自动送料冲压机

1、学号成绩课程设计说明书系 别 机电工程系专 业 机械设计制造及其自动化方 向 数控加工课程名称 机械设计（二）课程设计学 号 姓 名 指导教师 题目名称 自动送料冲压机设计时间 2012年9-12月2012 年 11 月 20 日一、设计题目题目：自动送料冲压机的设计1、 工作原理及工艺动作过程自动送料冲压机是用于金属薄板类零件的冲压成形工艺的常用机械设备。冲压机的工作原理机工艺分解如图1所示。要求重侧面将金属薄板坯料送至待加红位置，上模先以较大四度接近配料，然后以匀速下冲，进行拉延成形工作，以后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回，完成一个工作循环，因此，它的工艺动作主要有： 图 1（1

2、） 将新配料送至代加工位置。（2） 下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出模腔。2、 原始数据及设计要求（1） 冲压急行机构具有快速接近弓箭、等速下行拉延和快速返回的运动特性。（2） 精压成形制品生产率约每分钟30件。（3） 上模移动总行程为280mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100mm。（4） 行程比系数K1.2。（5） 配料输送最大距离200mm。（6） 上模滑块总重量为40kg，最大生产阻力位5000N，且假定在拉延区内生产阻力均衡。（7） 设最大摆动构建的质量为40kg/m，绕质心转动惯量为2，质心简化到杆长的中点。其他构件的质量及转动惯量均忽略不计。（8） 传功装置的等效转动惯量

3、：以曲柄为等效构件，其转动惯量设置为30，机械运转不均匀系数。3、 设计方案提示（1） 送料机构实现间歇送料可采用凸轮机构、槽轮机构等。（2） 冲压机构为保证等速拉延、回城快速可采用倒杆机构加摇杆滑块的六杆机构，或采用铰链四杆机构加摇杆滑块的六杆机构。（3） 工件送料传输平面标高为1000mm左右。（4） 需考虑飞轮的设计。4、 设计任务（1） 执行机构选型及设计：构思出至少4种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析评价后，选择其中的最优方案进行详细设计。（2） 机构运动协调设计：对选择的方案画出机构循环图。（3） 传动系统的设计。（4） 对系统运动方案进行机构的尺寸

4、综合。（5） 用UG软件对机构系统进行运动仿真。（6） 用UG软件对机构系统进行运动学分析，并画出输出机构的位移、速度和加速度曲线。（7） 画出最终方案的机构运动简图。二、参考方案评价与决策（一）参考方案1、方案1：导杆摇杆滑块冲压机构和右间歇槽杆送料机构 如图2所示，冲压机构为导杆摇杆滑块冲压机构，回程有急回特性，且工作段有速度近似匀速段；送料机购为右间歇槽杆，这是一个创新机构，不但在右边极限位置有一段间歇行程，而且还具备了急回特性。 图 2 2、方案2：曲柄增力冲压机构与凸轮送料机构如图3所示，冲压机构曲柄增力机构，适当移动A点位置和确定杆的尺寸可以获得急回特性，且工作段速度近于匀速，送料

5、机构为曲柄推杆机构，合理设计休止角，可获得间歇行程，设计推程角，则可以获得较好的急回特性，两机构联动采用中间齿轮传动。 图 33、方案3：铰链四杆滑块冲压机构与凸轮摇杆送料机构 如图4所示，冲压机构为铰链四杆滑块冲压机构，由于压力角很小，可以获得较好的冲压力，而且合理设计机构尺寸还可以获得所需的急回特性和工作段近于匀速；送料机构为凸轮摇杆冲压机构，凸轮可用休止角实现停歇，错开两机构间的干涉。 图 44、 方案4：导杆摇杆滑块冲压机构与凸轮送料机构如图5所示，冲压机构采用倒杆摇杆滑块冲压机构，合理设计曲柄尺寸与中心距AC距离，设计极位夹角，获得急回特性，而且工作段有速度近于匀速；送料机构也是凸轮

