薄壁零件冲床方案设计.doc

薄壁零件冲床的设计 1.薄壁零件冲床的功能和设计要求 1.1工作原理及工艺动作过程 在冲制薄壁零件时，上模（冲头）以较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，接着上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。 1.2原始数据及设计要求 技术要求： （1）动力源为电动机，按平均功率选用电动机，空载F1=50N，生产率为每分钟70件。 （2）上模做上下往复直线运动，要求快速下沉、匀速工作进给和快速返回。上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上，运动规律要满足图1-1的所示函数。 （3）行程速比系数K≥1.5,许用压力角[α]=50o。 （4）送料距离H=150 mm。 设计数据： （1）上模工作段的长度约为L= 40mm （2）对应曲柄转角φ= 60 - 100 o （3）冲压载荷F= 4300 N 图1-1 1.3设计任务 （1）拟定机构系统总体运动方案。 （2）画出系统运动方案简图。 （3）完成论证报告。 2. 机构的设计 2.1 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 2.1.1 工艺动作分解 分析工作原理可知，薄壁零件冲床要求完成的工艺动作有以下四个： （1）送料：这一动作由送料机构完成，要求在冲头在下沉到胚料上面高度之前把胚料送到拉延位置。 （2）压紧：该动作要求在胚料到达拉延位置后，冲头开始拉延前把胚料压紧。 （3）拉延成型：该动作发生在压紧胚料以后。 （4）成品推出下模并退模：该动作主要由退料机构完成，在冲头把成品推出下模后、正准备返回时，退料机构把成品抱住，阻止其跟随冲头一起返回。 2.1.2 拟定动作循环图 该冲床的执行机构有四个，要拟定该冲床的运动循环图主要是确定冲头、送料、压紧、退料四个执行件的先后顺序，以利于各执行机构的设计、装配和调试。 薄壁零件冲床的冲压机构为主机构，以它的主动件的零位角为横坐标的起点，纵坐标为个执行机构的位移起始位置。拟定的运动循环图如表1-1所示。 表1-1 薄壁零件冲床运动循环图 2.2 各执行机构的方案设计 2.2.1 冲头机构的设计 1）机构的选型 要实现图1-1所示的这样一个复杂的函数发生机构，简单的四杆机构已无能为力。在查阅相关资料后，发现能实现复杂的函数发生器的机构主要有以下几种： 多杆机构 凸轮机构 非圆齿轮-连杆机构 组合机构 凸轮机构能实现复杂的运动，但不适用有较大冲击载荷的场合，所以我们没有选用。非圆齿轮传动，虽有结构紧凑、传动可靠、能精确地实现复杂的不等速传动比关系的特点，但由于设计和制造较困难，在此也不选用。最后我们针对多杆机构和组合机构展开设计。 分析冲头运动规律可知：设计的关键是要满足工作行程的快速下沉、匀速拉延、再匀速下沉的运动特点。在这里，我们可以将该运动规律看成是两运动规律的合成。即在工作行程中：一机构将匀速转动转换成先快速，再低速匀速，再快速转动。主从动件运动规律如下图所示： 图1-2 二机构则需在工作行程中将主动件的匀速转动转换成滑块的匀速转动，且应具有急回特性。主从动件的运动规律如下图所示： 图1-3 这样将机构一的从动件运动输入到机构二的主动件后，便可得到滑块在工作行程中，快速下沉、匀速慢速拉延、再快速下沉的运动规律。 2）机构综合 在查阅资料时，我们发现了具有上述特性的两种机构，其机构简图如下： 图1-4 机构一 图1-5 机构二 机构一为齿轮-五杆机构，其中1为主动件，4为从动件。机构二为摆动导杆与正切机构串联的组合机构，其中1为主动件，6为从动件。 机构的尺寸计算 方案一的尺寸确定 机构一、机构二的运动分析 图1-6 以定圆中心、动圆中心和点三点共线时的位置为机构的初始位置，并以该直线为x轴，其方向为从到动圆中心。 设杆4的转角为 用MATLAB分析，不同的K’值对应的图如下： 图1-7 由图1-7可以看出K’值越小，匀速段越短，匀速速率越大。对机构一的尺寸综合，很大程度上就是要选取合适的K’值。除此外，还需考虑与机构二配合后，对急回特性的影响，即需找到机构二的极位夹角。 由图1-7可知，杆4转速的变化周期为180°，及杆一旋转一周时，杆4会交替出现慢匀速旋转、高速旋转的情况两次。图1-8中杆4转过的阴影部分为慢速匀速转动，对应于杆1转过的白色部分。图1-9中阴影部分为工作行程，杆1对应机构一中的杆4。如果取图1-8中的工作行程对应图1-9的阴影部分，则机构二的杆1在工作行程中先高速、再低速匀速、最后再高速旋转。由于机构二在工作行程的近似匀速特性，滑块会产生快速下沉、匀速慢速拉延、再快速下沉的运动特点。 图1-8 机构一转角关系示意图 图1-9 机构二示意图 下面讨论如何让组合的机构有急回特性： 按题目要求，行程速比系数 则：极位夹角 机构一的杆1转过角度