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1、本科毕业设计 I 冲床自动送料装置机械结构设计冲床自动送料装置机械结构设计 目 录 中文摘要.I 英文摘要II 第 1 章 引言1 1.1 我国冲压设备与送料装置的现状及课题研究的实际意义 .1 1.2 课题研究的相关背景 .3 1.3 数控机床与自动送料技术的国内外发展概况及发展趋势 .3 1.3.1 数控机床的产生 .3 1.3.2 计算机数控的发展 .3 1.3.3 冲压设备及自动送料装置的发展方向 .4 1.4 课题研究的任务及达到的预期目标 .5 第 2 章 系统的总体设计6 2.1 自动送料装置的平面图 .6 2.2 供料方案分析 .6 2.3 控制系统设计 .7 2.3.1 控制
2、系统的硬件设计.7 2.3.2 控制系统的软件设计 .8 第 3 章 冲床自动送料机构组件丝杠的设计9 3.1 计算选定编号 10 3.1.1 导程 10 3.1.2 平均转速 10 3.1.3 平均载荷 10 本科毕业设计 II 3.1.4 时间寿命与回转寿命 11 3.1.5 额定动载荷 11 3.1.6 预紧载荷 11 3.1.7 丝杠螺纹长度 11 3.2 丝杠公称直径 11 3.3 滚珠丝杠传动系统刚度 12 3.3.1 丝杠刚度 12 3.3.2 螺母刚度 12 3.3.3 支承刚度 13 3.3.4 轴向总刚度 13 3.4 总弹性变形量(单边) 13 3.5 电机的选定 14
3、3.5.1 驱动转矩 14 3.6 检校 15 3.6.1 丝杠理论容许轴向载荷 15 3.6.2 丝杠工作容许轴向载荷 15 3.6.3 临界转速 15 3.6.4 允许工作转速 15 第 4 章 基于 PRO/E 的冲床自动送料机构装配图.16 4.1 冲床自动送料机构重要组件零件图 16 4.1.1 导向杆 16 4.1.2 导向杆座 17 4.1.3 丝杠 17 4.1.4 丝杠螺母 17 本科毕业设计 III 4.1.5 轴承支座 18 4.2 冲床自动送料机构组件丝杠绘制过程 18 结论21 结束语23 参考文献25 致谢26 第 1 章 引言 1.1 我国冲压设备与送料装置的现状
4、及课题研究的实际意义 冲床或称冲压机,是一种普遍使用的延性金属机械冷加工设备,除主流的应用范围 机械器件的塑性成型外,还作为许多专用设备的本体和母机,用于筛网、垫网、防护罩 等的冲剪加工.常规冲压机主体有两种主要形式曲柄冲压机和液压冲床.曲柄冲压机是 由曲柄滑块机构的主传动带动滑块上下运动,由固装于滑块上的成形器(或模具或刀具) 对来料实施冲制.来料一般为钢带或板料,每一冲压循环完成一次加工.冲压加工的主要 特点是:无废料或少废料;出率高;被冲制的零件/器件的整体强度高。 冲压成形的冲压件具有重量轻、厚度薄、刚性好和质量稳定等一系列优点，冲压 设备被广泛使用。但由于传统的冲床控制采用接触器、继
5、电器控制，手工送料的方式， 所以往往存在着效率低、速度慢、精度不能保证、安全存在隐患等方面的一系列问题， 虽然购置新的数控设备可以解决这一问题，但往往资金投入较大，小型企业难以承受， 若能在保留原有机床的基本功能基础上，对其进行适当的改造与改进，不失为一种好 的方法。一方面可以节约资金，另一方面也不会使原来的机床闲置浪费，基于此种思 想，对冲床进行了全面改造，本文对设计的详细过程进行了全面的论述。 设计主要包含了两方面内容:即原有控制系统的改造与自动送料装置的研制。设计思想 是:利用接近开关检测冲头的位置，采集的信息经处理后馈送到 PLC 控制器，PLC 控制 器通过程序控制放料电机、喂料步进
6、电机带动机械传动装置与吹风阀协调工作，从而 完成“放料喂料冲模吹风”这一系列动作，并借助于触摸屏完成相应参数的显 示与选择，运动的启动、停止等控制操作，最后把相关信息再馈送到中央控制室，借 助于 PC 机完成系统的监控。 本科毕业设计 IV 本论文在内容安排上首先介绍了题目的来源与意义及其相关的背景;系统方案的 确定、总体的组成、设计思想与理论依据等;系统经调试自运行以来，无论是在稳定性、 可靠性方面，还是在系统的精度与效率方面都有了很大的提高，同时节约了成本，降 低了操作人员的劳动强度与人身危险系数，使系统的自动化、现代化程度大大提高， 具体实施有较高的参考与使用价值，在同行业中有一定的推广
