基于Wildfire的彩纸拉炮纸片自动安装设备的设计及其简单模型制作

长沙学院毕业设计(论文) I摘 要如今烟花鞭炮的传统生产工艺大多系手工操作， 工艺烦琐。 不仅劳动强度大、功效低、产品质量难以保证，而且由于烟花鞭炮在生产过程中易燃、易爆，安全事故时有发生，工人的安全也得不到有力保障。因此， 研发自动化生产设备， 提高生产效率，确保安全生产和稳定产品质量是必然趋势。彩纸拉炮彩条纸自动安装设备 是拉炮实现自动化生产必不可少的自动化机械设备，彩纸拉炮纸片自动安装生产线的问世，可实现纸片的冲裁和自动安装，能有效的提高工作效率，而且能确保工人的人身安全。该机构主要由四部分组成： 步进机构、冲压纸条机构、送纸机构、纸条盒。 步进炮壳机构部分是实现炮壳逐个送至固定工位的机构； 冲压纸条机构是实现圆纸片的精准冲压及下送的机构； 送纸机构是实现纸条顺序移动到冲压刀口下的机构； 纸条盒是装纸条原件的机构。 四个部分协调动作， 在保证安全和产品质量以及经济性的前提下可以投入生产使用。关键词： 彩纸拉炮，切纸片，自动安装，步进机构, Proe 长沙学院毕业设计(论文) IIABSTRACTNowdays, the traditional production technology of firecrackers and fireworks is mostly by manual operation. Process is very cumbersome. Not only its big labor intensity and low efficiency, bad product quality, but also because of the inflammable and explosive of firecrackers in the process of production. accident to happen from time to time, workers safety also cant get a powerful guarantee. So, research and development Automatic production equipment, Improve production efficiency, To ensure the safe manufacture and stable product quality is an inevitable trend.Paper automatic installation equipment is the indispensable automation equipment in fireworks realizing automation production.The agency mainly made of the four parts：Stepping institutions, Stamping paper institutions, Deliver paper institutions, Paper box. Stepping institutions is to realize the fireworks shell sent to the fixed station institution one after the other; Stamping paper institutions is to realize the accuracy of round pieces of paper stamping and send down; Deliver paper institutions is to deliver the paper to stamping blade one by one; Paper box is used to place material. Four parts coordinated movements, In the premise