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沖床自動(dòng)送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文設(shè)計(jì)
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沖床自動(dòng)送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
目 錄
中文摘要 .................................................................. I 英文摘要 ................................................................. II
第1章 引言 ............................................................... 1
1.1我國(guó)沖壓設(shè)備與送料裝置的現(xiàn)狀及課題研究的實(shí)際意義 ..................... 1
1.2課題研究的相關(guān)背景 ................................................... 3
1.3數(shù)控機(jī)床與自動(dòng)送料技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì) ..................... 3
1.3.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 ................................................... 3
1.3.2計(jì)算機(jī)數(shù)控的發(fā)展 ................................................. 3
1.3.3沖壓設(shè)備及自動(dòng)送料裝置的發(fā)展方向 ................................. 4
1.4課題研究的任務(wù)及達(dá)到的預(yù)期目標(biāo) ....................................... 5
第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ..................................................... 6
2.1自動(dòng)送料裝置的平面圖 ................................................. 6
2.2供料方案分析 ......................................................... 6
2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ......................................................... 7
2.3.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .............................................. 7
2.3.2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................... 8
第3章 沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)組件絲杠的設(shè)計(jì) ..................................... 9
3.1計(jì)算選定編號(hào) ........................................................ 10
3.1.1導(dǎo)程 ............................................................ 10
3.1.2平均轉(zhuǎn)速 ........................................................ 10
3.1.3平均載荷 ........................................................ 10
3.1.4時(shí)間壽命與回轉(zhuǎn)壽命 .............................................. 11
3.1.5額定動(dòng)載荷 ...................................................... 11
3.1.6預(yù)緊載荷 ........................................................ 11
3.1.7絲杠螺紋長(zhǎng)度 .................................................... 11
3.2絲杠公稱直徑 ........................................................ 11
3.3滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 ................................................ 12
3.3.1絲杠剛度 ........................................................ 12
3.3.2螺母剛度 ........................................................ 12
3.3.3支承剛度 ........................................................ 13
3.3.4軸向總剛度 ...................................................... 13
3.4總彈性變形量(單邊) .................................................. 13
3.5電機(jī)的選定 .......................................................... 14
3.5.1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ........................................................ 14
3.6檢校 ................................................................ 15
3.6.1絲杠理論容許軸向載荷 ............................................ 15
3.6.2絲杠工作容許軸向載荷 ............................................ 15
3.6.3臨界轉(zhuǎn)速 ........................................................ 15
3.6.4允許工作轉(zhuǎn)速 .................................................... 15
第4章 基于PROE的沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)裝配圖 ................................. 16