7、与应用的实际意义。 近年来,一些高新技术产品的出现,要求冲制微型元件,由之带来了冲床的小型化. 传统冲床速度低、精度差、特性硬等方面的问题在设备小型化后显得十分突出,所以冲 床小型化后的创新设计或改进设计变得重要目前,德国产的一种冲剪膨胀金属网的小 型冲床(SP350 型)的最高速度可达 1600 次/min,台湾产同类冲床的速度也在 500 次/min 以上而我国用于同样目的的机械给料式最小型冲床的最高冲剪速度只有 180 次 /min针对这一问题,通过多方案的分析，遴选,采用了机电结合的自动步进供料方案, 使得改造后的冲剪机的加工速度大大提高.实际应用表明,该机的加工速度的提高并没 有降低
8、机器的进料精度和加工精度为提高工作效率和产品质量,对原有生产过程进行 深入了解，根据产品需要用冲床冲制成型,成品与废料分离、码料。整个工艺过程均为 人工操作,工作效率低,劳动强度大,废品率高,工人操作安全很难保障。鉴于此生产现 状,课题组结合厂家已有设备:冲床、涂漆机,设计、制造一套全自动生产线,该生产线 不需要将卷料剪切,上卷后直接连续生产,实现储料、步进送料、冲制一体化功能。 冲压成形是一种塑性加工方法，因冲压件具有重量轻、厚度薄、刚性好和质量稳 定的特点，所以冲压设备被广泛使用，其中钣金件的 90%是靠冲压成形。冲压成形作为 一门古老而又年轻的制造技术，几乎渗透到国民经济的每一个部门。冲
9、压制件无论在 汽车制造业、农业机械、动力机械、建筑机械、化工机械、精密机械、仪器仪表、医 疗器械、日用五金等等，还是在航空航天、军事兵器等各个门类，都占据着相当重要 的地位。冲床是属于点位控制机床，在中间行程中不进行加工，由于一般加工产品单 一，模具不经常进行更换，所以在传统的冲床控制中一般采用继电器控制，送料一般 采用手工送料，但此种方式存在着效率低、速度慢、精度不能保证、安全存在隐患等 方面的一系列问题。而在我国的乡镇企业、私营企业，由于受资金管理等方面的限制， 简易式冲压设备使用较多，其送料绝大多数是靠人工手动送料，且缺乏保护装置， “效 率低，劳动强度大”是这些厂矿显著的特点。我们注意
10、到，在这些企业里的冲压设备 操作人员中，大多数人员都没有经过正规培训，并且在使用中违反操作规程或长期疲 劳操作时有发生，因此给操作者带来了较大的安全隐患，具不完全统计，全国每年因 冲压造成的事故高达 100 多起，严重的造成手断臂折成为终生残疾。 随着市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，尤其 是随着工业的发展，冲压制件类型、工艺、外形越来越复杂，精度要求越来越高，传 统的冲床己经不能满足要求，数控冲床应运而生。数控冲床自动化的最终目标就是:尽 可能的减少人的直接参与，最大限度地降低操作人员的劳动强度。冲压生产自动化具 本科毕业设计 V 体来说主要是指包括材料供给、制品
11、及废料的排出、模具更换、冲床的调整与运转、 冲压过程异常状况的监视等作业过程的自动化，将这些技术应用到冲压生产流水线的 相应环节从而实现冲压生产过程的自动化。 近年来，由于计算机控制技术、检测技术及电力电子技术的发展进步，交流伺服 技术越来越多的应用到冲压生产领域，使得冲压生产自动化、智能化、柔性化的水平 大大提高，但作为数控冲床的辅助装置自动送料机构，一直没有得到应有的重视。 自动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本的要求，它的自动化程度高低， 直接影响着冲压生产效率、生产节拍以及冲压生产整体自动化水平，只有其自动化程 度与冲压设备相匹配甚至高于冲压设备，才能够实现冲压生产的完全自动化
12、。因此， 在发展冲压成形设备的同时，给予送料机构足够的重视和研究是有着其实际的意义。 1.2 课题研究的相关背景 冲压生产的自动化，手工送料逐步由自动送料机构所取代，从而进一步满足冲压 生产自动化，大幅度提高生产节拍、生产质量，己是“大势所趋” ，但结合我国的实际 国情及生产设备的现状，传统的冲压设备在相当长的一段时间里可能还要进行“服役” ， 要完全实现自动化可能还要有很长的一段路要走。获得自动化数控生产的能力可以通 过购买新设备及对旧设备进行更新改造，但购买新数控设备所需资金投入较大，淘汰 替换下来的机床不但占用空间，同时也是资源上的一种浪费，尤其是在在资金短缺的 情况下，通过对旧设备的改