of ensuring safety and product quality and economic efficiency, we can use it into production.Keywords: Colorized firecrackers, Cut pieces of paper, Automatic installation, Stepping institutions, Proe 长沙学院毕业设计(论文) III目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .III第 1 章 绪论 .11.1 花炮的历史及其发展 .11.1.1 花炮的由来 .11.1.2 花炮的发展 .21.2 花炮的生产现状和发展趋势 .31.2.1 花炮的生产现状 .31.2.2 花炮生产的发展趋势 .31.3 彩纸拉炮的传统生产方式 .41.3.1 彩纸拉炮的简单介绍 .41.3.2 彩纸拉炮的传统生产及现状 .6第 2 章 彩纸拉炮纸片自动安装设备整体设计 .72.1 彩纸拉炮纸片自动安装设备简介 .72.2 设计目的 .72.3 第一部分：纸盒设计 .82.3.1 纸盒结构设计 .82.3.2 纸盒具体尺寸设计 .92.4 第二部分：送纸机构设计 .102.4.1 吸纸 .102.4.2 送纸 .102.4.3 送纸部分动力选择 .132.5 第三部分：纸片冲压机构方案设计 .182.5.1 冲裁概述 .182.5.2 冲压机构原理 .192.5.3 动力元件设计 .232.5.4 尺寸设计 .242.6 第四部分：炮壳步进机构的设计 .252.6.1 皮带自转步进机构 .252.6.2 夹持步进机构 .262.6.3 凸轮夹持步进机构 .282.6.4 凸轮夹持步进机构传动系统方案设计 .32第 3 章 标准件的选取原则 .38 长沙学院毕业设计(论文) IV3.1 气缸的选择 .383.2 导轨的选择 .43第 4 章 设计 成果 .45结 论 .49参考文献 .50附 录 .51致 谢 .53 长沙学院毕业设计(论文) 1第 1 章 绪论1.1 花炮的历史及其发展1.1.1 花炮的由来古时烟花又名爆竹、爆仗、炮仗，称鞭炮是宋以后的事。从诗经小雅庭燎中，我们可读到这样的诗句：“庭燎晰晰，君子至止。 ”庭燎，是古人将竹子、草或麻杆，捆绑在一起燃放使夜晚耀如白昼，有照明与驱邪的作用。这可能是中国燃放爆竹的雏型，距今已两千多年以前了。古书周礼有岁终驱疫鬼即“驱傩”的活动。汉代，燃放爆竹，也为了驱鬼辟邪，时间在正月初一。汉东方朔的神异经西荒经说，深山中有山臊（后人称山魈） ，人接触到它，往往染寒热病。它好偷人食盐来吃虾蟹，遇见它“人尝以竹着火中爆州（形容声音）而出，臊皆惊惮。 ”南朝梁的宗懔在荆楚岁时记也说：正月初一“鸡鸣即起，先于庭前爆竹，以避山臊恶鬼。 ”山魈怕爆竹，民间便将山魈演变成一个叫“年”的怪物，年年从海里爬上岸来害人，后来它被一个穿红衣的小孩燃放爆竹吓跑了。这样除夕或正月初一燃爆竹驱邪，就渐成一种习俗。开初的爆竹只是用火烧竹子，使之燃火发声。随着纸的发明与广泛使用，加上炼丹家逐渐发现硝、硫磺与炭是易燃物质。到唐代，爆竹的燃放发展为人们将一支长竹竿点燃，或将一串串竹节挂在长竹竿上燃爆，当时被称作“爆竿” 。唐诗人来鹄在早春中写道：“新历才将半纸开，小庭犹聚爆竿灰” 。 “药王”孙思邈(公元 581682年)最早记叙了把硝石、硫磺、含炭物质混合在一起创造火药的“硫磺伏火法” 。火药用于爆竹也就逐渐开始，最初是将火药装入竹筒里燃放，后改进为用卷纸裹火药来燃放，爆竹也改名为“爆张”或“爆仗” 。到宋代，不仅纸制爆仗兴盛，而且烟花成为节日必需之物。孟元老东京梦华录说：“是夜禁中爆竹山呼，声闻于外。 ”南宋宋孝宗时，元宵节夜晚在宫中一次要放烟火百余架。到明代，藩王、权贵之家，节日也以放烟火来争奇斗胜，促使爆竹烟花规模、花样不断翻新。 