曲面印刷机气动下料机构的设计【三维SW】【含cad图纸+文档全套资料】
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曲面印刷机气动下料机构设计 摘要：曲面印刷机是一种用于回转型包装容器外表面彩色印刷的机电一体化设备，包括上下料机构和传动机构等等，我这次做的是曲面印刷机气动下料机构的设计。由可编程控器控制印刷机的运转、印刷机的急停和无杯不印等。我们所设计的曲面印刷机最多可以印六种色彩，也就是套印六色，例如印刷纸杯，最高速度可达每分钟300件，且印刷色彩较好，准确度高，自动化程度极高。它是一种凸版轮转胶印机，模把更换方便，可以广泛的应用于大批量、高效率的硬包装印刷。本课题设计的气动下料机构是全自动曲面印刷机的一台辅机，用于将印刷油墨干燥以后的杯子摞成卷，并按一定长度推至下料台。下料机气动系统的组成包括：执行元件气缸，控制元件电磁阀及辅助元件等。简述了气缸在结构中的安装方式及其所起的作用，并对关键零部件气缸进行了详细的分析设计。运用Solid Works软件对叠杯装置、叠杯机架及下料台进行了设计，完成了三维实体建模、装配，并通过该软件导出二维装配图及其爆炸图。 关键字：曲面印刷机；气动下料机构设计；三维实体建模；Solid WorksI The Design of Pneumatic Cup Feeding Mechanism for Curved Surface Printing Machine Abstract：Surface presses a back transformation of the outer surface of the containers color printing electromechanical integration equipment, including rotary printing agencies, reel institutions, the upper and lower feeding mechanism and drive mechanism. By the programmable controller to control the operation of the printing press, press the emergency stop and no cup India. The machine up to overprint the six-color, maximum speed of 300 per minute, overlay accuracy, pattern reproducibility, high degree of automation. It is a letterpress and web offset printing press, the mold easy to replace, can be widely used in high-volume, high efficiency, rigid packaging and printing.Pneumatic feeding mechanism for the design of the subject is one auxiliary automatic surface presses for the printing ink after drying the cup stack of rolls, in accordance with a certain length to cutting Taiwan. Feeder pneumatic system components include: the actuator cylinder, and control components solenoid valves and auxiliary components. Cylinder installed in the structure and the role of the key parts cylinder carried out a detailed analysis and design.Solid Works software design, cup stacking device, cup stacking rack and cutting completed a three-dimensional solid modeling, assembly, and export 2D assembly drawings and exploded diagram of the software.Keywords: curved surface printing machine;The Design of Pneumatic Cup Feeding Mechanism;solid modeling; Solid Works目 录摘要I AbstractII目录.III1 引言11.1 曲面印刷机简介11.2 曲面印刷机的工作原理和结构11.3 国内外曲面印刷机技术现状21.4 市场前景分析31.5 研究内容41.6 研究意义51.7 研究手段52 下料机构气动系统设计62.1 气压传动的特点62.1.1 气压传动的优点62.1.2 气压传动的缺点62.2 气动技术的应用62.3 