畢業(yè)設(shè)計（論文）-鋼球冷鐓試驗裝置三維建模與結(jié)構(gòu)設(shè)計

ⅠⅠ題目鋼球冷鐓試驗裝置三維建模與結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘要ⅡⅡ鋼球是軸承的重要組成部分，目前無論是汽車，航空還是制造業(yè)對于鋼球的需求量都是非常巨大。如何在設(shè)計和制造中進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，走向中、高端化，提高鋼球生產(chǎn)技術(shù)，保證鋼球生產(chǎn)的質(zhì)量成本和環(huán)保方面達(dá)到世界先進(jìn)水平都是目前要面對的問題。本文通過檢索大量相關(guān)文獻(xiàn)，從多個傳動方案中選擇出運用兩組帶傳動，兩組凸輪機構(gòu)，一組曲柄滑塊機構(gòu)來對冷鐓機的傳動機構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；同時就機床床身的設(shè)計展開研究，最后通過三維建模對所設(shè)計的機構(gòu)進(jìn)行零件的裝配。確保所設(shè)計的冷鐓機能夠降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，保證產(chǎn)品生產(chǎn)的精度，為以后設(shè)計冷鐓機提供參考。關(guān)鍵詞：冷鐓機；帶傳動；曲柄滑塊機構(gòu)；凸輪全套圖紙加V信153893706或扣3346389411

ABSTRACT緒論1.1本課題研究意義隨著中國工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車制造，航空航天，煤炭這些行業(yè)需要的鋼球數(shù)量在迅速增加。有關(guān)資料顯示，每年我國所需的鋼球數(shù)量達(dá)到2000萬億顆以上。[1]可見，中國的鋼球市場有很大的發(fā)展空間。鋼球是軸承的重要組成部分，它的質(zhì)量往往決定了我們生產(chǎn)軸承性能如何以及這個軸承能夠使用多長時間。不銹鋼球通常是在酸性環(huán)境下工作的，又對它的耐酸精度有一定的要求，目前我國國內(nèi)還不能做到大量生產(chǎn)，滿足不了工業(yè)所需數(shù)量，因此需要大量從國外進(jìn)口，很大程度上阻礙了我國制造業(yè)和國防的發(fā)展。制造鋼球的第一步就是冷鐓工藝，其加工的好壞對之后的生產(chǎn)加工產(chǎn)生很大的影響。冷鐓成形的球坯的尺寸大小，表面粗糙度對鋼球生產(chǎn)所需的時間和成本有著至關(guān)重要的影響。如何在生產(chǎn)如此龐大數(shù)量的鋼球的時候保證所需的人力，物力，時間能夠做到最合理化的運用是當(dāng)前鋼球生產(chǎn)廠家多面對的問題，同時也是本課題研究的意義所在。本課題設(shè)計的軸承鋼球生產(chǎn)過程采用在線監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)冷鐓工序中球坯在成形的時候迅速對其質(zhì)量實行在線監(jiān)測，光球設(shè)備壓力不需要手動控制，全程全自動。致力于解決現(xiàn)階段鋼球生產(chǎn)時，成本控制不嚴(yán)格問題，緩解鋼球生產(chǎn)設(shè)備因缺少在線監(jiān)測系統(tǒng)所造成一些不必要的問題，提高的鋼球生產(chǎn)的精度質(zhì)量。關(guān)于冷鐓成形系統(tǒng)質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，大致來說就是在冷鐓設(shè)備上增加在線監(jiān)測設(shè)備，保證球坯的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。其中光球設(shè)備壓力自動控制系統(tǒng)是在現(xiàn)有設(shè)備上增加壓力控制裝置，達(dá)到減少人力以及降低人力控制所造成的誤差，從而達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量提高生產(chǎn)穩(wěn)定性的目的。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)覆蓋了整個生產(chǎn)過程，可以通過監(jiān)測設(shè)備查看生產(chǎn)環(huán)節(jié)。1.2我國鋼球生產(chǎn)的現(xiàn)狀及發(fā)展我國的鋼球生產(chǎn)開始于建國初期，隨著熱處理技術(shù)不斷改進(jìn)，光球技術(shù)和大循環(huán)精加工等新技術(shù)的應(yīng)用以及高速高精度自動冷鐓機，高精度磨球機等先進(jìn)設(shè)備的研發(fā)使用，我國的鋼球生產(chǎn)裝備和鋼球精度得到飛速的發(fā)展。在1980年，我國又從發(fā)達(dá)國家購買了200多臺先進(jìn)的加工設(shè)備，引進(jìn)了6條不同規(guī)格的鋼球生產(chǎn)加工線還有一些軟件技術(shù)。從此我國鋼球生產(chǎn)朝著世界先進(jìn)水平邁向一大步。