6、送料，而冲压机构与送料机构之间的传动用齿轮传动，使得机构更加紧凑。 图 5 （二）评价与最优方案决策 对四个参考方案进行评价与最优方案的选定，可以根据方法的完成实现功能目标情况、工作原理的先进程度、方案的复杂程度、实用性、新颖性、可靠性与经济性这七个方面来评价。这里采用加权评分法，计分制为十分制，而完成实现功能目标情况指标的权为0.2，工作原理的先进程度为0.2，方案的复杂程度为0.2，实用性为0.1，新颖性为0.1，可靠性为0.1，经济性为0.1 。 那么各项评分情况如表1所示： 表 1 指标加权法评分表 序号评价指标权参考方案12341完成实现功能目标情况0.2101010102工作原理的

7、先进程度0.294463方案的复杂程度0.295684方案的实用性0.176685方案的新颖性0.198886方案的可靠性0.167797方案的经济性0.110437总分1018.86.36.48.0经过评价后，方案1的得分最高，也就决定方案1为最优方案 三、最优方案的结构分析1、冲压机构选用导杆摇杆滑块冲压机构，如图6所示，由于该机构存在极位夹角，满足了急回特性的要求，也就是说上模重头有急回特性，主动轮沿逆时针转时，冲头回程所需的时间是低于下压的时间，而且在压延工作时速度是近于匀速的。图6 导杆摇杆滑块冲压机构2、送料机构选用右边间歇槽杆机构，如图7所示，该送料机构运动到右边时，有一段间歇圆

8、弧，实现了冲压机所需的间歇运动，并且还具备了行程急回特性。 图 7 右间歇槽杆机构 3、送料冲压机构与导杆摇杆机构传动用齿轮传动来实现，如图8所示，图为自动送料冲压机的机构简图。 图8 自动送料冲压机机构简图送料机构与冲压机构之间的传动是用传动比1：1的齿轮来实现的，为了让送料机构不与冲压机构有干涉，所以把送料机构的槽杆安装在主动轮输入轴上，并且是空套连接的，使槽杆不跟着主动轮输入轴转动。而主动轮是以逆时针的方向转动，上模冲头上行，推杆把压料推到压延工作位置，冲头下压，推杆收回，并且在远端停歇一段时间，等待下一个加工周期。四、运动循环图 由于该冲压机构每分钟加工30个坯料，则为一个周期，即主动

9、轮旋转一周（360）为一个周期，取冲压机构刚把成品推出型腔为周期的开始点,如图5所示，为NX 4.0运动仿真出来的送料机构与冲压机构的运动循环图。 图 9 送料机构与冲压机构运动循环图 如图9所示，虚线为送料机构在一个周期内的循环曲线，实线表示冲压机构一个周期内的循环曲线。详细分析如下：00.18 s(032.4),坯料在离工作位置中心最远端，也就是200mm处停歇，准备送料而冲头已经把成品送出型腔，开始回程；0.181 s（32.4180），坯料成功送至冲压位置，并且在0.8 s（144）时冲头运动到最上端，并且开始向下冲压；11.485 s（180267.3），送料推杆回到最远端，1.48

10、52 s（267.3360）推杆停歇，而在1.2501.553 s（225279.5）这个阶段对坯料进行压延，而压延速度近于匀速；在1.5532 s（279.5360），冲头继续下行，将成品推出型腔，至此，完成一个工作周期。五、机构总体尺寸的设计 图 10 自动送料冲压机1冲头 2压杆 3摇杆 4滑块 5曲柄 6主动齿轮 7右间歇槽杆8从动齿轮 9短杆 10推杆1、由于上模总行程为280mm，则B点到1轴距离BE=140mm，而题目要求行程比系数K1.2,那么可取K=1.5，则有极为夹角 所以 ,那么2、取主动齿轮分度圆直径=280 mm ，模数=2.5 mm ，齿数=112 ； 从动齿轮主要