气压传动系统的组成72.4 气动系统功能简介72.5 各种阀的选择92.5.1 电磁阀的选择92.5.2 减压阀的选择92.5.3 减压阀的选择92.5.4 过滤器的选用103 摞杯装置及摞杯机架的设计113.1 摞杯装置的组成113.2 气缸类型的选择113.3 机座的材料和时效处理173.3.1机座的材料173.3.2机座的时效处理173.4 机座的结构设计173.4.1机座的典型结构173.4.2截面形状的选择183.4.3连接刚度193.4.4结构的工艺性203.5 箱体的分类203.6 设计的主要问题和设计要求203.7 箱体结构设计203.7.1箱体的毛坯、材料及热处理213.7.2箱体结构参数的选择214 下料台的设计264.1下料平台架结构264.2结构设计及验算295 导向轴的制造工艺设计305.1 毛坯选择305.2 拟定加工工艺路线315.3 选择加工设备和工艺设备325.4 机械加工工序卡制作336 结论38参考文献39致谢41IV 1 引 言1.1 曲面印刷机简介 我们研究的全面曲面印刷机是一种可以在曲面上印刷的机器，诸如我们平时见到的印刷机都是平面印刷机，意思就是可以在平面上印刷，批量复制文字，但是在圆柱形、圆弧形等物品上就显得无能为力。就像我们平时的印章，沾上印泥，只可以在平面上印刻上去，在曲面上就不行了，更何况在工程上的使用呢。所以在不同曲面上印刷的机器出现了，它就是曲面印刷机，包括有轮转印刷机构、料盘机构、上下料机构和传动机构。由程序控制器通过程序把控上下料和各部件的同步联动。曲面印刷机的轮转印刷机构将图案套色于大胶辊圆周之上，再与料盘上模把接触对滚移印在被印刷物的外曲面上。适用于工厂大批量，高效率印刷塑料、金属、纸质成型后的包装容器，及各种电子电器标签。而且凸版和模把更换方便。机械印刷不仅印速快，套印精度高， 而且能减轻工人的劳动强度。1.2 曲面印刷机的工作原理和结构 在塑料制品的印刷中，根据承印物的形状来分，有平面丝网印刷和曲面丝网印刷。由于印刷面为非平面的印刷方法、特点和平面印刷相比有很大的不同，其印刷难度也较平面印刷大得多，因此，在印刷中的技术要点更显得重要。 曲面印刷的原理和平面印刷机的原理是一样的都是将油墨印至一个曲面获平面上，再用一些光照射的方法使油墨固化。全自动曲面印刷机，包括有轮转印刷机构和传动机构等，其整体布局如图1.1所示，主机座结构如图2所示。系统组成说明如下。A：轮转印刷机构包括有大胶辊(4)，墨辊箱(2)，版辊(1)版辊及墨辊箱成组地沿大胶辊圆周呈卫星式分布，最多可装六组，墨辊箱内布置一套包括大墨辊(23)的传墨辊系；B：轮转机构切向位置设置有料盘机构，料盘（6)上均布装有最多6个模把(5)、料盘(6)装在蜗形凸轮间歇传动箱(7)上并由其驱动作分度运动。传动箱(7)经万向轴(11)与轮转印刷机构联动，由一只主电机驱动形成主传动链；C：轮转机构上的大胶辊(4)；版辊(1)经及墨辊箱内的墨轮系均通过变速轮与主传动链相联作同步运转；D：料盘(6)上A点工位为上料工位，其正前方装有四螺头上杯机构(61)，C点为前处理工位，C点工位模把下方装有电火花处理器或火焰处理器，其上方装有模把驱动平皮带，E点为印刷工位，此处大胶辊(4)与模把(5)接触对滚使胶辊上的彩色图案印在模把上的印刷物外周曲面上，G点工位模把前方装有真空吸附接杯皮带机构(33)；E：主传动链上装有光电编码器(8)。图1.1 曲面印刷机整体布局图图1.2 曲面印刷机主机座图1.3 国内外曲面印刷机技术现状当今世界国内外印刷工业，无论是出版物的印刷、包装物的印刷、还是印刷设备和印刷器材的生产，都取了十足的发展。 1. 国内生产厂商主要有瑞安市力泰机械有限公司等。力泰公司的产LTUV-WZ145型曲面印刷机如图1.3所示，以胶印的方法在塑料制品外表面印制彩色图案。可一次性印刷出六色图案，广泛使用于印刷酸奶杯、冰淇淋杯、方便面碗、可口可乐等各种圆柱形或圆锥形塑料制品。其特点：引进国内外先进的技术，在设计，制造方面有很大的突破，使得设备的工作性能大大提高。采用从上往下的落杯方式进杯，印刷前电熨处理，印迹清晰，牢固。主电机采用三相变频调速，同步带传送，无级调速，运行平稳。 供墨量大小可调。 印刷行程和速度可调，以满足不同需求的印刷要求。根据印刷的要求可调制成各种不同的颜色及色种。图1.3 力泰公司生产的LTUV-WZ145型曲面印刷机 2. 国外生产曲面印刷机的公司有意大利卡夫公司，该公司生产的用于高速瓶盖印刷的LITHO 6 型全自动六色曲面印刷机如图1.4所示。LITHO 6 型六色曲面印刷机适用于刚性和柔性的圆管、瓶盖和圆棒的六色胶印。 图1.4 意大利卡夫公司生产的LITHO 6 型六色曲面印刷机1.4 市场前景分析曲面印刷技术在中国最开始运用于塑料杯、软管、盒、桶、注塑或者吸塑成型后表面直接印刷，广泛运用于广告杯、酸奶杯、啤酒杯、航空杯、冰淇淋杯、面碗、快速食品容器、果汁杯、奶油盒、化妆品、冰淇淋杯。曲面印刷的市场需求增大，而相关仪器设备研发相对落后，主要是一些小厂在生产一些科技含量低，手动或者半自动化的产品，这些产品体积庞大，功能单一，效率较低，印刷效果很不理想，难满足市场需求。本次毕业设计的目的在于设计提供多色套印准确、高速印刷可达每分钟300件的一次性完成印刷的高效率全自动曲面印刷机。要求满足国际和国内印刷市场对印刷机械的要求，套印准确，图案现性好，自动化程度高，适用于大批量、高效率印刷回转体包装容器。