题 切削时产生的径 向切削力与装夹径向分力的合力 会使工件弯曲 工件旋转时引起振动 从而影 响加工精度和表面质量 由于工件自重变形而加剧工件的振动 影响加工精度 和表面质量 工件转速高时 由于离心力的作用 加剧了工件的弯曲和振动 在加工中 由于切削热作用 工件因受热膨胀受阻将引起工件弯曲变形 因此 在车削细长轴时 无论对刀具 机床 辅助工具 切削用量的选择 工艺安排和 操作技能都有较高的要求 2 2 1合理选择切削参数合理选择切削参数 切削用量的选择切削用量的选择 切削速度的选择 图为没有产生颤振时的切削速度与振动强度及稳定性的 关系曲线 从图可知 车削时 当V 30 70m min时 容易产生振动 此时相应 的振幅有较大值 高于或低于该范围 振动呈现减弱趋势 当加工直径小于 10mm时 取V 30m min 当加工直径大于10mm时 取V 70m min 图1为极限 切削宽度与切速的变化关系曲线 由图可知 在高速或低速范围进行切削 自振 就不易产生 特别是在高速范围内进行切削 既可提高生产率 又可避免切削颤 振 是值得采用的方法 图6 车削速度对切削稳定性的影响 2 进给量f的选择 震动强度随进给量f的增大而减小 如图所示 极限切削 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 8 页 共 23 页 8 其宽度随进给量的增大而增大 如图所示 为避免颤振的产生 在许可的情况 下 如机床有足够的刚度与电机功率 工件的表面粗糙度参数值要较低等 应选取大的进给量 故粗车时取f 0 15mm 半精车时选取f 0 1mm 精车时取 f 0 06mm 3 切削深度aP的选择 车削时候 切削宽度aw aP sinkr 式中 kr为刀具 的主偏角 图7 进给量f对切削稳定性的影响 切削深度对切削稳定性的影响如图3所示 由图3可知随着ap增大 振动不 断加大 当f增大时 极限切断深度也随之加大 所以 为加大极限切削深度 aplim必须增加进给量f 这有利于发挥机床的功率 提高生产效率 故粗车时 ap 1mm 半精车时选取ap 0 5mm 精车时取ap 0 1mm 图8 切削深度对切削稳定性的影响 合理选择刀具几何参数合理选择刀具几何参数 刀具几何参数的合理选择 通常是实现稳定切削简便而行之有效的方法 1 前角r0对振动的影响如图4所示 随前角的增大 振动随之下降 但 在切削速度较高的范围内 前角对振动的影响将减弱 由于细长轴 车削速度一般不会太高 故在粗加工中取r0 20o 精车时取r0 25o 2 主偏角Kt 主偏角Kt对振动强度的影响如图5所示 当切削深度和进 给量不变时 随主偏角的增大 振幅将逐渐减小 这是由于径向切 削力减小了 同时 实际切削宽度aw将减小 在粗车削细长轴时取 Kt 75o 80o 3 后角ao一般来说 对切削稳定性无多大影响 但当后角减小到2o 3o 时 振动明显减弱 在生产中也发现 后刀面有一定程度的磨损后 会有显著的减振作用 4 刀具圆弧半径ro 刀尖圆弧半径ro增大时候 径向分量力随之增大 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 9 页 共 23 页 9 为避免自振 ro越小越好 但是随着ro的减小 将使刀具寿命降低 同时也不利于表面粗糙度的改善 故加工时 断屑槽宽度R取 1 5 3 刀尖圆弧r 0 5 细长轴加工应采用的技术措施细长轴加工应采用的技术措施 细长轴加工中传统的加工方法 传统装夹方法 两顶 即一夹一顶 一般都利用过定位原理 使用跟刀架或中心架作为辅助支撑来增加工件的刚性 通过调节尾座的回转中心提高工件的同轴度 在装夹时候 尽量采用线接触起 到一定的方向调节作用 这一加工方法 对要求不高的细长轴没有问题 但对 精度要求高或者长径比很大的超细长杆就很难加工出合格产品 由于顶尖的顶 力作用 使轴在加工中受到的径向弯曲力加大 从而使轴的弯曲变形加大 加 工精度降低 再加之切削热及跟力架与中心架的摩擦热使工件产生热膨胀 工 件胀长增大了轴的弯曲度 另外跟力架与中心架的脚爪中心线可能与轴中心线 不完全同心 因此 一夹一顶的传统方法 加工超细长杆 即使使用中心架 跟刀架来增加零件的刚度 也不能很好的消除弯曲变形 加工精度也低 细长轴两拉加工法 