13、造获得数控加工能力不失为一种有效的途径，一方面可以 节约资金，另一方面可以将废旧闲置的设备进行充分的利用.为了保证工人的人身安全， 提高生产效率和产品精度，我们对冲压机自动化送料系统进行了研制，在不对原设备 进行“根本性”改造的前提下，使铝箔板件的冲压实现了自动化。我们本着节约资金、 降低成本，提高生产效率，保障人身安全的科学人性化管理的方针，对冲床进行了数 控改造和送料机构的研制。 1.3 数控机床与自动送料技术的国内外发展概况及发展趋势 1.3.1 数控机床的产生 机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度 等提出了越来越高的要求。在机械制造工业中，单件、小批量
14、生产的零件约占机械加 工总量的 70%80%。为满足多品种、小批量，特别是结构复杂、精度要求高的零件的 自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适于产品频繁变化的“柔性”自动 化机床，在此背景下，数控机床应运而生。 本科毕业设计 VI 1.3.21.3.2 计算机数控的发展计算机数控的发展 世界上的第一台数控机床是由美国在五十年代开发研制的，使用电子管元件，体 积庞大。到六十年代，由于半导体晶体管的开发与应用，数控系统的可靠性提高、价 格下降。七十年代随着中小规模集成电路的应用并伴随着纸带传输系统的出现，大大 提高了机床的加工效率及使用的灵活性，也使数控机床日趋完善。八十年代以来，微 处理
15、器的发展与应用，数控技术也迎来了计算机数字控制(CNC)时代，随着微处理器的 运算速度的不断提高，数控机床的功能和应用范围也在不断的发展与扩大。数控装置 先后经历了电子管(1925 年)、晶体管(1959 年)、小规模集成电路(1956 年)、大规模集 成电路及小型计算机(1970 年)和微处理机或微型计算机(1974 年)等五代数控系统。前 三代属于采用专用控制计算机的硬接线(硬件)数控装置，一般称为 CNC 数控装置。第 四代数控系统出现了采用小型计算机代替专用硬件控制计算机，这种数控系统称为计 算机数控系统(CNC)。自 1974 年开始，以微处理机为核心的数控装置得到迅速发展。 我国从
16、 1958 年开始研制数控机床，自 20 世纪 60 年代中期进入实用阶段，80 年代 开始，引进日本、美国、德国等国外著名数控系统和伺服系统制造商的技术，使我国 数控系统在性能、可靠性等方面得到了迅速发展。经过“六五” 、 “七五” 、 “八五”及 “九五”科技攻关，我国己掌握了现代数控技术的核心内容。目前我国已有数控系统 (含主轴与进给驱动单元)生产企业五十多家，数控机床生产企业百余家。 1.3.3 冲压设备及自动送料装置的发展方向 随着电子、计算机、自动控制以及精密机械与测试技术的不断提高和发展，数控 冲压设备与自动送料装置也在随着数控机床的发展而在迅速发展和演变。概括起来主 要表现在以
17、下一些方面: 1高精度化 当代工业产品对精度的要求越来越高，很多精密零件的误差范围要求在微米以内， 与之相适应，在计算机技术发展的推动下，各种加工精度补偿技术得到了应用和发展， 机床结构材料也开始普遍采用各种性能稳定、温度影响小的新型材料，如:花岗岩、精 密陶瓷等，使得数控机床的各项精度越来越高。作为数控自动化的辅助装置，自动送 料装置的精度会直接影响产品的精度，追求自动送料装置的高精度化是永恒的主题， 这主要表现在定位和进给量的大小上。 2高速度化 提高生产效率主要表现在提高机床主轴的转速和送料的进给量方面。如日本 DIMAC 公司生产的 NC 伺服辊轮送料机，能实现连续高速送料，最高速度可
18、以达到 100m/min， 使机床的加工效率大幅提高。 本科毕业设计 VII 3高柔性化 市场竞争的日益激烈，利用最少的设备来生产尽可能多的冲压制件，间接的降低 生产成本成为各个厂家竟相追求的目标之一;同时当代产品的多样化和个性化，对机床 提出了更高的柔性加工要求，如在一台冲压设备中完成不同的模具加工等。这种将各 种加工功能在一台机床上进行集成，均是为了在一台机床上实现一次装卡、送料就能 完成对零件的不同加工要求，这充分展示了机床及生产线加工的柔性，并有利于提高 加工精度。 4高自动化 自动化是指在全部加工过程中，减少“人”的介入，而能自动地完成规定的任务。 特别是现代数控机床与自动送料装置的