[15]盡管這樣，我國的鋼球生產(chǎn)技術(shù)相比于世界先進(jìn)水平還是有著不小的差距，導(dǎo)致這種情況的原因有很多點：首先，鋼球生產(chǎn)的原料質(zhì)量瑕疵比較大，脫碳嚴(yán)重，這也是我國鋼球加工加工余量大，材料浪費嚴(yán)重的主要原因之一。同等質(zhì)量的材料，國外的產(chǎn)量比我國高出30%左右。[16]其次，先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)并未在我國普及，一些中小企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)落后，顯得國內(nèi)鋼球生產(chǎn)技術(shù)參差不齊，兩極化比較嚴(yán)重。第三，我國的鋼球生產(chǎn)裝備各式各樣，沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，很難形成一個比較完整的加工生產(chǎn)線。[5]針對以上情況，在十二五的時候我國制定了一系列方針來促進(jìn)鋼球生產(chǎn)發(fā)展。以后的鋼球生產(chǎn)制造將向一下目標(biāo)發(fā)展：首先穩(wěn)定生產(chǎn)G5、G3級精密鋼球；其次少工藝，生產(chǎn)時間減少，效率高，質(zhì)量好方向發(fā)展；第三形成以工序為基礎(chǔ)的機群生產(chǎn)向以規(guī)格為單位的連線發(fā)展；第四專業(yè)化、批量化；第五采用小顆粒樹脂砂輪代替初研；第六渦流探傷機研制；第七鋼球洗機的研制；第八在線測量和數(shù)控技術(shù)研制。[6]目前，世界先進(jìn)鋼球生產(chǎn)技術(shù)主要掌握在瑞士、美國、日本等國手中，他們的冷鐓機生產(chǎn)的鋼球無論是質(zhì)量，還是精度都是世界領(lǐng)先水平。美國國民機器公司（NationMachineryCompany）作為目前世界第一大國，美國的科技發(fā)展時間要比中國長久不少，美國工業(yè)機器相比于中國也要先進(jìn)不少。這家公司可以說是世界上冷成形設(shè)備設(shè)計、開發(fā)、制造方面的領(lǐng)頭者。PumaFX是這家公司最新研發(fā)的冷鐓設(shè)備，擁有著先進(jìn)的機加工、檢測、裝配和測試設(shè)備。該型號設(shè)備主要制造大批量標(biāo)準(zhǔn)緊固件和汽車緊固件，能夠提高生產(chǎn)效率減少生產(chǎn)成本。PumaFX機型相比于其他機型，在生產(chǎn)速度上是其他機型的2倍，加工精度是3倍，最重要的是使用壽命是4倍，可以說是目前最好的冷鐓機器。[17]圖SEQ圖\*ARABIC1.1PumaFX冷鐓機國內(nèi)而言，目前處于國內(nèi)鋼球冷鐓行業(yè)的領(lǐng)頭者是齊齊哈爾第二機床，開發(fā)的BP型冷鐓機，綜合性能在國際上只能處于中等水平。對于冷鐓機的研究國內(nèi)一些專家也做出了一系列的方案。比如，劉綱[29]在自動冷鐓機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中針對冷鐓機床出現(xiàn)偏振問題提出了一些改進(jìn)方法：運用壓縮空氣的方法實現(xiàn)冷鐓機的接通與斷開，當(dāng)發(fā)生超載是，離合器會自動脫落，保證設(shè)計的完好性，降低冷鐓機運行發(fā)生故障概率，減少冷鐓機占用的空間，提高主軸傳動系統(tǒng)質(zhì)量。除此之外，在航天航空使用的鈦合金緊固件，因為工作環(huán)境惡劣，所需的零件，一般冷鐓機無法制造，關(guān)于這一問題劉志家[28]在Z12—8A冷鐓機的加熱改造中提出了解決方法。首先在在冷鐓機床的進(jìn)料管中增加陶瓷管來承受高溫，然后在陶瓷管的外面纏繞螺旋銅管，最后將感應(yīng)加熱設(shè)備的啟停加入主機停送料選擇按鈕中。通過這幾種方法，很好的解決了鈦合金緊固件的生產(chǎn)問題。在鋼球的冷鐓過程中，如何準(zhǔn)確的測量出鋼球的性能和質(zhì)量，Ying-junLi,Gui-congWang,Huan-yongCui,Shu-kunCao,Xiang-yuWang[25]在DynamiccharacteristicsandoptimizationresearchonPVDFpiezoelectricfilmforcesensorforsteelballcoldheadingmachine一文中提出采用機理分析、數(shù)學(xué)建模、數(shù)值模擬和試驗論證相結(jié)合的方法研究了用于冷鐓鋼球質(zhì)量監(jiān)測的pvdf薄膜力傳感器的動態(tài)特性和優(yōu)化。其動機和戰(zhàn)略目標(biāo)是突破鋼球鍛造過程中動態(tài)時變沖擊載荷測量的基本技術(shù)。介紹了壓電薄膜力傳感器的結(jié)構(gòu)。利用matlab軟件，推導(dǎo)并計算了固有頻率的理論公式。該有限元分析用于分析動力學(xué)模型的力學(xué)性能和優(yōu)化結(jié)構(gòu)。為了研究該方法的有效性，制作了傳感器樣機。設(shè)計了靜態(tài)和動態(tài)標(biāo)定裝置，實現(xiàn)了pvdf壓電薄膜力傳感器的標(biāo)定實驗。給出了實驗值、模擬值和理論值之間的差異。