11、参数与主动齿轮的参数基本相同，=280 mm ，模数=2.5 mm ，齿数=112； 两齿轮传动比为1:1，中心距a=280 mm 。3、取曲柄5尺寸FG=100 mm，CG=323.6 mm。4、如图11所示，有间歇槽杆机构与输入主轴为空套联接，取曲柄HL=72.5 mm，取右间歇槽杆摆动角=30，而设计要求推程距离s=200 mm，由平行四边形MMNN,可以有MM=200 mm ,则 ,初步设计槽杆间歇弧度为=120,经过UG约束修正，实际上的间歇角=125.1。 图 11 右间歇槽杆5、若坯料的实际参数及1轴与工作台距离距离确定，可根据KK=200 mm ，确定BA杆、冲头、推杆NK，短

12、杆MN的长度尺寸；不妨假设坯料的参数，如图12所示: 图 12 坯料 再假设1轴与工作台高度为430 mm，那么整个机构的基本尺寸基本上是可以确立下来了，所以短杆MN=83.5 mm ，推杆NO=693.3 mm ，压杆BA=430 mm ，而BJ=470.5 mm。 六、机构的运动与动力分析 图 13 机构运动的两个位置如图13所示，当滑块4运动到F位置时，最长杆3的位置水平，作用在杆3上的力大多在水平方向上为0，这时等效构件曲柄5的阻力最大，并且处于工作位置；而在非工作位置，等效阻抗力矩相差不大，不妨取滑块4运动到F位置所受的阻力矩作为非工作位置的平均等效阻抗力矩来计算。1、计算工作位置的

13、等效阻抗力矩如图14所示，在机构处于F工作位置时，杆2的压力角 杆2的受到来自杆3的支反力的分力、 ，自身的重力和惯性力，滑块1对杆2的重力、惯性力，冲压阻力F,还有冲压轨道对它的一个支撑力；则有： 由题目条件给出，除了最长杆3和冲头上模的质量，其余构件的质量皆可忽略掉，所以、可以忽略掉； 由 , +=0，其中，而J被忽略，所以也被忽略。 图 14，由滑块的UG加速度图可知：，则,可忽略；而已知F=5000 N ,而，,方向与F方向相同，根据图15，则可以求。 图 15 最长杆杆3的手里分析如图16所示，它受到了来自杆2的支反力的分力、，机架对它的支反力、，它自身的重力和惯性力，还有来自曲柄的

14、动力； 、与杆3平行，则都为0 ，由图解法知，则忽略； 图 16 , , 由 ,有： 其中， , , 所以有则有 ，即那么等效阻抗力矩2、计算非工作位置的等效阻抗力矩 如图17所示，在机构处于F工作位置时，杆2的压力角 杆2的受到来自杆3的支反力的分力、 ，自身的重力和惯性力，滑块1对杆2的重力、惯性力,还有冲压轨道对它的一个支撑力；则有： 由题目条件给出，除了最长杆3和冲头上模的质量，其余构件的质量皆可忽略掉，所以、可以忽略掉； 由 , +=0，其中，而J被忽略，所以也被忽略。 图 17 ，由滑块的UG加速度图可知：，则,可忽略；而，,方向与方向相同，根据图18，则可以求。 图 18最长杆杆

15、3的手里分析如图19所示，它受到了来自杆2的支反力的分力、，机架对它的支反力、，它自身的重力和惯性力，还有来自曲柄的动力； 、与杆3平行，则都为0 ，由图解法知，则忽略； 图 19 , , 由 ,有： 其中， , , 所以有则有 ，即那么等效阻抗力矩 4、计算等效力矩 显然以上计算得到的和都是只考虑冲压杆件对曲柄的等效阻抗力矩，没有把送料杆件考虑到其中去，原因是没有得到坯料的具体参数，也就不知道送料的工作阻力，但是可以知道送料工作平面是较为光滑的，所以令非工作状态时的平均阻抗力矩，而工作状态的平均阻抗力矩； 机械变速稳定运转时，在一个运转周期内，等效驱动力矩所做的功Wd等于等效阻抗力矩所做的功