1.5 研究内容本课题研究气动下料机构，主要使用气动系统，其中气动系统按组成成分可以分为气压发生装置，执行元件，控制元件，辅助元件四部分。气动下料机的核心部分是气缸，其中有卡杯气缸，拉杯气缸，推杯气缸，压杯气缸四个气缸。杯子从烘干箱送出被其吸住，转过90叠起，杯子在导板上叠够一定长度时，光电开关控制卡杯气缸向下运动，拉杯气缸向后推杯气缸从侧面顺序运动，将一卷叠好的杯子推到下料台上。然后复位。因此此次设计的内容主要有叠杯装置如图1.5，叠杯机架及其下料台地设计。图1.5 叠杯装置示意图1.6 研究意义丝网印刷的速度巳经提高到几秒钟印一张四色海报，而喷绘同样尺寸地海报要15分钟以上，如此大地速度差距，后者完全取代前者完全是不可能地；而丝网印刷之所以受到现代人所青睐，是因为其墨层较厚，色彩明亮，现代感强，网版作为这种艺术的制作工具是不能改变的，正如国画家手中地毛笔永远不会改变一样。中国从建国以来，一直都致力于发展印刷技术，其作用在工业，农业，广告业都有着不可磨灭的作用，所以，我大胆的预计，到了二十一世纪中叶，中国将成为世界上网印需求量最大的国家，故此我们们的课题有着非常大的研究意义。1.7 研究手段为了对气动下料机构进行分析，确保其准确性，生动性，我选择了Solid Works软件进行三维建模。在Solid Works软件中用三维草图、曲线、曲面等建模，然后按工艺要求进行各面地组合。Solid Works软件分离出零件图、展开图，方法便捷、高效，既满足了设计要求，又保证了工艺要求。Solid works主要拥有以下几种模块：1.零件建模 ；Solid works就像人的意识一样，只不过一个是用大脑控制身体，一个是由鼠标操作，它提供了及其强大的实体建模功能，通过拉伸、旋转、打孔等一系列的操作来完成一个零件的设计。2. 曲面建模；Solid works就像人操作剪刀一样，可以把设计出来的模型从任意角度剪切，修改，直到你想要为止。3. 钣金设计；Solid works提供了顶尖，全方面的钣金设计。4. 数据转换；Solid works是很好用的，我们大学中二维用到了CAD，但是它们两个可以相互转化，在三维和二维中切换，直到操作到我想要的零件。2 下料机构气动系统设计2.1 气压传动的特点：多，快，好，省。2.1.1 气压传动的优点1. 以空气作为传动介质是因为它获得方便，就地取材，不必担心废气污染问题，从而也就不用设计排气模块。2. 因空气的粘性度很小，基本上可以忽略不计，因流动阻力损失很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样污染环境。3. 与液压传动相比，速度，维护，清洁，都较好。4. 可以在复杂环境下工作，尤其在易燃、易爆、等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制好。5. 成本低，过载能自动保护。2.1.2 气压传动的缺点1. 由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍有点差。但采用气液联动装置会得到满意地效果。2. 因工作压力低（一般为0.31.0MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于1040KN。3. 噪声过大。2.2 气动技术的应用1. 在机械工业中，如组合机床的程序控制、轴承的加工、零件的检测、汽车制造、农业机械的生产线上、木工机械设备和工业机器人中得到广泛应用。2. 在冶金工业中，金属的冶炼、烧结、冷轧、热轧、线材、板材的打捆、包装，连铸连轧的生产线上已有大量应用。3. 在轻工、纺织、食品工业中，缝纫机、彩色电视机、洗衣机、电冰箱、纺织机械、皮鞋制革、卷烟、食品加工等生产线上已得到广泛应用。4. 在化工、军功企业中，对于化工原料的输送、有害液体地灌输、炸药的包装、石油钻采等设备上已有大量应用。5. 交通运输中，列车的制动闸、车辆门窗的开闭，气垫船、鱼雷的自动控制装置等气动的应用很广。2.3 气压传动系统的组成1. 动力元件：是产生气体的装置，它的主要部分是空气压缩机，它可以将原动机的机械能通过空气压缩转变为气体的压力能。2. 辅助元件：我们知道，液压传动的介质是液体，液体都需要净化消音或者是连接其他部件，而气体也是一样，辅助元件与其它元件连接是一个中介的作用，所以它是必不可少的。3. 执行元件：动力元件产生了气体的压力能，有了这种压力能必须要作用在工作部件上才行，而执行元件就是起到了这样一个效果，其中包括了气缸的运动和马达的运动，一个是直线运动一个是回转运动。4. 控制元件：控制是必不可少的，其中包括压力阀，流量阀，方向阀，元件控制。2.4 气动系统功能简介 气动下料机构是全自动曲面印刷机地一台辅机，用于将印刷油墨干燥以后的杯子摞成卷，并按一定长度推至下料台。气动下料机构使用了4个气缸，电磁阀及其他一些气动辅助元件。气动的广泛应用“可见一斑”，涉及到的气缸有单杆、双杆、带开关、不带开关型气缸。气动完成下料机绝大部分地动作。气动原理示意图如图2.2所示。 该系统中分别有四个气缸，分别是压杯气缸，用于将杯子压住。卡杯气缸，将杯子卡主，用吹气嘴将两两杯子间有间隙，拉杯气缸用于将杯子拉到一定长度，推杯气缸负责杯子拉到一定长度后将杯子推向下料台。是电磁阀组，里面装有4个电磁阀，分别控制4个气缸的运动。