4.1沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)重要組件零件圖 ...................................... 16
4.1.1導(dǎo)向桿 .......................................................... 16
4.1.2導(dǎo)向桿座 ........................................................ 17
4.1.3絲杠 ............................................................ 17
4.1.4絲杠螺母 ........................................................ 17
4.1.5軸承支座 ........................................................ 18
4.2沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)組件絲杠繪制過(guò)程 .................................... 18
結(jié)論 ..................................................................... 21
結(jié)束語(yǔ) ................................................................... 23
參考文獻(xiàn) ................................................................. 25
致謝 ..................................................................... 26
第1章 引言
1.1我國(guó)沖壓設(shè)備與送料裝置的現(xiàn)狀及課題研究的實(shí)際意義
沖床或稱沖壓機(jī),是一種普遍使用的延性金屬機(jī)械冷加工設(shè)備,除主流的應(yīng)用范圍機(jī)械器件的塑性成型外,還作為許多專用設(shè)備的本體和母機(jī),用于篩網(wǎng)、墊網(wǎng)、防護(hù)罩等的沖剪加工.常規(guī)沖壓機(jī)主體有兩種主要形式曲柄沖壓機(jī)和液壓沖床.曲柄沖壓機(jī)是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的主傳動(dòng)帶動(dòng)滑塊上下運(yùn)動(dòng),由固裝于滑塊上的成形器(或模具或刀具)對(duì)來(lái)料實(shí)施沖制.來(lái)料一般為鋼帶或板料,每一沖壓循環(huán)完成一次加工.沖壓加工的主要特點(diǎn)是:無(wú)廢料或少?gòu)U料;出率高;被沖制的零件器件的整體強(qiáng)度高。
沖壓成形的沖壓件具有重量輕、厚度薄、剛性好和質(zhì)量穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，沖壓設(shè)備被廣泛使用。但由于傳統(tǒng)的沖床控制采用接觸器、繼電器控制，手工送料的方式，所以往往存在著效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問(wèn)題，雖然購(gòu)置新的數(shù)控設(shè)備可以解決這一問(wèn)題，但往往資金投入較大，小型企業(yè)難以承受，若能在保留原有機(jī)床的基本功能基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑炫c改進(jìn)，不失為一種好的方法。一方面可以節(jié)約資金，另一方面也不會(huì)使原來(lái)的機(jī)床閑置浪費(fèi)，基于此種思想，對(duì)沖床進(jìn)行了全面改造，本文對(duì)設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程進(jìn)行了全面的論述。
設(shè)計(jì)主要包含了兩方面內(nèi)容:即原有控制系統(tǒng)的改造與自動(dòng)送料裝置的研制。設(shè)計(jì)思想是:利用接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)沖頭的位置，采集的信息經(jīng)處理后饋送到PLC控制器，PLC控制器通過(guò)程序控制放料電機(jī)、喂料步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置與吹風(fēng)閥協(xié)調(diào)工作，從而完成
“放料—喂料—沖�！碉L(fēng)”這一系列動(dòng)作，并借助于觸摸屏完成相應(yīng)參數(shù)的顯示與選擇，運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)、停止等控制操作，最后把相關(guān)信息再饋送到中央控制室，借助于PC機(jī)完成系統(tǒng)的監(jiān)控。
本論文在內(nèi)容安排上首先介紹了題目的來(lái)源與意義及其相關(guān)的背景;系統(tǒng)方案的 確定、總體的組成、設(shè)計(jì)思想與理論依據(jù)等;系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試自運(yùn)行以來(lái)，無(wú)論是在穩(wěn)定性、可靠性方面，還是在系統(tǒng)的精度與效率方面都有了很大的提高，同時(shí)節(jié)約了成本，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度與人身危險(xiǎn)系數(shù)，使系統(tǒng)的自動(dòng)化、現(xiàn)代化程度大大提高，具體實(shí)施有較高的參考與使用價(jià)值，在同行業(yè)中有一定的推廣與應(yīng)用的實(shí)際意義。
近年來(lái),一些高新技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn),要求沖制微型元件,由之帶來(lái)了沖床的小型化.傳統(tǒng)沖床速度低、精度差、特性硬等方面的問(wèn)題在設(shè)備小型化后顯得十分突出,所以沖床小型化后的創(chuàng)新設(shè)計(jì)或改進(jìn)設(shè)計(jì)變得重要．目前,德國(guó)產(chǎn)的一種沖剪膨脹金屬網(wǎng)的小型沖床(SP350型)的最高速度可達(dá)1600次min,臺(tái)灣產(chǎn)同類沖床的速度也在500次min以上．而我國(guó)用于同樣目的的機(jī)械給料式最小型沖床的最高沖剪速度只有180次min．針對(duì)這一問(wèn)題,通過(guò)多方案的分析，遴選,采用了機(jī)電結(jié)合的自動(dòng)步進(jìn)供料方案,使得改造后的沖剪機(jī)的加工速度大大提高.實(shí)際應(yīng)用表明,該機(jī)的加工速度的提高并沒(méi)有降低機(jī)器的進(jìn)料精度和加工精度．為提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量,對(duì)原有生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行深入了解，根據(jù)產(chǎn)品需要用沖床沖制成型,成品與廢料分離、碼料。整個(gè)工藝過(guò)程均為人工操作,工作效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,廢品率高,工人操作安全很難保障。鑒于此生產(chǎn)現(xiàn)狀,課題組結(jié)合廠家已有設(shè)備:沖床、涂漆機(jī),設(shè)計(jì)、制造一套全自動(dòng)生產(chǎn)線,該生產(chǎn)線不需要將卷料剪切,上卷后直接連續(xù)生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)料、步進(jìn)送料、沖制一體化功能。