长沙学院毕业设计(论文) 21.1.2 花炮的发展1、最早的“花炮” 、 “爆竹” ，是火烧竹子所发出的爆裂声。 荆楚岁时记载：“燃火投竹，爆破有声，能辟恶魔” 。 2、唐朝初年， “药王”孙思邈（公元 581-682 年）最早记叙了把硝石、硫磺、含炭物质混合在一起创造火药的“硫磺伏火法” 。传说孙思邈曾隐居浏阳。浏阳城东历来有“孙隐崖” 、 “洗药桥”等地名，有“升冲观” （前两年重修） 。如今还新建有“思邈公园” 。 3、唐初，浏阳大瑶人李畋（生于公元 601 年）为驱除瘟疫，将火药装在竹筒中，用引线点燃起爆，发出更大的响声和浓烈烟雾，驱散山岚瘴气。这是“装硝爆竹”的雏形。李畋因此被奉为“花炮始祖” 。4、宋代，民间开始用纸筒装裹火药，并用麻茎编结成串，做成“编炮” 。这种传统工艺一直延续近千年。 5、清康熙浏阳县志记载：“后人卷纸作筒，实以硝磺，名为大爆竹，馈遗者，号曰春雷。往岁小除夕，响声不绝。 ”在此，爆竹已广泛用于送旧迎新、婚丧嫁娶等场合。 6、清末民初，浏阳县城商人李熙雅“恢复和发展先祖失传技艺” ，制作出焰火四射的“烟花” 。当时一个名为“地老鼠”的品种，一直流行到上个世纪末。 7、20 世纪 80 年代初期，浏阳开始研制出具有国际水准的“礼花弹” ，完成了由“玩具烟花”到“大型烟花”的飞跃。此后， “浏阳花炮”频频亮相于国内国际的大型烟火表演， 让这个世界黑色的夜空光芒四射。 长沙学院毕业设计(论文) 31.2 花炮的生产现状和发展趋势1.2.1 花炮的生产现状目前，国内大多数烟花还是依靠手工操作，除了鞭炮生产有一些设备外，其他产品很少有设备生产，花炮的传统工艺均系手工操作，工艺繁琐，据说须经过 12 道流程、72 道工序，不仅劳动强度大，工效低，不安全，生产企业习惯于、仍处于传统作坊式手工生产和加工，机械化程度低，装备水平和工艺设施落后，而且产品的质量难以保证。正是由于企业自身安全投入不足，安全保障能力难以提高，无跨地区、跨行业的企业集团，产品竞争力低，这势必严重影响我国烟花爆竹行业健康发展。特别是彩纸拉炮，目前还没有相应生产设备的任何资料记载。1.2.2 花炮生产的发展趋势调查得知，我国多数花炮生产企业以生产低档烟花爆竹为主，工艺落后，产能较低，人员众多，标准不高。企业所使用的生产机械如结鞭机，插引机，包括近年来引进的自动装配药机等机械设备，对于刚刚实现从作坊到工厂转变不久的生产企业来说，在产能和安全方面，已取得了长足的进步。但是同时我们也注意到这些机械设备大多为本行业自行研发制造，其结构比较简单，工艺水平不高，尤其是在安全性和可靠性方面，几乎没有经任何国家权威部门进行产品合格鉴定，许多还需要进一步的改进和提高，因此，研发自动化生产设备，提高生产效率，确保安全生产和稳定产品质量是必然趋势。 长沙学院毕业设计(论文) 41.3 彩纸拉炮的传统生产方式1.3.1 彩纸拉炮的简单介绍彩纸小拉炮属手持式烟花类，喜庆场合应用较多，烘托节日的气氛，特别是国外的圣诞节，彩纸拉炮可称是必须品。如图，将下端白色绳子拉出，拉炮会喷出漂亮的彩纸，在婚礼、Party 或庆典现场施放，产生喜庆的气氛。无浓烈火药味，不伤人（小孩也可操作使用） ，深受人们喜爱。图 1.1 现有产品 长沙学院毕业设计(论文) 5炮壳外形尺寸如下图：图 1.2 炮壳外形尺寸内部结构如下图：图 1.3 拉炮内部结构 proe 效果图 长沙学院毕业设计(论文) 61.3.2 彩纸拉炮的传统生产及现状随着我国花炮产业快速发展，安全生产压力也在增大，拉炮生产方式属于季节性生产，生产期受限制，特别装药期较短，虽然工人在上岗前也要经过培训，但技术不熟练、基本功不扎实、安全意识淡薄、违反劳动纪律、不严格遵守行业规程与政策法规等问题普遍存在，且一直以手工型、作坊型为主要生产方式,属典型劳动密集型产业。