针对传统装夹方法的缺陷 采用两拉 即一夹一拉 的装夹方法来解决这一问题 装夹时候需要在夹紧处垫一个开口钢丝圈 使工 件与卡爪之间的夹持变为线接触 起到类似万向节的作用 工件的另一端由按 轴径改制的顶尖 如图所示 拉紧 其拉紧力越大加工效果就越好 5 图9 改制顶尖 图中左芯轴是顶尖 右侧是拉紧螺杆 根据前面的分析可知 两位加工方法 由于两端拉力 使轴在加工中受的 径向弯曲力减小 从而使轴的弯曲变形减小 再加切削热及摩擦热是使工件受 热膨胀增长 两拉作用力能很好地防止工件胀长顶死而弯曲变形 因此 两拉 加工方法与传统加工方法相比 能有效提高工件的加工精度 细长轴的两拉车削工艺 13 细长轴一般采用先按改制后的顶尖内螺纹孔配 车拉螺纹 粗车 半精车 精车 拉螺纹 装夹中如用跟刀架或中心架 应注意保 证其各个脚爪面有80 90 的 部位与工件配合 装刀要高于中心线0 1mm 以减小切削力 校直工件 然后进行粗车 切削时候若没有出现问题 中途 不能停车 因车刀不断有正常磨损 所以要不时用外卡 凭经验 测量刚切削 出来的轴径变化 同时应该适应微量进刀 补偿车刀的磨损量 粗车后表面粗 糙度可达12 5 如开始切削工作出现有竹花 麻花 振纹等现象时候 要退刀 这时候可以减慢一档速度或轴中心加可摆动的木垫做辅助支撑 视加工轴的大 小 即还可以减少离心力起减振的作用 需要注意的是 粗车第一刀一定要 切净黑皮 因工件表皮的硬度不一 还有弯曲 所以粗车后的轴一定会有弯曲 变形现象 要视变形大小 再次校直工件 半精车 换上车刀 换上小一级数 的跟刀架 中心回 卡爪的脚爪视轴的大小而定 重复粗车时的各项程序进行 切削 半精车后轴通常不会弯曲变形 表面粗糙度可达6 3左右 精车 刃口 与工件接触面约是进给量的1 5 2倍 如采用低速精车 中途可随意停车测量工 件尺寸变化 也可在切削中作微量补偿进给 这样虽然便于控制工件尺寸精度 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 10 页 共 23 页 10 但不便于提高其表面质量 在生产中多采用红硬性 耐磨性都很好的刀片 进 行较高速切削 尺寸精度可达6级 表面粗糙度可达1 6以上 采用合理的进给方式采用反向进给 即车刀向尾座方向作进给运动 其目 的是减小车削的轴向分力对工件弯曲变形的不利影响 工件已加工部分受轴向 拉伸 弯曲变形减小 且反向进给相对正向进给而言 平稳性和抗振性好 更容 易保证产品的质量 使用冷却液充分冷却在零件加工时 由于切削热引起零件变形 变形量公 式为 L L a t 式中 L为工件伸长量 mm L为工件总长 mm a为材料线膨胀系数 1 m t为工件升高温度 由变形量公式可知 热变形量与温升成正比 因此 必须有效控制零件温 升 采用冷却液对加工工件进行充分冷却 润滑 吸收切削产生的热量 改善 刀具与工件的摩擦情况 降低切削热 减小热变形和刀具磨损 从而提高加工 精度 通过外出调研考察 以及多次实验 按照该种加工方法能加工各种超细长 轴 包括比车床加工范围长2倍以内的细长轴 保证工件的尺寸精度和形位精度 3 3 生产线进料机构机理生产线进料机构机理 3 13 1 生产线生产线 自动生产线 是由工件传送系统和控制系统 将一组自动机床和辅助设备 按照工艺顺序联结起来 自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统 简称 自动线 从二十世纪 20 年代开始 随着汽车 滚动轴承 小型电动机和缝纫机等 工业发展 机械制造中开始出现自动线 最早出现的是组合机床自动线 在此 之前 首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线 随后发展成为 自动线 第二次世界大战后 在工业发达国家的机械 制造业中 自动线的数目出现了急剧增加 采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量 产品设计和工艺应先进 稳定 可靠 并在较长时间 内保持基本不变 在大批 大量生产中采用自动线能 提高劳动生产率 稳定和提高产品质量 改善劳动条 件 缩减生产占地面积 降低生产成本 缩短生产周 期 保证生产均衡性 有显著的经济效益 机械制造业中有铸造 锻造 冲压 