速度控制器分别控制拉杯气缸和推杯气缸的运动速度。7 图2.2 气动原理示意图9 2.5 各种阀的选择2.5.1 电磁阀的选择 电磁阀选型需要考虑几个性质才可以，即安全性，可靠性，适用性，经济性四大原则，其次是根据六个方面地现场工况。 选型依据：1. 根据管道参数选择：通径规格a）按照现场管道内径尺寸或流量要求来确定通径(DN)尺寸。 2.根据流体参数选择：材质、温度组 a）流体粘度：50cSt以下可任意选择，如果大于此数据，则要选用高粘度电磁阀。 3. 根据压力参数选择：两种方式：原理和结构品种a）公称压力：根据管道公称压力来定。b）工作压力：如果工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最低工作压差在0.04Mpa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。4. 电气选择：AC220V、DC24。5. 根据工作时间来确定阀是否是常闭，常开或者是可持续通电工作。a）当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选用常开型。b）要是开启的时间短或开和关地时间不多时，则选常闭型。c）但是有些用于安全保护地工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，应选可长期通电型。2.5.2 减压阀的选择1. 气源压力的最大值应比减压阀最大工作压力大0.1Mpa。2. 要求减压阀的出口压力波动小时，如出口压力波动不大于工作压力最大值的0.5%，则选用精密型减压阀。3. 如需遥控时或通径大于20以上时，应尽量选用外部先导式减压阀。2.5.3减压阀的选择1. 减压阀规格的选择是根据最大流量来确定的。2. 根据功能要求，选择阀地品种。如调压范围、稳压精度（是否要选精密型减压阀）、需遥控否（遥控应选外部先导式减压阀）、有无特殊功能要求（是否要选大流量减压阀或复合功能减压阀）。 2.5.4 过滤器的选用1. 选择过滤器的类型。根据过滤对象地不同，选择不同类型的过滤器。2. 按所需处理的空气流量QV（换算成标准状态下）选择相应规格的过滤器。所选用的过滤器额定流量QO与实际处理流量Qr之间应有如下关系：QrQO10。 3 摞杯装置及摞杯机架的设计3.1 摞杯装置的组成 叠杯装置可以使杯子在导板上叠够一定长度时，光电开关控制卡杯气缸向下，拉杯气缸向后，推杯气缸从侧面顺序作动，将一卷叠好的杯子推到存杯斜台上，然后复位。叠杯装置的组成有四个气缸、气缸座、导板、滑动轴承、轴承座、滑动架、端盖、滑道、推板、托架、导轨、光电固定座、导向轴及其一些固定座、压板等构成。3.2 气缸类型的选择根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气缸等。 1. 气缸的选型步骤 气缸的主要分类如图3.1所示。下面以单活塞杆双作用缸为例介绍气缸的选型步骤。气缸缸径。 气缸的行程。气缸的强度和稳定性。气缸的安装形式根据安装位置和使用目的等因素决定。一般情况下，采用固定式气缸。气缸的缓冲装置。根据活塞的速度决定是否应采用缓冲装置。 如气缸工作在有灰尘等恶劣环境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。表3.1 气缸分类分类简图说明基本型气缸通用气缸固定式气缸脚架式轴向脚架式脚架上承受力矩，气缸直径越大，力矩越大侧面脚架式脚架上承受力矩，气缸直径越大，力矩越大法兰式前法兰式 前法兰紧闭，安装螺钉受拉力较小后法兰式后法兰紧闭，安装螺钉受拉力较小单选耳式气缸可围绕尾部轴稍摆动双选耳式气缸可围绕尾部铰轴摆动前端铰轴式气缸可围绕前端铰轴摆动后端铰轴式气缸可围绕中间铰轴摆动 2. 气缸直径计算 由 F/q，计算出气缸理论出力F1，最后计算出缸径及杆径，并按标准圆整。 气缸拉动纸杯及排杯转鼓向上克服重力运动。设定纸杯及排杯转鼓的质量为m=20kg，拉杯气缸行程s为125 mm，推杯气缸行程s为250 mm，压杯气缸、卡杯气缸行程s均为为10mm，经1s时间纸杯运动到位，系统工作压力为额定压力取p = 0.5 MPa，试选定气缸直径。 拉杯气缸：实际轴向负 F=mg=20X9.8=196N (3.5) 气缸平均速度 V=s/t=125/1=125mm/s (3.6) 选定负荷率q=0.5则气缸理论输出力 F1=F/q=196/0.5=392N (3.7)气缸推力 (3.8)气缸直径 (3.9)选择气缸缸径，可按照气缸输出力经验表（表3.1）选定气缸缸径为D=32mm可查出活塞杆直径：d=12mm, 理论上拉力的大小=346N。推杯气缸：实际轴向负 F=mg=20X9.8=196N (3.5) 气缸平均速度 V=s/t=100/1=100mm/s (3.6) 选定负荷率q=0.5则气缸理论输出力 F1=F/q=196/0.5=392N (3.7)气缸推力 (3.8)气缸直径: =25 (3.9)气缸缸径按照气缸输出力经验表（如下表3.1）选定气缸缸径为D=25mm，可查出活塞杆直径d=10mm, 理论拉力的大小=206N。