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JE25 110 开式双点 压力机 传动系统 设计 包含 PDF 图纸 CAD 制图 文档

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毕业设计JE25-110开式双点压力机传动系统的设计TRANSIMISSION SYSTEM DESIGN OF JE25-110 OPEN TYPE TWO-POINT PRESS 摘要本设计介绍了机械压力机的历史及我国冲压机械的发展现状，对机械压力机的设计方法进行一定的介绍。本设计主要对JE25-110开式双点曲柄压力机的传动部分进行设计。开式曲柄压力机主要包括主传动装置，操纵系统，润滑系统，辅助机构和床身五部分。其工作原理为：以曲柄滑块机构作为工作机构，滑块是强制运动的，传动系统为一级、两级或三级等传动，一级传动由电机通过一级带传动，带动飞轮旋转，两级或三级等传动由电机通过一级带传动，带动飞轮旋转，然后通过齿轮传动，再带动曲轴旋转，通过连杆机构把回转运动转化为滑块的往复直线运动。本设计主要是传动部分的设计，其中包括传动形式的设计和传动部件的设计。本设计使用三相异步电动机，传动系统为二级传动系统，电动机通过带传动将动力传递给主传动轴，主传动轴通过齿轮传动将动力传递给曲轴，两根曲轴通过两个相同的齿轮进行联动，从而带动滑块在竖直方向做往复运动。传动部件零件设计主要包括：电动机的选择，飞轮尺寸的设计和校核，齿轮主要参数的设计及齿轮强度的校核，曲柄滑块机构的设计等。关键词：压力机；传动；曲柄滑块 ；校核AbstractThis paper mainly was introduced the history of machine press and the actual development of China, then introduced the design method of machine press. This paper mainly was introduced transmission design of JE25-110 open type two-point press.open type press mainly consist of main transmission part, control system, lubrication system, complementary unit and the body of press. The principle of operation: operating mechanism was crank block mechanism, slider was constrained motion. Transmission system consist of one-ratio gear, two- ratio gear or three-ratio gear and so on. one-ratio gear used electromotor by one-ratio belt transmission drive flywheel rotator. two- ratio gear or three-ratio gear and so on used electromotor by one-ratio belt transmission drive flywheel rotator, then drive crank shaft rotator by gear transmission. Putting cornering properties into to-and-fro translational motion by link mechanism.This paper mainly was the transmission design, it consist of transmission form design and transmission parts design. This paper used triphase asynchronism electromotor, transmission system was two- ratio gear system，electromotor driven the main transmission shaft by belt transmission ,then main transmission shaft driven shaft rotator by gear transmission .Two shaft rotator linkage by two same gears, and driven the slider to-and-fro translational motion in elevation direction. transmission parts design consist of : the choose of electromotor, design the dimension of flywheel and check it, the dimension design of gear wheel and check the intensity of the gear wheel, the design of crank block part and so on.Keywords machine press transmission crank block check II目 录1 绪论11.1 引言11.2 开式曲柄压力机51.2.1 开式曲柄压力机工作原理61.2.2 开式曲柄压力机组成71.2.3 提高开式曲柄压力机的精度81.3 曲柄压力机的主要技术参数92 压力机总体设计102.1 机身设计102.2 传动设计102.3 滑块设计102.4 油气路设计102.5 压力机设计参数113 传动设计123.1 传动总体设计123.1.1 传动总体设计的方法123.1.2 本设计思路133.1.3 传动零件计算特点143.1.4 装配间隙要求163.2 电动机的选择和飞轮的设计173.2.1 压力机功能的计算173.2.2 电动机功率的计算183.2.3 电动机的选择193.3 飞轮的设计193.3.1 飞轮转动惯量计算203.3.2 飞轮尺寸设计213.3.3 飞轮起动时间核算233.4 带传动的设计243.4.1 带传动形式243.4.2 传送带的设计263.4.3 带轮的设计283.5 齿轮传动的设计283.5.1 齿轮基本参数设计283.5.2 齿轮强度校核303.6 曲柄滑块机构的设计323.6.1曲柄滑块机构运动分析323.6.2 曲柄滑块机构受力分析343.6.3 曲轴基本参数设计363.6.4 曲轴强度校核37结论39致谢40参考文献41附录42附录142附录247601 绪论1.1 引言锻压生产在国防工业和民用工业小占有极其重要的地位。采用锻压工艺生产零件具有很多特点：塑性成形肘，移动材料单位体积的速度比切削加工快，生产效率高；不仅能改善材料内部的结构和缺陷，而反还能充分利用纤维组织的方向性，尤其是稍密锻压后不加工的零件，没有外露的端向晶粒，可大大提高零件的机械性能；零件重量轻，材料利用率高，精密锻压显得更为突出，这在航天和航空工业中具有及其重要的意义。因此，锻压加工的零件数量在各行各业中所占比重很大：航空工业中占85%;汽车工业中占80%;电器、仪表工业中占90%;农机、拖拉机工业中占70%。锻压机械是指在锻压加工中用于成形和分离的机械设备，1842年，英国工程师史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻压机械的时代。1795年，英国的布拉默发明水压机，但直到19世纪中叶，由于大锻件的需要才应用于锻造。随着电动机的发明，十九世纪末出现了以电为动力的机械压力机和空气锤，并获得迅速发展。二十世纪初，锻压机械改变了从19世纪开始的向重型和大型方向发展的趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。压力机少切削，无切削，节约原材料，提高劳动效率，增加经济效益，因而被广泛采用。锻压机械的比例越来越大，它是衡量一个国家机械工业先进程度的重要标志。在汽车、航空航天、电子和家用电器领域，需要大量的金属板壳零件，特别是汽车行业要求生产规模化、车型个性化和覆盖件大型一体化。进入21 世纪，我国汽车制造业飞速发展，面对这一形势，我国的板材加工工艺及相应的冲压设备都有了长足的进步。1) 我国当前冲压设备的发展现状(1) 重型机械压力机及其覆盖件生产线、大型多工位压力机汽车覆盖件是标志汽车质量的最重要钣金零件，是大型冲压件的典型件，其生产目前主要有两种方法：一是由多台大重型机械压力机配以自动化机械手，组成自动化柔性冲压生产线；二是应用大型多工位压力机生产。(a) 单机连线自动化冲压生产线 为满足自动化冲压生产线的需要，国内知名压力机生产企业在20世纪末期，就大力进行了高性能单机连线压力机的研制生产。其中以济南二机床集团公司、上海锻压机床厂、齐齐哈尔第二机床厂等为代表，先后研制了J471250/2000型闭式四点双动拉深压力机、S3P-630 型闭式四点压力机、PE4 - HH- 600 - 2TS 四点单动压力机、PD4- HH - 800/ 600 - 2TS 四点双动压力机、30000kN 闭式双点汽车大梁压力机、成系列多连杆传动单动压力机及其他规格的大型双动拉深压力机。由它们组成的自动化冲压生产线具有大吨位、大行程、大台面，以及大吨位气垫、机械手自动上下料系统、全自动换模系统和功能完善的触摸屏监控系统，生产速度快、精度高。这些单机连线已先后装备了第一汽车制造厂、重庆长安汽车厂等汽车制造业的多条大型自动化冲压生产线，并正在向更多的汽车厂和国外公司扩展。2006年8月，济南二机床公司向泰国萨密特公司提供了一条32000kN大型冲压生产线，充分满足了汽车快速、高精度及高效的生产要求。这类生产线的典型配置和用途：开式单点压力机加装辊轮送料机( 或气动送料机) 成线，可作单( 多) 工序连续冲压，操作性良好；开式双点压力机加装多工位送料装置、开卷装置和校平装置，组成多工位连续冲压生产线。由于占地少、工序间搬运小，所以正日益被冲压生产看好；高速压力机加装凸轮分割型送料机、开卷校平装置成线，冲制专用零件，如电动机硅钢片等。(b) 大型多工位压力机 在覆盖件冲压领域，大型多工位压力机是最先进、最高效的冲压设备，是高自动化、高柔性化的典型代表。通常由拆垛机、大型压力机、三坐标工件传送系统和码垛工位等组成。生产节拍可达1625次/min，是手工送料流水线的45倍，是单机连线自动化生产线的2 3 倍。是当今世界汽车制造业应首选的最先进的冲压设备，目前世界上已能生产95000kN 的大型多工位压力机。这类机床过去惟工业发达国家独有，20世纪末到21世纪初我国也已开发研制，并取得成功。济南二机床集团公司于1999年与德国万加顿公司合作制造了两台20000kN 大型机械多工位压力机，2005年初又与世界最大的汽车零部件供应商美国德纳(DANA)公司签订了供货合同，为其提供一台50000kN重型多工位压力机。该机采用电控同步、电子伺服三坐标送料、多连杆、全自动换模、模具保护及现场总线控制等多项国际先进技术，具有远程诊断、远程控制和网络通信等多种自动化功能，适用于汽车制造中薄板件的拉深、弯曲、冲裁和成形等冷冲压工艺。是我国迄今为止出口的吨位最大、技术含量最高、自动化程度最高的冲压成套设备。济南二机床公司因强大的研发制造能力和良好的市场业绩，被国外用户誉为“世界五大数控装备制造商之一”。迄今为止，这类多工位压力机在国内汽车业尚未广泛使用，但市场前景十分看好。(2) 数控板冲、剪、折机床及柔性加工生产线我国的数控冲( 剪折) 机床始于1982年，经过20多年的发展，已经到4轴控制、辅助功能增多、模位数增大并带两个自转模位，并进一步发展为液压驱动4 、5 轴控制，现在又已出现网络式数控转塔冲床。生产企业由最早的济南铸造锻压机械研究所发展到多家公司，颇有实力的有济南捷迈数控工程公司、齐齐哈尔二机床集团公司、江苏亚威公司、江苏扬力集团公司、湖北三环集团公司和江苏金方圆公司等。(a) 数控冲床目前，许多用户都趋向使用数控复合冲剪机( 可组成数控冲剪复合柔性加工线)，但数控冲床单机的市场仍旧很大。数控冲床的先进特点有：采用高性能伺服液压驱动的专用液压系统；步冲次数高(步距0.5mm时，频率6001000次/min)，冲压稳定性好；采用智能夹钳减小冲裁死区；采用毛刷型工作台确保板材表面质量；工作台移动速度高(轴向80m/min，合成120m/min)；设有24个自动分度工位(大直径模设置其上，减小转塔换模惯性)；采用开放式数控系统，用户界面友好，可扩展性高，并配有高效自动编程软件。主要用于带多种尺寸规格孔型的板冲件加工，在大型电气控制柜加工行业有着广泛的市场，也可用于其他大批量板冲件的加工。(b) 数控冲剪复合机及柔性加工线数控冲剪复合机是由数控冲和数控角剪集合而成，板料的冲孔、成形和剪切可在其上一次完成，最适合后序有弯折工序的板件加工。多工序共用一套数控系统、液压系统和送料机械手，与数控冲和角剪机单机连线比较，不仅可以降低设备投资，节省占地面积，减少故障率，而且还可以作为主机组成冲剪复合柔性加工线。国产的先进数控冲剪复合柔性加工线有：济南捷迈数控公司制造的CI型柔性加工线，它由PS31250型数控冲剪复合机、板材立体仓库、吸盘式送料机、码垛分选装置及控制系统组成，复合机公称力(冲/剪)300/280kN，加工板材尺寸1250mm5000mm，机器5 轴控制，整线生产率(钢板)8张/h；江苏金方圆公司制造的APSS型柔性加工线，由一台冲剪复合机、定位台和自动上料机械手组成，公称力300kN，加工板材尺寸1250mm2500mm。上述两线均达到国际先进水平。(c) 数控折弯机 数控板料折弯机普遍选用BOSCH/HOERBIGER 等公司的数字闭路液压系统和DELEM、CYBELEC等公司的专用数控系统；成熟的工艺软件、自动编程功能及彩屏显示，可实现多种折弯工件的工艺存储及轮番生产；采用动态压力补偿系统、侧梁变形补偿系统、厚度及反弹在线检测及修正系统、温度补偿系统，提高了工作台与滑块的相对位置的精确性；采用数控轴数4、6、8轴后定位机构，保证了板料的精确送进；滑块的空程速度为100mm/s，工作速度为10mm/s ；重复定位精度0.01mm 左右。 可加工各种带有多规格弯曲角度的复杂盒形零件。国内有代表性的产品湖北三环的PPH35/13 型350kN 数控板料折弯机、江苏扬力的EB3512型数控板料折弯机、上海冲剪机床厂的ME50/2550型机械电子伺服数控板料折弯机、江苏金方圆的PR6C2253100型2250kN数控板料折弯机和天水锻压机床厂的200030000kN大型数控板料折弯机等。(d) 数控框架板料冲压液压机 在常规结构液压机的基础上，汇聚了触摸( 调控) 彩色显示屏、二通逻辑插装阀、可编程序控制器、高灵敏度压力传感器、微米级磁栅尺和无级调控比例控制阀等多项先进技术。机器设有调整、无压力下行与半自动工作方式。还配有自驱动移动工作台、液压大打料缸、电液连锁双安全栓、温控液压油冷却系统、程控16点导轨润滑系统、双侧缓冲液压缸和电动同步螺杆调程机构。机器滑块不仅能实施压力成形及冲裁工艺的定压定程，而且液压垫可在拉深工艺的行程内设置分段调压。机器具有薄板冲裁落料、弯曲翻边及拉深成形等多种功能。这类机器的代表有合肥锻压机床公司的RZU500HD框架式快速薄板深拉深液压机及徐州压力机股份公司的20MN 彩屏框架式液压机。(3) 无模多点成形压力机多点成形是将柔性成形技术和计算机技术结合为一体的先进技术。它利用多点成形装备的柔性与数字化制造特点，无需换模就可完成板材不同曲面的成形，从而实现无模、快速和低成本生产。该工艺目前已在高速列车流线型车头制作、船舶外板成形、建筑物内外饰板成形及医学工程等领域得到广泛应用。多点成形压力机按冲头基本体调形分有逐点调形式和快速调形式；按机架形式分有开式、三梁四柱式和框架式；按加工板材有厚板和薄板之分。目前，有代表性的产品主要是吉林大学辊锻研究所开发的2000kN 逐点调形式多点成形压力机、200kN快速调形式多点成形压力机及YAM系列薄板用多点成形压力机。(a) 高速压力机随着电子工业的发展，小型电子零件的需求日趋高涨，促进了高精度、高效率的高速压力机的发展。目前日本已成为高速压力机技术的领军，在100kN压力、8mm冲程下，滑块速度可达4000次/min。我国金丰、江苏扬锻、高将精机、江苏扬力、徐锻和西安通力等公司都有高速压力机产品。2004年已开发出了速度达1200次/min的SH系列SH-25开式高速精密压力机。其他还有VH开式、JF75G闭式系列高速压力机。这些压力机广泛应用于电子和微电子行业，全面提高了行业技术装备水平，替代了大量的进口机床。