19、结合，使其真正的高度自动化成为可能。 5高可靠性 大规模集成电路及计算机的应用，使得数控机床越来越可靠。但是，由于使用现 场环境的复杂性，往往会受到很多的干扰，所以追求高可靠性是研究的一项重要课题。 随着我国冲压行业的发展， 冲压设备性能与世界的接轨，冲压生产自动化程度的进一 步提高，对冲压生产的送料技术也提出越来越高的要求，以满足与冲压设备的配套。 6交流伺服系统自动送料机构 近 20 多年来，由于电力电子技术的发展，计算机控制技术以及现代控制理论的应 用，交流伺服驱动技术得到了飞速发展.交流伺服自动送料的动力来自交流伺服电动机， 具有柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性很强。在我国，
20、较先进的自动送 料装置是深圳力豪公司的 NCHF 系列三合一伺服系统送料机，它适合于各种五金、电子、 电器、玩具伺服送料及汽车零件连续冲压加工，送料矫正;送料时可任意设定送料长度， 操作容易，安全及稳定性高。但是，在该送料机中所用的伺服马达、电子元件和控制 器等都是从日本引进的，国内在这方面的技术还比较落后，因此，我们必须给予这方 面技术充分的重视，加快研究开发，以较快的速度追赶发达国家的研究步伐。 1.4 课题研究的任务及达到的预期目标 本次改造任务包括机床的数控改造和自动送料装置的设计。改造的基本思想是保 留原来的冲床机械装置，对其控制电路进行重新设计，使系统可在自动或手动方式下 工作;设
21、计出自动送料装置，进料速度要能自动调节且和冲床工作情况相协调;整个装 置应具有以下特点: (1)整个生产过程可在高度自动化状态下完成，自动化程度达到或高于国内同行先 进水平。 (2)人机交互应直观方便、界面友好、操作简单，中文数据处理显示。 (3)监视画面可以动态监视整个生产过程，反映相关参数，比如进料长度、电机转 速、启动时间、停止时间、成品数量、所选档位等。 本科毕业设计 VIII (4)进料长度可以在一定的范围内调节，以适应不同规格的产品。 (5)有一定的故障自诊断画面报警功能。 (6)要有相关的安全保护措施，比如双启动、急停、过流、过压保护等。 (7)可对系统进行手动调节、点动控制、参
22、数设定等。 (8)系统要有较高的精度，进料精度保证在 0.5 毫米以内。 (9)自控系统无论在硬件选择还是软件编程上，应保证系统的可靠性，使控制系统 长时间工作在无故障或少故障状态。 (10)在保证系统基本性能指标的前提下，尽量节约成本，系统的性能价格比高， (11)系统件应具备可扩展性和开放性，保证系统投资的长期效应以及系统功能不 断扩展的需要，并提供开放式数据通讯，以适应整个车间或单位联网进行集散控制的 需 要 。 第 2 章 系统的总体设计 2.1 自动送料装置的平面图 如图 2.1 所示 图2.1 自动送料装置的工作原理：当生产条件满足,用PLC人机工作屏控制步进电机运转, 使步进电机
23、输出步进角通过丝杠的转动牵引送料，当达到设定长度时,步进电机停止, 送料到位静止后,冲床冲压,将芯片成型。通过计数器计数，从而使其往复自动送料。 2.2 供料方案分析 不同吨位的冲床因其冲压力、运动惯性及运动部件惯量/冲量作用,其冲频是相对 本科毕业设计 IX 有限的。微型或小型器件的冲制,因冲压力小,运动件惯性小,作业时设备的稳定性容易 保持,因而具备提速的潜能,但提速的幅度与步进的最大步距有关。目前,小型冲床极少 采用液压驱动式,这是因为液压冲床要求的外围设备多且需频繁进行维护。针对主作业 机构为曲柄滑块机构的冲床而设计的自动步进送料系统根本目的是为了提高冲床的加 工速度。根据冲床配置送料
24、机构的动力源不同可以将步进送料方式分为机械式、机电 式、液压式和气动式四类。由于后两种方式对液压、气动系统有独立的外围配套要求, 小型冲床普遍用机械式或机电式送料。常规机械方式有许多不同的设计方案:不完全齿 轮机构、棘轮机构多杆组合机构等。这些送料方式的共性问题是送料运动稳定性差、 刚性冲击大、响应速度慢。高速冲压加工时,或者难以保证成型产品的精度;或者引起 运动失步而根本无法完成冲制。因此不宜用作高速冲床的送料方案。文献1全面论述 了一种精密间隙机构空间凸轮机构,可以被选择用来实现步进送料。间歇凸轮机 构有两种形式端面凸轮或径向凸轮,这是一类具有高分度精度的空间传动装置具 有一系列的特点:能