傳感器的非線性誤差為0.197%。傳感器的第一固有頻率是5238赫茲。實踐證明，pvdf壓電薄膜力傳感器具有良好的動態(tài)性能和較高的測量精度。為實現(xiàn)高性能鋼球的生產(chǎn)提供了重要的科學(xué)技術(shù)依據(jù)。[7]以上四張圖皆為國內(nèi)冷鐓機圖：第二章傳動方案的比較本實驗裝置的傳動裝置由兩組帶傳動、曲柄滑塊傳動、兩組凸輪機構(gòu)組合而成。2.1帶傳動帶傳動就是兩個或者兩個以上帶輪之間用帶作為拉動零件的一種傳動方式，帶傳動工作的原理就是借助零件之間摩擦力或者是嚙合來傳遞運動或者傳輸動力。根據(jù)帶的截面的不同可以分成平帶輪傳動、V帶傳動還有同步帶傳動以及多鍥帶傳動。帶傳動具有以下的優(yōu)點：(1)其他零件產(chǎn)生的載荷沖擊可以通過帶傳動緩慢減??；(2)帶傳動相比于其他傳動振幅小，而且傳動時產(chǎn)生的聲音比較小；(3)帶傳動安裝起來比較方便只要連接兩個帶輪即可，安裝精度要求不高而且制動起來也比較簡單；(4)當(dāng)承載的重量超標(biāo)時會產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，避免損壞其他零件；(5)可以根據(jù)傳動距離長短增加帶的長度，最大可以達(dá)到15m。當(dāng)然帶傳動也會存在一些缺點：(1)因為打滑還有彈性滑動的存在，傳動的效率與其他傳動相比比較低，傳動比也會隨之發(fā)生變化需要同步帶輪來確保；(2)傳遞同樣的圓周力，所承受的壓力要比嚙合傳動大上不少；(3)帶使用的時間比較短[18]。由于本實驗裝置電機與大帶輪的傳動要求并不高，所以采用帶傳動可以說比較合理，700KW的傳動速率足夠滿足帶傳動所需的功率。在電機上安裝小帶輪，V帶把從小帶輪傳動的動力傳動到大帶輪進(jìn)行降速，大帶輪安裝在曲軸上，大帶輪帶動著曲軸的轉(zhuǎn)動。還有一組同步帶輪傳動時由小同步帶輪、大同步帶輪、同步帶、擋板、還有緊定螺釘組成。[6]輪緣、輪轂、腹板是組成帶輪的三個部件，一般當(dāng)帶速小于30米每秒時，帶輪的材料一般選用HT200，當(dāng)速度過高時，我們通常采用鋼來制作帶輪。大帶輪通常采取輪輻截面為橢圓形，長軸與回轉(zhuǎn)面重合的結(jié)構(gòu)。如果帶輪的表面粗糙度過大，帶的使用時間會大大縮短。帶輪工作的時候主要受力區(qū)是輪緣，每個輪輻所承受的載荷也不一樣，所以我們一般認(rèn)為只有Za/3的輪輻進(jìn)行傳遞轉(zhuǎn)矩。懸臂梁的彎曲計算公式為:（2-1）帶傳動的主要參數(shù)有：中心距a；帶長L；帶輪直徑D1，D2；包角α1。關(guān)系如下;（2-2）改善帶傳動工作能力的方法：（1）適當(dāng)?shù)脑黾訋У哪Σ料禂?shù)選擇摩擦系數(shù)比較高的材料，其中摩擦系數(shù)與帶和帶輪材料，帶傳動的速度和滑動率有關(guān)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面可以利用楔形增壓原理采用V帶傳動，其當(dāng)量摩擦系數(shù)，比平帶輪傳動高70%。（2）增大α1包角越大，有效拉力越大從而能夠提高傳動工作的能力。小的傳動比，大的中心距，緊張裝置都可以增加哦傳動能力；（3）盡量在最佳速度下工作傳遞功率最大時最佳速度為0.58Vlim；（4）采用高強度帶材料可以采用鋼絲繩、滌綸等混合纖維作為帶的承載層。[11]2.2曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)是指由曲柄和滑塊組成一個實現(xiàn)轉(zhuǎn)動和移動的傳動結(jié)構(gòu)。其中滑塊指的是與機架相連用于移動的部件，通過連桿與曲柄相連。生活中常見的帶有曲柄滑塊的機構(gòu)有在活塞式發(fā)動機的主機構(gòu)、壓縮機、沖床等中，往復(fù)運動可轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，壓縮機、沖床以曲柄為活動部件，將全旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為往復(fù)運動。偏置式曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊具有快速返回的特點，用來實現(xiàn)鋸片的慢速前進(jìn)和快速返回的目的。利用滑塊的曲柄角度和滑塊的滑動軌跡以及滑塊作為曲柄的運動特性。曲柄滑塊偏置曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊具有\(zhòng)t"/item/%E6%9B%B2%E6%9F%84%E6%BB%91%E5%9D%97%E6%9C%BA%E6%9E%84/_blank"急回特性，\t"/item/%E6%9B%B2%E6%9F%84%E6%BB%91%E5%9D%97%E6%9C%BA%E6%9E%84/_blank"鋸床就是利用這一特性來達(dá)到鋸條的慢進(jìn)和空程急回的目的。[19]由曲柄轉(zhuǎn)角和滑塊滑動的軌跡以及看做是曲柄滑塊的運動特性。述曲柄滑塊組構(gòu)將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€往復(fù)運動，對心曲柄滑塊機構(gòu)能夠減少設(shè)計過程中的任務(wù)量，又可以獲得更大的冷鐓力；所述滑塊組與直線導(dǎo)軌連接，使得滑塊組更好的進(jìn)行往復(fù)運動。曲柄滑塊具有以下幾點優(yōu)點：（1）曲柄滑塊機構(gòu)是通過面與面接觸，這樣接觸面積廣，每個接觸點所承受的壓力相比之下小，承受的壓強小，可以大范圍的涂抹潤滑油，從而減少傳動過程中的摩擦，從而增加機構(gòu)使用的壽命；傳遞的動力也會有很大增加；（2）加工曲柄滑塊的過程比較簡單，所花費的人力物力小，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確傳動；