(b) 数控激光切割机激光切割加工的成本主要有: 气体、电力损耗和设备折旧维修费。它不需要模具，适合小批量、复杂零件生产中替代冲压加工，其运转成本低于数控冲床。当今的数控激光切割机普遍采用全飞行光路技术，动态加速性能优良；高性能数控系统和内置激光切割专用工艺软件，机床自动处于最佳运行状态；封闭式防护舱防止辐射泄漏，机床安全性强；造型宜人化、用户界面人性化，体现了以人为本；机床采用网络连接控制技术。国内有代表性的生产企业是济南捷迈数控公司。除上述多种多类的高端板材冲压加工设备外，目前，在各工业领域较大量使用的普通冲压设备还有通用中小规格的油压机、通用曲柄压力机、卷板机和剪板机等。随着我国汽车工业的快速发展，以及其他工业产品高质量规模化生产的到来，先进的冲压设备必将逐步进入更多的企业。2) 压力机发展展望进入21世纪以来，中国锻压机床行业经过技术引进、合作生产及合资等多种方式的运作，快速地提升了我国冲压设备整体水平。近年设计制造的许多产品，其技术性能指标已经接近或达到世界先进水平，在宜人性方面也取得了长足进步。但由于大家都在进步，所以国内产品与国外名牌产品的差距并无明显缩短。因此，我国冲压设备行业和企业需以战略的思路和有效的措施应对当前的机遇和挑战。(1) 转变经营理念，培育知名品牌 当前，中国市场的竞争日趋国际化。国际知名冲压机床厂商的大举进入，导致国内冲压机床市场高端失守，低端混战。因此，政府和企业界必须尽力消除内部恶性竞争，并充分利用我国作为世界第一大机床消费市场的优势，从企业体制创新、产品优化、品牌再塑造入手，逐步培育出一批国际知名的冲压机床。(2) 分析技术上的差距，制定有效措施(a) 加速冲压机床的数控化和柔性化 我国冲压机床的数控化程度较之发达国家低，而且数控系统主要依靠进口。因此，若要真正提高机床的数控化和柔性化，就要大力研发自己的数控系统，以满足国产机床数控化的需要。(b) 依托汽车、电子工业，促进高技术冲压装备的研发应用 目前，我国汽车工业如日中天，发展势头强劲，加上新兴的电子工业( 电讯、数据处理、自动控制、家电) ，为冲压机床的发展提供了广阔的战场。高速冲压装备( 高速压力机及配套自动化) 、大型多工位压力机及产品一次成形的多技术复合加工单元( 激光切割与数控冲床及自动上下料的复合；开卷校平与激光切割的复合) 需要加大发展。(c) 专机和配套件的生产 随着电力、交通和城市建设的发展，各类型材加工需求日益凸显。因此，型材加工专机的研发( 钢结构成套加工、空调通风圆管成套加工等) 将大有前途。(d) 大力生产“绿色环保” 冲压机床 为了人身安全和无污染环境，研发冲压机床时需做到“五绿” 绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装和绿色处理。未来锻压工艺将向提高锻压件的内在质量、发展精密锻造和精密冲压技术、研制生产率和自动化程度更高的锻压设备和锻压生产线、发展柔性锻压成形系统、发展新型锻压材料和锻压加工方法等方面发展。 提高锻压件的内在质量，主要是提高它们的机械性能(强度、塑性、韧性、疲劳强度)和可靠度。这需要更好地应用金属塑性变形理论；应用内在质量更好的材料；正确进行锻前加热和锻造热处理；更严格和更广泛地对锻压件进行无损探伤。少、无切削加工是机械工业提高材料利用率、提高劳动生产率和降低能源消耗的最重要的措施和方向。锻坯少、无氧化加热，以及高硬、耐磨、长寿模具材料和表面处理方法的发展，将有利于精密锻造、精密冲压的扩大应用。我国冲压机床的市场极具潜力，应用前景看好，但前提是缩短与工业发达国家冲压机床技术生产水平的差距。也惟有如此，才能拥有国内的大部分市场，并争取相应的国际市场。1.2 开式曲柄压力机开式压力机在机械行业中占有重要位置，对国民经济发挥重要作用，和人们的生活息息相关。在家手上带的手表、用的钢笔、女同志的金属发卡和钮扣，人们上班骑的自行车，午餐的饭盒，晚上回家听收音机、看电视或用缝纫机做新颖的时装，还有大家出差乘做的飞机、火车、汽车、轮船等等，这些工具都有压力机的一份功劳。开式曲柄压力机是压力机的一个类别，其特点是有开式机身（即C型机身），是采用曲柄滑块机构作为工作机构的一类锻压机器。它是板料冲压生产的主要设备，可用于冲孔、落料、切边、弯曲、浅拉伸和成形等工序，并广泛应用于国防、航空、汽车、拖拉机、电机、电器、轴承、仪表、农机、农具、自行车、手表、缝纫机、医疗器械、日用五金等部门中。开式压力机因为具有开式机身，与闭式压力机相比有其突出的优点：工作台在三个方向都是敞开的，装、卸模具和操作都比较方便，同时为机械化和自动化提供了良好的条件。但是，开式压力机也有其缺点：由于机身呈C形，工作时变形较大，刚性较差，这不但会降低制品精度，而且由于机身有角变形会使模具轴心线与工作面不垂直，以至破坏了上下模具间隙的均匀性，降低模具的使用寿命。目前，曲柄压力机几乎应用于国民经济的所有部门。它的产量在上升，它在机床中所占的比重在增加。对曲柄压力机提出的主要要求是：制造出来的工件在形状和尺寸方面接近成品零件。金属压力加工的工艺方法所能达到的精度水平的数据(与车削相比较)列于图1-1。图1-1 金属压力加工的工艺方法所能达到的精度水平的数据1.2.1 开式曲柄压力机工作原理曲柄压力机是采用机械传动的锻压机器，通过传动系统把电机的运动和能量传给工作机构，从而使坯料获得预期的变形，制成所需的工件；具体地说：是以曲柄滑块机构作为工作机构，滑块是强制运动的，传动系统为一级、两级或三级等传动，一级传动由电机通过一级带传动，带动飞轮旋转，两级或三级等传动由电机通过一级带传动，带动飞轮旋转，然后通过齿轮传动，再带动曲轴旋转，通过连杆机构把回转运动转化为滑块的往复直线运动。工作机构：曲柄滑块机构传动系统：皮带传动和齿轮传动操纵系统：离合器制动器能源系统：电动机和飞轮支承部件：机身附属装置和辅助系统。运动方式：电动机-皮带轮-飞轮-齿轮传动-曲柄滑块当飞轮装在主轴上和主轴一起旋转时，曲柄压力机在一次行程内的整个工作循环是由飞轮在二次接通之间的空转、滑块直接向前行程和滑块回程所组成。在这种情况下，工作循环可以分为以下几个主要阶段：接通，曲釉和滑块起动，模具和毛坯接触以前的滑块行程-靠近空行程，原始毛坯变形-滑块工作行程，滑块回程-返回空行程，制动，也就是滑块停止。当压力机以单次行程工作时，才有第一个和最后一个阶段。1.2.2 开式曲柄压力机组成图1-2 开式曲柄压力机系统组成简图开式曲柄压力机主要包括：主传动装置，操纵系统，润滑系统，辅助机构和床身五部分，如图1-2示。1) 主传动装置 主传动装置是从电动机开始到执行机构为止的机械系统，它用来将电能转变为机械能，然后将机械能传递到执行机构的输入构件，一般情况下,曲柄压力机的主传动装置包括有交流电动机、积聚动能的飞轮、将能量传递到执行机构的传动系统，这包括三角皮带传动、齿轮传动或蜗轮传动。2) 操纵系统 操纵系统是几个机构和部件的总成，它用来启动和停止所有的电动机和辅助传动机构，使它们按照规定的程序工作，并启动和断开执行机构。曲柄压力机是一种间歇作用的不可逆转的机器。在进行一次工作行程或按自动工作规范进行一次行程时，压力机的执行机构必须接承当工艺工序完成以后，又必须断开。现代化压力机的接通频率达到80-120次分。3) 润滑系统 润滑系统应保证压力机上各个部件和机构的滑动零件能正常工作。4) 辅助机构 辅助机构是压力机几个部件的组合，用于扩大设备的工艺可能性、减轻和加快压力机与模具的调整工作、提高设备的使用可坏性。5) 床身 床身用来将压力机所有主要零部件安装和固定在规定的位置。床身并且是承受变形力的封闭构件。床身的工作和计算都与压力机的基础有直接关系。1.2.3 提高开式曲柄压力机的精度提高曲柄压力机的精度指标可以采用以下几种方法：研制新型的曲柄压力机，改进现有的曲柄压力机，并对影响精度的主要因索进行理论和实验研究。对曲柄压力机提出的重要的求是：在最好的模具寿命的情况下提高生产率。许多工艺工序的模具寿命取决于压力机的速度特性。例如：拉探、弯曲、冷挤压都要求限制滑块的速度。相反，热模锻工序则要求提高滑块的速度。提高滑块的公称行程次数和行程次数的利用率、减少调整和更换模具的时间损失，都可以提高曲柄压力机的生产率。为此，曲柄压力机装备了更完善的机械化和自动化工具；改变压力机的某些参数(例如：研制带有直流电动机的同步型自动化成套设备在自动机和通用压力机上扩大额定旋转频率的调节范围，研制专用的锻压压力机)；当改用程序控制方法时，采用更为完善的更换和调整模具的系统(例如：专用的冲裁和弯曲压力机)；使曲柄压力机进一步专门化，也就是不加大滑块行程和模具空间尺寸，不需要过多的调整等等。在提高曲柄压力机生产率的情况下，提高曲柄压力机的可靠性及其部件的耐久性的要求具有特殊的现实意义。现代化的曲柄压力机都装备有动作可靠的力和扭矩的保险装置、补偿装置、平衡装置和润滑泊供给指示器等等。越来越广泛地采用了有效监督和检查压力机工作的各种仪器。例如，力和转速的指示器、热电偶、噪声计。压力机进一步专门化也促使其可靠性提高，并导致需要科学地有理论根据地选择压力机的基本参数。因此，在现代情况下，压力机动力学的研究、参数的分析等等都得到了日益广泛的实际应用。对现代化的曲柄压力机所提出的必要要求是符合安全技术和工业美学的要求。曲柄压力机作为滑块在高速移动下产生巨大作用力的设备来说,是一种危险性很大的机器,也就是说，不正确操作曲柄压力机，就会使操作人员发生重大的工伤事故。所以，在每一个工业发达的国家，部汇编了专门的安全技术规程,这对于曲柄压力机的设计师来说是必须遵守的。工业美学的要求所涉及的问题是表示压力机及其各个部件外形的完美程度，表示便于操作和维修的人体工程学条件的遵守情况。应当指出，设计时要同时实现所有这些要求是不可能的，因其中某些要求对压力机的参数有着相反的影晚所以，只能力求达到为具体工艺过程和生产形式所确定的一定效果。从上述情况可以看出：仅仅根据个别的优点来判断一台曲柄压力机，就不可能正确评价整个这台压力机的完美程度。因此要成功地设计生产率高的曲柄压力机，就必须全面地研究它的使用特性。这种研究正在逐年发展。设计新的曲柄压力机时，采用摹拟理论和相似理论来“再现”这些特性是重要的。这一点也日益得到了重视。1.3 曲柄压力机的主要技术参数(1) 公称力：是指滑块离下死点前某一特定距离（公称压力行程）时，滑块上所允许的最大作用力。公称压力是压力机的主参数。(2) 滑块行程：系指滑块由上死点到下死点所走过的路程。(3) 公称力行程：是压力机强度允许发生公称压力的一段滑块行程。(4) 滑块行程次数：指连续行程时滑块每分钟的行程次数。(5) 最大封闭高度：指封闭高度调节机构处于上极限位置和滑块处于下死点时，滑块底面至工作台面（去掉工作台垫板）之间的距离。（JE系列为最大装模高度I，装模高度指调节机构处于上极限位置和滑块处于下死点时，滑块底面至工作台板面（不是到机身工作台面）之间的距离）(6) 封闭高度调节量：是扩大压力机封闭高度使用范围的一个主要参数，在该调节量的范围内调节压力机封闭高度与模具闭合高度相适应。(7) 工作台板厚度：工作台板也具有调节压力机封闭高度使用范围的作用，同时还具有便于安装底面较小的模具和保护工作台面的作用。(8) 工作台孔：工作台孔用于落料或安装气垫装置。(9) 立柱间距离：是指双柱压力机的立柱间距离，是在前后方向送料时决定排出工件（或废料）最大尺寸的一个参数。(10) 倾斜角：是指可倾压力机工作台面的倾斜角度，也就是机身后倾的角度。利用这个倾斜角使冲压后的工件（或废料）能借其自重或其他因素通过两立柱中间从压力机后方排出。(11) 工作台垫板面积和喉口深度：滑块中心到机身间的距离叫做喉口深度。喉口深度和工作台垫板面积是关系到模具的最大平面尺寸的重要参数。2 压力机总体设计2.1 机身设计本开式曲柄压力机采用开式焊接机身，机身三面敞开，操作方便，材料为A3板，钢板焊接机身，刚度明显优于一般机床适用于中小型压力机。 机身结构设计应满足下列要求：1）机身在满足强度、刚度的条件下，力求重量轻、节约金属；2）结构力求简求，并使装于其上的所有部件、零件容易安装；3）结构设计应便于铸造或焊接和机加工；4）必须布足够的底面积，保证压力机的稳定性；5）结构设计应力求减少振动和噪音；6）结构设计力求外形美观。2.2 传动设计本设计使用三相异步电动机，根据功率及转速选取适合的型号，成本较低。传动系统为二级传动系统，电动机通过带传动将动力传递给主传动轴，住传动轴通过齿轮传动将动力传递给曲轴，两根曲轴通过两个相同的齿轮进行联动，从而带动曲轴在竖直方向做往复运动。由于曲轴及齿轮误差，就会使两根曲轴发生不同步的情况，使得滑块在左右方向发生倾斜，影响滑块的垂直度，因此在压力机装配过程中应对两大齿轮进行校同步，所以大齿轮2设计为齿圈，便于校同步。齿轮采用斜齿圆柱齿轮传动，齿轮浸在油池中，这样有利于减少齿轮传动时发出的噪音。2.3 滑块设计滑块采用焊接结构，可以提高滑块刚度，便于加工。连杆采用球头螺杆，可以通过涡轮、蜗杆机构由滑块电机带动进行高度调节。滑块采用六面矩形导轨，导向精度高，可通过机身上的顶丝调节滑块的垂直度。2.4 油气路设计曲柄压力机的离合器和平衡缸主要靠气动控制，气压为0.5MP。因此气路主要分离合器气路和平衡缸气路，它们分别由两个气包提供气源。外接气源接入压力机后通过分气块经过减压分到离合器气包和平衡缸气包，再由这两个气包分别供给离合器和平衡缸。设计时注意设计气包排水阀。曲柄压力机工作时需要润滑的部位有前导轨、中导轨、后导轨、曲轴前支承。曲轴后支承、曲轴轴颈等部位，使用稀有润滑，由电动泵将润滑油通过油管经过滤油、滤脂器过滤后打到各个需要润滑的部位。2.5 压力机设计参数本压力机设计参数如表2-1。2-1压力机设计参数表技术参数 Specification 项目名称 Item 单位 Unit JE25-110 公称力 Nominal Pressure 千牛 kN 1100公称力行程 Nominal Pressure Stroke 毫米 mm 5滑块行程 Stroke Length 毫米 mm 160行程次数 固定 fixed 次 / 分 SPM 50No. of strokes per minute 可调 variable 次 / 分 SPM 35-65 最大装模高度 Max. Die Height 毫米 mm 400装模高度调节量 Die Height Adjustment 毫米 mm 90喉口深度 Throat Depth 毫米 mm 350工作台板尺寸 前后 F.B. 毫米 mm 680Slide Surface 左右 F.B. 毫米 mm 1880滑块底面尺寸 前后 F.B. 毫米 mm 520Slide Surface 左右 F.B. 毫米 mm 1450模柄孔尺寸 Stemhole 毫米 mm 50X80 立柱间距离 Distance between Uprights 毫米 mm 1520垫板厚度 Thickness of Bolster 毫米 mm 150气垫压力 Pressure of Cushion 千牛 kN 60X2 气垫行程 Stroke of Air Cushion 毫米 mm 50主电机 型号 Model Y160M-4 Main Motor 功率 Power 千瓦 kW 11滑块电机 型号 Model YPE1500-4Z Slide Motor 功率 Power 千瓦 kW 1.5外型尺寸 Overall Dimension 前后 F.B. 毫米 mm 1900左右 L.R. 毫米 mm 1990高度 Height 毫米 mm 3275重量 Weight 千克 kg 160003 传动设计3.1 传动总体设计3.1.1 传动总体设计的方法1) 传动系统的布置方式 传动系统的布置方式包括三方面： 1)采用上传动，还是采用下传动；2)主轴相传动轴垂直于压力机正面，还是平行于正面；3)齿轮放在机身之内还是放在机身之外；单边驱动还是双边驱动分述如下： (1) 压力机的传动系统可置于工作台之上，也可且于工作台之下。前者叫上传动，后者叫下传动。 (2) 压力机传动系统的安放型式有垂直于压力机正而的，也有平行于压力机正面的。旧式通用压力机多采用平行于压力机正面的安放形式。这种布置，曲轴和传动轴比较长，受力点与文承轴承的距离比较大，受力条件恶化。爪力机平面尺寸较大，外形不够美观。近代中大型通用压力机愈来愈多地采用垂直于压力机正面安放的形式(特别是广泛采用偏心齿轮结构之后)，甚至有些小型开式压力机也改用这种结构. (3) 齿轮可以放在机身之外，也可以放在机身之内。前一种形式，齿轮工作条件较差，机器外形不美观，但安装维修方便；后一种形式，齿轮的工作条件较好，外形较美观。如将齿轮浸入油池中，则大大降低齿轮传动的噪音。但安装维修较困难。近年来，许多压力机制造厂都倾向后一种形式。齿轮传动也可设计成单边传动或双边传动，采用后一种形式，可以缩小齿轮的尺寸，但加工装配比较困难(两边的齿轮必需精确加工，装配时要保证对称，否则可能发生运动不同步的情形)。2) 传动级数和各级速比分配 压力机的传动级数与电动机的转速和滑块每分钟的行程次数有关。行程 次数低，总速比大，传动级数就应多些，否则每级的速比过大，结构不紧凑；行程次数高，总速比小，传动级数可少些。