25、够通过机械的强制锁合使主辅运动保持同步联动;具有高承载能力 和低维修率可满足用户所要求的特殊运动特征,对其运动规律进行合理设计可得到好的 高速动态性能。这类机构已广泛应用于数控机床的自动换刀装置(ATC)、电机矽钢片冲 制以及其他步进给料装置中。但尽管如此,如果结合具体的冲床设计,会发现这类机构 也存在问题:要保证加工精度,必先保证进料精度,进料精度主要取决于凸轮机构的运 动和定位精度。故凸轮机构本身的加工制造需要专用的机床,尤其是服役于高速下的凸 轮需进行磨削加工。空间凸轮机构送料的冲床,加工柔性差,难以实现供料步距的无 级化目标。一般而言,小型冲床为上驱动式,主运动与供料运动的空间距离较大
26、,同时 分支传动的减速比大,故需采用较长的传动连接,这样势必产生大的累积误差,导致精度 下降。基于此,本设计提出并应用了基于单片机控制的机电结合的冲床快速步进供料系 统的解决方案。 图 2.2 2.3 控制系统设计 2.3.1 控制系统的硬件设计 步进电机送料控制系统主要包括单片机主控电路、步进电机及其驱动电路、显示 电路、检测电路及接口电路等部分.控制系统硬件电路如图 2.3 所示. 光电开关PC 控制驱动器步进电机送料工作台 步进角检验 本科毕业设计 X 图 2.3 单片机控制系统电路组成 单片机选用 89C52,由于其内部含 Flash 存储器,使系统在开发及调试过程中十分容 易进行程序
27、的修改.同时,在系统工作过程中,能有效地保存一些数据信息.单片机的看 门狗电路采用集成的看门狗电路 X25045,接线十分简单.系统显示部分由 6 位 LED 数码 管组成,其中最高两位作为功能、状态指示符,低 4 位用来显示数据.显示驱动器选用的 是带有串行接口的 8 位 LED 控制驱动器 PS7219,它可同时、直接驱动 8 位 LED,与单片 机的接口采用简单的 3 线 SPI 方式,因此硬件线路十分简单.键盘输入设置了 16 个按键,识 别方法采用简单实用的线反转法,16 个按键按 44 的矩阵接到 P2 口的 8 位 I/O 口上,采 用查询方式工作.三相步进电机的驱动器选用了厂家
28、配套的驱动系统,它与主机的接口 是单片机的 P1 口,并通过光电隔离电路隔离,以避免驱动器的强电部分对主机的干扰. 为保证送料精度,步进电机启停阶段采用运动平稳性最好的三相六拍工作方式,以减小 其脉冲当量.冲头位置检测传感器采用电感式接近开关,如图 2 所示接到单片机的 INT1 口.为保证送料的准确、及时,应通过调试将其安装到合适的位置.冲头位置检测以中断 方式工作. 2.3.2 控制系统的软件设计 此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和设计图纸等.请 联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！ 该论文已经通过答辩 在步进电机及其控制设计时,要将设定的行
29、程和速度转换成电机的步数和定时常数,以 本科毕业设计 XI 选择步进电机.系统的软件设计采用模块化,使得结构简单清晰,便于调试和修改.软件 模块主要包括:初始化模块、按键处理模块、输入处理模块、显示模块等,程序流程如 图 2.4 所示.步进电机的控制通过中断子程序完成,当冲头位置信号到即进入中断子程 序. 图 2.4 程序流程图 初始化程序的主要任务是设置状态标志和用户数据存储区、置初始值、完成定时 器初始化、PS7219 初始化及中断初始化.按键识别程序采用查询方式,可分为两步:第一 步,将行线编程为输入线,列线编程为输出线,并使输出为全零电平,则行线中电平由高 到低所在行为按键所在行;第二
30、步,将行线编程为输出线,列线编程为输入线,并使输出 为全零电平,则列线中电平由高到低所在行为按键所在列;综合一、二步的结果,即可确 定按键所在的行和列.为保证系统稳定可靠,程序中采用了数据冗余、模块令牌、程序 陷阱等措施,以提高系统运行时的可靠性和抗干扰能力.送料系统采用作为控制核心,实 现开卷、松卷、储料、步进送料、纠偏等功能,并与原有设备协调工作. 本科毕业设计 XII 第 3 章 冲床自动送料机构组件丝杠的设计 图 3.1 选取的滚珠丝杠转动系统为：磨制丝杠(右旋) 轴承到螺母间距离(临界长度)ln=1200mm,固定端轴承到螺母间距离 Lk=1200mm 设计后丝杠总长=1600mm,