沖壓成形是一種塑性加工方法，因沖壓件具有重量輕、厚度薄、剛性好和質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以沖壓設(shè)備被廣泛使用，其中鈑金件的90%是靠沖壓成形。沖壓成形作為一門古老而又年輕的制造技術(shù)，幾乎滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的每一個(gè)部門。沖壓制件無(wú)論在汽車制造業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、建筑機(jī)械、化工機(jī)械、精密機(jī)械、儀器儀表、醫(yī)療器械、日用五金等等，還是在航空航天、軍事兵器等各個(gè)門類，都占據(jù)著相當(dāng)重要的地位。沖床是屬于點(diǎn)位控制機(jī)床，在中間行程中不進(jìn)行加工，由于一般加工產(chǎn)品單一，模具不經(jīng)常進(jìn)行更換，所以在傳統(tǒng)的沖床控制中一般采用繼電器控制，送料一般采用手工送料，但此種方式存在著效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問(wèn)題。而在我國(guó)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、私營(yíng)企業(yè)，由于受資金管理等方面的限制，簡(jiǎn)易式?jīng)_壓設(shè)備使用較多，其送料絕大多數(shù)是靠人工手動(dòng)送料，且缺乏保護(hù)裝置，“效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大”是這些廠礦顯著的特點(diǎn)。我們注意到，在這些企業(yè)里的沖壓設(shè)備操作人員中，大多數(shù)人員都沒(méi)有經(jīng)過(guò)正規(guī)培訓(xùn)，并且在使用中違反操作規(guī)程或長(zhǎng)期疲勞操作時(shí)有發(fā)生，因此給操作者帶來(lái)了較大的安全隱患，具不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)每年因沖壓造成的事故高達(dá)100多起，嚴(yán)重的造成手?jǐn)啾壅鄢蔀榻K生殘疾。
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，尤其是
隨著工業(yè)的發(fā)展，沖壓制件類型、工藝、外形越來(lái)越復(fù)雜，精度要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的沖床己經(jīng)不能滿足要求，數(shù)控沖床應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)控沖床自動(dòng)化的最終目標(biāo)就是:盡可能的減少人的直接參與，最大限度地降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化具體來(lái)說(shuō)主要是指包括材料供給、制品及廢料的排出、模具更換、沖床的調(diào)整與運(yùn)轉(zhuǎn)、沖壓過(guò)程異常狀況的監(jiān)視等作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化，將這些技術(shù)應(yīng)用到?jīng)_壓生產(chǎn)流水線的相應(yīng)環(huán)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。
近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，交流伺服技術(shù)越來(lái)越多的應(yīng)用到?jīng)_壓生產(chǎn)領(lǐng)域，使得沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化、柔性化的水平大大提高，但作為數(shù)控沖床的輔助裝置—自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，一直沒(méi)有得到應(yīng)有的重視。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)作為沖壓加工生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的最基本的要求，它的自動(dòng)化程度高低，直接影響著沖壓生產(chǎn)效率、生產(chǎn)節(jié)拍以及沖壓生產(chǎn)整體自動(dòng)化水平，只有其自動(dòng)化程度與沖壓設(shè)備相匹配甚至高于沖壓設(shè)備，才能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓生產(chǎn)的完全自動(dòng)化。因此，在發(fā)展沖壓成形設(shè)備的同時(shí)，給予送料機(jī)構(gòu)足夠的重視和研究是有著其實(shí)際的意義。
1.2課題研究的相關(guān)背景
沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化，手工送料逐步由自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)所取代，從而進(jìn)一步滿足沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化，大幅度提高生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)質(zhì)量，己是“大勢(shì)所趨”，但結(jié)合我國(guó)的實(shí)際國(guó)情及生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里可能還要進(jìn)行“服役”，要完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化可能還要有很長(zhǎng)的一段路要走。獲得自動(dòng)化數(shù)控生產(chǎn)的能力可以通過(guò)購(gòu)買新設(shè)備及對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行更新改造，但購(gòu)買新數(shù)控設(shè)備所需資金投入較大，淘汰替換下來(lái)的機(jī)床不但占用空間，同時(shí)也是資源上的一種浪費(fèi)，尤其是在在資金短缺的情況下，通過(guò)對(duì)舊設(shè)備的改造獲得數(shù)控加工能力不失為一種有效的途徑，一方面可以節(jié)約資金，另一方面可以將廢舊閑置的設(shè)備進(jìn)行充分的利用.為了保證工人的人身安全，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度，我們對(duì)沖壓機(jī)自動(dòng)化送料系統(tǒng)進(jìn)行了研制，在不對(duì)原設(shè)備進(jìn)行“根本性”改造的前提下，使鋁箔板件的沖壓實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。我們本著節(jié)約資金、降低成本，提高生產(chǎn)效率，保障人身安全的科學(xué)人性化管理的方針，對(duì)沖床進(jìn)行了數(shù)控改造和送料機(jī)構(gòu)的研制。