（3）可以在曲柄與滑塊之間增加連接桿，傳動距離不夠時，可以通過增加桿長來增加傳動的距離;

（4）可以通過增加多個連接桿來進(jìn)行不同形式的傳動。[20]

當(dāng)然曲柄滑塊機構(gòu)也存在以下幾個缺點:

（1）因為曲柄滑塊是通過面接觸低副，所以中間存在著空隙，這樣不能很好的傳動;

（2）連接桿不能完成一些復(fù)雜的傳動形式。曲柄滑塊根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可以分為3大類：對心曲柄滑塊、偏置曲柄滑塊、偏心輪機構(gòu)。當(dāng)曲柄長度很小的時候，我們通常把它做成偏心輪，這樣做的目的是增加軸頸的尺寸從而能夠增加偏心軸的強度和剛度。位于軸頸中間的連桿能夠讓整個機構(gòu)看起比較簡單。[12]通常偏心輪機構(gòu)出現(xiàn)在運動比較復(fù)雜非線性傳動等時候，目的是讓傳動變得更加穩(wěn)定，傳動平衡性好。在滑塊進(jìn)行往復(fù)運動的過程是勻速運動的，可以做急回性運動，能夠很好的提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。但是，簡單的對心曲柄滑塊機構(gòu)并不能實現(xiàn)勻速運動和急轉(zhuǎn)運動。曲柄滑塊動力學(xué)特性：曲柄滑塊所受的力是經(jīng)過曲柄傳到連桿上，同時滑塊也對其產(chǎn)生一個壓力，兩者之前關(guān)系如下：P1cosθ=P2；曲柄頸處，沿著半徑方向的力P3和P4的關(guān)系是：P3=P4cos(θ+φ)。曲柄滑塊機構(gòu)在做往復(fù)運動和轉(zhuǎn)動的時候質(zhì)心加速度和角加速度會產(chǎn)生呈現(xiàn)周期性變化的振動力和力矩，從而造成噪聲污染，加快結(jié)構(gòu)損壞程度，降低運動的精確度。關(guān)于這些問題可以從以下幾個方面去避免：（1）在構(gòu)件上附加平衡重，使總質(zhì)心保持不變，從而使振動力保持平衡。（2）在機構(gòu)上附加其他機構(gòu)保持平衡[8]。2.3凸輪機構(gòu)圓柱凸輪通過深溝球軸承安裝在機身上，小同步帶輪帶動圓柱凸輪，通過套筒和軸肩對深溝球軸承進(jìn)行定位。圓柱凸輪的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為滾子的往復(fù)直線運動，滾子帶動推桿進(jìn)行往復(fù)直線運動。伺服電機通過聯(lián)軸器連接減速器，帶動減速器的輸出軸轉(zhuǎn)動，平面凸輪安裝在減速器輸出軸上，減速器輸出軸帶動平面凸輪轉(zhuǎn)動，彈簧壓盤與焊接六角螺母焊接在一起，頂料桿中間有螺紋，通過螺紋連接將焊接件與頂料桿相固定，平面凸輪轉(zhuǎn)動帶動頂料桿往外運動，在彈簧的作用下頂料桿回復(fù)原位，形成往復(fù)直線運動。[21]凸輪機構(gòu)可以說是實現(xiàn)從動件按照預(yù)先設(shè)定規(guī)律變化最簡單的機構(gòu)，一般來說凸輪機構(gòu)主要包括凸輪、從動件、機架三個部件。凸輪機構(gòu)有以下幾個優(yōu)點：只要凸輪的外形適當(dāng)，就可以讓從動件按照想法去運動。凸輪機構(gòu)機構(gòu)比較簡單、設(shè)計起來比較方便、部件之間緊湊。凸輪機構(gòu)的缺點也很明顯：凸輪與從動件之間是通過點或線接觸實現(xiàn)傳動，這個傳動方式對于凸輪來說會造成破壞，當(dāng)傳動力過大，凸輪機構(gòu)可能會崩壞凸輪是不規(guī)則的幾何形狀，所以凸輪加工相比于其他的比較困難凸輪傳動一辦來說傳動距離比較短，只有短的傳動才不會增加凸輪的變形。[13]本裝置采用圓柱凸輪來傳動，當(dāng)凹槽里的滾子跟隨從動件做圓弧運動時候，滾子會插入凸輪槽中，插入的深度也是不一樣的。方法如下：減小從動件的最大擺角；讓從動件中間位置與凸輪軸線交錯垂直；取從動件擺動軸線與凸輪軸線之間的距離為。本章小結(jié)：本章通過對不同傳動形式的對比，根據(jù)其優(yōu)缺點，選取了兩組帶傳動，兩組凸輪機構(gòu)，一組曲柄滑塊機構(gòu)構(gòu)成冷鐓機的傳動系統(tǒng)。盡可能的做到傳動速率快，傳動平穩(wěn)，簡單的目的。第三章冷鐓工藝研究和冷鐓機結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1設(shè)計任務(wù)3.1.1工作原理及工藝過程：采用冷鐓的方法將鋼球鐓出，可以很大程度上減少加工時間并且可以大大節(jié)約生產(chǎn)所需的材料，避免造成一些不必要的浪費，節(jié)約資源。