热处理 焊接 切削加工和机械装配 等自动线 也有包括不同性质的工序 如毛坯制造 加工 装配 检验和包装 等的综合自动线 自动线中设备的联结方式有刚性联接和柔性联接两种 在刚性联接自动线 中 工序之间没有储料装置 工件的加工和传送过程有严格的节奏性 当某一 台设备发生故障而停歇时 会引起全线停工 因此 对刚性联接自动线中各种 设备的工作可靠性要求高 在柔性联接自动线中 各工序 或工段 之间设有储料装置 各工序节拍不 必严格一致 某一台设备短暂停歇时 可以由储料装置在一定时间内起调剂平 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 11 页 共 23 页 11 衡的作用 因而不会影响其他设备正常工作 综合自动线 装配自动线和较长 的组合机床自动线常采用柔性联接 切削加工自动线在机械制造业中发展最快 应用最广 主要有 用于加工 箱体 壳体 杂类等零件的组合机床自动线 用于加工轴类 盘环类等零件的 由通用 专门化或专用自动机床组成的自动线 旋转体加工自动线 用于加工 工序简单小型零件的转子自动线等 自动线的工件传送系统一般包括机床上下料装置 传送装置和储料装置 在旋转体加工自动线中 传送装置包括重力输送式或强制输送式的料槽或料道 提升 转位和分配装置等 有时采用机械手完成传送装置的某些功能 在组合 机床自动线中当工件有合适的输送基面时 采用直接输送方式 其传送装置有 各种步进式输送装置 转位装置和翻转装置等对于外形不规则 无合适的输送 基面的工件 通常装在随行夹具上定位和输送 这种情况下要增设随行夹具的 返回装置 自动线的控制系统主要用于保证线内的机床 工件传送系统 以及辅助设备按照规定的工作循环 和联锁要求正常工作 并设有故障寻检装置和信号 装置 为适应自动线的调试和正常运行的要求 控 制系统有三种工作状态 调整 半自动和自动 在 调整状态时可手动操作和调整 实现单台设备的各个动作 在半自动状态时可 实现单台设备的单循环工作 在自动状态时自动线能连续工作 控制系统有 预停 控制机能 自动线在正常工作情况下需要停车时 能在 完成一个工作循环 各机床的有关运动部件都回到原始位置后才停车 自动线 的其他辅助设备是根据工艺需要和自动化程度设置的 如有清洗机工件自动检 验装置 自动换刀装置 自动捧屑系统和集中冷却系统等 为提高自动线的生 产率 必须保证自动线的工作可靠性 影响自动线工作可靠性的主要因素是加 工质量的稳定性和设备工作可靠性 自动线的发展方向主要是提高生产率和增大多用性 灵活性 为适应多品 种生产的需要 将发展能快速调整的可调自动线 数字控制机床 工业机器人和电子计算机等技术的发展 以及成组技术的 应用 将使自动线的灵活性更大 可实现多品种 中小批量生产的自动化 多 品种可调自动线 降低了自动线生产的经济批量 因而在机械制造业中的应用 越来越广泛 并向更高度自动化的柔性制造系统发展 3 23 2 自动进料系统自动进料系统 自动进料系统 是自动生产线不课缺少的辅助装置 在成批大量生产中 尤其是在自动化节拍较短 生产效率高的情况下 自动进料系统是一项重复而 复杂的工作 为了提高生产力 减轻工作人员的体力劳动 保障安全生产 采 用自动化进料装置也是很好的方法 自动进料装置是一种专用机构 其中包括上料装置和下料装置两部分 主 要完成将工件材料输送到成型装置 好的进料装置应遵循以下原则 1 提高 设备生产率和工人劳动生产率 显著减轻工人的劳动强度 2 工作稳定可靠 运转噪声小 不会损伤工件 使用寿命长 3 结构紧凑简单 最大限度采用 标准化零部件 通用性好 易于制造 易于维修 成本低廉 3 33 3 细长杆细长杆 细长杆定义 承受扭矩的细长杆件通常称为轴 许多机械通过轴来传递动 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 12 页 共 23 页 12 力 汽车的发动机通过传动轴的扭转将力矩传递给轮轴 轮轴经扭转将力矩传 递给车轮 而车轮由地面摩擦阻力产生的反力推动汽车前进 舰船的发动机通 过推进轴的扭转将力矩传给螺旋桨 由于水的阻力产生的反力使螺旋桨推动船 舶前进 14 4 4 细长杆生产线进料机构装置的运动和结构设计细长杆生产线进料机构装置的运动和结构设计 4 14 1 