传统生产多为手工作业,如切纸、扯筒、洗筒、腰筒、褙筒、钻眼、和药、装药、筑药等,不仅劳动强度大,工作环境差,工效低,质量难以保证,而且安全系数小，加之从业人员素质低,自我保护的意识差，生产工艺、生产技术的传承从来就是师傅怎么教,徒弟怎么做，生产机械化程度不高且工艺十分落后，研究开发相关生产机械前景十分光明，紧紧依靠科技进步，加快机械设备研发生产，提高机械设备在生产过程中的比重，减少操作员工数量，实现人机分离，提高劳动效率，不断改进安全生产条件，是提升企业产能和提高企业产品质量的根本途径。 长沙学院毕业设计(论文) 7第 2 章 彩纸拉炮纸片自动安装设备整体设计2.1 彩纸拉炮纸片自动安装设备简介彩纸拉炮纸片自动安装是在拉炮内装好火药、拉线之后的一道工序，目的是将火药和彩纸隔开以及密封，由于拉炮中有少量的火药，有纸片，且拉炮壳本身材料为塑料，故彩纸拉炮纸片自动安装设备设计时需考虑其易燃易爆的特征，且要求每一个拉炮壳动作时有一定的平稳性，否则将会导致拉炮半成品倾倒，造成火药、纸片等的浪费，因此我们的动力都采用气动元件，不但能够实现精确的定位，而且具有环保，安全，噪音小等优点。2.2 设计目的在本次设计中，主要解决的是拉炮在穿线，装药环节之后，将纸片自动压入 1 处，把火药和彩纸分隔开，最后用两层纸片分别放到 2 和 3 处将火药和彩纸固定在外壳内。用机器代替传统的手工作坊，不但提高了生产效率，而且降低了生产的危险性。 长沙学院毕业设计(论文) 8图 2.1 长沙学院毕业设计(论文) 92.3 第一部分：纸盒设计2.3.1 纸盒结构设计纸盒的主要功能是装坯料纸条，将一打一打的半成品纸条成堆装放，送入到送料机构的吸纸槽内，等待下一步工作。下图为纸盒轴侧图： 图 2.2 纸盒轴测图纸盒的设计结构简单可行，类似于抽屉样式，能顺利把纸条推入到相应的位置，完成原料的运输工作。下图为装满纸条的纸盒 3D 效果图:图 2.3 装纸的纸盒 proe 效果图 长沙学院毕业设计(论文) 102.3.2 纸盒具体尺寸设计纸盒的具体尺寸设计参照图纸 CZ03-00-04。 长沙学院毕业设计(论文) 112.4 第二部分：送纸机构设计送纸机构的主要功能是对原料纸条的运送，将纸条连续地运送到冲压机构的工作位置，再利用冲压机构将坯料纸条冲压成小圆片，压入到炮壳内，完成一个工作循环。送纸机构的功能主要包括吸纸和送纸，传动系统为气动元件，空气压缩机、真空发生器、气缸。2.4.1 吸纸吸纸是将空气压缩机产生的气压通过真空发生器产生真空，通过吸纸钢条完成。吸纸钢条上安装有 4 个圆吸片，通过真空发生器产生的真空将纸片吸住。原理图如下：图 2.4 吸纸原理图2.4.2 送纸送纸分两个过程，第一步是将上一步吸住的纸条送到送纸槽内，该过程只有吸纸钢条的横向移动，目的是把纸条放入送纸槽。实现送纸第一步的机构如图 2.5 所示，纸条吸附在送纸钢条上，首先通过气缸 1可控制升降板沿导向滑竿上下移动，从而可实现送纸钢条的上下运动；其次，通过气缸 2 直接控制送纸钢条的横向往复运动，把纸精确送入纸槽内。 长沙学院毕业设计(论文) 12图 2.5 送纸第一过程内部 proe 效果图送纸第二步是将上一步送到送纸槽的纸条运送到冲压机构的工作位置，实现原料的连续传递；此部分通过圆吸片的“吸送放回”连续循环动作，实现纸条的步进。 长沙学院毕业设计(论文) 13图 2.6 送纸原理图图 2.7 送纸 proe 效果图将第一和第二部分连接，便能实现整个动作，即将坯料纸条送至冲压机构的工作区域，循环工作。整体送纸机构 3D 效果图如下： 长沙学院毕业设计(论文) 14图 2.8 送纸机构整体效果图 长沙学院毕业设计(论文) 152.4.3 送纸部分动力选择2.4.3.1 气缸的选择根据本说明书 3.1 气缸的选择方法，参照图 2.8对于气缸 2，选择笔型气缸，气缸的输出力满足吸纸钢条在直线滑轨上的摩擦阻力即可，其行程为 40mm。