现有压力机传动系统的级数一般不超过四级。行程次数在70次分以上的用单级传动，7030次分的用两级传动，3010次分的用三级传动，10分次以下的用四级传动。采用低速电动机可以减少总速比和传动级数，但这类电动机的外形尺寸较大，成本较高（与同功率的高速电动机比较），因此不一定适合。通常两级和两级以上的传动系统采用同步转速为1500或1000 转分的电动机，单级传动系统一般采用1000转分的电动机行程次数小于80次分的单级传动才采用7506转分的电动机。各传动级的速比分配要恰当。通常三角皮带传动的速比不超过68，齿轮传动不超过79。速比分配时，要保证飞轮有适当的转速，也要注意布置得尽可能紧凑、美观和长、宽、高尺寸比例恰当。通用压力机的飞轮转速常取300400转分左右。因为转速太低，会使飞轮作用大大削弱；转速太高会使飞轮轴上的离合器发热严重，造成离台器和轴承的损坏。3) 确定离合器和制动器的安装位置单级传动压力机的离合器和制动器只能置于曲轴上。采用刚性离合器的压力机，离合器应置于曲轴上，这是因为刚性离合器不宜在高速下工作，而曲轴的转速铰低，故离合器置于曲铂上比较合适。在此情况下，制动器必然也置于曲上。采用摩擦离合器时，对于具有两级和两级以上传动的压力机，离合器可置于转速较低的曲铀上，也可置于中间传动轴上。从压力机能量消耗来看，当摩擦离合器安装在低速轴上时，加速压力机从动部分所需的功和离合器接合时所消耗的摩擦功都比较小，因而能量消耗较小；从离合工作条件来看，低速铀上的离合器的磨损系数较小，故离合器工作条件较好。但是低速铀上的离合器需要传递较大扭矩，因而结构尺寸饺大，此外，从传动系统布置来看，闭式通用压力机的传动系统近年来多封闭在机身之内，井用偏心齿轮，致使离合器不便安装在曲铀(偏心齿轮轴)上，通常只好置于转速较高的传动轴上因此，摩擦离合器的合理位置应视机器的具体情况而定。一般来说，行程次数较高的压力机(如热模锻压力机)离合器最好安装在曲轴上，因为这样可以利用大齿轮的飞轮作用，能量损失小，离合器工作条件也较好。行程次数较低的压力机(如中大型通用压力机)，由于曲轴转速低，最后一级大齿轮的飞轮作用已不显著。为了缩小离合器尺寸，降低其制造成本，并且由于结构布置的要求，离合器多置于转速较高的传动铀上，一般是在飞轮轴上。制动器的位置则随离合器位置而定。因为传动铀上制动力矩较小，可缩小制动器的结构尺寸。但是必需指出，摩擦离合器的布置位置随着生产的发展也在不断变化。近年来，国外一些工厂为了提高摩擦离合器的寿命，在通用压力机上，又将离合器制动器从飞轮轴上移至中间轴上甚至移至曲轴上。3.1.2 本设计思路1电动机 2小带轮 3传动轴 4曲轴 5大齿轮 6飞轮 7离合器图3-1 传动简图如图3-1本开式曲柄压力机采用上传动，采用二级传动，第一级传动为：电动机通过带传动传递给飞轮；第二级传动为传动轴通过齿轮传动传递给曲轴，曲轴带动滑块在竖直方向做往复运动。离合器采用气动摩擦离合器，安装在主传动轴上的飞轮后侧。3.1.3 传动零件计算特点1) 齿轮m(1.31.6) (毫米) 式(3.1) 式中大齿轮所需传递的扭矩（牛米），对双点压力机，没有过载保护装置时=0.6，有过载保护装置时=0.5； 齿宽系数，=B/m(B为齿宽)，目前国产压力机，可取818，对一级齿轮传动，可取1315，对一级齿轮传动可取1013，对人字齿轮可取1722； 大齿轮齿数。上式的系数在一般情况下可取1.55，在齿轮材料及热处理条件较好的情况下可取1.3，在条件允许时可取1.6。对于斜齿轮，按式(3.1)算得的模数是端面模数m，需换算成法向模数 (cosf，为螺旋角)，再选取模数标准值。对于开式传动的齿轮，一般核算其弯曲强度即可，其计算公式为：= (帕) 式(3.2)齿轮齿根处弯曲应力(帕)；小齿轮所受扭矩(牛米)； =i传动速比；弯曲应力系数； =小齿轮齿数；齿轮压力角；=20时，可查机械手册，对斜齿圆柱齿轮，可查图相应螺旋角的曲线。Y齿形系数对于直齿轮，可直接在机械设计手册中查取。对于斜齿轮，则需按当量齿数来查。当量齿数为：=螺旋角；m齿轮模数(米)，当为斜齿轮时，用法向模数；B齿宽；载荷集中系数；动载系数；许用弯曲应力(帕)，按轮齿不产生塑性变形或破坏的最大弯曲应力选取。在闭式传动中的齿轮,除了核算弯曲强度以外，有时还需核算接触强度，特别是对那些软齿面的闭式传动齿轮容易产生点蚀破坏。齿轮轮齿表面的接触强度公式为：=a (帕)式中 B齿宽（米）； A两齿轮中心距（米）； 接触应力系数，当齿轮压力角=20，当量弹性模量 =2.15N/时，可直接查图；若2.15N/，即不是锻钢与锻钢接触时，查出后，还需乘以如下系数，与铸钢接触时乘以0.944，与球墨铸铁接触时乘以0.915，与铸铁接触时乘以0.858；a 齿轮型式系数。直齿圆柱齿轮 a=1，斜齿圆柱齿轮a=0.880.93(对应于螺旋角=206)； 计算接触应力(帕)； 许用接触应力(帕)，可按轮齿表面不发生塑性交形的许用最大接触应力选取。2) 传动轴开始设计时，可按扭矩预选传动轴的直径，其公式为d= (米) 式(3.3)式中 作用在轴上的最大扭矩(牛米)； 许用剪应力，参考资料6取如下数值：45钢调质 500x帕40Cr调质 630 x帕然后按弯扭联合作用核验综合应力= (帕) 式(3.4)式中 危险截面弯矩(牛米)； 危险截面扭矩(牛米)；d危险截面直径(米)； 许用弯曲应力，建议按如下数值选取：=s材料屈服极限(帕)。3) 连接件对于标准平键，只须核验挤压应力即可。其公式为：=式中 传递扭矩(牛米);h键的高度(米)；l键的工作长度(不计及圆弧部分)(米)；d轴的直径；键的数目；许用挤压应力(帕)；3.1.4 装配间隙要求1) 球头间隙：0.07mm-0.12mm。2) 主轴与主轴瓦的间隙（双面），允差间隙为0.08mm-0.15mm。3) JE系列及其变型产品的滑块与导轨的间隙，允差间隙为0.03mm-0.05mm，但前后二接触面间隙的总允许值为0.04mm-0.08mm之间。通常导轨板的上下二端间隙较大，所以用塞尺入30mm以上，所测的值才正确。注： 0.03mm塞尺入，0.05mm塞尺不入。4) “V”导轨的滑块与导轨的间隙，允差间隙为0.03 mm -0.05 mm，注： 0.03mm塞尺入，0.05mm塞尺不入，对角测量。5) 重要的固定结合面应紧密贴合，用0.05mm塞尺进行检验，只许塞尺局部插入，插入深度不得大于20mm，其可插入部分累计不大于可检长度10%。（如：导轨、工作台板、操纵器座、上球碗盖板等等）6) 啮合齿轮的接触情况：齿面不少于60%，齿高不少于40%。7) 主轴瓦、连杆瓦与主轴接触，导轨与滑块导轨筋接触，用涂色检查，接触均匀，接触面积在轴向长度和导轨的全长上不少于70%，导轨宽度上不少于50%。8) 球头螺杆与上下球碗的接触均匀，其接触面积不少于50%9) 主轴锥度部分与大齿轮锥孔配合的接触面积，接触面积不少于60%。10) 检查蜗轮和蜗杆的接触情况：齿面不少于60%，齿高不少于40%。3.2 电动机的选择和飞轮的设计3.2.1 压力机功能的计算 压力机功能的计算公式推导见附录1。压力机公称压力=1100千牛，滑块行程长度=180毫米，公称压力角=30，行程次数n=50次/分，摩擦当量力臂=26毫米，带液压气垫。21) 工件变形功 =0.315 =0.4 =0.4=13毫米 =0.31511001031310-3=4500焦2) 拉延垫工作功 =(11000.315)/36=5500焦3) 工作行程摩擦功 =0.0087=0.00870.026110010330=740焦4) 弹性变形功 = =2.75毫米 =11001032.7510-3=1500焦5) 滑块空程功 查图7-6 得 =2150焦6) 飞轮空转功 =1000(t-)查图7-7得 =1.12千瓦 t= 查表4-5 =0.5 =1.2秒 t=2.4秒 =10001.12(2.4-1.2)=1340焦7) 离合器接合功 =0.2A8) 总功AA=+ = 4500+5500+740+1500+2150+1340+0.2A A=19700焦3.2.2 电动机功率的计算若按一循环的平均能量来选择电动机(见图3-2)，其功率为图3-2 电动机功率消耗图= （千瓦） 式(3.5)式中 平均功率(千瓦)；A工作循环所需的总能量（焦）；t工作循环时间(秒)；t= （秒） 式(3.6)式中 n压力机滑块行程次数次/分； 压力机行程利用系数，采用手工送料时值见表4-62，采用自动化送料时=1。由于生产不断发展，为了提高生产牢，小型压力机均装置自动化送料装置，因此，对于800千牛及800千牛以下的压力机建议按自动化送料设计电动机容量及飞轮惯量。为使飞轮尺寸不致过大，以及电动机安全运转等因素，故带将电动机的功率选得比平均功率大一些，即 N=k 式(3.7)k一般为1.21.6，行程次数较低的压力机取下限，较高的取上限详。行程次数较高的压力机选用较大的k值，系因此种压力机一般为单级传功，此时飞轮转速较低，100转/分左右，在一定的能量条件下，飞轮尺寸就要较大。为了使机器紧凑，因此选用较大功率的电动机。以式(3.5)代入式(3.7)得 N= 式(3.8)由式(3.8)即可算出所需的电动机功率，然后查电动机手册，选出与N值相近额定功率为值的电动机。根据选定的，重新计算实际的k值，以便作为计算飞轮使用。k=式中 电动机额定功率（千瓦）； 平均功率（千瓦），由式（3.5）算出。 =8.19千瓦 N=k查表7-1选k=1.3 N=1.38.19=10.7千瓦选用Y160M-4电动机N=11千瓦，n=1460转/分。3.2.3 电动机的选择由前面的计算可知所需电动机的最大功率为10.7千瓦，从机械设计手册查得可选用Y160M-4三相异步电动机。具体参数如表3-1。表3-1 电动机参数表型号额定工率/kW满载时转速(r/min)电流 (A)效率(%)功率因数Y160M-411146022.6880.84堵转电流额定电流堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩噪声Db(A)飞轮力矩(Nm2)重量(kg)1级2级72.22.375850.7471233.3 飞轮的设计曲柄压力机的负载属于冲击负载，即在一个工作周期内只在较短的时间内承受工作负荷，而较长的时间是空程运转。若依此短暂的工作时间来选择电动机的功率，则电动机的功率将会很大。为减小电动机功率，在传动系统中设置了飞轮，这样电动机功率可以大为减小。传动系统中采用飞轮后，当滑块不动时，电动机带动飞轮旋转，使其储备动抵而在冲压工件的瞬时内，主要靠飞轮释放能量工件冲压后，负裁减小，于是电动机带动飞轮加速旋转，使其在冲压下一个工件前恢复到原来的角速度这化冲压工件时所得的能量，不是直接由电动机供免而是主要由飞轮供给。所以电动机功率使可大大减小。综上所述，飞轮起着储存和释放能量的作用。图3-3 一循环所需功率图图3-3中的曲线a为没有飞轮时所需功率的变化曲线，曲线所包含的面积即为-工作循环所需的能量A。若按直线b选择曲柄压力机的电动机功率，则而积A0的不足能量应由飞轮补偿也就是说，如按一循环的平均能量或者大于平均能量的某一能量选择好电动机的功率以后，即可设计适当的飞轮。而且可以看到，如果选择的电动机功率较大，例如在直线c，那么，需要飞轮补充的能量就较小，因而也就只需要较小的飞轮。所以曲柄压力机的电动机功率和飞轮能量是互相依存的，电动机功率大一点，飞轮能量就可以小一点，反之亦然实际上，曲柄压力机装置飞轮后，电动机的输出功率或输出扭矩不可能是不变的，即不可能是一直线，而是按曲线变化(详见附录。因此，电动机的能量大小与飞轮的能量大小亦非成线性的比例关系。当电动机的功率小到一定程度后，飞轮的能量就将急剧增加。3.3.1 飞轮转动惯量计算= (千克)式中 工件变形功(焦)； 拉延垫工作功(焦)； 飞轮平均角速度(弧度/秒)，可近似按电动机额定转速下的飞轮角速度计算，即= 电动机额定转速(转/分)； i电动机轴至飞轮轴速比； 在工作行程中压力机效率； 飞轮不均匀系数。计算过程如下：=1) 工件变形功=4500焦2) 拉延垫工作功 =5500焦3) 飞轮平均角速度(弧度/秒)，可近似按电动机额定转速下的飞轮角速度计算，即=(1) 电动机额定转速=1460转/分(2) 电动机轴至飞轮轴速比 i=4.5= = =34弧度/秒4) 在工作行程中压力机效率 按表7-112选取=50%5) 飞轮不均匀系数 按表7-122选取=0.25= = =69.2千克3.3.2 飞轮尺寸设计飞轮转动惯量求得以后，即可设计飞轮。飞轮的大致结构如图3-4所示。飞轮的外径一般由速比分配决定，即图3-4 飞轮大概结构尺寸图=i式中 小皮带轮或小齿轮直径；i传动速比。因此，计算飞轮尺寸主要待定和B，但B一般由皮带槽数或齿宽要求决定。有时为了增加值，做得较宽。所以，可以根据转动惯量来求。上面求得的转动惯量,实际上不仅包括飞轮本身的转动惯量，而且包括其他转动零件(主动部分的)的转动惯量的总和，所以在得到所需的后，可以先假定飞轮的占全部的百分比例，由此出发来求飞轮的必要尺。在全部转动零件的尺寸确定以后，如有必要，再核算总的转动惯量是否足够。根据一些统计资料，飞轮转动愤量和总转动惯量的比例大致可以参考以下数据对于小型通用压力机 对于大型通用压力机 =7080%由图3-4可以看出，飞轮转动惯量由三部分组成，即轮缘、轮幅和轮毂。即=+其中轮缘部分是主要的，比和大得多，故在近似计算时可只考虑轮缘部分的转动惯量，即可以用代替 趋于安全。 =()而 = B () = (米) 式(3.9)式中 金届密度（千克/）， 铸铁 =7.2 （千克/）， 铸钢 =7.8（千克/）； B飞轮轮缘宽度(米)； 飞轮外径(米)。算出的还应满足结构要求，例如在因盘式摩接离合器中，还应考虑离合器摩擦片是否装在飞轮内。若算出的过小，不能满足要求，则应增加B，再重新计算。算出的飞轮还必需核验圆周速度，如果回周速度v过高，会使飞轮破裂，资料10推荐：铸铁飞轮v25米/秒，可用到30米/秒。铸钢飞轮v40米/秒，可用到50米/秒。由前面计算得知 =200毫米 =i=4.5200=900毫米 = =69.2千克飞轮材料使用铸铁，铸铁密度=7.2 （千克/）预取 B=200毫米则 = =640毫米考虑摩擦离合器摩擦片及飞轮实际要求取B=215毫米 =900毫米 =600毫米校核转动惯量 = = 3.147.2 =372千克 符合要求飞轮速度 v= =340.9 =15.3米/秒 符合要求3.3.3 飞轮起动时间核算 压力机刚开始工作时，电动机带着飞轮起动。起动时间的长短取决于从动惯量的大小。起动时间应该限制在一定范围内。起动时间过长，电动机电流就会过大，引起烧毁电动机或跳闸事故。现将起动时间的核算介绍如下。由动力学原理得知 =i(M-) 式(3.10)式中 飞轮转动惯量，包括电动机转子转动惯量，但较小，可忽略； M电动机转矩； 电动机轴上的转矩； 飞抡角速度； i电动机主轴至飞轮轴速比。在压力机传动中，很小，可以忽略，则式(3.10)变为：=i M移项，积分：=在近似计算中，可以把M看作常数，则=iMt t= 式(3.11)而M看作额定转矩，故M=9550=9550 又 = 代入式(3.11)得： t=1.05 (秒) 式(3.12)式中 飞轮转速(转/分)； 电动机额定功率(千瓦)； 飞轮转动惯量(千克)。一般t要小于20秒，如果t大于20秒，就要用降压起动。由前面设计可知 11千瓦，325转/分，69.2千克,则起动时间为：t=1.05 =1.05 =7(秒) t小于20秒，可直接起动。3.4 带传动的设计3.4.1 带传动形式设计要满足的条件有：运动学的条件：传动比i；几何条件：带轮直径、带长、中心距应满足一定的几何关系；传动能力条件：带传动有足够的传动能力和寿命；其他条件：中心处、小轮包角、带速度应在合理范围内；此外还应考虑经济性、工艺性要求。 设汁结果：带的种类、带型所需带根数或带宽、带轮直径、轴间距、带轮的结构和尺寸、轴间距、预紧力、轴载荷等。1) 带传动的特点1) 有缓冲和吸振作用； 2) 运行平稳，噪声小； 3) 结构简单，制造成本低； 4 ) 可通过增减带长以适应不同的中心距要求； 5) 普通带传动过载时带会在带轮上打滑，对其他机件有保护作用； 6 ) 传动带的寿命较短； 7) 传递相同圆周力时，外廓尺寸和作用在轴上的载荷比啮合传动大； 8 ) 带与带轮接触面间有相对滑动，不能保证准确的传动比。 2) 带传动力的功率损失1) 滑动损失 带在工作时、出于带轮两边的拉力差及其相应的变形差形成弹性滑动导致带与从动轮的速度损失。弹性滑动与载荷、速度、带轮直径和带的结构有关。弹性滑动率通常在12之间。有些带传动还有几何滑动：过载时将引起打滑、使带的运动处于不稳定状态效率急剧下降磨损加剧，严重影响带的寿命。 2) 滞后损失 带在运行中会产生反复伸缩，特别是在带轮上的挠曲会使带体内部产生摩擦，引起功率损失。3) 空气阻力 高速传动时，运行中的风阻将引起转矩的损耗，其损耗与速度的平方成正比。因此设汁高速带传动时，带的表面积宜小，尽量用厚而窄的带，带轮的轮辐表面要平滑(如用椭圆形)或用辐板以减小风阻。