冷鐓鋼球主要完成以下任務(wù)：自動持續(xù)送料截取材料并且運送材料預(yù)鐓和終鐓將材料頂送到模具上3.1.2主要的技術(shù)參數(shù)：產(chǎn)量：250—300粒每分鐘材料直徑：5-10毫米冷鐓次數(shù)的決定：在進(jìn)行冷鐓的過程中，由于金屬具有硬化的性質(zhì)，抵抗變形能力也隨著增大。超過金屬本身承載能力是，零件會呈現(xiàn)出碎裂現(xiàn)象，零件尺寸不同，材料不同，選擇允許變形的范圍也不同。[22]一般冷鐓變形程度常用下式表示:（3-1）式中ε為冷鐓變形程度H0為鐓粗前毛坯原始高度H1為鐓粗后零件高度幾種常見的金屬材料在冷鐓時表面出現(xiàn)裂紋時的最大許用變形程度如下：表SEQ表\*ARABIC1幾種常見材料許用變形程度`材料ε1080%3573%40Cr74%30CrMo55%65Mn50%鋁>95%銅>95%3.1.3冷鐓壓力的計算：影響著冷鐓壓力大小的幾個因素為：材料的尺寸，強度，剛度，冷鐓加工方式，是否使用潤滑油等。想要準(zhǔn)確的計算出冷鐓力，首先要選擇合理噸位的設(shè)備，選擇合理的模具。控制鐓壓力大小可以從鐓壓次數(shù)，鐓壓程度，改變模具形狀，降低每次鐓壓產(chǎn)生的壓力。[23]冷鐓過程的冷鐓力的理論公式計算十分復(fù)雜，因此用得不廣，工程上通常由下面的較為方便且有相當(dāng)準(zhǔn)確性的經(jīng)驗公式法求得:（3-2）式中P—冷鐓力H—冷鐓頭部高度D—冷鐓頭部直徑F—頭部工具接觸投影面積[4]圖3.1計算冷鐓力的系數(shù)值冷鐓力P=405KN冷鐓力的精確計算為后面冷鐓機結(jié)構(gòu)設(shè)計與選型奠定了基礎(chǔ)，它將直接關(guān)系到主電機的選型以及其他相關(guān)零件的設(shè)計。[3]3.1.4結(jié)構(gòu)特點：由兩組帶傳動、曲柄滑塊機構(gòu)，兩組凸輪機構(gòu)組合而成，從而實現(xiàn)鋼球的冷鐓、送料、頂料等工藝過程。進(jìn)料:進(jìn)料調(diào)整盤是用來實現(xiàn)自動送料的關(guān)鍵所在，其安裝位置是在大皮帶輪上。齒輪推動座是由進(jìn)料拉桿帶動的，棘爪帶動棘輪之后齒輪還有線輪開始運動。進(jìn)料調(diào)整盤是用來控制進(jìn)料距離的。如果需要人工進(jìn)料的話只需要將前坐上的壓緊彈簧的螺栓松開，也可將棘爪頂起。剪料:主軸帶動滑臺做往復(fù)運動，同時還帶動曲軸偏心輪相連的切料連桿，從而帶動切料凸輪水平運動，推動剪切刀具前后運動實現(xiàn)剪料動作。送料:圓柱凸輪組根據(jù)運動曲線設(shè)計，與平面凸輪相比，曲面設(shè)計上有些困難，圓柱凸輪的曲面受角度的限制，為同時滿足滑塊組到來前將棒料送到冷鐓模凹模和推桿在滑塊到達(dá)前安全退出的條件，要求圓柱凸輪的轉(zhuǎn)速高于曲軸的轉(zhuǎn)速，設(shè)計出了圓柱凸輪的曲面。采用恒定傳動比i的同步帶進(jìn)行傳動，同步帶優(yōu)點是傳動距離較遠(yuǎn)，避免了圓柱凸輪組與曲軸過于緊湊，滾子與推桿的往返運動實現(xiàn)了間歇送料。冷鐓:小帶輪安裝在電機上，通過v帶傳動到大皮帶輪進(jìn)行減速，大皮帶輪安裝在曲軸上，大皮帶輪驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸通過滑動軸承固定在機身上，大皮帶輪和大同步皮帶輪通過套筒定位，通過套筒和軸肩對滑動軸承進(jìn)行定位，曲軸端部安裝磁粉制動器，上軸瓦與滑塊組通過六角頭螺栓進(jìn)行連接，從而完成冷鐓功能。頂料:中軸在實現(xiàn)送料的同時，通過偏心輪來帶動頂料連桿機構(gòu)推動床身上的頂料機構(gòu)，從而實現(xiàn)將半成品從動模頂出的動作。3.1.5操作方法開機時首先要啟動油泵電機，啟動后可以使?jié)櫥蜐櫥恳粋€部件，過載保護(hù)可以確保電機能夠安全運行。之后啟動主電機，等到機器正常運行后圓柱凸輪轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為滾子往復(fù)直線運動，完成送料。關(guān)機時，第一步就是停止凸輪轉(zhuǎn)動，停止進(jìn)料。3.2冷鐓機結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2.1床身的設(shè)計在床身上安裝著各種各樣的運動零件傳動零件，它在整個機器中主要起支撐各種傳動零件的作用，例如齒輪、軸承、軸等，保證他們能夠正常運動以及確保運動的精度。同時床身還可存儲一定數(shù)量的潤滑油，確保每個零件都能夠潤滑。設(shè)計床身首先要考慮的問題就是床身上每個零件的位置布局，以及如何安裝在床身上，主要確定床身的形狀還有尺寸大小。除此之外還應(yīng)該考慮下面幾個問題：床身所要承受的壓力，以及床身的強度和剛度時候能夠達(dá)到要求。滿足強度大小要根據(jù)工作時候所要承受的最大載荷驗算靜強度，是否超出床身的疲勞極限。床身的剛度分為靜剛度和動剛度，所謂的靜剛度就是床身在靜載荷下抵抗變形的能力，動剛度是考驗床身抗振能力的大小。[24]床身熱量傳遞能力以及在工作時產(chǎn)生的熱變形問題。