细长杆生产线机构的设计细长杆生产线机构的设计 6 图 10 装配图 图 11 连杆机构 一 此生产机构主要由 1 底座 2 螺钉 3 加强板 4 机架 5 细长导 料杆 6 连杆运动机构 7 导滑块 8 减速机构 9 细长轴 九大部件组成 二 此生产机构主要由两个主运动结构构成 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 13 页 共 23 页 13 图 10 所示机构采用的是利用连杆机构带动细长杆在滑动导轨上来回往 复运动从而实现送料功能 7 该机构利用的是减速器驱动 通过齿轮的传动比来达到所需要的速度 从而来实现对被控对象的控制 三 结构与零部件设计分析 8 进料系统结构分析 进料系统结构分析 此系统设计成滑动式进料系统 利用细长杆作为细长 杆自动生产线系统的输料杆 通过细长杆的直线往复运动完成材料的输送 即 进料功能的实现 其工作原理 是由杆件的传动轴连接电动机与齿轮 使电动 机带动齿轮转动 从而带动连杆机构动作 再使与连杆焊接的细长杆在直线滑 动导轨上来回滑动 这种结构的特点是 结构简单 工作可靠 安装容易 不 更多的占据工作空间 但这一机构进料速度低 不适应与工作节拍较短的加工 而多用与单工位机床生产 所述的进料导板上设有工件滑槽 滑槽和置于滑槽内的滑块 所述的进料 筒为空心筒且置于进料导板的上方 进料筒的空腔部分与进料导板上的工件滑 槽相对应 采用本实用新型的进料机构 将待加工工件送入模具时无须手动进 料 克服了现有普通冲床手动进料时存在严重安全隐患的缺陷 进料导板上设 有限位块 滑槽 柱形磁铁 出口限料柱和退位限料柱 保证每次只送入一件 待加工工件 本实用新型还设有 形弯杆 支架拉簧 滑块拉簧等装置 使本实用新型的动作与冲头动作保持一致 从而达到提高工作效率的目的 4 24 2 电动机的选择电动机的选择 一 电动机容量的选择 电动机容量的选择与负载的性质有关 同时还与电动机的工作制有关 计 算不仅较繁而且各不一样 经过长期的生产经验的总结 得出了一些经验公式 方法是将同类型生产机械所选用的电动机功率进行统计分析 找出该类生产 机械的参数与电动机功率的关系 目前一些生产机械选择电动机已得出一些经 验公式 而针对细长杆生产线进料机构我选用此公式 15 1 166 1 BP 式中 B 工作台宽度 单位为 二 电动机类型的选择 电动机的类型一般按以下原则进行选择 若不需要调速的场合 应采用笼型异步电动机 若不需要调速但要起动力矩较大的场合 应采用绕线式异步电动机 若只需 2 3 种速度 可采用两速和三速三相笼型异步电动机 若单台机械设备需要调速 而调速性能要求不高时可采用滑差电机 若单台机械设备需要调速 且调速性能要求又较高时 可采用直流电动 机或采用三相笼型异步电动机加装变频器进行变频调速 若整条自动化生产线进行高精度的调速与控制 常采用步进电机 由于细长杆生产线进料机构对自动化生产线进行高精度的调速与控制 所 以在这里采用步进电机 三 电动机额定转速的选择 电动机的额定转速与生产负载及生产机械有关系 在一般情况下 若无特 殊要求常采用四极电机 特别情况按生产要求选用 故细长杆生产线进料机构 采用四极电机 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 14 页 共 23 页 14 四 电动机结构形式的选择 电动机结构形式按安装的方式分为立式和卧式两种 使用时卧式电动机的转 轴处于水平位置 立式电动机的转轴与水平面垂直 故两者采用的轴承不同 使用时也不能装错 在通常的情况下 均采用卧式电动机 立式电动机的价格 相对较高 但可垂直安装 省去很多传动装置 常用于需要垂直运转的地方 电动机按防护形式可分为以下几种 开启式 开启式电动机价格便宜 散热好 但只能用于干净且干燥的环境中 防护式 此类电动机可防滴 防溅 但并不能防潮和防尘 通风冷却性能好 常用 于空气干燥且没有腐蚀性 爆炸性气体的环境中 在一般的条件下常选用此种 类型的电动机 故细长杆生产线进料机构选用卧式 开启式电动机 五 电动机额定电压的选择 直流电动机常工作在比额定值稍低的电压下 直流电源由晶闸管整流电路 提供 直流电动机的额定电压通常为 220V 很少使用 110 V 若选用应与晶闸 管整流电路相配套 交流电动机的额定电压通常为 