经 proe 软件进行质量分析（图 2.9）：图 2.9 proe 对送纸钢条的质量分析特征可知钢条的质量为 0.598Kg，4 块圆吸片的质量为 4X0.0156Kg，忽略小螺钉的质量，近似得出总质量为，查得滑轨的 u 为 0.005，可得出摩擦阻力1摩 擦 系 数0.5.610.3fumgN 长沙学院毕业设计(论文) 16根据计算要求气缸选用笔型气缸 PB-16 40（ISO6432 标准） ，理论出力计算公式是：0FPA=-式中：F 气缸理论输出力（N）P工作压力(MPa)A活塞受力面积（ ）2m弹簧复位力（N）0系统压力为 0.3 0.5MPa，选用复动型气缸时， =0 N，取系统压力极小值时(按0F拉侧受力面积 )，推出：217.05.81FPA=-显然满足要求。参照（ISO6432 标准） ，选用缸径为 16mm，行程为 40mm 的亚德客笔型气缸，代号为 PB-16 40。对于气缸 3，两个相同的气缸同时同步运动，目的是给纸片向上的力，使第一片纸条接触吸纸钢条，它的力主要来自一打纸的自重，根据要求，选择亚德客笔型气缸 PB-10 80。根据理论出力计算公式0FPA=-系统压力为 0.3 0.5MPa，选用复动型气缸时， =0 N，取系统压力极小值时(按0F押侧受力面积 )，推出：278.5m03.N-两个气缸，故可承受的压力为 2F=47.1N,显然满足要求。参照（ISO6432 标准） ，气缸 3 选用缸径为 10mm，行程为 80mm 的亚德客笔型气缸，代号为 PB-10 80。对于气缸 1，它的主要功能是控制吸纸钢条的上升和下降，此外气缸 1 的输出力应大于 2 倍气缸 3 的输出力，直接控制气缸 3 的行程，使气缸 3 起到类似于溢流阀的作用。首先，根据设计要求，确定气缸 1 的行程为 25mm。 长沙学院毕业设计(论文) 17由气缸 3 的输出力 F=23.55N，初步选取亚德客超薄气缸，代号为 ACQ-20 25。进行验证：根据设计，气缸 1 回程时，需要将升降板、导轨、吸纸钢条、气缸 2、气缸连接角钢等提升。所以，气缸在回程过程中，其输出力至少要满足要求FMg=(3.057+0.1+0.660+0.309+0.139) 10=42.65 N。根据公式 ，系统压为最低 0.3Mpa 考虑，可得0FPA=-押侧的输出力为 94.2 N；拉侧的输出力为 70.7 N，显然满足要求。参照（ISO6432 标准） ，气缸 1 选用缸径为 20mm，行程为 25mm 的亚德客超薄气缸，代号为 ACQ-20 25 。同理，送纸气缸 4 选用亚德客笔型气缸，代号为 PB-10 40。图 2.10 AIRTAC 超薄气缸 长沙学院毕业设计(论文) 18图 2.11 AIRTAC 笔型气缸综上所述，送纸机构选择的气缸类型分别为（表 2.1）：气缸名称 气缸 1 气缸 2 气缸 3 气缸 4品牌及型号 AIRTAC ACQ-20 25AIRTAC PB-1640AIRTAC PB-10 80AIRTAC PB-10 40气缸内缸径 mm 20 16 10 10活塞杆外径 mm 10 6 4 4行程 25 40 80 40受压面积 mm2(押侧/拉侧)314/236 200.96/172.70 78.50/65.94 78.50/65.94理论输出力 N(押侧/拉侧)94.2/70.7 60.29/51.81 23.55/19.78 23.55/19.78表 2.1 送纸机构气缸的规格 长沙学院毕业设计(论文) 19送纸机构气缸的运动时序表（一个循环内）：气缸名称 速度 /msT（伸出）/s T（收回）/s气缸 1 5 4-9 9-14气缸 2 20 16-18 14-16气缸 3 20 0-4 9-13气缸 4 20 17-1919-21 21-2323-25 25-2727-29 29-3131-33 33-3535-37 37-3939-41 41-4343-45 45-4747-49 49-5151-53 53-5555-57 57-5959-61表 2.2 送纸机构气缸的运动时序表 长沙学院毕业设计(论文) 202.5 第三部分：纸片冲压机构方案设计该冲压机构主要目的是将运送来的纸条冲裁成小圆片，再通过吸盘把小圆片压入到炮壳内相应的位置，实现纸片的自动安装。2.5.1 冲裁概述冲裁是利用冲模使部分材料或工序件与另一部分材料、工（序）件或废料分离的一种冲压工序。