4) 轴承的摩擦损失 轴求受带拉力的作用。也是引起转矩损失的重要因素，滑动轴承的损失为2%5%，滚动轴承为12%。考率上述损失，带传动的效率约在8098范围内根据带的种类而定。图3-5 带传动形式简图本开式曲柄压力机采用如图3-5所示的带传动形式，使用v带传动，使用活动电机板进行预紧。3.4.2 传送带的设计31) 设计功率由表33.1-12查得: 工况系数 KA =1.6 Pd=KAP=1.611Kw=17.6kW2) 选定带型 根据Pd= 17.6 kW和n1=1460r/min由图33.1-2确定带型为B型 3) 传动比i=4.54) 小带轮基准直径参考表33.1-8和图33.1-2取=200mm大带轮基准直径 =i(1-) =4.5200(1-0.01)mm =891mm由表33.1-18 取 =900mm5) 大带轮的实际转速= =r/min =321.2r/min6) 带速V= =15.3m/s此处取7) 初定轴间距按要求取a0=1000mm8) 所需基准长度()+=21000+(200+900)+=3850.4mm由表33.1-7选取基准程度Ld=4000mm9) 实际轴间距aa0+ =(1000+)mm =1074.8mm安装时所需最小轴间距=a-0.015=(1074.8-0.0154000)mm=1014.8mm张紧或补偿伸长所需的最大轴间距=a+0.03 =(1074.8+0.034000)mm =1086.8mm10) 小带轮包角=180- 57.3=180- 57.3 =142.6811) 单根V带的基本额定功率根据=20mm和=1460r/min 由表33.1-17d查得B型带单根功率 =5.13kW12) 考虑传动比的影响额定功率的增量 由表33.1-17d查得=0.046 kW13) V带根数z=由表33.1-13查得 =0.90由表33.1-15查得 =1.13z= =0.096根取4根14) 单根V带的预紧力FD=500()+mv2由表33.1-14查得m=0.17kg/mFD=500()+0.17(15.3)2N =295.4N3.4.3 带轮的设计带轮的结构和尺寸由Y160M-4电动机可知其轴伸直径d=42mm长度L=110mm 小带轮直径应取d0=42mm毂长应小于110mm3.5 齿轮传动的设计3.5.1 齿轮基本参数设计选定中心距 a=466mm 传动比 i=5.81) 选定模数，齿数、和螺旋角a=(+)一般取1530，取815初选=15 =10则 =i=5.815=87 代入上式 = =8.998mm 有标准取 =9则 +=101.98取 +=102 i=/ =i +=+i=(1+i) =15取 =15则 =102-15=87齿数比 /=87/15=5.8与i=5.8相同可用= =9.39满足要求。2) 计算齿轮分度圆直径小齿轮 =173.083mm大齿轮 =795.079mm3) 齿轮宽度按强度计算要求 取齿宽系数为 =1.1b=150.7mm圆整为小齿轮宽度 =160mm则大齿轮宽度 =150mm齿轮具体参数如表3-2表3-2 齿轮参数表名称代号单位小齿轮大齿轮1大齿轮2中心距amm466.081795.07904传动比i5.81模数mm99螺旋角( )9.39140789.3912858端面压力角( )2020齿顶高变动系数11变位系数11齿数z158787分度圆直径dmm137.08265795.07935795.07904齿顶圆直径 mm155.08265813.07935813.07904齿根圆直径mm114.58265772.57935772.57904齿宽mm160150150螺旋角方向左右左材料及齿面硬度40CrZG35SiMnZG230-4503.5.2 齿轮强度校核由前面设计可知小齿轮材料为40Cr，调质处理，硬度241HB268HB，取平均值260HB大齿轮用ZG35SiMn硬度HB220250，取平均值240HB，传动比u=i=5.8,小齿轮转速=321r/min ,p=11kW。7计算步骤如下转矩 =9550 =9550 =327259Nmm齿宽系数 取 =1.1接触疲劳极限 由图12.17c =710MPa =770 MPa预选 =137mm =15 =87 =9 =9.39 b=160mm圆周速度 = = =2.86m/s使用系数 由表12.9 =1.75动载系数 由图12.9 =1.15齿间载荷分配系数 由表12.10，先求 =4778N = =52.3N/mm 1 取=1 =0.77螺旋角系数 = = =0.99接触最小安全系数 由表12.14 =1.05接触寿命系数 =1.18 =1.25许用接触应力 =837.8 MPa =916.7 MPa = =189.82.420.770.99 =396.56MPa 计算结果表明接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无须调整3.6 曲柄滑块机构的设计3.6.1曲柄滑块机构运动分析1) 滑块的位移和曲柄转角的关系图3-6 结点正置的曲柄滑块机构的运动关系简图 图3-6为结点正置的曲柄滑块机构的运动关系的计算简图(所谓结点正置，是指滑块和连杆的连结点B的运动轨迹位于曲柄旋转中心O和连结点B的连线上)。滑块的位移和曲柄转角之间的关系可表达为：s=(R+L)-(Rcos+Lcos) 式(3.13)而 sin=令 =则 sin=sin而 cos= cos=代入式（3.13）整理得：s=R(1-cos)+(1-) 式(3.14)由于一般小于0.3，对于通用压力机一般在0.10.2范围内，故式（3.14）可进行简化。根据二项式定理取代入式（3.14）整理得：s=R(1-cos)+ (1-cos2) 式(3.15)式中 s滑块行程，从下死点算起，以下均同；曲柄转角，从下死点算起，与曲柄旋转方向相反者为正，以下均同；R曲柄半径；连杆系数；L连杆长度(当连杆长度可调时取最短时数值)。因此，已知曲柄半径R和连杆系数时，便可从式(3.15)求出对应于不同的角的s值。为便于计算，将K1=(1-cos)+ (1-cos2)制成表2-1(查表时值如表中没有，可查相近的值)。这样，式(3.15)变为： s=RK1 式(3.15a)2) 滑块的速度和曲柄转角的关系求出滑块的位移与曲柄转角的关系后，将位移s对时间t求导数就可得到滑块的速度v，即： v= =R(1-cos) + (1-cos2) =R(sin+)而 = v=R(sin+) 式(3.16)式中 v滑块速度；曲柄的角速度。曲柄转角，从下死点算起，与曲柄旋转方向相反者为正，以下均同；R曲柄半径；又 =0.105n v=0.105Nr(sin+) 式(3.16a)式中 n曲柄的每分钟转数，亦即滑块每分钟行程次数。为便于计算，将K2= sin+制成表2-22。这样，式(3.16a)则变成：v=0.105nR K2 式(3.16b)从式(3.16)及(3.16a)可以看出，滑块的速度v是随曲柄转角变化的。在=0时v=0，角增大时显著增大，但当=7590时，v的变化很小而数值最大，故可取曲柄转角=90时的滑块速度，作为滑块的最大速度vmax，即 vmax=0.105Nr(sin90+90)=0.105nR 式(3.17)上式表明，滑块的最大速度与曲柄转数n和曲柄半径R成正比。在锻压生产中，一般认为滑块的速度与工艺要求有关。例如速度过高，对于拉延工艺则会引起工件破裂。表3-3为拉延工艺的合理速度范围，进行捡延工艺的压力机的滑块速度不应超过这个数值。表3-3 拉延工艺的合理速度范围料 材钢不锈钢铝硬铝黄铜铜锌最大拉延速度mm/s40018089020010207607603.6.2 曲柄滑块机构受力分析图3-7 结点正置的曲柄沿块机构滑块的受力简图图3-7为结点正置的曲柄沿块机构滑块的受力简图。滑块上受到工件变形抗力P的作用，在忽略摩擦力的情况下，P力由连杆上给予滑块的作用力PAB，及导轨给予滑块上的反作用力Q相平衡。根据力的平衡原理得：PAB= Q=Ptg由前推导得知，sin=sin，若=0.3，当=0时，=0。当=90时，=17.5，在通常情况下，特别是对通用压力机，远小于17.5。由于角较小你，因此，可以认为cos1，tgsin=sin，故上述二式可写成 PABP 式(3.18) QPsin 式(3.19)下面，再来分析曲轴上所受的力，图3-8是曲轴上受力简图。PAB是连杆给予曲轴上的力。它的大小和PAB相等，但方向相反。在PAB作用下，曲轴上所受扭矩为：图3-8 曲轴上受力简图M1=PABOD而 OD=Rsin(+)=R(sincos+cossin)又 cos1 sin=sinOD =R(sincos+sincos)=R(sin+ sin2)又 PAB=PABP M1=PR(sin+ sin2) 式(3.20)式(3.20)为理想状态下（即忽略摩擦时）曲轴上所受扭矩的公式。从公式可以看出，虽然所受的工件变形力P一定，但曲轴所受的扭矩随曲柄转角的变化而变化，愈大，M1愈大。即在较大的曲柄转角下进行工作时，曲抽上所受的扭矩较大。为便于计算将式(3.20)写成如下形式：M1=Pmt 式(3.21) mt =R(sin+ sin2) 式(3.22)mt称为理想当量力臂。式(3.21)或式(3.22)中的(sin+ sin2)可以根据连杆系数和曲柄转角算出也可由表直接查出。3.6.3 曲轴基本参数设计图3-9 曲轴各段尺寸示意图如图3-9所示预选曲轴各段尺寸1) 支承颈直径=4.45 公称压力（千牛）该压力机为双点压力机，两根曲轴=4.45 =1100千牛 =4.45 =103.18111.8 mm 考虑实际情况取 =125mm2) 曲柄颈直径=(1.11.4) =(1.11.4)125=137.5175 mm取 =150mm3) 支承颈长度=(1.52.2) =(1.52.2)125=187.5275mm取 =197mm4) 曲柄两臂外侧面间的长度=(2.53.0)=(2.53.0)125=312.5375mm取 =380mm5) 曲柄颈长度=(1.31.7)=(1.31.7)125=162.5212.5mm 取 =200mm6) 圆角半径r=(0.080.10)=(0.080.10)125=1012.5mm取 r=10mm7) 曲柄臂宽度a=(1.31.8)=(1.31.8)125=162.5225mm取 a=160mm3.6.4 曲轴强度校核1) 校核轴颈尺寸= 初步选取曲轴材料为45号钢，故 =1000 帕=0.1493米0.15米符合要求2) 校核支承颈直径由式（3.4）变换得： = 由式（2.33）2 =R(sin+sin2)+(1+)+R=90mm参考同类型压力机，初步选取=0.1，设=150mm。又根据预选及计算数值得：=150mm，=125mm ，=0.045。又查表2-2，当=30时，sin+sin2=0.5433 =0.090.5433+0.045(1+0.1)0.15+0.10.15+0.125=0.0558米又 =750 帕 =0.1247米0.125米符合要求。结论本设计主要对开式双点曲柄压力的传动系统进行设计，传动系统的设计思路为：使用三相异步电动机，传动系统为二级传动系统，电动机通过带传动将动力传递给主传动轴，主传动轴通过齿轮传动将动力传递给曲轴，两根曲轴通过两个相同的齿轮进行联动，从而带动滑块在竖直方向做往复运动。在第一级传动中主要是将电动机的能量传递给飞轮，本设计在此处主要进行了带传动的设计，选用带传动的好处是传动平稳，结构简单，成本低廉。首先选定带传动的传动比及传递功率，根据传递的功率查表得出小带轮的基准直径，并由此计算出大带轮的基准直径，并根据传递功率选定带型，带长，带的根数及轴间距，最后计算出带传动的预紧力。在第二级传动中主要是将飞轮的能量传递给曲轴，本设计在此处主要进行了齿轮传动的设计，此处选用齿轮传动的原因是结构紧凑，传动比精确，传递扭矩较大。在设计中根据中心距和传动比通过计算选择合适的齿数，模数及螺旋角，并通过以上参数由齿轮参数计算公式计算出齿轮的其他参数，然后对齿轮的强度进行校核，并以此为依据对齿轮的参数进行适当修改，以达到最佳效果。最后对曲轴进行设计，通过经验工式对曲轴的各尺寸进行初步设计，然后对曲轴的危险截面进行强度校核，并以此为依据对曲轴的各项参数进行进一步的修改。参考文献1赵程林主编.锻压设备. 西北工业大学出版社.1987。2何德誉主编.曲柄压力机.机械工业出版社.1981。3中国有色工程设计研究总院编写. 机械设计手册单行本. 化学工业出版社.2004。4【苏】符拉索夫主编. 锻造冲压曲柄压力机. 上海科学技术文献出版社.1988。5济南铸造锻压机械研究所主编. 开式压力机性能要求与试验方法. 国家机械工业局.2000。6中华人民共和国国家标准. 开式压力机型式与基本参数. 国家技术监督局.1994。7邱宣怀主编.机械设计.高等教育出版社.2002。8 American MachinistJ. 1983.127(11).9 Lange K.Lehrbuch der Umformtechnik.Bandl:Springer-VerlagJ,1972.10 闵学熊，倪鹏南锻压机械的新进展J锻压机械，1997(4).11 闵学熊等我国锻压机械的现状与展望J锻压机械，1988(1).12 李作友. 曲柄压力机译文集M.北京:机械工业出版社,1996.13 韩提儒我国锻压机械50年的光辉历程J锻压机械，1999(6).14 天津机械压力机床厂中小型机械压力机设计P天津：天津人民出版社，1977.附录附录1曲柄压力机一工作循环所消耗的能量 2要合理计算出曲柄压力机电动机功率，首先需得出一工作循环所消耗的能量A以及各部分能量消耗的组成。过去的计算方法由于未考虑到或者未准确地考虑到各项能量的消耗，例如摩擦离合器接合时的功能损耗，拉延垫工作时的功能损耗，各运动环节的摩擦损耗以及压力机受力系统的弹性变形损耗等，因此，计算结果往往与实际相差很大。从实测结果看出，这些损耗相当大。团此，准确考虑各项功能组成对计算电动机功率和后面所述的计算飞轮转动惯量都是很重要的。压力机一工作循环所消耗的能量A为： A=+ 式(7.5)式中 工件变形功(属有效能量)； 拉延垫工作功，即进行拉延工艺时压边所需的功(属有效能量)； 工作行程时由于曲柄滑块机构的摩擦所消耗的能量； 工作行程时由于压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量； 压力机空程向下和空程向上时所消耗的能量； 单次行程时滑块停顿飞轮空转所消耗的能量； 单次行程时离合器接合所消耗的能量。 对于用连续行程工作的压力机，则一周期所消耗的能量为： A=+ 式(7.6)在工作行程那一段时间里，压力机所消耗的能量为：A=+ 式(7.7)下面分别叙述这些能量的计算。1) 工件变形功曲柄压力机用于冲裁、拉延、模锻、挤压等工艺。不同的工艺，工件变形所需要的能量亦不相同。在工作行程内工件变形力是变化的，若将该条变化的曲线绘于PS座标系上(P变形力， S滑块行程)，则称为压力机的工作负荷图，见图4-1。工作负荷图所包含的面积即为工件变形功。各种不同工艺其工作负荷图是不同的。通用压力机是以厚板冲裁的工作负荷图作为设计依据的。根据实测结果，在冲裁A3和45号钢板时，当冲头进入板料厚度的0.425倍和0.46倍时板料即断裂。这个数值的大小随板料的塑性和冲模间隙的大小而变化。通常取为： =0.45 式(7.8)式中 板料厚度； 切断厚度；7-4 冲裁工作负荷图若将图7-4曲线看成三角形，则冲裁时的工件变形功为：=但，由于考虑曲线呈鼓形，且有顶料力，故： =0.7 式(7.9)将式(7.8)代入式(7.9)即得： =0.315 （焦） 式(7.10)式中 压力机公称压力(牛)； 板料厚度(米)。 按式(7.6)算出的变形功与实测的变形功相比见表7-2。可以看出，式(7.6)是符合实际的。关于多大压力的压力机以多大的扳料厚度进行汁算较合适，在这个问题上有些资料推荐采用如下的经验公式：对于快速压力机(如一级传动压力机) =0.2 （毫米） 式(7.11)对于慢速压力机(如两级及两级以上传动的压力机) =0.4 （毫米） 式(7.12)式中 公称压力（千牛）。2) 拉延垫工作功带拉延垫的压力机在进行浅拉延工艺时，拉延垫压紧工件的边缘，并随压力机的滑块向下移动。因此消耗一部分能量。消耗能量的大小决定于拉延垫的压紧力和工作行程，根据资料16推荐，可相应取为压力机额定压力的及滑块行程的，即： = （焦） 式(7.13)式中 压力机公称压力(牛)； 压力机滑块行程长度(米)。3) 工作行程时由于曲柄滑块机构的摩摈所消耗的能量图7-5 冲裁工作负荷计算简图=式中 曲柄滑块机构所受的摩擦扭矩； 摩擦当量力臂； P工件变形功； 曲柄转角。由第三章得知，摩擦当量力臂，是一常数。 = 积分为曲线所包含的面积(见图7-5)，可以令其等于平均面积，即 = 工作行程中平均工作变形力(牛)； 工作行程曲柄转角(度)； = （牛米） 式(7.14)对于不同的工艺，其是不同的，对于冲裁工艺，P-图（P工件变形力 ，曲柄转角）近似为三角形，故 =0.5 式(7.15)由于压力机工作时产生弹性变形，曲栖滑块机构的运动规律已不遵循式(24)的关系，而变为平缓变化，见图72的曲线3及5。