1.3數(shù)控機(jī)床與自動(dòng)送料技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì)
1.3.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生
機(jī)械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，改型也日益頻繁，對(duì)機(jī)床的性能、精度、自動(dòng)化程度等提出了越來(lái)越高的要求。在機(jī)械制造工業(yè)中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機(jī)械加工總量的70%～80%。為滿足多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的自動(dòng)化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適于產(chǎn)品頻繁變化的“柔性”自動(dòng)化機(jī)床，
在此背景下，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。
1.3.2計(jì)算機(jī)數(shù)控的發(fā)展
世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是由美國(guó)在五十年代開(kāi)發(fā)研制的，使用電子管元件，體積龐大。到六十年代，由于半導(dǎo)體晶體管的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性提高、價(jià)格下降。七十年代隨著中小規(guī)模集成電路的應(yīng)用并伴隨著紙帶傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大提高了機(jī)床的加工效率及使用的靈活性，也使數(shù)控機(jī)床日趨完善。八十年代以來(lái)，微處理器的發(fā)展與應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)也迎來(lái)了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)時(shí)代，隨著微處理器的運(yùn)算速度的不斷提高，數(shù)控機(jī)床的功能和應(yīng)用范圍也在不斷的發(fā)展與擴(kuò)大。數(shù)控裝置先后經(jīng)歷了電子管(1925年)、晶體管(1959年)、小規(guī)模集成電路(1956年)、大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī)(1970年)和微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)(1974年)等五代數(shù)控系統(tǒng)。前三代屬于采用專用控制計(jì)算機(jī)的硬接線(硬件)數(shù)控裝置，一般稱為CNC數(shù)控裝置。第四代數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)了采用小型計(jì)算機(jī)代替專用硬件控制計(jì)算機(jī)，這種數(shù)控系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)。自1974年開(kāi)始，以微處理機(jī)為核心的數(shù)控裝置得到迅速發(fā)展。
我國(guó)從1958年開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，自20世紀(jì)60年代中期進(jìn)入實(shí)用階段，80年代開(kāi)始，引進(jìn)日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)外著名數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)制造商的技術(shù)，使我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)在性能、可靠性等方面得到了迅速發(fā)展。經(jīng)過(guò)“六五”、“七五”、“八五”及“九五”科技攻關(guān)，我國(guó)己掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的核心內(nèi)容。目前我國(guó)已有數(shù)控系統(tǒng)(含主軸與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元)生產(chǎn)企業(yè)五十多家，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)百余家。
1.3.3沖壓設(shè)備及自動(dòng)送料裝置的發(fā)展方向
隨著電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制以及精密機(jī)械與測(cè)試技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，數(shù)控沖壓設(shè)備與自動(dòng)送料裝置也在隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展而在迅速發(fā)展和演變。概括起來(lái)主要表現(xiàn)在以下一些方面:
1．高精度化
當(dāng)代工業(yè)產(chǎn)品對(duì)精度的要求越來(lái)越高，很多精密零件的誤差范圍要求在微米以內(nèi)，與之相適應(yīng)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，各種加工精度補(bǔ)償技術(shù)得到了應(yīng)用和發(fā)展，機(jī)床結(jié)構(gòu)材料也開(kāi)始普遍采用各種性能穩(wěn)定、溫度影響小的新型材料，如:花崗巖、精密陶瓷等，使得數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)精度越來(lái)越高。作為數(shù)控自動(dòng)化的輔助裝置，自動(dòng)送料裝置的精度會(huì)直接影響產(chǎn)品的精度，追求自動(dòng)送料裝置的高精度化是永恒的主題，這主要表現(xiàn)在定位和進(jìn)給量的大小上。
2．高速度化
提高生產(chǎn)效率主要表現(xiàn)在提高機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速和送料的進(jìn)給量方面。如日本DIMAC公司生產(chǎn)的NC伺服輥輪送料機(jī)，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)高速送料，最高速度可以達(dá)到100mmin，使
機(jī)床的加工效率大幅提高。
3．高柔性化
市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，利用最少的設(shè)備來(lái)生產(chǎn)盡可能多的沖壓制件，間接的降低生產(chǎn)成本成為各個(gè)廠家竟相追求的目標(biāo)之一;同時(shí)當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化，對(duì)機(jī)床提出了更高的柔性加工要求，如在一臺(tái)沖壓設(shè)備中完成不同的模具加工等。這種將各種加工功能在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行集成，均是為了在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)一次裝卡、送料就能完成對(duì)零件的不同加工要求，這充分展示了機(jī)床及生產(chǎn)線加工的柔性，并有利于提高加工精度。