冲裁是剪切、落料、冲孔、冲缺、冲槽、剖切、凿切、切边、切舌、切开、整修等分离工序的总称。 2.12 工作剪断切口从板料上分离出所需形状和尺寸的零件或毛坯的冲压方法。冲裁是利用冲模的刃口使板料沿一定的轮廓线产生剪切变形并分离。冲裁在冲压生产中所占的比例最大。在冲裁过程中，除剪切轮廓线附近的金属外，板料本身并不产生塑性变形，所以由平板冲裁加工的零件仍然是一平面形状。冲裁可分为剪切、落料、冲孔、切断、切口和剖切等。剪切是将大平板剪切成条料。落料是沿一条封闭的分离线将所需的部分从板料上分离出来。切边是切去拉深件的飞边。冲孔是在板料上冲出孔、槽和百页窗等。冲裁模的上、下模刃口的错开量称为间隙。间隙对剪切变形、破坏过程、冲裁件的质量、冲模寿命有影响。冲裁间隙受板料的性能、板料厚度、冲裁方式和冲模结构等多种因素影响，一般单边间隙取板厚的 1015。冲裁后得到的冲裁切口表面由塌角、剪切面、断裂面和毛刺等 4 部分组成（图 1） 。剪切面是塑性变形形成的，表面光洁且与板料平面垂直。断裂面是破坏形成的粗糙表面，不垂直于板料平面，呈一定倾角。普通冲裁件的尺寸精度低于 5 级,表面粗糙度约为 R5010。 长沙学院毕业设计(论文) 212.5.2 冲压机构原理冲压的工艺动作如图 2.13 所示，上模板以匀速下降将成品纸条压紧在冲模底板上，吸盘匀速下降将圆形纸片推出型腔，再送入到拉炮壳内指定位置，最后上模板和吸盘快速返回。上模板和吸盘退回后，送纸机构从侧面将纸条送至待加工位置，完成一个工作循环。图 2.13 纸片冲压工艺原理图确定冲压机构的冲压力：冲压力是选择动力，进行模具强度。刚度校核依据。材料的剪切强度-板材的物理性质，由板材的材质所决定；纸条的剪切强度可用铝材的剪切强度近似替代，厚度为 0.2mm，圆片的直径为 28mm。 长沙学院毕业设计(论文) 22在材料手册中查到常见材料的剪切强度如下：材料 剪切强度（KN/ ）2m铝 5052H32 0.0800黄铜 0.2413低碳钢 0.3447不锈钢 0.5171表 2.3 常见材料的剪切强度参照附录冲压力是指在冲裁时，压力机应具有的最小压力。P 冲压=P 冲裁+P 卸料+P 推料+P 压边力+P 拉深力。冲裁力计算公式： =KLPt冲平刃口冲裁力（N)冲t材料厚度(mm) L冲裁周长(mm) 材料抗剪强度(MPa) K安全系数，一般取 K=1.3 卸料力：把工件或废料从凸模上卸下的力Px= PX冲Kx卸料力修正系数，Kx的参考数为 0.04 推件力：将工件或废料顺着冲裁方向从凹模内推出的力ttPKn冲Kt推件力力的修正系数，Kt 的参考数为 0.05 长沙学院毕业设计(论文) 23P 冲裁力N 卡在凹模洞口内的件数，若出口无工件卡住， Pt=0，不计算推件力压边力计算： P y=1/4 D2（d1+2R 凹）2F1D2毛坯直径d1凹模直径R 凹凹模圆角半径F1拉深力 拉深力计算： Fl= d1 bK1d1-首次拉深直径（mm）b-材料抗拉强度（Mpa）K-修正系数冲压力计算要根据冲模的具体结构考虑其计算方法。1） 刚性卸料装置自然落料方式:Pz= +Pt=P+KtPnP冲2） 主要性卸料的和主要性顶料装置:Pz= +Pa+Pd=P+KxP+KzP冲3) 主要性缺卸装置自然落料方式：Pz= +Px+Pt=P+KxP+KtPn冲Pz总的冲裁力即是压力机就给的最小压力根据设计，此纸片冲压机构为刚性卸料装置自然落料方式，有 Pz= +Pt=P+Kt Pn，P冲 冲由于工件无卡死现象，故 Pt=0 3=KL1.3280.10=82.7Nt冲由于冲压机构的刀口为斜刃，故接触为点接触式，所以在考虑冲裁力时，我们以理论值的六分之一计算：故 1=82.7304.N6PZ该冲压机构具有以下特点： 长沙学院毕业设计(论文) 241. 动力源是气缸，冲模底板固定，上模板和吸盘作上下往复直线运动，具有匀速下降、匀速工作进给和快速返回的特性；2机构具有较好的传力性能，特别是工作段的压力角小；3上模板到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工位置（冲模底板、刀口的正上方） ；4生产率约每分钟 15 件；5上模板的总行程长度为 12mm；6. 