因此，工作行程时的实际曲柄转角增大。例如J1240压力机进行冲裁时，增大为30 (做实验时板厚是按式(7.12)计算，即b4毫米)。故可近似地将工作行程曲柄转角取为压力机的公称压力角，即= 式(7.16)这样，对于通用压力机，曲柄滑块机构的摩擦功可以用下述公式表示： = =0.0087 （焦） 式(7.17)其中 摩擦当量力臂； 公称压力(牛)； 公称压力角(度)。4) 工作行程时由于压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量 压力机在工作行程时，机身、曲柄滑块机构等受力系统因受载产生弹性变形，因而引起能量损耗。对于在工作行程中，变形力逐步下降的冲裁工艺和拉延工艺，有时有一部分的弹性变形能量可以转化为有用能量，为了安全，认为全部弹性变形能量都已损久田此得出 = （焦） 式(7.18)式中 额定压力(牛)； 压力机总的垂直变形(米)。 = （毫米） 式(7.19) 压力机垂直刚度（千牛/毫米）。5) 压力机空程向下和空程向上时所消耗的能量压力机空程时的能量损耗与压力机零件的结构尺寸、表面加工质量、润滑情况，皮带的拉紧程度、制动器调整情况等因素有关。根据试验结果，通用压力机连续行程所消耗的平均功率约为该压力机额定功率的1035。6) 滑块停顿飞轮空转时所消耗的能量根据实验，通用压力机飞轮空转时电动机所消耗的功率约为压力机额定功率的630。开式压力机的离合器多数置于曲抽上并采用滑动抽承，比值偏高。通用压力机飞轮空转所需功率可按图77或表74查出。求出以后可按下式求出飞轮空转时所消耗的能量。 =1000(t-) (牛米) 式(7.20) 式中 t压力机单次行程时(即考虑停息时)的循环周期(秒)； 曲抽回转一周所需时间(秒)。=t= n、压力机行程次数(次/分)及行程利用系数。7) 单次行程时，离合器接合所消耗的能量离合器接合时所消耗的能量可分成两部分，即压力机从动部分加速所需的能量和离合器接合时发热的能量损失 。(1) 压力机从动部分加速所需的能量 = J （焦）式中 J压力机从动部分折算到离合器轴上的转动惯量(千克米2)； 离合器轴的角速度（弧度/秒）。(2)离合器接合时，摩擦面相对滑功所消耗的摩擦功在飞轮转动惯量比从功部分转动惯量J大得多的情况下，可近似地按下式计算 J （焦） =+= J （焦） 式(7.21)根据一些实验资料，大约为总功的20左右。因此，在初步设计时，可以先取 =0.2A 式(7.22)必要时，待压力机结构设计完毕后，再核算。采用刚性离合器时，出于成合器一般装在曲轴上，因此，压力机从动零件的转速和转动惯量都比较小，相应离合器接合所消耗的能量也较小，故这部分能量损耗可以忽略不计。选自参考文献2附录2英语原文The Computer and ManufacturingComputer Aided DesignThe computer is bringing manufacturing into the Information Age. This new tool, a long familiar one in business and management operations, is moving into the factory, and its advent is changing manufacturing as certainly as the steam engine changed it 100 years ago.The basic metal working processes are not likely to change fundamentally, but their organization and control definitely will.IN one respect, manufacturing could be said to be coming full circle. The first manufacturing could was a cottage industry: the designer was also the manufacturer, conceiving and fabricating products one at a time. Eventually, the concept of the interchangeability of parts was developed, production was separated into specialized functions, and identical parts were produced thousands at a time.Today, although the designer and manufacturer may not become one again, the functions are being drawn close in the movement toward an integrated manufacturing system,It is perhaps ironic that, at a time when the market demand a high degreed of product diversification, the necessity for increasing productivity and reducing costs is driving manufacturing toward integration into a coherent system, a continuous process in which parts do not spend as much as 95% of production time being moved around or waiting to be worked on.The computer is the key to each of these twin requirements. It is the only tool that can provide the quick reflexes, the flexibility and speed, to meet a diversified market. And it is the only tool that enables the detailed analysis and the accessibility of accurate data necessary for the integration of the manufacturing system. It may well be that, in the future, the computer may be essential to a companys survival. Many of todays businesses will fade away to be replaced by more-productive combinations. Such more-productive combinations are super-quality, super-productivity plants. The goal is to design and operate a plant that would produce 100% satisfactory parts with good productivity.A sophisticated, competitive world is requiring that manufacturing begin to settle for more, to become itself sophisticated, To meet competition, for example, a company will have to meet the somewhat conflicting demands for greater product diversification, higher quality, improved productivity, and low prices.The company that seeks to meet these demands will need a sophisticated tool, one that will allow it to respond quickly to customer needs while getting the most out of its manufacturing resources.The computer is that tool.Becoming a “super-quality, super-productivity” plant requires the integration of an extremely complex system. This can be accomplished only when all elements of manufacturingdesign, fabrication and assembly, quality assurance, management, materials handlingare computer integrated.In product design, for example, interactive computer-aided-design (CAD) systems allow the drawing and analysis tasks to be performed in a fraction of the time previously required and with greater accuracy. And programs for prototype testing and evaluation further speed the design process.In manufacturing planning, computer-aided process planning permits the selection, from thousands of possible sequences schedules, of the optimum process.On the shop floor, distributed intelligence in the form of microprocessors controls machines, runs automated loading and unloading equipment, and collects data on current shop conditions.But such isolated revolutions are not enough. What is needed is a totally automated system, linked by common software from front door to back.The benefits range throughout the system. Essentially, computer integration provides widely and instantaneously available, accurate information, improving communication between departments, permitting tighter control, and generally enhancing the overall quality and efficiency of the entire system.Improved communication can mean, for example, designs that are more producible. The NC programmer and the tool designer have a chance to influence the product designer, and vice versa.Engineering changes, thus, can be reduced, and those that are required can be handled more efficiently. Not only does the computer permit them to be specified more quickly, but it also alerts subsequent users of the data to the fact that a change has been made.The instantaneous updating of production-control data permits better planning and more0effective scheduling. Expensive equipment, therefore, is used more productively, and parts move more efficiently through production, reducing work-in-process costs.Product quality, too, can be improved. Not only are more-accurate designs produced, for example, but the use of design data by the quality-assurance department helps eliminate errors due to misunderstandings.People are enabled to do their jobs better. By eliminating tedious calculations and paperworknot to mention time wasted searching for informationthe computer not only allows workers to be more productive but also frees them to do what only human beings can do: think creatively.Computer integration may also lure new people into manufacturing. People are attracted because they want to work in a modern, technologically sophisticated environment.In manufacturing engineering, CAD/CAM decreases tool-design. NC-programming, and planning times while speeding the response rate, which will eventually permit in-house staff to perform work that is currently being contracted out.According to the Tool & Manufacturing Engineers Handbook, process planning is the systematic determination of the methods by which a product is to be manufactured economically and competitively. It essentially involves selection, calculation, and documentation. Processes, machines, tools, and sequences must be selected. Such factors as feeds, speeds, tolerances, dimensions, and costs must be calculated. Finally, documents in the form of setup instructions, work instructions, illustrated