機器工作過程中通過與不同零件之間以及切削材料會產(chǎn)生很多熱量，這會導(dǎo)致潤滑油的粘度發(fā)生變化，使其潤滑能力大大降低，熱量的不斷傳遞使床身溫度不斷升高產(chǎn)生熱變形，床身每個地方發(fā)生的熱變形程度不同，這會影響加工精度還有床身的使用壽命。結(jié)構(gòu)設(shè)計是否存在問題。比如支撐點的選擇，筋的布置，以及開孔的位置還有如何連接每個零件等能夠大大提高床身的強度和剛度。工藝性好。包括毛坯制作，機加工以及熱處理，裝配調(diào)整，安裝固定，吊裝運輸，維護(hù)修理等各個方面的工藝性。結(jié)合以上幾點，考慮到冷鐓機在工作的過程中需要高強度，高剛度以及抗震能力好的材料來承受沖擊壓力，因此采用綜合表現(xiàn)能力較好的QT500-7材料。[25]3.2.2主傳動部件設(shè)計主傳動部件主要構(gòu)成有曲軸，中軸，傳動軸還有其他附件組成。冷鐓機在工作時候，給予主軸一個動力使其帶動曲柄滑塊形成鐓壓動作，除此之外也帶動其他運動機構(gòu)做運動，由此可見曲軸質(zhì)量的好壞對冷鐓機生產(chǎn)的成功率有著很大的影響。在設(shè)計冷鐓機主曲軸的時候，應(yīng)該綜合各個方面考慮。如何做到性價比最高，功能性最好。影響這些問題的主要因素有以下幾點：強度、剛度、模態(tài)、疲勞特性、精度、熱變形等。主曲軸的結(jié)構(gòu)主要是中間粗兩頭細(xì)，這樣可以適應(yīng)主軸各個部位所帶來載荷的大小，能夠滿足剛度要求，并且為其他零件安裝提供足夠位置，方便加工和安裝。其他傳動軸的結(jié)構(gòu)也大致如此。[27]3.2.3電機選擇電機是本文機器的動力來源，電機的如何選擇也是整體設(shè)計中重要的一個部分。在電機的選擇時要考慮以下幾個問題：機器在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的載荷大小，對于電機性能要求程度多高。對于無調(diào)速要求的機械通常采用普通籠型電動機，應(yīng)用最為廣泛的電機，其他的還有同步電動機如大型風(fēng)機、壓縮機；繞線型電機。如果需要電機才傳動時能夠調(diào)速，就需要多速籠型電機，直流電機或變頻調(diào)速電機。電動機功率也是選擇時要考慮的重要原因。電動機的功率決定這這個機器負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，傳動速度變化情況，還有多次啟動之后電機溫度增長幅度。電機運行功率在額定范圍內(nèi)，升溫幅度不會超額。[8]常見電機溫度升高限定如下：表2電機絕緣等級溫升限制絕緣等級AEBFH溫度限制607580105125常用電動機類型YSYEJ、YR、YD、YHYZ、YZR、YTSP、YTSZ、YB、Z4YZ、YZR、YTSP、YTSZ電動機功率選擇步驟：首先計算出機器載荷大小選用的電機的額定功率大于機器傳動所需總功率校驗電機的發(fā)熱、過負(fù)載能力和啟動能力常用的電機規(guī)定防護(hù)等級：Y型電機；YD型電機;YR型電機；YZ型電機；YZR型電機；YEJ型電機戶外型、防腐型電機：臥式為IP55、立式為IP54。根據(jù)機器所使用的轉(zhuǎn)速，選擇性價比比較高的電機盡量選擇體積小，質(zhì)量小的電機。如果速比太大，連接電機的傳動部件的體積卻在增大，轉(zhuǎn)動件設(shè)計成本也會增加。所以選擇電機要考慮到傳動部件。對于連續(xù)工作，啟動次數(shù)少，制動次數(shù)也比較小的機器，這是首先要考慮的問題就是占地面積，設(shè)備維護(hù)這方面的技術(shù)成本從而確定電機的轉(zhuǎn)速如果電機啟動次數(shù)頻繁，制動多，就要根據(jù)最少的過渡時間，消耗能量最小等資源方面來考慮電機轉(zhuǎn)速對于工作轉(zhuǎn)速要求比較高的機械，可以選擇電機直徑與機械相連。本文選擇Y行三相異步電機：電機所需的工作功率為5KW,電機轉(zhuǎn)速為720r/min最終采用電機型號為J02-51-4。主要性能為：額定功率：7.5KW,滿載轉(zhuǎn)速1500r/min3.2.4軸承設(shè)計軸承是冷鐓機的重要組成部分，軸承的主要功能就是承載回轉(zhuǎn)運動的零件，以及回轉(zhuǎn)運動的零件通過軸承把動力傳遞給其他零件，一個機器沒有軸承，這個機器就不能實現(xiàn)會轉(zhuǎn)運的。軸承的分類有：轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動軸。其分類的依據(jù)就是軸承承受載荷能力不同。心軸有可細(xì)分為轉(zhuǎn)動心軸和定心軸。直軸分為光軸和階梯軸。光軸的外形比較簡單，很容易加工出來，但是安裝在光軸上的部件裝配起來比較復(fù)雜，定位模糊；階梯軸，雖然外形上比較復(fù)雜，但是裝配和定位比較簡單。制作軸承的材料一般為合金鋼和碳鋼。兩者有各自的優(yōu)缺點。碳鋼優(yōu)點是價格低，所能承受的載荷低，可以通過熱處理加工方法提高強度，剛度，耐磨性，疲勞強度。目前工業(yè)上大多都采用45號鋼作為零件的主要原材料。合金鋼的優(yōu)點是多種合金構(gòu)成，化學(xué)性質(zhì)比較好，耐高溫，可傳動的動力大，耐磨性高。對于那些精度要求比較高，工作環(huán)境比較惡劣的傳動零件通常采用合金鋼。