毕业设计（论文）-折弯机模具检测装置设计

PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANVII折弯机模具检测装置设计摘 要随着国内制造业的飞速发展，市场对数控折弯机模具的需求也是越来越多，同时也对折弯机模具的质量精度和寿命有了更高更严厉的要求。所以本文对折弯机磨具的测量装置进行了设计，通过对折弯机磨具的三个主要关键尺寸的测量，实现其测量目的的装置，与传统的测量仪器相比，它更灵活、廉价以及专一。CAXA关键词：折弯机模具检测装置，测量原理，误差分析，选型设计ABSTRACTtherapiddevelopmentofthedomesticmanufacturingindustry,themarketdemandforCNCbendingmachinetoolingismoreandmore,butalsoonthebendingmachinedieprecisionandthequalityoflifeismoreandmorestrictrequirements.Sothispapermeasuringdeviceforbendingmachinetoolwasdesigned.Bymeasuringthethreekeydimensionsofthebendingmachinetoolstoachievethepurposeofmeasuringapparatus,andcomparedwiththetraditionalinstruments,itismoreflexible,cheapandspecificity.Firstly,thestructuraldesignofthemeasuringdevice,andexpoundsthemeasuringprinciple,theoverallschemeofmeasurementisgiven,followedbytheselectionofvariouspartsofthedevice,includingthetwogratingruler,guiderailandarotaryencoderdesign,drawtheschematicdiagram.Secondly,thestructuraldesignofthemould,includingtheinstallationofcomponents,CADdrawingsandrelatedcalculation.Then,thecalculationofdetectionandtheoryofmouldanddie,basedonthecurrentpositionofthemovingmoldpositioningguide,intheangleofmanuallymovetherotaryencodermeasuringmold,height,lengthandangleofthedieandtheamountofthefullrangeofthetheoreticalvalue,inthetheoreticalcalculation,thewantthedata,andthenanalyzetheerrorsources,includinggratingdetectionerror,systemerrorandrotaryencodererror,aswellasthesolution,theunderstandingandanalysissothatwecanallsizeofmold.partsofthebendingmachinemouldbyusingCAXAmodeling,andassemblyofparts.Theconclusiontobedrawn,understandsthemolddetectiondeviceoftheirowndesignwhetherreasonable,andappliedtoreallife.Keywords:Bendingmachinediedetectiondevice,measuringprinciple,erroranalysis,selectionanddesign目录第1章绪论 2研究本课题的意义和目的 2课题国内外研究现状 2第2章直线和旋转编码器 5直线编码器（光栅尺） 5直线编码器的工作原理 5直线编码器的机械结构 6直线编码器的分类 6直线编码器的选择 10旋转编码器 10旋转编码器的工作原理 10旋转编码器的分类和选择 11第3章检测装置方案设计 13检测装置方案设计 13检测装置组成 14检测装置检测原理 15检测装置结构图 16第4章测量装置结构设计 17导轨的设计 17导轨的选择和构成 17滚动导轨的特点 17导轨额定寿命计算 18滚动导轨的材料和热处理 21滚动直线导轨的安装 21滚动导轨的预紧 21光栅传感器设计 21光栅尺的选型 22测量方式的选择 22光栅尺的安装 22光栅测量误差分析 24测量块的设计 25支撑件的设计 25横梁的设计 26支撑梁的设计 26工作台的设计 27支撑件的材料选择 28相关注意事项 28导轨的润滑 28第5章数据检测与误差分析 30上模检测与理论计算 30下模检测与理论计算 31检测装置误差分析 35误差来源 35第6章模具检测装置的三维设计 37部分零件设计 37零件虚拟装配 40总结 41致谢 42参考文献 43河海大学文天学院本科毕业设计（论文）河海大学文天学院本科毕业设计（论文）PAGEPAGE10