process sheets, and routings must be prepared. Process planning is an intermediate stage between designing and manufacturing the product. But how well does it bridge design and manufacturing?Most manufacturing engineers would agree that, if ten different planners were asked to develop a process plan for the same part, they would probably come up with ten different plans. Obviously, all these plans cannot reflect the most efficient manufacturing methods, and, in fact, there is no guarantee that any one of them will constitute the optimum methods for manufacturing the part.What may be even more disturbing is that a process plan developed for a part during a current manufacturing program may be quite different manufacturing program and it may never be used again for the same or similar part during a previous similar part. That represents a lot of wasted effort and produces a great many inconsistencies in routing, tooling, labor requirements, costing, and possibly even purchase requirements.Of course, process plans should not necessarily remain static. As lot sizes change and new technology, equipment, and processes become available, the most effective way to manufacture a particular part also changes, and those changes should be reflected in current process plans released to the shop.A planner must manage and retrieve a great deal of data and many documents, including established standards, machine ability data, machine specifications, tooling inventories, stock availability, and existing process plans. This is primarily an information-handling job, and the computer is an ideal companion.There is another advantage to using computers to help with process planning. Because the task involves many interrelated activities, determining the optimum plan requires many iterations. Since computers can readily perform vast numbers of comparisons, many more alternative plans can be explored than would be possible manually.A third advantage in the use of computer-aided process planning is uniformity.Several specific benefits can be expected from the adoption of computer-aided process-planning techniques:Reduced clerical effort in preparation of instructions. Fewer calculation errors due to human error.Fewer oversights in logic or instructions because of the prompting capability available with interactive computer programs.Immediate access to up-to-date information from a central database.Consistent information, because every planner accesses the same database.Faster response to changes requested by engineering of other operating departments.Automatic use of the latest revision of a part drawing.More-detailed, more-uniform process-plan statements produced by word processing techniques.More-effective use of inventories of tools, gages, and fixtures and a concomitant reduction in the variety of those items.Better communication with shop personnel because plans can be more specifically tailored to a particular task and presented in unambiguous, proven language.Better information for production planning, including cutter-life, forecasting, materials-requirements planning, scheduling, and inventory control.Most important for CIM, computer-aided process planning produces machine-readable data instead of hand written plans. Such data can readily be transferred to other systems within the CIM hierarchy for use in planning.There are basically two approaches to computer-aided process planning: variant and generative.In the variant approach, a set of standard process plans is established for all the parts families that have been identified through group technology. The standard plans are stored in computer memory and retrieved for new parts according to their family identification. Again, GT helps to place the new part in an appropriate family. The standard plan is then edited to suit the specific requirements of a particular job.In the generative approach, an attempt is made to synthesize each individual plan using appropriate algorithms that define the various technological decisions that must be made in the course of manufacturing. In a truly generative process-planning system, the sequence of operations, as well as all the manufacturing-process parameters, would be automatically established without reference to prior plans. In its ultimate realization, such an approach would be universally applicable: present any plan to the system, and the computer produces the optimum process plan. No such system exists, however. So called generative process-planning systemand probably for the foreseeable futureare still specialized systems developed for a specific operation or a particular type of manufacturing process. The logic is based on a combination of past practice and basic technology.Computer Aided ManufacturingNumerical ControlNumerical control can be defined as a form of programmable automation in which the process is controlled by numbers,letters,and symbols.In NC, thenumbers form a program of instructions designed for a particular workpart or job. When the job changes, the program of instructions is changed .This capability to change the program for each new job is what gives NC its flexibility, It is much easier to write new programs than to make major change in the production equipment.NC equipment is used in all areas of metal parts fabrication and comprises roughly 15% of the modern machine tools in industry today. Since numerically controlled machines are considerably more expensive than their conventional counterparts, the asset value of industrial NC machine tools is proportionally much larger than their numbers. Equipment utilizing numerical control has been designed to perform such diverse operations as drilling, milllng; rj, gtindlng, :sheetmetal presorkingi spot welding, arc welding, riveting, assembly, drafting, inspection, and parts handling. And this is by no means a complete list. Numerical control should be considered as a possible mode of controlling the operation for any production situation possessing the following characteristics:I, .Similar workparts in terms of raw material(e. g., metal stock for machining)2. The workparts are produced in various sizes and geometries.3. The workparts are produced in batches of small to medium-sized quantities.4. A sequence of similar processing steps is required to complete the operation oneach workpiece.Many machining jobs meet these conditions. The machined workparts are metal,they are specified in many differentsizes and shapes, and most machined parts produced in industry today are made in small to medium-size lot sizes.To produce each part,a sequence of drilling operations may be required, or a series of turning or milling operations. The suitability of NC for these kinds of jobs is the reason for the tremendous growth of numerical control in the metalworking industry over the last 25 years.Basic Components of an NC systemAn operational numerical control system consists of the following three basic components:1.Program of instructions.2.Controller unit, also called machine control unit (MCU)3.Machine tool or other controlled processThe program of instructions serves as the input to the controller unit , which in turn commands the machine tool or other process to be controlled.Program of