卡杯气缸、压杯气缸：实际轴向负 F=mg=20X9.8=196N (3.5) 气缸平均速度 V=s/t=10/1=10mm/s (3.6) 选定负荷率q=0.5则气缸理论输出力 F1=F/q=196/0.5=392N (3.7)气缸推力 (3.8)气缸直径: =20 (3.9)同3.1表，选定气缸缸径为D=20mm，可查出活塞杆直径d=8mm, 理论拉力的大小=132N。F= 理论气缸出力(N)气缸输出力P= 空气压力(bar)D= 活塞杆直径(mm)实际输出力F=F85%F：效率为85%时的输出力1 MPa=10 kg/ cm1N=0.1kgf缸径D(mm)活塞杆直径d(mm)输出力F(N)受压面积(cm)工作压力(MPa)0.8126F11.1322.633.943.256.567.879.190.4F20.8517.025.534.042.551.059.568.0166F12.0140.260.380.4100.5120.6140.7160.8F21.7234.451.668.886.0103.2120.4137.6208F13.1462.894.2125.7157.1188.5220.0251.0F22.6452.879.2105.6132.0158.4184.8211.22510F14.9198.2147.3196.3245.0294.0344.0393.0F24.1282.4123.4164.8206.0247.2288.4329.63212F18.03160.6240.9321.2401.5481.8562.1642.4F26.91138.2207.3276.4345.5414.6483.7552.84014F112.57251.0377.0503.0628.0754.0880.01010.0F211.03220.6330.9441.2551.5661.8772.1882.44016F112.57251.0377.0503.0628.0754.0880.01010.0F210.56211.0317.0422.0528.0633.0799.0844.05020F119.63393589785982117813741571F216.49330495660825990115513196320F131.262393512471559187021802490F228.0561841112114021682196222408025F150.31005150820102510302035204020F245.490713611814227027203170363010030F178.51571236031403930471055006280F271.5142921402860357042905000572012532F1122.72450368049106135736085909820F2114.6229034404580573068808020917016040F1201.040206030804010050120601407016080F2188.4376056507530940011300131801507020040F1314.2628094201256015710188502199025130F2301.4602090401205015070180802109024110注：F1= 气缸推力F2= 气缸拉力表3.2 气缸输出力经验表3. 拉杯气缸的行程确定工作的移动距离，考虑工况可选择满行程或预留行程。查出活塞杆最大计算长度L2300, 在固定-()图结构安装形式下，最大行程2L2*23004600，所以气缸不产生纵向弯曲。4. 选定气缸缓冲方式根据需要选择缓冲形式，无缓冲气缸，固定缓冲气缸，可调缓冲气缸。5. 推杯气缸选择润滑方式有给油润滑气缸，无给油润滑推杯气缸，选择气缸系列根据以上条件，选择带阀带开关型，即10Y-2K系列。其中，阀的操作方式为通电时拉式；阀的使用电压：AC220V,50Hz ；开关型号为SF；开关数量为2。因此，推杯气缸选型为10Y-2KSD32N125-B5F2Y。拉杯气缸择润滑方式有给油润滑气缸，无给油润滑推杯气缸，选择气缸系列根据以上条件，选择标准型，即10Y-2R系列。其中，开关型号为SF；开关数量为4。因此，推杯气缸选型为10Y-2RSD25N250SF4。卡杯气缸、压杯气缸选择薄型气缸，选型为QGY2010。安装形式的选择由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合下，多用固定式气缸。气动上料工作台处安装形式选择双悬耳式，即气缸可围绕尾部铰轴摆动。根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要工作机构连续回转时应选用回转气缸。支撑气缸的有气缸座，为了使压杯气缸，卡杯气缸可以运动将气缸座上装有滑动套，为了使推杯气缸可以运动装有滑动轴承，有滑动轴承就必须有滑动套，导向轴连接气缸座和滑动轴承，拉杯气缸和卡杯气缸相连，并装有导轨，滑道如图3.1所示。推杯气缸前有推板如图3.2，杯子被推板推向下料台。图3.1 滑道图3.2 推板3.3 机座的材料和时效处理3.3.1 机座的材料机座材料应根据各种工艺成本等方面考虑，常用的有： 1. 铸铁：价格较便宜；铸铁的内摩擦大，有良好的抗振性。其缺点是生产周期长，单件生产成本较高；铸件易产生废品，质量不易控制；铸件的加工余量大，机械加工费用大。 2. 钢：用钢材焊接成机架。