吸盘的工作段长度为 46mm，吸盘送料距离 H=46mm，总行程为 50mm；图 2.14 冲模工作部分爆炸图 长沙学院毕业设计(论文) 252.5.3 动力元件设计参照送纸机构传动方案设计，又冲压机构的冲压力 Pz=304.8 N，选择的气缸类型分别为（表 2.4）：气缸名称 上模板气缸 吸盘气缸品牌及类型 AIRTAC ACQ-25X12 AIRTAC ACQ-40X50缸径 mm 25 40活塞杆外径 mm 12 16行程 mm 12 50受压面积 mm2(押侧/拉侧) 491/378 1257/1056理论输出力 N(押侧/拉侧) 147.3/113.3 377.0/316.7表 2.4 冲压机构气缸的规格气缸的运动时序表如下：气缸名称 速度 /msT（伸出）/s T（收回）/s上模板气缸 24 0-0.5 3.5-4吸盘气缸 25 0.5-2.5 2.5-4表 2.5 冲压机构气缸的运动时序表 长沙学院毕业设计(论文) 262.5.4 尺寸设计参照附图 CZ03-00-02 系列图纸。冲模机构的整体安装轴测图如下图 2.15 冲模机构轴测图 长沙学院毕业设计(论文) 272.6 第四部分：炮壳步进机构的设计步进机构有许多种类，其主要的功能是实现原料的步进，持续补给，在工业生产中往往发挥着不可替代的作用，针对此次拉炮的设计，主要考虑到以下几种步进机构，下面我们通过描述比较，进行优化选择。2.6.1 皮带自转步进机构皮带自转步进机构是利用一对相对旋转的特制皮带将处于一定位置的物料旋入特定位置的机构，其原理图如下：图 2.16 皮带自转步进机构示意图彩纸拉炮正立输送，橡胶皮带轮特制，一面开有半圆弧形缺口，半径略大于彩纸拉炮下端半径，当输送带以速度 V 按图示方向转动时，在输送带左端的彩纸拉炮壳会逐个有规律的进入输送带，完成物料的输送动作。输送带的旋转运动可由相关运动源提供，并通过相关传动机构获得所需转速。该机构适用于传送体积较大，物体本身强度较高，且送给速度也较大的场合，由于其自身传动复杂，整体体积也较大，不能适应于精确的送料场合。 长沙学院毕业设计(论文) 282.6.2 夹持步进机构夹持步进机构由上、下夹板组成，其中下夹板负责将物料夹持在固定位置，下夹板负责将物料逐个步送传递，其原理结构图如下：图 2.17 上夹板示意图图 2.18 下夹板示意图如上图，上夹块由左、右夹板组成，直线运动 2、4 实现对炮壳的夹紧和松开，直线运动 1、3 实现左、右夹板横向运动实现对炮壳的夹送。下夹板由固定夹板和动夹板组成，动夹板的直线运动 5、6 实现对炮壳的夹紧和松开，固定夹板固定不动。通过上、 长沙学院毕业设计(论文) 29下夹板的配合协调动作可精准的实现对炮壳的步进送给。该机构应用于夹持体积小，材料硬度小，且送料周期较大的场合，当夹块的加工精度以及配合精度足够高时，可以实现精准的夹持和送给动作，但此次设计经过试验，在夹送过程中炮壳的垂直度不能满足要求，甚至有严重倾斜，使纸片不能顺利压入。 长沙学院毕业设计(论文) 302.6.3 凸轮夹持步进机构2.6.3.1 凸轮机构简介凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。 图 2.19 凸轮的应用与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。 长沙学院毕业设计(论文) 312.6.3.2 凸轮夹持步进机构的原理凸轮夹持步进机构主要由送料夹凸轮、连接滑块、送料夹滑块、工作夹和送料夹等组成。其工作原理如下图。图 2.20 凸轮夹持步进机构原理图如上图所示，由于送料凸轮（主动件）的直线前后往复运动，使连接滑块（从动件）相对（相向）左右移动，从而实现送料夹的夹紧与松开。该机构具有结构简单，运动稳定，精度较高的特点。