4．高自動(dòng)化
自動(dòng)化是指在全部加工過(guò)程中，減少“人”的介入，而能自動(dòng)地完成規(guī)定的任務(wù)。特別是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床與自動(dòng)送料裝置的結(jié)合，使其真正的高度自動(dòng)化成為可能。
5．高可靠性
大規(guī)模集成電路及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得數(shù)控機(jī)床越來(lái)越可靠。但是，由于使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，往往會(huì)受到很多的干擾，所以追求高可靠性是研究的一項(xiàng)重要課題。隨著我國(guó)沖壓行業(yè)的發(fā)展， 沖壓設(shè)備性能與世界的接軌，沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高，對(duì)沖壓生產(chǎn)的送料技術(shù)也提出越來(lái)越高的要求，以滿足與沖壓設(shè)備的配套。
6．交流伺服系統(tǒng)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)
近20多年來(lái)，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展.交流伺服自動(dòng)送料的動(dòng)力來(lái)自交流伺服電動(dòng)機(jī)，具有柔性化、智能化的特點(diǎn)，工作性能和工藝適應(yīng)性很強(qiáng)。在我國(guó)，較先進(jìn)的自動(dòng)送料裝置是深圳力豪公司的NCHF系列三合一伺服系統(tǒng)送料機(jī)，它適合于各種五金、電子、電器、玩具伺服送料及汽車零件連續(xù)沖壓加工，送料矯正;送料時(shí)可任意設(shè)定送料長(zhǎng)度，操作容易，安全及穩(wěn)定性高。但是，在該送料機(jī)中所用的伺服馬達(dá)、電子元件和控制器等都是從日本引進(jìn)的，國(guó)內(nèi)在這方面的技術(shù)還比較落后，因此，我們必須給予這方面技術(shù)充分的重視，加快研究開(kāi)發(fā)，以較快的速度追趕發(fā)達(dá)國(guó)家的研究步伐。
1.4課題研究的任務(wù)及達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)
本次改造任務(wù)包括機(jī)床的數(shù)控改造和自動(dòng)送料裝置的設(shè)計(jì)。改造的基本思想是保留原來(lái)的沖床機(jī)械裝置，對(duì)其控制電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)可在自動(dòng)或手動(dòng)方式下工作;設(shè)計(jì)出自動(dòng)送料裝置，進(jìn)料速度要能自動(dòng)調(diào)節(jié)且和沖床工作情況相協(xié)調(diào);整個(gè)裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn):
(1)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可在高度自動(dòng)化狀態(tài)下完成，自動(dòng)化程度達(dá)到或高于國(guó)內(nèi)同行先進(jìn)水平。
(2)人機(jī)交互應(yīng)直觀方便、界面友好、操作簡(jiǎn)單，中文數(shù)據(jù)處理顯示。
(3)監(jiān)視畫面可以動(dòng)態(tài)監(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，反映相關(guān)參數(shù)，比如進(jìn)料長(zhǎng)度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)時(shí)間、停止時(shí)間、成品數(shù)量、所選檔位等。
(4)進(jìn)料長(zhǎng)度可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同規(guī)格的產(chǎn)品。
(5)有一定的故障自診斷畫面報(bào)警功能。
(6)要有相關(guān)的安全保護(hù)措施，比如雙啟動(dòng)、急停、過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)等。
(7)可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)、點(diǎn)動(dòng)控制、參數(shù)設(shè)定等。
(8)系統(tǒng)要有較高的精度，進(jìn)料精度保證在0.5毫米以內(nèi)。
(9)自控系統(tǒng)無(wú)論在硬件選擇還是軟件編程上，應(yīng)保證系統(tǒng)的可靠性，使控制系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作在無(wú)故障或少故障狀態(tài)。
(10)在保證系統(tǒng)基本性能指標(biāo)的前提下，盡量節(jié)約成本，系統(tǒng)的性能價(jià)格比高，
(11)系統(tǒng)件應(yīng)具備可擴(kuò)展性和開(kāi)放性，保證系統(tǒng)投資的長(zhǎng)期效應(yīng)以及系統(tǒng)功能不斷擴(kuò)展的需要，并提供開(kāi)放式數(shù)據(jù)通訊，以適應(yīng)整個(gè)車間或單位聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行集散控制的需 要 。
第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
2.1自動(dòng)送料裝置的平面圖
如圖2.1所示
圖2.1
自動(dòng)送料裝置的工作原理：當(dāng)生產(chǎn)條件滿足,用PLC人機(jī)工作屏控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),使步進(jìn)電機(jī)輸出步進(jìn)角通過(guò)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)牽引送料，當(dāng)達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度時(shí),步進(jìn)電機(jī)停止,送料到位靜止后,沖床沖壓,將芯片成型。通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，從而使其往復(fù)自動(dòng)送料。
2.2供料方案分析
不同噸位的沖床因其沖壓力、運(yùn)動(dòng)慣性及運(yùn)動(dòng)部件慣量沖量作用,其沖頻是相對(duì)有