在单件小批量生产情况下，生产周期较短，所需设备简单；焊接机架的缺点是钢的抗振性能较差，在结构上需采取防振措施；由于我们是小批量生产，且要求成本低，因此选用焊接件来做机架。3.3.2 机座的时效处理时效处理就是在精加工之前，使机座充分变形，消除内应力，提高其尺寸的稳定性。焊接机架的壁厚较薄，其重量比同样刚度的机座约轻20%50%；在单件小批量生产情况下，生产周期较短，所需设备简单，切成本低；但抗振性较差，需要进行时效处理。3.4 机座的结构设计3.4.1 机座的典型结构1. 方形截面机座 结构简单，制造方便，箱体内有较大的空间来安放其它部件；但刚度稍差，宜用于载荷较小的场合。 2. 圆形截面机座 结构简单、紧凑，易于制造和造型设计，有较好的承载能力。 3. 铸铁板装配式机座 铸铁板装配结构，适用于局部形状复杂的场合。它具有生产周期短、成本低以及简化木模形状和铸造工艺等优点。但刚度较整体箱体机座的差，且加工和装配工作量较大。 根据上述各种机座的特点，我选用方形截面机座。如图3.3所示。图 截面形状的选择机座虽受力较复杂，但不外是拉、压、弯、扭的作用。当受简单拉、压作用时，变形只和截面积有关，而与截面形状无关，设计时主要是选择合理的尺寸。如果受弯、扭作用时，变形与截面形状有关。 在其它条件相同情况下，抗扭惯性矩Ic越大，扭转变形越小，抗扭刚度越大。表 3.3是面积相同的，各种截面形状与惯性矩的比较。 从表中可以看出： 1. 空心大于实心刚度。 2. 封闭方形抗弯抗扭都好。 3. 加大横截面轮廓尺寸和减小壁厚可以提高刚度。 表3.3 截面形状截面形状抗弯惯性矩I（相对值）抗扭惯性矩Ic（相对值）截面形状抗弯惯性矩I（相对值）抗扭惯性矩Ic（相对值）12.01.0 连接刚度 为提高结合表面的连接刚度，可根据受力大小和方向，合理选择紧固螺钉的直径、数量及其位置。必要时，可使螺钉产生预紧力，来提高连接刚度。 我在这选用了如图3.4，此类横梁做连接，既节省材料，支撑性又好。图3.4 底座3.4.4 结构的工艺性机座属于箱体类零件，体积大，结构复杂，成本较高。设计时，应使其具有良好的结构工艺性，以便于制造和降低成本。3.5 箱体的分类 按箱体的功能可分为： 1. 传动箱体，里面带有齿轮传动等一系列传动的箱体，主要功能是包容和支承各传动件及其支承零件，要求有密封性、强度和刚度。 2.泵体和阀体，主要功能是改变液体流动方向、流量大小或改变液体压力，还得能承受箱体内的内压力。 3.支架箱体，要求有一定的强度、刚度和精度，而且工艺要美观，必要时可以做特殊处理。 按箱体的制造方法分，主要有： a) 铸造箱体， b) 焊接箱体， c) 其它箱体， 摞杯机架的箱体结构要求非常简单，因此用焊接即可，对精度和刚度要求不是很严格，故此焊接，而且便宜。3.6 设计的主要问题和设计要求箱体设计首先要考虑箱体内的零件的关系，此外还应考虑如下问题： 1. 满足设计的强度，刚度的要求。 2. 散热性能和热变形问题。 3. 结构设计要合理。 4.工艺性好。 5. 造型好、质量小。 3.7 箱体结构设计箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为结构包容法，还应考虑里面的零件与外部形状的关系。3.7.1 箱体的毛坯、材料及热处理 1. 箱体的毛坯：选用铸造毛坯或焊接毛坯。 2. 箱体的材料和热处理 箱体的常用材料有： a) 铸铁 多数箱体的材料为铸铁，铸铁流动性好，收缩较小，容易获得形状和结构复杂的箱体。阻尼作用小，价格便宜。 b) 铸造铝合金 用于要求减小质量且载荷不太大的箱体。多数可通过热处理进行强化，有足够的强度和较好的塑性。 c) 钢材 铸钢有一定的强度，塑性和韧性比铸铁好，导热性和焊接性也非常好，机加工性能也较好，但缺点是铸造时容易氧化与热裂。箱体也可用低碳钢板和型钢焊接而成。 3. 铸铁的热处理：消除内应力可用热处理措施，即有以下三类： a) 热时效。铸件在500600C下退火，可有效消除应力 b) 热冲击时效。将铸件快速加热，将热应力和剩余应力叠加抵消。 c) 自然时效。自然搁置，也可以消除应力。3.7.2 箱体结构参数的选择1. 壁厚 N=（2L+B+H）/3000 （mm） 式中L-铸件长度（mm），L、B、H中，L为最大值； B-铸件宽度（mm）； H-铸件高度（mm）； 表3.4 铸造箱体的壁厚 当量尺寸N箱体尺寸灰铸铁铸铁铸铝合金铸钢0.30.751.001.502.003.004.006810121620241010-1515-2020-2525-3030-3535-4045681012-68-注：1.此表为砂型铸造数据。 2.球墨铸铁、可锻铸铁壁厚减少20%。表3.5 仪器仪表铸造外壳的最小壁厚合金种类铸造方法砂型金属型压力铸造熔模铸造亮模铸造铝合金镁合金铜合金锌合金333-2.52.5321.511.51.52122.522.5-22.5根据查找3.2,3.3表格，做出以下箱体，如图3.5。图3.5 底座 2. 加强筋 改善箱体的强度可以加加强筋，筋板的高度H不应超过壁厚t的（3-4）倍，超过此值对提高刚度无明显效果。加强筋的尺寸见表3.6。 表3.6 铸造箱体加强筋尺寸外表面筋厚内腔筋厚筋的高度0.8t(0.6-0.7)t5tt-筋所在壁厚 3. 孔和凸台 箱体内壁和外壁上位于同一轴线上的孔，从机加工角度要求，单件小批量生产时，应尽可能使孔的质量相等；成批大量生产时，外壁上的孔应大于内壁上的孔径，这有利于刀具的进入和退出；在箱壁上增加凸台有增加刚度之效，同时可以减少加工面。