instructionsThe program of instructions is the detailed step-by-step set of directions which tell the machine tool what to do. It is coded in numerical or symbolic form on some type of input medium that can be interpreted by the controller unit. The most common input medium is 1-inch-wide punched cards, magnetic tape,and even 35-mm motion picture film.There are two other methods of input to the NC system which should be mentioned. The first is by manual entry of instructional data to the controller unit .This is time-consuming and is rarely used except as an auxiliary means of control or when only one or a very limited number of parts are to be made. The second method of input is by means of a direct link with a computer .This is called direct numerical control, or DNC. The program of instructions is prepared by someone called a part programmer. Theprogrammers job is to provide a set of detailed instructions by which the sequence of processing steps is to be performed. For a machining operation, the processing steps involve the relative movement of the machine tool table and the cutting tool.Controller unitThe second basic component of the NC system is the controller unit . This consists of the electronics and hardware that read and interpret the program of instructions and convert it into mechanical actions of the machine tool . The typical elements of the controller unit include the tape reader , a data buffer, signal output channels to the machine tool, feedback channels from the machine tool, and the sequence controls to coordinate the overall operation of the foregoing elements.The type reader is an electrical-mechanical device for winding and reading the punched tape containing the program of instructions . The data contained on the tape are read into the data buffer , The purpose of this device is to store the input instructions in logical blocks of information. A block of information usually represents one complete step in the sequence of processing elements. For example, one block may be the data required to move the machine table to a certain position and drill a hole at that location .The signal output channels are connected to the servomotors and other controls in the machine tool. Through these channels, the instructions are sent to the machine tool from the controller unit. To make certain that the instruction have been properly executed by the machine, feedback data are sent back to the controller via the feedback channels. The most important function of this return loop is to assure that table and workpart have been properly located with respect to the tool. Most NC machine tools in use today are provided with position feedback controls for this purpose and are referred to ae closed-loop systems. However, in recent years there has been a growth in the use of open-loop systems, which do not make use of feedback signals to the controller unit. The advocates of the open-loop concept claim that the reliability of the system is great enough that feedback controls are not needed and are an unnecessary extra cost.Sequence controls coordinate the activities of the other elements of the controller unit. The tape reader is actuated to read data into the buffer from the tape, signals are sent to，and so on. These types of operations must be synchronizedand this is the function of the sequence controls.Another element of the NC system, which may be physically part of the controller unit or part of the machine tool, is the control panel. The control panel or control consolecontains the dials and switches by which the machine operator runs the NC system. It may also contain data displays to provide information to the operator. Although the NC system is an automatic system, the human operator is still needed to turn the machine on and off, to change tools (some NC systems have automatic tool changers), to load and unload the machine, and to perform various other duties. To be able to discharge these duties, the operator must be able to control the system, and this is done through the control panel.The third basic component of an NC system is the machine tool or other controlled process. It is the part of the NC system which performs useful work. In the most common example of an NC system, one designed to perform machining operations, the machine tool consists of the worktable and spindle as well as the motors and controls necessary to drive them. It also includes the cutting tools, work fixtures, and other auxiliary equipment needed in the machining operation.Programmable Logic ControllersA programmable logic controller (PLC) is a solid-state device used to control machine motion or process operation by means of a stored program. The PLC sends output control signals and receives input signals through input/output (I/O) devices. A PLC controls outputs in response to stimuli at the inputs according to the logic prescribed by the stored program The inputs are made up of limit switches, ,pushbuttons, thumbwheels, switches, pulses, analog signals, ASCII serial data, and binary or BCD data from absolute position encoders. The outputs are voltage or current levels to drive end devices such as solenoids, motor starters, relays, lights, and so on. Other output devices include analog devices, digital BCD displays, ASCII compatible devices servo variable-speed drives, and even computers.Programmable controllers were developed (circa in 1968) when General Motors Corp, and other automobile manufacturers were experimenting to see if there might be an alternative to scrapping all their hardwired control panels of machine tools and other production equipment during a model changeover. This annual tradition was necessary because rewiring of the panels was more expensive than buying new ones. The automotive companies approached a number of control equipment manufacturers and asked them to develop a control system that would have a longer productive life without major rewiring, but would still be understandable to and repairable by plant personnel. The new product was named a programmable controller.The processor part of the PLC contains a central processing unit and memory. The central processing unit (CPU) is the traffic director of the processor, the memory stores information. Coming into the processor are the electrical signals from the input devices, as conditioned by the input module to voltage levels acceptable to processor logic. The processor scans the state of I / O and updates outputs based on instructions stored in the memory of the PLC. For example, the processor may be programmed so that if an input connected to a limit switch is true (limit switch closed), then a corresponding output wired to an output module is to be energized. This output might be a solenoid, for example. The processor remembers this command through its memory and compares on each scan to see if that limit switch is, in fact, closed. If it is closed, the processor energizes the solenoid by turning on the output module.The output device, such as a solenoid or motor starter, is wired to an output modules terminal, and it receives its shift signal from the processor, in effect, the processor is performing a long and complicated series of logic decisions. The PLC performs