[9]軸的設(shè)計主要從軸在機器上安裝位置，軸與其他零件連接方式，軸的尺寸大小，數(shù)目，承受載荷大小，加工工藝幾個方面去思考。首先對軸承進(jìn)行軸向和周向定位，對軸承進(jìn)行固定，保證工作時不會發(fā)生位移，保證加工精度。軸向定位方法包括軸肩、套筒、軸端扣環(huán)、軸承端蓋和螺母。圓周定位零件有:鍵、花鍵、銷、定位螺釘和過盈配合等。軸的表面粗糙度也對軸的性能產(chǎn)生很大影響，軸的疲勞強度隨著軸的表面粗糙度增加而降低。降低表面粗糙度的方法有：高頻淬火、表面滲碳、氮化熱處理。軸承加工完成后要對表面進(jìn)行去毛刺，倒45°角，留有砂輪越程槽以及退刀槽。[10]考慮到軸承的性價比以及冷鐓機工作時所受的載荷分布情況采用結(jié)構(gòu)簡單的深溝球軸承；深溝球軸承可承受徑向和軸向的載荷，高速運動的裝置中，深溝球軸承可以看做推力軸承，摩擦系數(shù)小，但極限轉(zhuǎn)速很高。最終選擇6314深溝球軸承。軸承壽命計基本額定壽命：h（3-3）查表可知：Fa/Cor=0.037，e=0.236,Fa/Fr>e;X=0.56,Y=1.88;P=fd(XFr+YFa)=8866N,C=105000ε=3,L10=1661h本章小結(jié)：本章根據(jù)金屬成形規(guī)律，分析了冷鐓工藝的機理，確定了本項目所要設(shè)計的冷鐓機工位數(shù)和所需冷鐓力，通過分析冷鐓機的工作原理，確定了本機的機械總體結(jié)構(gòu)，重點描述了對冷鐓機床身部件、主傳動部件等關(guān)鍵部件設(shè)計。第四章冷鐓機床靜強度分析和傳動計算4.1靜強度分析1）機床床身主要承受兩個方向的載荷，機床床身主要承受兩個方向的載荷，一個是工作臺上的方向向右為p，另一個是軸承支承孔，的方向為f。兩者大小相等，方向相反。兩者大小相等，方向相反。載荷具體分布如下：工作臺上的載荷

工作臺上的載荷按均布載荷處理，其大小P為:

P=Fmax/A（4-1）

其中:Fmax作用于工作臺的最大壓力，由曲柄滑臺機構(gòu)動力學(xué)分析可知F=431.8KNA床身的承載面積，A=0.0355m2故P=12.16MPa,方向向右。

2)軸承支撐孔受到的載荷

當(dāng)冷鐓機在受到公稱壓力的作用下,曲軸受到水平向右的431.8KN的反作用力，通過傳遞作用而作用在前后兩個支撐孔上。其中Ft=431.8*206/(218+206)=209.8KNF2=431.8*218/(218+206)=222KN式中Ft-曲軸前支撐孔對曲軸反作用力F2-曲軸后支撐孔對曲軸反作用力F(a)=Fm*cosα（4-2）Fm1=1/3F1,Fm2=1/3F2,，在A,B,C,D,E處分別沿著徑向等分為3個節(jié)點，每個曲軸支撐孔有15個受力節(jié)點，其中徑向3個節(jié)點受力相同。[14]4.2傳動計算4.2.1帶傳動尺寸參數(shù)計算（1）帶輪1：d1=75mm，傳動比為2:1，d2=150mm，D1轉(zhuǎn)動90°，D2轉(zhuǎn)動45°，帶輪中心距a=591mm(2)帶輪2：r1=262mm,傳動比1:2.5，d2=107mm,帶輪中心距a=1519mm4.2.2凸輪尺寸計算凸輪的基圓直徑為80mm，推程為20mm,90°時，刀具是靜止不動的，隨后凸輪旋轉(zhuǎn)180°，刀具開始向下移動，所需的毛坯長度為48mm,夾緊機構(gòu)半徑為80mm,l螺桿深入夾緊機構(gòu)長度為28mm,刀具距離夾緊機構(gòu)中心距為120mm。4.2.3曲柄滑塊計算滑塊行程速度變化系數(shù)K=1.5，滑塊的沖程=50mm,偏距=20mm,極位夾角θ=180*（K-1）/(K+1)=36°，曲柄長為21.5mm，連桿長度為46.5mm.小結(jié)：床身在收到許用最大成形力作用下的工況下。床身受到的應(yīng)力及變形在允許范圍之內(nèi)，并且有充足的優(yōu)化余量。冷鐓機三維造型本次設(shè)計采用SolidWorks進(jìn)行三維造型，SolidWorks軟件可以說是世界上第一個三維設(shè)計軟件，軟件的功能比較齊全，能夠針對不同的二維圖紙?zhí)岣卟煌脑O(shè)計方案，可以減少設(shè)計過程中存在的一些錯誤，操作起來比較簡單。SolidWorks軟件分為零件圖，裝配圖，以及工程圖三個界面。其中零件圖是設(shè)計一個機器中每一個部件使用的，裝配圖可以把設(shè)計好的零件圖通過配合裝配成一個完整的機器，工程圖是用來到處機器的二維圖紙的。SolidWorks的設(shè)計是通過設(shè)計一個草圖，然后通過拉伸旋轉(zhuǎn)薄壁抽殼陣列等特征實現(xiàn)實體建模。以下便是通過SolidWorks的零件圖和裝配圖對冷鐓機進(jìn)行三維建模。圖5.1冷鐓機三維裝配圖冷鐓機由電動機、機身、一組V帶輪組、曲柄滑塊組、制動器、一組同步帶輪組、圓柱凸輪組、平面凸輪組。所述v帶輪組由帶輪、V帶、圓頭普通平鍵、壓板和螺釘組成；所述曲柄連桿組由曲軸、滑動軸承、上軸瓦、連桿、調(diào)節(jié)螺桿、法蘭盤、滑塊體、導(dǎo)軌、螺栓、螺母組成；所述同步帶輪組由帶輪、同步帶、螺母、壓板和螺釘組成；所述圓柱凸輪組由圓柱凸輪、滾子、推桿和深溝球軸承組成；所述動力裝置固定在機身后端，由伺服電機驅(qū)動，進(jìn)行輸出動力。