31、最大行程=1200mm,工作台最高移动速度 Vman=14（m/min） 寿命定为 Lh=24000 工作小时。=0.1（摩擦系数）,电机最高转速 nmax=1800（r/min） 定位精度：最大行程内行程误差=0.035mm,300mm 行程内行程误差=0.02mm, 失位量=0.045mm,支承方式为(固定支承),W=1241kg+800kg（工作台重量+工件重量） g=9.8m/sec2(重力加速度),I=1(电机至丝杠的传动比) Fw=Wg=0.120419.82000N(摩擦阻力) 表 3.1 运转方式轴向载荷 Fa=F+Fw （N） 进给速度 (mm/min) 工作时间 比例 无切
32、削 F1=2000V1=14000q1=15 轻切削 F2=4000V2=1000q2=25 普通切削 F3=7000V3=600q3=50 重切削 F4=11000V4=120q4=10 本科毕业设计 XIII Fa-轴向载荷（N）F-切削阻力（N）Fw -摩擦阻力（N） 从已知条件得丝杠编号：此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以螺母选形为： FDG（法兰式双螺磨制丝杠），从定位精度得出精度精度不得小于 P5 级丝杠 FDG_- _X_R-_-P5-1600X_ 3.1 计算选定编号 3.1.1 导程 式（3-1） max max V honI P14000 180007.7mm 在此为
33、了安全性考虑：Pho=10(mm) 表 3.2 运转方式进给速度(mm/min)进给转速(r/min) 无切削 V1=14000 n1=1400 轻切削 V2=1000 n2=100 普通切削 V3=600 n2=60 重切削 V4=120 n2=12 3.1.2 平均转速 式（3-2） 3124 1234100100100100 15255010 100100100100 n 14001006012 266min qqqq m nnnn r 3.1.3 平均载荷 式（3-3） 33112244 3333 3 m1234100100100100 3333 1400151003560501012
34、 3 266100266100266100266100 FFFFF 20004000700011000 3902N mmmm nqnqnqnq nnnn 本科毕业设计 XIV 3.1.4 时间寿命与回转寿命 式（3- m L hhn60 LL=L60 24000 266 60 383040000 m n 转次 4） 3.1.5 额定动载荷 以普通运动时确定 fw 取 1.4 式（3- 6 6 L 3 amw 10 383040000 3 10 CFf 3902 1.4 39673N 5） 得：额定动载荷 Ca39673N 以 Ca值从 FDG 系列表及（丝杠直径和导程、丝杠长度表）中查出适合的
35、类型为： 公称直径：d0=40mm 丝杠底径：d0=33.9mm 导程：Pho=10mm 循环圈数：4.5 额定动载荷为：48244N。 丝杠编号：FDG4010R-P5-4.5-1600_ 3.1.6 预紧载荷 Fao= Fmax/3=11000/33666N 式（3- 6） 3.1.7 丝杠螺纹长度 Lu=L1-2Le 得出 L1=Lu+2Le=1200+240=1280mm 式（3- 7） 丝杠螺纹长度不得小于 1280mm 加上螺母总长一半 84mm(从系列表中查出螺母总 168mm)。 得丝杠螺纹长度1364m。在此取丝杠螺纹长度 L1=1400mm,则轴承之间的距离 Ls=1400
36、mm 丝杠编号：FDG-10R-P5-4.5-16001400 本科毕业设计 XV 3.2 丝杠公称直径 临界转速及允许工作转速： nkper0.8nk得出 nk nkper/0.8 式 （3-8） 以安装形式确定 fnk取 18.9。 式（3-9） n2 27 k nnk 2 7 Ld7 n2 Lf10 1800 1200 18.9 10 f10d 13.7r min k n k n 可知丝杠螺母底径大于 13.7 当 Pho=10(mm)、最高转速达到 1400（r/min）时，系列表中适合的公称直径 d032mm。 上述由额定动载荷 Ca求得的公称直径 d0=40mm32，满足条件，否则