限的。微型或小型器件的沖制,因沖壓力小,運(yùn)動(dòng)件慣性小,作業(yè)時(shí)設(shè)備的穩(wěn)定性容易保持,因而具備提速的潛能,但提速的幅度與步進(jìn)的最大步距有關(guān)。目前,小型沖床極少采用液壓驅(qū)動(dòng)式,這是因?yàn)橐簤簺_床要求的外圍設(shè)備多且需頻繁進(jìn)行維護(hù)。針對(duì)主作業(yè)機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的沖床而設(shè)計(jì)的自動(dòng)步進(jìn)送料系統(tǒng)根本目的是為了提高沖床的加工速度。根據(jù)沖床配置送料機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源不同可以將步進(jìn)送料方式分為機(jī)械式、機(jī)電式、液壓式和氣動(dòng)式四類。由于后兩種方式對(duì)液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)有獨(dú)立的外圍配套要求,小型沖床普遍用機(jī)械式或機(jī)電式送料。常規(guī)機(jī)械方式有許多不同的設(shè)計(jì)方案:不完全齒輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)多桿組合機(jī)構(gòu)等。這些送料方式的共性問(wèn)題是送料運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性差、剛性沖擊大、響應(yīng)速度慢。高速?zèng)_壓加工時(shí),或者難以保證成型產(chǎn)品的精度;或者引起運(yùn)動(dòng)失步而根本無(wú)法完成沖制。因此不宜用作高速?zèng)_床的送料方案。文獻(xiàn)[1]全面論述了一種精密間隙機(jī)構(gòu)———空間凸輪機(jī)構(gòu),可以被選擇用來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)送料。間歇凸輪機(jī)構(gòu)有兩種形式———端面凸輪或徑向凸輪,這是一類具有高分度精度的空間傳動(dòng)裝置具有一系列的特點(diǎn):能夠通過(guò)機(jī)械的強(qiáng)制鎖合使主輔運(yùn)動(dòng)保持同步聯(lián)動(dòng);具有高承載能力和低維修率可滿足用戶所要求的特殊運(yùn)動(dòng)特征,對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行合理設(shè)計(jì)可得到好的高速動(dòng)態(tài)性能。這類機(jī)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置(ATC)、電機(jī)矽鋼片沖制以及其他步進(jìn)給料裝置中。但盡管如此,如果結(jié)合具體的沖床設(shè)計(jì),會(huì)發(fā)現(xiàn)這類機(jī)構(gòu)也存在問(wèn)題:①要保證加工精度,必先保證進(jìn)料精度,進(jìn)料精度主要取決于凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和定位精度。故凸輪機(jī)構(gòu)本身的加工制造需要專用的機(jī)床,尤其是服役于高速下的凸輪需進(jìn)行磨削加工。②空間凸輪機(jī)構(gòu)送料的沖床,加工柔性差,難以實(shí)現(xiàn)供料步距的無(wú)級(jí)化目標(biāo)。③一般而言,小型沖床為上驅(qū)動(dòng)式,主運(yùn)動(dòng)與供料運(yùn)動(dòng)的空間距離較大,同時(shí)分支傳動(dòng)的減速比大,故需采用較長(zhǎng)的傳動(dòng)連接,這樣勢(shì)必產(chǎn)生大的累積誤差,導(dǎo)致精度下降�；诖�,本設(shè)計(jì)提出并應(yīng)用了基于單片機(jī)控制的機(jī)電結(jié)合的沖床快速步進(jìn)供料系統(tǒng)的解決方案。
圖2.2 2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.3.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
步進(jìn)電機(jī)送料控制系統(tǒng)主要包括單片機(jī)主控電路、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路、檢測(cè)電路及接口電路等部分.控制系統(tǒng)硬件電路如圖2.3所示.
圖2.3單片機(jī)控制系統(tǒng)電路組成
單片機(jī)選用89C52,由于其內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器,使系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)及調(diào)試過(guò)程中十分容易進(jìn)行程序的修改.同時(shí),在系統(tǒng)工作過(guò)程中,能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息.單片機(jī)的看門狗電路采用集成的看門狗電路X25045,接線十分簡(jiǎn)單.系統(tǒng)顯示部分由6位LED數(shù)碼管組成,其中最高兩位作為功能、狀態(tài)指示符,低4位用來(lái)顯示數(shù)據(jù).顯示驅(qū)動(dòng)器選用的是帶有串行接口的8位LED控制驅(qū)動(dòng)器PS7219,它可同時(shí)、直接驅(qū)動(dòng)8位LED,與單片機(jī)的接口采用簡(jiǎn)單的3線SPI方式,因此硬件線路十分簡(jiǎn)單.鍵盤輸入設(shè)置了16個(gè)按鍵,識(shí)別方法采用簡(jiǎn)單實(shí)用的線反轉(zhuǎn)法,16個(gè)按鍵按4@4的矩陣接到P2口的8位IO口上,采用查詢方式工作.三相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選用了廠家配套的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),它與主機(jī)的接口是單片機(jī)的P1口,并通過(guò)光電隔離電路隔離,以避免驅(qū)動(dòng)器的強(qiáng)電部分對(duì)主機(jī)的干擾.為保證送料精度,步進(jìn)電機(jī)啟停階段采用運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性最好的三相六拍工作方式,以減小其脈沖當(dāng)量.沖頭位置檢測(cè)傳感器采用電感式接近開(kāi)關(guān),如圖2所示接到單片機(jī)的INT1口.為保證送料的準(zhǔn)確、及時(shí),應(yīng)通過(guò)調(diào)試將其安裝到合適的位置.沖頭位置檢測(cè)以中斷方式工作.
2.3.2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說(shuō)明書和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過(guò)答辯
在步進(jìn)電機(jī)及其控制設(shè)計(jì)時(shí),要將設(shè)定的行程和速度轉(zhuǎn)換成電機(jī)的步數(shù)和定時(shí)常數(shù),
以選擇步進(jìn)電機(jī).系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化,使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰,便于調(diào)試和修改.軟件模塊主要包括:初始化模塊、按鍵處理模塊、輸入處理模塊、顯示模塊等,程序流程如圖2.4所示.步進(jìn)電機(jī)的控制通過(guò)中斷子程序完成,當(dāng)沖頭位置信號(hào)到即進(jìn)入中斷子程序
.