第1章绪论具的要求有了更高的基准，包括它的精度、寿命以及其质量水平。分析，对结果进行分析，得出结论，该测量装置的精确性及实用性。课题国内外研究现状在必行。对板材折弯的品质影响很大的因素包括对称度及其中心到安装面中心的距具的核心尺寸，所以其测量问题就加大了折弯机模具的精度问题。与三坐标测量仪来说，也就是CMM测量仪它主要用于对工件进行长度和宽度方向的检测，以及在空间坐标方向上测量三维物体的几何尺寸。传统的CMM坐标测量机是固定起来的测量装置，只有将被测量工件放到测量机上才能测量。但在如今的折弯机模具制造行业，将折弯机模具搬入到CMM坐标测量机进行测量十分困难。图1.1三坐标测量仪CMM5μm。图1.2便携式三坐标测量仪所愿意承担的，所以需要一种更加廉价简单而且方便的模具检测设备。第2章直线和旋转编码器的精度在模具检测中起到至关重要的作用。编码器分为直线编码器即光栅尺和旋转编码器。直线编码器（光栅尺）直线编码器的工作原理馈信号：刻线玻璃尺和刻线钢带尺。光源、刻线玻璃与栅格窗以及光电二极管接收装置组成。采用红外发光二极管（IRED）作为光源能保证安全、提高寿命。栅格窗之间的相对运动将会形成相似正弦波形式的光波，然后被光电二极管接收，转换成真正的电流正弦波信号，最后反馈给系统产生数据。图2.1 刻线玻璃反馈系统号光采集检测元件得到数据。信号的精度和可靠性在该反馈系统中极大的提高了，但是价格上比一般的要贵上很多。图2.2刻线钢带反馈系统直线编码器的机械结构IP53标IP64。编码器的使用寿命。图2.3FAGOR直线编码器直线编码器的分类直线编码器分为高性能编码器和通用型编码器。表2.1高性能直线编码器产品分类SＧＬ用途小横截面用于有限空间的安装大横截面用于较大空间的安装超长距离安装横截面最大位移速度１２０ｍ／ｍｉｎ１２０ｍ／ｍｉｎ长度４０４０ｍ以内：１２０ｍ／ｍｉｎ长度超过４０４０ｍ：６０ｍ／ｍｉｎ抗震动没有加强板：１０ｇ有加强板：２０ｇ２０ｇ１０ｇ测量长度没有加强板：７０～１２４０ｍｍ有加强板：７０～２０４０ｍｍ１４０ｍｍ～３０４０ｍｍ３２４０ｍｍ～３００４０ｍｍ（４..多节组成一根尺）精确度5m&3m5m&3m5m信号周4m20m4m20m4m40m期输出信号分辨率1m0.1m1m0.1m1m0.1m信号ＳＸ＆ＳＳＸＳＰ＆ＳＳＰＧＸＧＰＬＸＬＰ表2.2通用性直线编码器产品分类ＭＣＦ用途小横截面用于有限空间的安装大横截面用于较大空间的安装超长距离安装横截面最大位移６０ｍ／ｍｉｎ６０ｍ／ｍｉｎ６０ｍ／ｍｉｎ速度抗震动３ｇ３ｇ１０ｇ测量长度１４０ｍｍ～１５４０ｍｍ１４０ｍｍ～１２４０ｍｍ１４０ｍｍ～１２４０ｍｍ２２０ｍｍ～３０４０ｍｍ３２４０ｍｍ～３００４０ｍｍ（４.