上图的虚线部分和实线部分分别表示送料凸轮左右运动的两个极限位置，其行程是 40mm 。下图为所设计凸轮的尺寸和工作时的压力角（其中最大压力角 ，根据经 ， ，凸轮设计满足要求） 。2192验 2=30， 故图 2.21 凸轮的尺寸和压力角 长沙学院毕业设计(论文) 32图 2.22 步进机构 proe 部分爆炸图经过对凸轮的运动分析，对从动件连接滑块的左右运动进行运动轨迹描绘，其运动轨迹图如下。图 2.23 凸轮连接块随凸轮的位移运动曲线图工作时，当工作夹与送料夹同时夹紧，拉炮壳的垂直度得到了保证（图 2.24） ，能顺利将纸片压入而不变形，符合本次设计 要求。 长沙学院毕业设计(论文) 33图 2.24 工作状态夹紧示意图如图 2.25，将左右两送料凸轮和两送料夹滑块分别连接成一体，各用一气缸控制前后往复运动，再与工作夹的两气缸协调动作，可分别实现夹紧松开、炮壳步进两个动作。图 2.25 步进机构 proe 整体效果图综上所述，通过比较，优先选用凸轮夹持步进机构，它具有结构简单、加工成本低、运动稳定、传送精度高等优点。 长沙学院毕业设计(论文) 342.6.4 凸轮夹持步进机构传动系统方案设计考虑到拉炮中有少量的火药，有纸片，且拉炮壳本身材料为塑料，故彩纸拉炮纸片自动安装设备设计时需考虑其易燃易爆的特征，且要求每一个拉炮壳动作时有一定的平稳性，否则将会导致拉炮半成品倾倒，造成火药、纸片等的浪费，因此我们的动力都采用气动元件，不但能够实现精确的定位，而且具有环保，安全，噪音小等优点。步进机构传动系统如图 2.26 所示，图 2.26 凸轮步进机构传动系统图 长沙学院毕业设计(论文) 352.6.4.1 送料夹凸轮气缸的选择对步进机构连接滑块进行受力分析（在凸轮最大压力角 处） ，图示如下：219图 2.27 连接滑块和送料凸轮的受力分析连接滑块受力来自两个部分，第一是送料凸轮给的动力，第二是连接滑块和滑销之间的摩擦阻力。连接滑块的摩擦阻力又来自两个部分，其一是滑块上方零部件的重量和自重引起的 ，另一个是由送料凸轮给的力 F 在水平方向的分量引起的 。其中， 是连接滑af bf1F块、螺钉、垫圈、弹簧垫片、送料夹滑块、连接螺钉、送料夹、送料夹固定螺钉在送料滑销上的压力之和，跟据 proe 中质量分析，设置材料 Q235A 的密度为，可分别得出各零件的质量。637.8210m公 斤 /经分析，得总质量 M=(连接滑块质量+六角螺钉质量+垫圈质量+弹簧垫片质量+连接螺钉质量) X 2+送料夹 X 3 +送料夹固定螺钉 X 6 + 送料夹滑块质量。即 M=（0.065+0.0038+0.0014+0.0026+0.0038）X 2 + 0.0078 X 3 + 0.0017 X 6 + 0.124= 0.311 Kg故， =Mg=0.2772 X 10 =3.108 NaF又查得刚和刚（粗糙度 3.2）之间的 u=0.1。3摩 擦 系 数N （1）0.31afuMg 长沙学院毕业设计(论文) 36（2）12sinbNfuF根据连接滑块 Y 方向的力衡，可知 （3）2cosabfF联立（1） （2） （3）解得 F= 0.340 N对送料凸轮进行受力分析，送料凸轮的受力主要有四个部分，第一为连接滑块对它的反作用力 F，第二是连接滑块对它的摩擦阻力 ,第三是送料夹凸轮轨道对它的摩1f擦阻力 ，第四是气缸对其的推力。如图 2.25 所示：2fN 10.34.0u根据 Y 方向的受力平衡，可得 N212cosin0.3Ff由两个力产生，其一因为送料凸轮的自重在凸轮轨道上的摩擦，其二为 在凸2f NF轮轨道侧面的摩擦。有N20.186.031.27NfumgF根据 X 方向受力平衡，有 N=cos05ff气 缸以上分析只针对于凸轮步进机构的一侧，所以，我们选择气缸的推力应大于 ，2F气 缸即气缸的负载至少应为 0.5 N 。根据要求，凸轮滑块动力气缸选用笔型气缸（ISO6432 标准） ，理论出力计算公式是：0FPA=-式中：F 气缸理论输出力（N）P工作压力(MPa)