圓柱凸輪通過深溝球軸承安裝在機身上，兩端用套筒及軸肩進(jìn)行定位；所述頂料桿前端比后端細(xì)，中間部分攻有螺紋，以便于安裝六角頭螺母，目的是固定彈簧。本章主要介紹一些主要零件的三維造型。5.1床身圖5.2床身床身是裝配的底架，主要由拉伸和切除特征繪制。圖5.3床身草圖首先繪制一個草圖，然后把草圖進(jìn)行拉伸700mm,得到基本構(gòu)架，然后繪制最前面的小凸臺體草圖，通過拉伸進(jìn)行造型，之后就是進(jìn)行6次拉伸切除得到床架，最后進(jìn)行邊的倒角圖5.4倒角圖5.5床身設(shè)計步驟5.2曲軸設(shè)計圖5.6曲軸設(shè)計步驟曲軸的設(shè)計中運用了6次拉伸，1次切除，5次倒角繪制。圖5.7曲軸草圖將草圖拉伸30mm,之后分別繪制草圖拉伸180mm,30mm60mm，140mm,110mm圖5.7第二次拉伸圖5.8倒角圖5.9拉伸切除5.3連桿設(shè)計圖5.10連桿設(shè)計步驟連桿的設(shè)計主要包括拉伸與拉伸切除特征的運用。圖5.11基準(zhǔn)面創(chuàng)建這個基準(zhǔn)面的創(chuàng)建主要是因為第一步的拉伸是一個圓柱曲面，對于接下來的設(shè)計來說沒法直接在曲面上直接進(jìn)行草圖繪制，這時候就需要借助基準(zhǔn)面來幫助我們繪制接下來的草圖。圖5.12基準(zhǔn)面的創(chuàng)建參數(shù)連桿的設(shè)計中進(jìn)行了4次拉伸，7次拉伸切除，5次倒角。南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第六章總結(jié)與展望冷鐓機的結(jié)構(gòu)出于其需要工作平穩(wěn)、精度高、生產(chǎn)速率高以及易于實現(xiàn)自動化的工藝特點，其傳動部件是通過曲柄滑塊機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、帶輪傳動進(jìn)行傳動的，某種程度上它的運動性能關(guān)系到整個機器的動作實現(xiàn)，也影響到冷鐓產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，對其優(yōu)化顯得至關(guān)重要。冷鐓機床身上安裝著各類零件，是保證運動部件精度以及可靠性的關(guān)鍵部件，因此對冷鐓機床身進(jìn)行強度和剛度的校核也是非常重要的，此外，冷鐓機床身是本臺機器質(zhì)量和體積最大的部件，我們在設(shè)計時候多數(shù)采用類比設(shè)計法將原有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸照搬過來或者進(jìn)行簡單的按比例放大。這樣雖然不會造成剛度或強度的不足，但大多存在結(jié)構(gòu)尺寸富余。因此，怎樣在性能與成本控制的矛盾中找到最優(yōu)設(shè)計，也是我們要思考的問題。曲柄滑塊機構(gòu)是把傳動機構(gòu)動力以不同形式傳遞的重要零件，而其中曲軸又是曲柄滑塊機構(gòu)的核心部件，不僅受周期變化的鐓粗壓力和慣性力的影響，而且受軸系扭轉(zhuǎn)力的影響。除了對曲軸進(jìn)行強度和剛度的校核外，還要對曲軸進(jìn)行疲勞壽命分析來確定曲軸的尺寸形狀。還有重要一點就是由于冷鐓機生產(chǎn)速率不斷提高，設(shè)計時候所產(chǎn)生的公差對冷鐓機整體性能也會產(chǎn)生重要的影響，如果公差要求過高，雖然性能也會隨著提高，但是生產(chǎn)機器的成本也會增加，因此如何滿足冷鐓機工作性能要求的基礎(chǔ)上，使冷鐓機關(guān)鍵部位間的公差配合達(dá)到最合理也是以后研究的重點方向。參考文獻(xiàn)[1]奚蒙,呂宗樂.介紹一種新型鋼球冷鐓機[J].機械工程師,2001(03):23-24.[2]楊曉慧,劉秀蓮,張艷萍.鋼球加工工藝的改進(jìn)[J].軸承,2003(12):22-23.[3]甘建蓉.電動機的選擇要素及常見故障分析[J].機電工程技術(shù),2011,40(08):151-153+205.[4]楊煜.國內(nèi)外冷擠壓技術(shù)發(fā)展綜述[J].鍛壓機械,2001(01):3-5+1.[5]肖志玲.多工位高速冷鐓成形機理及其設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].機械科學(xué)研究總院,2015.[6]鐘偉弘,徐燕申,林漢元.基于有限元分析的模具加工中心床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2009(03):21-24.[7]侯鎮(zhèn)冰,諸乃雄,高衛(wèi)民.高精度機床主軸系統(tǒng)的研究與制造[J].機床,1991(03):26-28.[8]徐立華,吳錚.可視化方法在機械優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機,2019,50(23):46.[9]許莎,吳小勇.基于DOE的鍛造企業(yè)過程質(zhì)量分析[J].裝備制造技術(shù),2010(09):4-6.

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