为单根尺，超过４.组成一根尺）精确度10m5m10m5m10m信号周期20m4m20m2m20m20m4m20m4m100输出信号分辨率5m5m1m0.1m0.5m0.1m1m5m1m0.1信号ＭＴ＆ＭＭＴＤＭＸＭＰＭＹＭＣＣＴＣＸＣＰＣＣＦＴＦＸＦＰＫＴ直线编码器的选择选择直线编码器要注意一些原则：１.安装 要确定实际安装地点的长度和空间，选择在外形尺寸上符合该空间直线编码器。２.精确度 凭借精确度检测单的参考及实际应用选择编码器。３.信号 在这里要考虑到以下方面：分辨率、电缆长度和兼容性分辨率：由机床所要求的分辨率选择直线编码器。电缆长度：电缆长度也关系到信号的不同程度。兼容性：信号、速度、抗振的选择都要满足设备的各个要求。４.零参考点 零参考点有三种Ｉ０，包括增量式Ｉ０、距离编码以及可选择增量式Ｉ０：是指每５０ｍｍ一个零参考点Ｉ０。距离编码Ｉ０：移动动尺越过靠近的两个零参点标识，就可确定机床的零参考点左边位。可选择Ｉ０：不同位置的小磁块可以选择一个或多个零参考点Ｉ０。旋转编码器旋转编码器的工作原理射光通过刻线玻璃盘片，之后光电转换产生电信号，栅格由每转多少线决定。图2.3旋转编码器旋转编码器的分类和选择普通用途旋转编码器有以下特点：50-5000/转。可选凸轴或凹轴安装方式。可选轴向和径向电缆出线方式。可输出方波或正弦波信号。表2.3旋转编码器选择要点表2.4旋转编码器的主要特性主要特性SH/HAHPSP测量625脉冲/转以内为：打孔盘625脉冲/转以上为：玻璃刻线盘精确度110栅距最大转速12000RPM振动100m/see2(102000HZ)冲击300m/see2(11msee)惯量16gr.cm2(11msee)转矩0.003Nm(30grem)max..20°C轴类型凸轴凹轴凹轴凸轴最大轴负载轴向 10N径向 20N————轴向 10N径向 10N重量0.3kg环境参数相对温度0..70°C-30..+80°C98﹪不冷凝时密封等级IP64（DIN40050）光源IRED最大频率200KHz200KHz领参考点I0每转一个I0工作电压5v500(TTL)5v500功耗一般70mA，最大100mA（无负载）输出信号脉冲电路编码器内最大电缆长度50m（165ft）150m(490ft)