当凸台直径D与孔径d的比值D/d2和凸台高度h与壁厚t的比值t/h2时，刚度增加较大；比值大于2以后，效果不明显。 4. 连接和固定 为了保证连接刚度，应注意以下几个方面的问题： a) 重要结合面表面粗糙度值Ra应不大于3.2um，接触表面粗糙度值越小，则接触刚度越好。 b) 合理选择联结螺钉的直径和数量，保证结合面的预紧力。结合面的压强是必须要保证的，但是螺钉的大小必须要有限制，它们的结合面在允许范围内可以减小。如图19-9。 c) 合理设计联结部位的结构，联结部位的结构及特点及应用见表3.7。 表3.7 联结部位结构、特点形式基本结构特点和结构爪座式爪座与箱臂连接处的局部强度、刚度均较差，连接刚度也低，但铸造简单，节约材料。适用于侧向力小的小型箱体连接。翻边式局部强度和刚度均较爪座式高，还可在箱壁内侧或外表面间增设加强筋以增大联接部位的刚度。铸造容易，结构简单，占地面积稍大。适用于各种大、中、小型箱体的联结。壁龛式局部刚度好，若螺钉设在箱体壁上的中性面上，联结凸缘将不会有玩具作用。外形美观，占地面积小，但制造较困难，适用于大型箱体的联结。根据以上分析最终叠被机架设计为如图3.6所示。 图3.6 叠杯机架示意图4 下料台的设计4.1 下料平台架结构首先必须有下料台面，为了方便下料，将下料台面设计为斜面，在下料台面下装有隔板，在隔板上装四根调节螺栓，可以调节料台的斜度。为了连接料台与隔板，加有连接板。为了支撑料台，在隔板下方有4根支杆。在料台上装有挡料板，侧导板，滑动杆。下料台的结构如图4.1所示。图4.1 下料台示意图1. 材料：支杆，调节螺杆为45号钢。调节螺杆，滑动杆为35号钢。下料台面、支杆座、连接板、挡料板、支撑弯板、底盘为A3钢。2. 料台采用2mm厚钢板，通过连接弯板搁置在隔板上，板宽为900mm。3. 料台上装有挡料板长为900mm，宽为40mm。侧面装有侧导板，宽为70mm，长为820mm，厚为1.2mm。4. 料台支撑a）平台平面呈长方形：0.9m0.9m。b）为了是料台可以调节，在料台下放置隔板，隔板上装四根调节螺栓如图4.2所示（中间2根，为140mm，边上2根为100mm）。且有支撑弯板支撑料台。 图4.2 调节螺栓c）下有四根支杆（如图4.3）支撑，支杆由连接板，圆筒，螺母构成。连接板为102mm102mm，厚为10mm。圆筒直径为42，长度为676mm。螺母为M16。图4.3 支杆d）底座如图4.4为102mm102mm，为了与支杆连接加有调节螺栓。图4.4 底座4.2 结构设计及验算 1. 钢板抗弯强度验算: W=7.85d=7.850.002=0.157W d为厚度 W=L/150=150cm/150=1cm. 安全 2. 支杆抗弯强度验算W=0.02466*s(d-s) d=外径 s=厚度W=0.024664（46-4）=4.14WW=L/150=150cm/150=1cm.结论稳定，安全。5 导向轴的制造工艺设计所分析的零件曲面印刷机的气动下料机构的导向轴。它是气压缸的精密轴心，可称为直线轴、直线光轴、光轴、心轴、轴心、镀铬棒、电镀棒、电镀钢棒、活塞杆等。导向轴可作为直线运动轴及机械零件等多用途。在所有轴的种类当中，导向轴是还具有滑动轴承的引导作用。1. 零件的材料 零件的材料为45钢，零件的坯料为锻件，调质217HB-255HB处理。 2. 分析加工对象 位置要求： a) 前端面，前端面通过粗，精车加工而成。 b) 外圆，外圆通过粗精车加工而成。 c) 后端面，按尺寸切断，通过粗精车加工而成。 d) 键槽，键槽通过铣加工而成。3. 明确生产类型和工厂条件零件的生产纲领：N=Qn(1+a+b)其中，产品的年产量Q=10000台/年，每台产品中该零件的数量n=1件/台，零件备品率a=4%零件的废品率b=1%。Q=10000*1*（1+4%+1%）=10500件/年从计算上看，该零件为中批生产。5.1 毛坯选择在工作时零件要经常来回的拨动。要求有较强的刚度，因此选择材料为锻件，正火处理，粗加工后调质HB217-255。由于零件的尺寸不是很大，生产纲领以达到成批生产的水平，因此可以采用较先进的锻造而得，这对于提高生产率，切削加工的劳动量，保证加工精度，都是很有利的。本零件不是很复杂，可大批生产。5.2 拟定加工工艺路线 1. 选择定位基准：基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。加工不容易进行，甚至会报废大批的零件。a) 粗基准的选择：对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。根据这个基准选择原则，现选择未加工的上表面为粗基准。b) 精基准的选择：依据“基准重合”原则和“基准统一”原则。2. 制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺及设备设计指导手册方案如下：工序一 下料工序二 正火工序三 粗车前端面；工序四 粗车外圆，留加工余量3mm，工序五 调质工序六 精车前端面工序七 半精车外圆，留加工余量0.3mm工序八 精车外圆至尺寸要求工序九 倒角工序十 按尺寸切断工序十一 粗车后端面，留加工余量3mm工序十二 精车后端面，留取总长工序十三 倒角 工序十四 铣键槽至尺寸工序十五 检查5.3 选择加工设备和工艺设备1. 