圖2.4程序流程圖
初始化程序的主要任務(wù)是設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、置初始值、完成定時(shí)器初始化、PS7219初始化及中斷初始化.按鍵識(shí)別程序采用查詢方式,可分為兩步:第一步,將行線編程為輸入線,列線編程為輸出線,并使輸出為全零電平,則行線中電平由高到低所在行為按鍵所在行;第二步,將行線編程為輸出線,列線編程為輸入線,并使輸出為全零電平,則列線中電平由高到低所在行為按鍵所在列;綜合一、二步的結(jié)果,即可確定按鍵所在的行和列.為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,程序中采用了數(shù)據(jù)冗余、模塊令牌、程序陷阱等措施,以提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的可靠性和抗干擾能力.送料系統(tǒng)采用作為控制核心,實(shí)現(xiàn)開(kāi)卷、松卷、儲(chǔ)料、步進(jìn)送料、糾偏等功能,并與原有設(shè)備協(xié)調(diào)工作.
第3章 沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)組件絲杠的設(shè)計(jì)
圖3.1 選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為：磨制絲杠(右旋)
軸承到螺母間距離(臨界長(zhǎng)度)ln=1200mm,固定端軸承到螺母間距離Lk=1200mm 設(shè)計(jì)后絲杠總長(zhǎng)=1600mm,最大行程=1200mm,工作臺(tái)最高移動(dòng)速度Vman=14（mmin） 壽命定為L(zhǎng)h=24000工作小時(shí)。μ=0.1（摩擦系數(shù)）,電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax=1800（rmin） 定位精度：最大行程內(nèi)行程誤差=0.035mm,300mm行程內(nèi)行程誤差=0.02mm,
失位量=0.045mm,支承方式為(固定—支承),W=1241kg+800kg（工作臺(tái)重量+工件重量） g=9.8msec2(重力加速度),I=1(電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比) Fw=μ×W×g=0.1×2041×9.8≈2000N(摩擦阻力)
表3.1
Fa---軸向載荷（N）F---切削阻力（N）Fw ---摩擦阻力（N）
從已知條件得絲杠編號(hào)：此設(shè)計(jì)絲杠副對(duì)剛度及失位都有所要求，所以螺母選形為：FDG（法蘭式雙螺磨制絲杠），從定位精度得出精度精度不得小于P5級(jí)絲杠FDG_-_X_R-_-P5-1600X____
3.1計(jì)算選定編號(hào)
3.1.1導(dǎo)程
Pho?
Vmaxnmax?I
?14000?7.7mm 式（3-1）
在此為了安全性考慮：Pho=10(mm)
表3.2
3.1.2平均轉(zhuǎn)速
nm?
q1100100
q2q43
?n1?100?n2?100?n3?100?n4
?1400?100?100?100?60?100?12 式（3-2）
q
?
?266rmin
3.1.3平均載荷
Fm
式（3-3） ?3902N
3.1.4時(shí)間壽命與回轉(zhuǎn)壽命
Lh?mL?L=Lh?nm?60?24000?266?60?383040000轉(zhuǎn)次
式（3-4）
3.1.5額定動(dòng)載荷
以普通運(yùn)動(dòng)時(shí)確定fw取
1.4
Ca?Fm?fw?3902?1.4?39673N
式（3-5）
得：額定動(dòng)載荷Ca≥39673N
以Ca值從FDG系列表及（絲杠直徑和導(dǎo)程、絲杠長(zhǎng)度表）中查出適合的類型為： 公稱直徑：d0=40mm絲杠底徑：d0=33.9mm導(dǎo)程：Pho=10mm循環(huán)圈數(shù)：4.5 額定動(dòng)載荷為：48244N。
絲杠編號(hào)：FDG40×10R-P5-4.5-1600×____
3.1.6預(yù)緊載荷
Fao= Fmax3=110003≈3666N 式（3-6）
3.1.7絲杠螺紋長(zhǎng)度
Lu=L1-2Le 得出L1=Lu+2Le=1200+2×40=1280mm 式（3-7） 絲杠螺紋長(zhǎng)度不得小于1280mm加上螺母總長(zhǎng)一半84mm(從系列表中查出螺母總168mm)。
得絲杠螺紋長(zhǎng)度≥1364m。在此取絲杠螺紋長(zhǎng)度L1=1400mm,則軸承之間的距離Ls=1400mm絲杠編號(hào)：FDG-10R-P5-4.5-1600×1400
3.2絲杠公稱直徑
臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速：
nkper≤0.8×nk得出 nk ≥ nkper0.8 式（3-8） 以安裝形式確定fnk取18.9。
d27kn
nk?fnk?L2?10?d2?f?107
n
nk
n?L
?