第3章检测装置方案设计逐个检测折弯机模具的上模和下模。123.1、高度方向尺寸，以及刀尖两侧面夹角121、2122Iθ12△θ12△x△yεε1ε2图3.1数控折弯模具上模的关键尺寸1—上模2—定位块12，两侧刀面的夹134563456分别为下模两个槽口侧刀面的左、右半角）12。3342

2556

(3.1)θ1θ2θ1θ2ε3 ε4 ε5ε6△x1△x223.22—定位块3.3示。2234图3.3数控折弯模具关键尺寸精密检测装置及机构原理图1—水平导轨 2—垂直导轨 3—测量块 4—模具检测装置组成加以校准。构成部分：检测工作台；顶紧装置；定位块；2个（分别用于水平、垂直方向；旋转编码器；测量块；水平导轨和竖直导轨（均为两滑块；显示器和控制器等此装置可对折弯机模具上模和下模分别进行测量。检测装置检测原理1即可得到模具上的相应关键尺寸。2后处理原始数据即可得到下模的关键尺寸。检测装置结构图图3.4模具检测装置结构图第4章测量装置结构设计3.2计或者选型。导轨的设计导轨的选择和构成2导向作用。就是令导轨滑块能够在指定的方向上进行精确运动。仍然能满足测量要求，并保证相关零件不会有位置的变化。定性。其结构如图：图4.1滚动直线导轨结构以连续移动，并且在返向器两边有密封端盖，用来阻止灰尘、粉末进入滑块。滚动导轨的特点度。驱动功率大幅下降，与普通机械相比，减少了十分之九。型号GGC9BAKGGC15BAH1216W6型号GGC9BAKGGC15BAH1216W68.5B13032B2212510倍。完成了高定位精度和重复定位精度。无间隙运动使机械系统的运动刚度提高了。使用两个导轨副时，减少基础件（导轨安装面）础件的机械制造成本与难度。度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。导轨的表側硬化加工，加强了导轨的可校性，提高了机械性能。机械结构的设计和制造简化了。导轨额定寿命计算GGC微型导轨副，所以寿命计算GGC9BA400mm。其采用二列式滚珠循环设计，轨道设计成哥德式结并有更高的扭矩。这些都是应用在精密的光学平台和检测装置上。如图所示：4.2GGC4.1GGCB34.53.5T7.812L11220L22725.7L34143M1*L0M3*3M3*4M2M3M4H17.59.5B41815B500d*D*h3.6*6*4.53.5*6*4.5F2540单根最大长度Lmax6001400额定动载C（KN）2.565.4额定静载C02.75.5重量（kg）滑块/个0.0320.065导轨/米0.980.91计算寿命：