37、公称直径还应 加大。 丝杠编号：FDG4010RP5-4.5-16001400 3.3 滚珠丝杠传动系统刚度 初始条件：失位量=0.045mm。滚珠丝杠系统之间各元部件（丝杠、螺母、支承轴 承），在此设为：0.04mm。此时滚珠丝杠系统各元部件单边弹性变形量为：0.02mm。 此时为无切削运动时的轴向载荷 2000N。 3.3.1 丝杠刚度 当 Ls1=Lk，Rs为最小，一般情况下计算最小刚度值。 式（3-10） 2 0 1 1 3 (0.707) 165 400.707 595 165 () 1200 176/ W s dD Rs L Nm =Fa/Rs=2000/17611.4m 式（3-
38、 11） 本科毕业设计 XVI 3.3.2 螺母刚度 在此预紧载荷为额定动载荷的 10%，螺母刚度从表中查出 R=2128N/m 从表中查出额定动载荷 Ca=48244N,在此 取 0.1 式（3-12） 1 3 1 3 0.8() 3666 0.8 2128 () 0.1 48244 1554/ ao nu a F RR C Nm nu=Fa/Rnu=2000/1554 1.3m 式（3- 13） 3.3.3 支承刚度 支承轴承刚度 RaL可从轴承生产厂产品样本中的查出。 在此 RaL=1020N/m RaL=Fa/aL得出 aL=Fa/RaL= 2000/1020 2m 式 （3-14）
39、3.3.4 轴向总刚度 1/Rtot = 1/Rs + 1/Rnu + 1/RaL =1/176 + 1/1554 + 1/1020 1/138 得出 Rtot137 N/m 式（3- 15） 3.4 总弹性变形量(单边) tot = s + nu + aL =11.4+1.3+2 =14.7m 20m，合格。 式（3- 16） 本科毕业设计 XVII 从丝杠轴向总刚度的问题上来讲，丝杠的刚度有时比螺母的刚度重要，最佳提升 刚性的方法是提高丝杠的刚度，而不是在螺母上施加太重的预紧载荷(预紧载荷最高为 额定动载荷的 10%)，如果将丝杠的安装方式改为（固定-固定）式，轴向总刚度的最小 刚度 Rt
40、ot305N/m、总弹性变形量(单边)s=6.7m。 3.5 电机的选定 3.5.1 驱动转矩 Fa为无切削轴向载荷 2000N。 式（3-17） 2000 2000 10 3.5 2000 3.14 0.9 aho ta FP M Nm Fa为轻切削轴向载荷 4000N。 式（3-18） 2000 4000 10 3.5 2000 3.14 0.9 aho ta FP M Nm Fa为普通切削轴向载荷 7000N。 式（3-19） 2000 7000 10 12.4 2000 3.14 0.9 aho ta FP M Nm Fa为重切削轴向载荷 11000N。 式（3-20） 2000 11
41、000 10 19.5 2000 3.14 0.9 aho ta FP M Nm 由预加载荷而产生的转矩 在此 Kp取 0.18 本科毕业设计 XVIII 式（3- 2000 5000 10 0.8 1.4 2000 3.14 aohop ta FPk M Nm 21） 在精确设计中要考虑各方面的转矩(如：加速度时之负载转矩及马达所负荷的总惯 性矩等)。I=1（电机至丝杠的传动比） 平均速度时最大驱动转矩 Mt1=Mta+Mte=19.5+1.421Nm 式（3- 22） 在此马达转速最高设计为 1500r/min 电机的选定时，一般来说以平均速度时的 Mt1 在电机额定转矩的 30%以内情况
42、下 使用。 3.6 检校 3.6.1 丝杠理论容许轴向载荷 以安装形式确定 fFk取 20.4 Fk=fFkd24/Lk2104 =20.433.92/1200104187097N 式（3- 23） 3.6.2 丝杠工作容许轴向载荷 Fkzul =Fk/2=187097/293549N 式（3- 24） 最大轴向载荷小于丝杠工作容许轴向载荷，合格。 3.6.3 临界转速 以安装形式确定取 18.9 nk=fnkd2/Ln2107=18.933.9/120021074449 r/min 式（3- 25） 本科毕业设计 XIX 3.6.4 允许工作转速 nkper0.8nk=0.844493559