such decisions sequentially and in accordance with the stored program. Similarly, analog I / O allows the processor to make decisions based on the magnitude of a signal, rather than just if it is on or off. For example, the processor may be programmed to increase or decrease the steam flow to a boiler (analog output) based on a comparison of the actual temperature in the boiler analog input) to the desired temperature. This is often performed by utilizing the built-in PID (proportional, integral, derivative) capabilities of the processor.Because a PLC is software based, its control logic functions can be changed by reprogramming its memory. Keyboard programming devices facilitate entry of the revised program, which can be designed to cause an existing machine or process to operate in a different sequence or to respond to different levels of, or combinations of stimuli. Hardware modifications are needed only if additional, changed, or relocated input/output devices are involved.Transfer MachinesThe highest degree of automation obtainable with special-purpose, multifunction machines is achieved by using transfer machines. Transfer machines are essentially acombination of individual workstations arranged in the required sequence, connected by work transfer devices, and integrated with interlocked controls. Workpieces are automatically transferred between the. stations, which are equipped with horizontal vertical, or angular units to perform machining, gaging, workpiece repositioning, assembling, washing, or other operations. The two major classes of transfer machines are rotary and in-line types.An important advantage of transfer machines is that they permit the maximum number of operations to be performed simultaneously There is relatively no limitation on the number of workpiece surfaces or planes that can be machined, since devices can be interposed in transfer machines at practically any point for inverting, rotating, or orienting the workpiece, so as to complete the machining operations. Work repositioning also minimizes the need for angular machining heads and allows operations to be performed in optimum time. Complete processing, from rough, casting or forgings to finished parts is often possible.One or more finished parts are produced on a transfer machine with each index of thetransfer system that moves the parts from station to station. Production efficiencies of such machines generally range from 50% for a machine producing a variety of different parts to 85% for a machine producing one part, in. high production, depending upon the workpiece and how the machine is operated (materials handling method, maintenance procedures, etc. )All types of machining operations, such as drilling, tapping, reaming, boring, and milling, are economically combined on transfer machines. Lathe-type operations such as turning and facing are also being performed on in-line transfer machine, with the workpieces being rotated in selected machining stations. Turning operations are performed in lathe-type segments in which multiple toolholders are fed on slides mounted on tunnel-type bridge units. Workpieces are located on centers and rotated by chucks at each turning station. Turning stations with CNC are available for use on in-line transfer machines. The CNC units allow the machine cycles to be easily altered to accommodate changes in workpiece design and can also be used for automatic tool adjustments.Maximum production economy on transfer lines is often achieved by assembling partsto the workpieces during their movement through the machine. Such items as bushings, seals, welch plugs, and heat tubes can be assembled and then machined or tested during the transfer machining sequence. Automatic nut torquing following the application of part subassemblies can also be carried out.Gundrillinq or reaming on transfer machines is an ideal applicat!on provided that proper machining units are employed and good bushing practices are followed. Contour boring and turning of spherical seats and other surfaces can be done with tracer-controlled single-point inserts, thus eliminating the need for costly special form tools. In-process gaging of reamed or bored holes and automatic tool setting are done on transfer machines to maintain close tolerances.Less conventional operations sometimes performed on transfer machines include grinding, induction heating of ring gears for shrink-fit pressing on flywheels, induction hardening of valve seats, deep rolling to apply compressive preloads, and burnishinq.Transfer machines have long been used in the automotive industry for producing identical components at high production rates with a minimum of manual part handling. In addition to decreasing labor requirements, such machines ensure consistently uniform, high-quality parts at lower cost. They are no longer confined just to rough machining and now often eliminate the need for subsequent operations such as grinding and honing.More recently, there has been an increasing demand for transfer machines to handle lower volumes of similar or even different parts in smaller sizes, with means for quick changeover between production runs. Built-in flexibility, the ability to rearrange andinterchange machining units, and the provision of idle stations increases the cost of any transfer machine, but such features are economically feasible when product redesigns are common. Many such machines are now being used in nonautomotive applications for lower production requirements.Special features now available to reduce the time required for part changeover include standardized dimensions, modular construction, interchangeable fixtures mounted on master pallets that remain on the machine, interchangeable fixture components, the ability to lock out certain stations for different parts by means of selector switches, and programmable controllers. Product design is also important, and common transfer and clamping surfaces should be provided on different parts whenever possible. 中文翻译计算机与制造业计算机辅助设计计算机正在将制造业带入信息时代。计算机长期以来在商业和管理方面得到了广泛的应用，它正在作为一种新的工具进入到工厂中，而且它如同蒸汽机在100年前使制造业发生改变那样，正在使制造业发生着变革。尽管基本在金属切削过程不太可能发生根本性的改变，但是它们的组织形式和控制必将发生改变。从某一方面可以用说，制造业正在完成一个循环。最初的制造业是家庭手工业：设计都本身也是制造者，产品的构思与加工由同一个人完成，后来，形成了零件的互换性这个概念，生产被依照专业功能分割开来，可以用成批生产数以千计的零件。今天，尽管设计者与制造者不可能再是同一个人，但在向集成制造系统前进的途中，这两种功能已经越来越近了。可能具有讽刺意味的是，在市场需求高度多样化的时候，提高生产率和降低成本的必要性促使着制造业朝着集成为紧凑的系统方向变化。这是一个连续的过程，在其中零件不需要花费多达95%的生产时间用在运输和等待加工上。计算机是满足这两项要求中任何一项的关键。它是能够提供快速反应能力、以性和来满足多样化市场的唯一工具。而且，它是实现制造系统集成所需要的、能够进行详细分析和利用精确数据的唯一工具。在将来计算机可能会是一个企业生存的基本条件，许多现今的企业将会被生产能力更高的企业组合所取代。这些生产能力更高的企业组合是一些具有非常高的质量、非常高的生产率的工厂。目标是设计和运行一个能够以高生产率的方式生产100%合格产品的工厂。一个采用先进技术的、竞争的世界正在促使制造业开始做更多的工作，使其本身采用起早摸黑技术。为了适应竞争，一个公司会满足一些在某种程度上相互矛盾的要求，诸如产品多样化、提高质量、增加生产率、降低价格。在努力满足这些要求的过程中，公司需要一个采用先进技术的工具，一个能够对顾客的需求作出快速反应，而且从制造资源中获得最大收益的工具。计算机就是这个工具。成为一个具有“非常高的质量、非常高的生产率”的工厂，需要对一个非常复杂的系统进行集成。这只有通达采用计算机对机械制造的所有组成部分设计、加工、装配、质量保证、管理和材料装卸及输送进行集成电路才能完成。例如，在产品设计期间，人机对话式的计算机辅助设计系统使得完成任务给图和分析工作所需要的时间比原来减少了几倍，而且精确程度得到了很大的提高。此外样机的试验与评价程序进一步加快了设计过程。在制订工艺规程时，计算机辅助编制工艺规程可以从数以千计的工序和加工过程中选择最好的加工方案。在车间里，许多独立的微型计算机在控制着机床，操纵着自动装卸材料设备和收信关于当前车间状态的信息。但是这些各自独立的改革还远远不够。我们所需要的是由一个共同的软件从始端到终端进行控制的全部自动化的系统。整个系统都会从中受益。基本上，计算机集成可以提供广泛的。及时的和精确的信息，可以改进各部门之间的交流和磋商，实施更严格的控制，而且通常能增强整个系统的全面质量和效率。例如，改进交流和磋商意味着会使