K (4.1)(4.2)—额定寿命—额定动载荷（M；—当量动载荷（N；—受力最大的滑块所受的载荷（；Z—导轨上的滑块数；—指数，当滚动体为滚珠时—额定寿命单位（km，滚珠时，50km；—硬度系数=1；[机械设计手册]7-3-61；—接触系数，查文献[机械设计手册]7-3-7[机械设计手册]7-3-81.2；设水平导轨的额定寿命为L1，竖直导轨的额定寿命为L2，根据式4-1，得出L1=K=（）3X50=2.42X1015KmL2=K=（）3X50=2.58X1014Km导轨载荷计算载荷就行了。度。体积关系估算移动部件的重量。等。400mm24-10.4*0.98*10+2*0.032*104.56N测量块的体积约为0.026*0.092*0.002=40Cr的密度为ρ7.82t/m3，所以测量快的重量约为4.8*10-6*7.82*103*10=0.38N法兰的体积约为3.14*（252-202）*6.5=4.6*10-6m3所以法兰的重量约为4.6*10-6*7.82*103*10=0.36N导轨支架的体积约为50*120*6*2=7.2*10-5m3所以导轨支架的重量约为7.2*10-5*7.82*103*10=5.6N移动部件总重量为4.56+0.38+0.36+5.6=10.9N外加光栅尺和编码器的重量，总共的重量约为20N。远小于所选水平导轨GGC15BA的额定动载荷静载，所以符合要求。滚动导轨的材料和热处理45~50HRc，加工性能良好，只是硬度较低；合金工具钢，淬60~64HRC（850V230240BS，加工方便，滚动体用滚珠，一般可满足使用要求，滚动导轨的材料选用铸铁导轨。滚动体的材料选择滚动轴承钢（C156066R。滚动直线导轨的安装1、安装与使用外。2、安装注意事项AJ的是基准导轨（主导轨，无此标记者为非基准导轨（副导轨否则不能保持原有的定位精度。3、导轨副基本安装步骤使用油石将安装基准面的表面光滑平整，并清洗导轨基准面。使之与安装面精密贴合。另一根导轨。滚动导轨的预紧导轨体的连接螺钉，然后拧动侧面螺钉，即可调整导轨两边的距离而预紧。光栅传感器设计光栅尺的选型光栅尺精度光栅尺的精确度是本设计的一个重点，光栅的精确度等级有±0.01mm、±0.005mm、±0.003mm、±0.02mm。本设计的检测装置要求的设计精度等级为±0.005mm。型号得选择M系列光栅尺，它适合在有限空间安装，且主要用于测量仪和专1540mm50mmMK400MK362的光栅尺。其技术指标如下：测量长度：0~400mm；栅距：20µm最大速度：60m/min；输出信号：TTL电平；分辨力：0.5，1，5个末位字。测量方式的选择在光栅尺上体现出来，所以在光栅尺运作时，可直接获得位置信息。20置，为了保证精度并降低成本，所以选择增量式光栅尺。光栅尺的安装位移传感器可以安装在比较自由的地方。固定各种导线，将读数头安装在相对工作台静止的部件上。位移传感器安装基面不能直接将光栅位移传感器安装在粗糙不平的工作台上以及打底涂漆的工0.1mm/1000mm以内。位移传感器主尺安装M4导轨之间的平行情况。之后上紧螺钉。在安装主尺时，注意：1.5M的光栅时。用一个卡子卡在尺身中点，当有基座存在时。也可以用玻璃胶粘住光栅尺，使之固定。位移传感器读数头安装0.1mm1~1.5mm以内。位移光栅尺限位装置100mm左右的光栅尺。位移传感器检查示其是否正常。封，使之能防水防油。图4.3M系列光栅尺安装方式光栅测量误差分析通过软件模拟可以补偿线性误差。在测量操作中，主要的大误差是安装误差，剩下的误差可以忽略。α，h，如图所示：图4.4测量误差原理图误差由αh、直线光栅尺最大长度Lmax式如下： （4.1）△l=L-l （4.2）l=由式4-2可推得，测量相对误差的计算公式为)-1×100％ 3mm400mm误差为：δ=-0.0007%能够满足测量要求。测量块同光栅尺一样，关系到仪器的工作性能和测量精度。测量块设计尺寸如图所示：图4.5测量块结构图E6C3-C。支撑件的设计支撑件的结构设计很重要。横梁的设计横梁设计尺寸如图:图4.6横梁结构简图该横梁适合在小型设备上使用，结构简单、紧凑。支撑梁的设计支撑梁设计尺寸如图：图4.7支撑梁结构图图中1部分表示焊接加工，再用螺钉固定，增加了支撑梁的牢固性和稳点性。工作台的设计图4.8检测工作台结构图尺寸为长度440mm，宽度140mm，高度为30mm。支撑件的材料选择和焊接性。500~570QT50。相关注意事项导轨的润滑润滑的目的、要求、方式作条件和阻止生锈。置，零件要可靠、安全。方式：定期的人工直接在导轨上浇油。润滑油的选择润滑剂有润滑油和润滑脂可以给导轨使用。滚动导轨两种都可以使用。光栅尺注意事项在关闭电源后才可以插拔光栅尺位移传感器与数显表的插头。内部不得进入任何异物。各安装联接螺钉要定期检查。清洁。为了防止破坏光栅尺要避免光栅尺传感器的剧烈震动。以防精度受到影响。防止水渍污染了光栅尺面，产生测量误差。作。第5章数据检测与误差分析上模检测与理论计算刀尖点的定位尺寸(0，0)γ2xx2x12Ⅰ3Ⅱy1yy2y(0，0)γ2xx2x12Ⅰ3Ⅱy1yy2yab图5.1 上模尺寸检测示意图1、测头 2、上模 3、定位y置尺寸，设实际的位置尺寸为x，y，则由图关系得出公式：x2xbsiny2ybcos