16、Mr，即Wd=Wr，所以有七、飞轮的设计1、初步选定电动机已知=，则驱动功率考虑到机构的运动服中实际存在摩擦力，以及其他辅助机构所受的阻力等因素，可将作用于原动件的所需驱动功率适度放大，即 式中，为电动机功率储备系数，这里去=1.5；那么由根据参考质料2中的表10-2选择电机，这里选择Y90S-4型号电机，具体参数为：额定功率为1.1 kW ,满载转速为1400 r/min 。2、设计飞轮 图 20如图20所示，标“+”号阴影区域表示盈功，标“-”阴影区域表示亏功，对于一个稳定运转周期而言，盈功面积之和应该等于亏功面积之和；设周期开始点的动能为，那么其余各点的动能分别为 其中，最大动能； 最小

17、动能； 最大盈亏功 计算飞轮转动惯量： 其中为机器运转不均匀系数，； 计算加载电动机轴上的转动惯量： 确定飞轮的尺寸： 取飞轮的直径为d=200 mm，根据 飞轮质量为 飞轮宽度为 其中飞轮材料为铸钢，密度 八、机构的建模与运动仿真 （一）机构的建模与装配1、 根据设计的机构尺寸，用UG三维软件进行建模，再装配，如图21所示。 图 21 机构实体总装配图2、其中冲压机构实体装配图如图22所示，而图23为送料机构实体装配图。 图22 冲压机构 图 23 送料机构更详细的部件建模可参考附录。（二）运动仿真 用UG三维软件的motion模块对两个执行机构进行运动仿真，其中冲压执行机构的位移、速度、加

18、速度曲线如图24所示，粗实线是位移曲线，虚线是速度曲线，细实线是加速度曲线；送料执行机构的位移、速度、加速度曲线如图25所示，粗实线是位移曲线，虚线是速度曲线，细实线是加速度曲线。 图 24 冲压执行机构UG仿真的位移、速度、加速度曲线图 图 25 送料执行机构UG运动仿真的位移、速度、加速度曲线图九、设计总结与感言 经过两个月的努力，机械原理的课程设计基本上是完成了，而且完完全全是独立的完成了。我给出的总结是：路途很坎坷，成果很喜人。这次的课程设计不同于前两次，设计之初根本就没什么参考，只能够细细琢磨题目的要求，那时我对于机械原理这门课程的印象已经是变得模模糊糊了，迈出第一步尤为艰难，但是，

19、现在对于自己的这个设计课题，我已经了然于胸了。个中细节，且听我细细道来： 第一步，就是熟悉设计任务书。在熟悉任务书的同时，我已经在纸上构思起这个方案了。其中，免不了要查阅资料的，查阅资料有好处也有坏处，这样能让自己有个底的同时，还严重地受到别人的设计构想的影响。所以初始设计的方案类似于参考方案4，其中凸轮曲线的设计却是一个难点。 第二步，自己对方案的设计渐渐地摆脱了别人的构想，并且在参考资料1中，考虑了摆脱飞轮设计困难的限制，选用了设计难度较低的创新机构右间歇槽杆送料机构。 第三步，沿着这种设计构想，运用UG软件，对整个冲压送料机构进行运动机构简图的建立。为了获得题目所需的运动，对草图不断地修

20、改，计算，再修改。而由于题目并没给出坯料的实际参数，部分构件是免不了自己设计的。运用UG的MOTION模块实行运动仿真，等所有的执行机构能够在设定的轨道上做确定的运动后，每个构件的尺寸基本上是确定下来了。 第四步，参考第三步得到的尺寸，对每个构件的建模就开始了。在机构运动简图的草图里把曲线偏置、拉伸，这种方法较为直观，尺寸也紧凑，但是拉伸的位置起始点免不了又要计算，而且给装配约束是也较为麻烦，这种方法不是我想要的。我还是用了我最熟悉的由下而上的建模、装配方法，对机构简图的那些尺寸量度后建模，这种方法效率更快。等把所有部件转配后，就可以做运动仿真，无误后即可出位移、速度、加速度曲线图了。 第五步，做设计说明书，说明书要有运动与动力分