机床的选择： 对于外圆，端面的加工，选用C620-1卧式车床。 键槽的加工，选用X62卧式铣床。2. 选择夹具：该车床套的生产纲领为中批生产，所以采用三爪卡盘夹具。3. 选择刀具：在车床上加工的各工序，采用YT545度外圆车刀。表3.1 机械加工工艺过程卡片中北大学信息商务学院产 品 名 称姓 名学 号王昊12020144X55零 件 名 称零 件 图 号材 料每台件数导向轴45号1工序号工序名称和内容安装定位基面设备及工艺装备(名称和规格)设备名称及型号夹具名称切 削刀 具量具名称1模锻，喷丸处理2正火3粗车前端面前端面C620-1卧式车床三角自定心卡盘YT15 45度车刀4粗车外圆外圆C620-1卧式车床三角自定心卡盘YT15 45度车刀5调质6精车前端面前端面C620-1卧式车床三角自定心卡盘YT15 45度车刀7半精车外圆外圆C620-1卧式车床三角自定心卡盘YT15 45度车刀8精车外圆外圆C620-1卧式车床三角自定心卡盘YT15 45度车刀9倒角外圆C620-1卧式车床三角自定心卡盘YT5硬质合金车刀10切断外圆C620-1卧式车床三角自定心卡盘切断刀11粗车后端面后端面C620-1卧式车床三角自定心卡盘YT15 45度车刀12精车后端面后端面C620-1卧式车床三抓自定心卡盘YT15 45度车刀13倒角后端面C620-1卧式车床三抓自定心卡盘YT5硬质合金车刀13铣键槽外圆X62卧式铣床三抓自定心卡盘错尺三面刃铣刀5mm5.4 机械加工工序卡制作机械加工工序卡片1机械加工工序卡片产品型号零（部件）图号产品名称轴类零（部件）名称导向轴共10页第 2 页 车间工序号工序名材料牌号3车45钢毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数模锻件802571811设备名称设备型号设备编号同时加工卧式车床C620-1夹具编号夹具名称切削液三爪自定心卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时/s准终单件19.32工步号工步内容工艺设备主轴转速/rs-1切削速度/ms-1进给量/mmr-1走刀长度/mm进给次数工步工时/s机动辅助1车前端面YT1545度车刀6.331.79 0.241112车外圆6.331.790.12110设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片2机械加工工序卡片产品型号零（部件）图号产品名称轴类零（部件）名称导向轴共3页第 1 页 车间工序号工序名材料牌号3车45钢毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数模锻件802571811设备名称设备型号设备编号同时加工卧式车床C620-1夹具编号夹具名称切削液三爪自定心卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时/s准终单件19.32工步号工步内容工艺设备主轴转速/rs-1切削速度/ms-1进给量/mmr-1走刀长度/mm进给次数工步工时/s机动辅助1精车车前端面 YT15 45度车刀6.331.79 0.241112半精车车外圆6.331.790.1 21103精车外圆4倒角YT5硬质合金车刀5切断切断刀设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 机械加工工序卡片3机械加工工序卡片产品型号零（部件）图号产品名称轴类零（部件）名称导向轴共3页第 2 页车间工序号工序名材料牌号3车45钢毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数模锻件802571811设备名称设备型号设备编号同时加工卧式车床C620-1夹具编号夹具名称切削液三爪自定心卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时/s准终单件19.32工步号工步内容工艺设备主轴转速/rs-1切削速度/ms-1进给量/mmr-1走刀长度/mm进给次数工步工时/s机动辅助1粗车后端面 YT15 45度车刀6.331.79 0.241112精车后端面6.331.790.121103倒角YT5硬质合金车刀设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片4机械加工工序卡片产品型号零（部件）图号产品名称轴类零（部件）名称导向轴共3页第 3页车间工序号工序名材料牌号8铣45钢毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数模锻件802571811设备名称设备型号设备编号同时加工卧式铣床X62夹具编号夹具名称切削液三爪自定心卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时/s准终单件9.6工步号工步内容工艺设备主轴转速/rs-1切削速度/ms-1进给量/mmr-1走刀长度/mm进给次数工步工时/s机动辅助1 铣键槽错尺三面刃铣刀5mm180.260
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