（5.1）（5.2）得到上模刀尖点到两个基准面的相对位移：xx1x2x1xbsin

（5.3）yy1y22、刀口夹角及其对称度

y1ybcos

（5.4）测头与垂直方向的夹角为α。在开始测量时，编码器的初始位置标定为α0，由于上模刀口角度常常小于92°，所以选取测头凹端夹角为γ=92°，并标定。移动测头，选择编码器，将侧头凹端的侧面与上模相应的I刀面贴合，如图所示，此时记录编码器检测的角度α1。根据图a所示的测头和上模的几何关系，得到上模刀面I与垂直中心对称平面的夹角ε1：121

（5.5）1112IIIθε1γ122IIIε2γ1(b)图5.2上模角度检测示意1.、测头 2、上模b所示，这时检测的角度为α2。并得出上模刀面Ⅱ与垂直中心对称平面的夹角ε2：222上模刀口的开口角度θ为：

（5.6） 1 22 2 夹角与垂直中心平面的对称度△ε为：122212222 （5.7）下模检测与理论计算1、下模刀口I开口角度检测原理及尺寸的计算如图5.3所示，开始测量时，测头与垂直方向的夹角为α，且已标定为α=0。河海大学文天学院本科毕业设计（论文）河海大学文天学院本科毕业设计（论文）PAGEPAGE32对编码器初始位置标定为α0=0。测头凸端的夹角γ=24°，并标定。Ia，对α1I垂直中心对称面夹角ε3为：3211θ1θ1ε1x222θ2ε412323(a) (b)图5.3 下模Ⅰ刀面夹角及对称度检测示意1、测头 2、下模 3、定位块x124x1241θ4ε63243xθ311 ε5 234 3(a) (b)图5.4下模Ⅱ刀面夹角及对称度检测示意图1、测头 2、下模 3、定位块2贴合，并采样，得到具体值α2，由2与垂直中心对称平面的夹角ε4为：4 2 2下模刀口的开口角度θ1为：

（5.8）1 3 4 2

1 2 1 22 夹角与垂直中心平面的对称度△ε为：河海大学文天学院本科毕业设计（论文）河海大学文天学院本科毕业设计（论文）PAGEPAGE3333421221122

（5.9）2、下模刀口Ⅱ开口角度检测原理及尺寸的计算如图5.4所示，开始时，测头与垂直方向的夹角为α0，标定α0=0。凸端夹角γ=24°，并标定。通过移动测头，旋转编码器，使测头凸端一个侧面与刀口Ⅱ的1刀面贴合，如图a，采样数据得到具体值α3。再由图中所示几何关系，得到刀口Ⅱ的刀面1为垂直中心对称平面夹角ε5为：523

（5.10）22为垂直中心对称平面的夹角ε6为：下模刀口Ⅱ的开口角度θ2为：

624

（5.11）

（5.12）2 3 4 3 42 2 夹角与垂直中心平面的对称度△ε为：562222 3 422 2 （5.13）3、刀尖点的定位尺寸0,0abIc部图。xx0xx00△x2 △ 2" Ⅰ x22 00 xx11a22" Ⅰxxxxxa" Ⅰ

(b)图5.5数控折弯模具检测装置下模检测示意图1、测头 2、下模

(c)图a中刀尖点到基准点相对距离为x1和x2。b向的夹角分别是α1和x11x12。bIx1。11ain1

112ai2

（5.14）则刀尖点I到定位基准面对称平面的相对位移为△x1，即有11x1ai1x或 1

12

asin2x

（5.15）cⅡabα3和α4x1x22c得，刀口尖点Ⅱx2。221ai3 或 222ai4则刀口尖点Ⅱ到定位基准面对称平面的相对位移为△x2，即有2x2x21ai3或 2x22ai4

（5.16）且两刀口尖点到定位基准面对称平面的对称度△xxx1x221xx22xxx22x21ai121ai32x2或 x12ai222ai42x2

（5.17）α0Ix1，Ix2xI到定位基准面对称面的相对位移为△x1：x （5.18）x2xx2

（5.19）则两刀口尖点到定位基准面对称平面的对称度△xx1x21x1x21xxx2x1x22x2 2 2

（5.20）检测装置误差分析误差来源4.2以下几何误差和随机误差：工作台载荷引起的误差差取决于部件的刚度和重量。热变形误差有两种热变形误差较为明显。1）测量标准（如测量块）（如导轨弯曲变形产生的几何误差的结构、材料属性和温度分布决定此类误差。力变形误差在检测装置实际检测中，力变形不可避免，主要因素有：测量系统各个部件相对运动产生的重量变化使构件变形发生变化；被测模具重量、位置的变更引起构件或工件自身变形的变化；测量块及其附件的变更引起的变形的变化；测量力引起的变形；由于模具刚度不足产生的变形误差；检测装置构件热变形引起的热应力而产生的力变形；动力加速度引起的变形。误差处理计中要考虑到减小误差的各种原则：