金属圆丝落料切削机的设计原理与方法48312.doc

金属圆丝落料切削机的设计原理与方法卢建富 收稿日期：2009-9-21作者简介：卢建富（1968- ），男，浙江金盾链条制造有限公司副总经理兼总工程师，主要研究方向：链传动、链条设备。（浙江金盾链条制造有限公司 浙江绍兴 311813） 摘 要: 本文介绍了金属圆丝落料切削机的基本结构和功能。重点对校直、送料、切断、位移、削光、脱料、凸轮时间分布等的设计原理和方法进行了较全面的论述。关键词：校直；送料；切断；削光；精削；脱料；凸轮时间分布中图分类号： TG506 文献标识码： A 文章编号： 16720105（2009）04002504Basic Structure and Functions of Metal Round Wire Cutting MachineLu Jianfu( Zhejiang Jindun Chain Company Ltd. Shaoxing Zhejiang, 311813 )Abstract：This article gives an introduction to the basic structure and functions of metal round wire cutting machine. It discourses upon principally the design principle and method of round wire adjusting, feeding, cutting, displacement, rough cutting, exact cutting, part taking off and cam time distribution.Key words：round wire adjusting; feeding, cutting; part taking off; cam time distribution金属圆丝落料切削机多用于链条、轴承行业中的销轴及滚针的一次性落料切削加工。零件要求两端平整、光洁、长度一致和较好的直线度。显而易见圆丝落料切削机必须要同时具备校直、送料、切断、削光、精削、脱料等多种复合功能。该机适用于盘圆圈料的加工。依据该机功能，设备应由传动系统、校直机构、送料机构、脱料机构、模具部件、刀架部件、润滑系统及机身等组成，其基本结构见图1。本文将按其功能及工艺过程论述该机主要的设计原理和方法。图1.圆丝落料机构示意图 图2.圆丝校直示意图1 校直对于坯料为盘圈料的圆丝，在落料前先应该进行校直。校直的方法可根据圆丝料本身的情况，可采用平面正反弯曲校直（见图2.a），十字正反向弯曲校直（见图2.b），旋转离心校直（见图2.c）等多种方法，其校直的基本原理为：1.1圆丝校直过程即为材料反复弯曲的过程，校直时作用于材料的校直力必须克服材料的变形抗力达到变形校直的目的（见图3）。1.2校直时作用于材料的变形力必须大于材料的弹性极限，以得到残余变形。原材料弯曲量愈大，则校直时反向弯曲量也应愈大，所得的残余变形量也愈大。材料的校直是建立在材料的弹性恢复和塑性变形复合作用的基础上，校直的实质就是矫枉过正，矫枉的部分即为塑性变形量；过正的部分依赖弹性恢复（见图4）。图3圆丝校直时的应力状态 图4 圆丝校直原理图2 送料圆丝送料最常采用由棘轮到齿轮，再到轧轮的传动机构（见图5），由图可见，当凸轮作送进行程时，推动滚轮与滑块运动，然后带动连杆、摆块和棘爪运动，再由棘爪推动棘轮、齿轮和轧轮转动，依靠轧轮槽的摩擦力将圆丝进给送料。图5 送料机构示意图 图6 轧轮、齿轮、棘轮结构简图在设计与校核圆丝送料机构时，可按以下步骤进行：2.1. 确定轧轮直径及轧轮槽尺寸 轧轮直径过小将使圆丝咬入角度变大，不利于圆丝咬入，同时为保证轧轮的强度，轧轮轴直径尺寸受到了限制;轧轮直径过大，容易使送料打滑，同时造成结构臃肿。一般轧轮外径可选为圆丝直径的15倍左右，轧轮槽径约为圆丝直径的1.01倍。 2.2. 根据轧轮直径确定齿轮中心距由图6可知，齿轮及轧轮中心距a=D + 0.2d=D1 (1)式中a为齿轮及轧轮的中心距d为圆丝直径D1为齿轮分度圆直径分度圆直径求得后可根据强度选择齿轮模数m，然后求出齿数Z。 