380V 220V 但也有少数为 660 V 用于线 路较长的地方 细长杆生产线进料机构电动机选用额定电压通常为 380V 220V 的交流电 六 步进电机参数的计算 1 步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求 将负载的最小分辨率 当量 换算 到电机轴上 每个当量电机应走多少角度 包括减速 电机的步距角应等于或 小于此角度 目前市场上步进电机的步距角一般有 0 36 度 0 72 度 五相电机 0 9 度 1 8 度 二 四相电机 1 5 度 3 度 三相电机 等 2 静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定 我们往往先确定电机的静力矩 静 力矩选择的依据是电机工作的负载 而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种 单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的 直接起动时 一般由低速 时 二种负载均要考虑 加速起动时主要考虑惯性负载 恒速运行进只要考虑摩擦 负载 一般情况下 静力矩应为摩擦负载的 2 3 倍内好 静力矩一旦选定 电 机的机座及长度便能确定下来 几何尺寸 3 电流的选择 静力矩一样的电机 由于电流参数不同 其运行特性差别很大 可依据矩 频特性曲线图 判断电机的电流 参考驱动电源 及驱动电压 综上所述选择电机一般应遵循以下步骤 4 力矩与功率换算 步进电机一般在较大范围内调速使用 其功率是变化的 一般只用力矩来 衡量 力矩与功率换算如下 P M 2 n 60 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用 第 15 页 共 23 页 15 P 2 nM 60 其 P 为功率单位为瓦 为每秒角速度 单位为弧度 n 为每分钟转速 M 为 力矩单位为牛顿 米 P 2 fM 400 半步工作 其中 f 为每秒脉冲数 简称 PPS 六 参数选用时应用中的注意点 1 步进电机应用于低速场合 每分钟转速不超过 1000 转 0 9 度时 6666PPS 最好在 1000 3000PPS 0 9 度 间使用 可通过减速装置使其在此 间工作 此时电机工作效率高 噪音低 2 步进电机最好不使用整步状态 整步状态时振动大 3 由于历史原因 只有标称为 12V 电压的电机使用 12V 外 其他电机的电压 值不是驱动电压伏值 可根据驱动器选择驱动电压 建议 57BYG 采用直流 24V 36V 86BYG 采用直流 50V 110BYG 采用高于直流 80V 当然 12 伏的 电压除 12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动电源 不过要考虑温升 4 转动惯量大的负载应选择大机座号电机 5 电机在较高速或大惯量负载时 一般不在工作速度起动 而采用逐渐升频提 速 一电机不失步 二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度 6 高精度时 应通过机械减速 提高电机速度 或采用高细分数的驱动器来解 决 也可以采用 5 相电机 不过其整个系统的价格较贵 生产厂家少 其被淘 汰的说法是外行话 7 电机不应在振动区内工作 如若必须可通过改变电压 电流或加一些阻尼的 解决 8 电机在 600PPS 0 9 度 以下工作 应采用小电流 大电感 低电压来驱 动 4 34 3 滑动导轨的设计原则滑动导轨的设计原则 滑动导轨包括有导轨安装块和设置在该导轨安装块上的电机 还包括空心 导管 该导管一端固定于导管固定块上 另一端悬空并固定带轮架 空心滑管 该滑管一端穿过该导轨安装块上设置的直线轴承 另一端与滑管安装块固定 且该滑管安装块设有可在导管上滚动的滚动轴承 传动机构 当所述电机转动 时 该传动机构带动滑管安装块作平动 同时该滚动轴承作滚动 且该滑管在 直线轴承中滑动 借此 本实用新型滑动导轨不仅可保证导轨运行的平稳性和 精度 而且可大大降低制造成本 每条导轨面所受的载荷 都可最终归纳为一个其作用点距导轨中心距离为 X 的力 F 的作用 9 这个力又等价于一个作