43、 r/min 式（3- 26） 最大运动转速小于允许工作转速，合格。 第 4 章 基于 Pro/E 的冲床自动送料机构装配图 如图 4.1 所示 图4.1 本科毕业设计 XX 4.冲床自动送料机构重要组件零件图 4.导向杆 图 4.2 4.导向杆座 图 4.3 4.丝杠 图 4.4 本科毕业设计 XXI 4.丝杠螺母 图 4.5 4.轴承支座 图 4.6 4.冲床自动送料机构组件丝杠绘制过程 打开 proe 软件，并设置工作目录， 单击按钮，打开“新建”对话框。具体操作如下， 本科毕业设计 XXII 取消“使用缺省模板”复选框的默认状态后，具体操作如下， 最后单击“确定”按钮。 在工具栏中单击
44、按钮，打开拉伸工具操控板。具体操作如下， 单击“草绘”按钮，进入草绘模式。具体操作如下， 本科毕业设计 XXIII 绘制如图所示的剖面，单击按钮，完成草绘并退出当前草绘模式。具 体操作如下， 在深度框中输入深度值，在拉伸工具操控板上，单击按钮。 在菜单栏中选择“插入”“螺旋扫描”“切口”命令，具体操作如下， 选择“正向”“缺省” ， 本科毕业设计 XXIV 具体操作如下， 输入节距， 绘制扫描切口，具体操作如下， 此时，在扫描轨迹的默认起点处显示一个箭头，指明扫描的路径方向，具 体操作如下， 本科毕业设计 XXV 在菜单管理器的“链”菜单中选择“完成”命令，即生成丝杠。 结论 本文提出了一种配
45、用于小型冲床的快速步进送料的机电结合式一体化送料系统. 基于此种思想，对冲床进行了全面改造。此次设计主要包含了两方面内容:即原有控制 系统的改造与自动送料装置的研制。在原有系统的基础上增加了变频控制器与检测接 近开关，接近开关用于检测冲头的位置，把接受到的信息馈送到 P 比控制器，从而和 放料、喂料步进电机与吹风阀协调工作，完成“放料喂料冲模吹风”这一系列 动作，并借助于触摸屏完成相应参数的显示与选择，运动的启动、停止等控制，最后 把相关信息再馈送到中央控制室，以完成总的监控。简化了冲床送料系统的结构,提高 了冲床冲压作业的精度和加工速度,改善了冲制加工的柔性,为步进送料的高速自动化 这一冲床
46、加工的共性问题提供了一种可行的解决方案. 目前该系统稳定运行,实践证明其达到了设计效果,不仅能满足生产节 拍的需求, 极大地克服了单机生产的弊端,而且性能可靠、操作方便、自动化程度高、人机对话界 面友好,是适合我国国情的高效率全自动生产的机电一体化设备.通过此次实践,在送料 系统中采用步进电机送料和全闭环控制方式,使送料尺寸精度控制在 1 以内,不仅提高 了自动线水平,同时也为采用步进电机送料和全闭环控制方式定子磁极冲片自动生产线 做了有意义的尝试,具有显著的经济效益和社会效益. 本科毕业设计 I 结束语结束语 冲压成形是一种塑性加工方法，要求被加工材料具有较高的塑性和韧性，较低的 屈强比和时
47、效敏感性，其坯料主要是板材、带材、管材及其他型材，利用冲压设备通 过模具的作用，使之获得所需要的零件形状和尺寸。由于冲压件具有重量轻、厚度薄、 刚性好和质量稳定等一系列的优点，所以冲压设备在汽车制造业、农业机械、动力机 械、建筑机械、日用五金等方面被广泛应用。 传统的冲床控制由于采用接触器、继电器控制，手工送料的方式，所以往往存在 着效率低、速度慢、精度不能保证、安全存在隐患等方面的一系列问题，虽然购置新 的数控设备可以解决这一问题，但往往资金投入较大，对原有的机床进行改造应为一 种好的方法。一方面可以节约资金，另一方面也不会使原来的机床闲置，经过设计、 装配、调试，运行一个多月来，性能稳定、
48、可靠，达到了预期的效果，和以前原有系 统比较，主要在以下方面有较大改进:劝节约了人力资源。原来一台机床需要两人操作， 一人按动操作按钮，另外一人负责拽料:而改造之后由于采用了送料电机自动送料， PLC控制器进行控制，所以一人可以操作数台机床(实际上是系统启动后自动执行程序； 节约了材料，降低了成本。原系统是采用手工拽料，为了便于拖拽，两个成品之间需 留有10毫米左右的间隙，这对于生产企业追求利益最大化的今天无疑是一笔很大的浪 费;改造之后的系统，两件成品之间不再留有间隙，每个产品按用料160毫米计算，这 样每生产16个饭盒就可以节约一件产品的成本，即材料成本较原来降低将接近6%；效 率大大提高。改造前是手工送料，由于受到人手反应能力的局限，冲床的次数是30次/ 分，改造之后属于数控送料冲床的次数提高到45次/分:最快进料速度可达60米/分；人 员的安全系数大大提高。由于原系统是手工拖拽料，和冲床的冲头保持近距离接触， 所以操作人员注意力始终要保持高度集中