Z=D1/m (2)2.3. 根据送料长度确定棘轮齿数当圆丝落料长度确定后，送料长度为S=KL （3）式中S为送料长度L为圆丝落料长度 图7 连杆机构计算简图K为确保送料到位的可靠性系数，可取1.1。根据送料距离确定轧轮转角=（360/D1）S（4）一般中间齿轮的尺寸与送料齿轮相同，这样齿轮的转角即为轧轮的转角，棘轮齿数Z为Z=360/=D1/S（5）2.4. 根据棘轮转角确定滑块行程和凸轮升程 在图7连杆机构中，O2C0为棘轮半径，B0C0为棘爪长度，A0B0为连杆长度，H为棘轮转动角时的滑块行程。根据图解法或计算法可求得O2C0转动角度时摆杆O1B0相应的转角2，在三角形A1O1B1中，已知A1O1B1=1+2，应用正弦定理得，O1B1/sinO1A1B1 =A1B1/sin(1+2) O1A1B1=arcsin(O1B1sin(1+2)/A1B1)O1B1A1=180-O1A1B1-(1+2)又O1A1/sinO1B1A1= A1B1/ sin(1+2)O1A1=(A1B1sinO1B1A1)/ sin(1+2)由此可得滑块行程为H= O1A0- O1A1 在通常情况下，凸轮升程等于滑块行程，如果为了使用于多种规格而需要改变滑块行程时，可使凸轮升程大于最大滑块行程，对于较小的滑块行程可调节滑块起始点，使凸轮产生空行程来达到送料要求。 图8 圆丝剪切状态图3 切断由图1所示，当圆丝料送给结束后，切断滑块上的活动刀口与固定刀口相对错移将圆丝剪断。剪断时工件应力状态如图8所示,圆丝落料时的剪切力可按下式计算：Qmin=（1.3d/4）（6）式中Qmin为最小剪切力为圆丝许用剪切强度，一般取=0.8 b对于切断凸轮的升程可由固定刀口至脱料打棒的中心距确定。刀口的材料应采用高 速钢或硬质合金等优质材料，硬度为HRC60 以上，并须刃磨。为确保与圆丝的适当间隙，固定刀口的孔径公差可选取D8，活动刀口孔径应比固定刀口略大，以利圆丝进料时对中。4 位移、削光图9 工件的位移和削光由于圆丝切断时的断面不很平整，而对于链条销轴和轴承滚针而言，要求端面平整、光洁，因此圆丝下料切断时必须留有切削加工余量。而活动刀口与固定刀口之间的间隙很小，这样切削余量主要放在定位螺钉一侧（见图9），当活动刀口带动工件进行削光时，依靠位移刀将工件导正，使活动刀口两端工件露头相等，削光余量基本相同，然后再进行精削。由于精削余量很小而精削刀后角很小，因此精削后两端可得到光洁的表面。工件切削时必须进行冷却润滑，冷却液需要有足够的压力避免使切削刀尖粘结刀瘤和切屑槽中铁屑积累。5 脱料由图1可知，当切断滑块达到行程终点时，活动刀口静止，脱料打棒快速将工件顶出，然后急速退回，接着滑块开始动作，退回至活动刀口与固定刀口对齐，进行下一个周期的动作。 时间分布凸轮名称动 作 顺 序 03060 90 120 150 180 210 240270300330360送料凸轮送料进80080到位停2080100送料退8010080静止18018060切断凸轮静止90090切断进8090170静止85170255切断退70255325静止35320360脱料凸轮静止1700170脱料进40170210脱料退40210250静止110250360表1 凸轮时间分布另外，在设计中特别需要考虑的是，为确保各工序的动作协调一致，合理确定凸轮轴上各凸轮的分配时间相当重要，表1是凸轮轴转一周时各凸轮的时间分布。综上所述，金属圆丝切削机设计时应在保证其各种使用功能的前提下，依据合理科学的设计原理和方法，分别对该机的传动系统、校直机构、送料机构、脱料机构、模具部件、刀架部件、润滑系统及机身进行优化设计，才能充分保障整机的良好加工性能和完美的整机结构。参考文献：1 机械设计手册编委会，机械设计手册M，北京：机械工业出版社 2006.1.2 濮良贵，纪名刚主编. 机械设计.第七版M.北京：高等教育出版社，2001.1.3 范钦珊编，材料力学M.北京：高等教育出版社，2000.4 JPeter Sadler， Kinematics and Dynamics of Ma