2
18.9?107
式（3-9）
?13.7rmin
可知絲杠螺母底徑大于?13.7
當(dāng)Pho=10(mm)、最高轉(zhuǎn)速達(dá)到1400（rmin）時(shí)，系列表中適合的公稱直徑d0≥32mm。 上述由額定動(dòng)載荷Ca求得的公稱直徑d0=40mm>32，滿足條件，否則公稱直徑還應(yīng)加大。
絲杠編號(hào)：FDG40×10R–P5-4.5-1600×1400
3.3滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)剛度
初始條件：失位量=0.045mm。滾珠絲杠系統(tǒng)之間各元部件（絲杠、螺母、支承軸承），在此設(shè)為：0.04mm。此時(shí)滾珠絲杠系統(tǒng)各元部件單邊彈性變形量為：0.02mm。此時(shí)為無(wú)切削運(yùn)動(dòng)時(shí)的軸向載荷2000N。
3.3.1絲杠剛度
當(dāng)Ls1=Lk，Rs為最小，一般情況下計(jì)算最小剛度值。
(d?0.70DW7
Rs?165?0
Ls1
2
)
40?0.707?5951
?165?()3 式（3-10）
1200
?176N/?m
δ=FaRs=2000176≈11.4μm 沖床自動(dòng)送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 式（3-11）
3.3.2螺母剛度
在此預(yù)緊載荷為額定動(dòng)載荷的10%，螺母剛度從表中查出 R=2128Nμm 從表中查出額定動(dòng)載荷Ca=48244N,在此ε取0.1．
Fao1
Rnu?0.8?R?()3
??Ca
1
3666
?0.8?2128?()3 式（3-12）
0.1?48244
?1554N/?m
δnu=FaRnu=20001554 ≈1.3μm 式（3-13）
3.3.3支承剛度
支承軸承剛度RaL可從軸承生產(chǎn)廠產(chǎn)品樣本中的查出。 在此RaL=1020Nμm RaL=Faδ
aL
得出δaL=FaRaL= 20001020 ≈ 2μm 式（3-14）
3.3.4軸向總剛度
1Rtot = 1Rs + 1Rnu + 1RaL =1176 + 11554 + 11020
≈1138 得出Rtot≈137 Nμm 式（3-15）
3.4總彈性變形量(單邊)
δ
tot
= δs + δnu + δaL =11.4+1.3+2
=14.7μm ≤20μm，合格。 式（3-16）
從絲杠軸向總剛度的問(wèn)題上來(lái)講，絲杠的剛度有時(shí)比螺母的剛度重要，最佳提升剛性的方法是提高絲杠的剛度，而不是在螺母上施加太重的預(yù)緊載荷(預(yù)緊載荷最高為額定動(dòng)載荷的10%)，如果將絲杠的安裝方式改為（固定-固定）式，軸向總剛度的最小剛度Rtot≈305Nμm、總彈性變形量(單邊)δs=6.7μm。
3.5電機(jī)的選定
3.5.1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩
Fa為無(wú)切削軸向載荷2000N。
MFa?Phota?
2000????
?2000?102000?3.14?0.9
?3.5NmFa為輕切削軸向載荷4000N。
MFa?Phota?
2000????
?4000?102000?3.14?0.9
?3.5NmFa為普通切削軸向載荷7000N。
MFa?Phota?
2000????
?7000?10 2000?3.14?0.9
?12.4NmFa為重切削軸向載荷11000N。
MFa?Phota?
2000????
?11000?10 2000?3.14?0.9
?19.5Nm由預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 在此Kp取0.18
MFao?Pho?kp
ta?
2000?? ?5000?10?0.8 2000?3.14
?1.4Nm式（3-17）
式（3-18）式（3-19）
式（3-20）
式（3-21）
在精確設(shè)計(jì)中要考慮各方面的轉(zhuǎn)矩(如：加速度時(shí)之負(fù)載轉(zhuǎn)矩及馬達(dá)所負(fù)荷的總慣性矩等)。I=1（電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比）
平均速度時(shí)最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩
Mt1=Mta+Mte=19.5+1.4≈21Nm 式（3-22）
在此馬達(dá)轉(zhuǎn)速最高設(shè)計(jì)為1500rmin
電機(jī)的選定時(shí)，一般來(lái)說(shuō)以平均速度時(shí)的 Mt1 在電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的30%以內(nèi)情況下使用。
3.6檢校
3.6.1絲杠理論容許軸向載荷
以安裝形式確定fFk取20.4
Fk=fFk×d24Lk2×104 =20.4×33.921200×104≈187097N 式（3-23）
3.6.2絲杠工作容許軸向載荷
Fkzul =Fk2=1870972≈93549N 式（3-24）
最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷，合格。
3.6.3臨界轉(zhuǎn)速
以安裝形式確定取18.9
nk=fnk×d2Ln2×107=18.9×33.912002×107≈4449 rmin 式（3-25）
3.6.4允許工作轉(zhuǎn)速
nkper≤0.8×nk=0.8×4449≈3559 rmin 式（3-26）
最大運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速小于允許工作轉(zhuǎn)速，合格。
第4章 基于ProE的沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)裝配圖
如圖4.1所示
圖4.1
4.１沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)重要組件零件圖
4.１.１導(dǎo)向桿
圖4.2
4.１.２導(dǎo)向桿座
4.１.３絲杠
4.１.４絲杠螺母
圖4.3
圖4.4
圖4.5
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