机械原理课程设计——螺钉头冷镦机

机械原理课程设计
说明书
设计题目：螺钉头冷镦机
学院：机电与建筑工程学院
专业班级：机制1011班
学生姓名：
学号：************
指导老师：
日期：2012年6月29日
目录
1、设计题目 (3)
1.1. 工作原理及工艺动作过程 (3)
1.2 原始数据及设计要求 (3)
1.3 设计方案提示 (3)
1.4 设计任务 (3)
2、设计方案 (4)
2.1方案一 (4)
2.1.1 机构类型 (4)
2.1.2 机械运动原理： (4)
2.1.3 机构的优缺点 (4)
2.2方案二 (5)
2.2.1 机构类型 (5)
2.2.2 机械运动原理 (5)
2.2.3 机构的优缺点 (5)
2.3方案三 (6)
2.3.1 机构类型 (6)
2.3.2 机械运动原理 (6)
2.2.3 机构的优缺点 (7)
3、设计方案的比较和选择 (8)
4、设计计算 (9)
4.1 基本参数设计 (9)
4.1.1 凸轮的具体设计 (9)
4.1.2 槽轮的具体设计 (10)
4.1.3 冷镦机构的具体设计 (11)
4.2 运动循环图 (11)
4.3 传动机构 (13)
5、设计心得及体会 (13)
6、参考文献 (13)
1、设计题目
螺钉头冷镦钉
1.1. 工作原理及工艺动作过程
采用冷镦的方法将螺钉头镦出，可以大大减少加工时间和节省材料。

冷镦螺钉头主要完成以下动作：
1）把成卷的线材通过校直，并自动间歇送料；
2）截料并运料；
3）预镦和终镦；
4）顶料。

1.2 原始数据及设计要求
1）每分钟冷镦螺钉头120只。

2）螺钉杆的直径D=2～4mm，长度L=6～32mm。

3）毛坯料最大长度48mm，最小长度12mm。

4）冷镦行程56mm。

1.3 设计方案提示
1）自动间歇送料采用槽轮机构、凸轮式间隙运动机构等。

2）将坯料转动切割可采用凸轮机构推动进刀。

3）将坯料用冲压机构在冲模内进行预镦和终镦，冲压机构可采用平面四杆机构或六杆机构。

4）顶料，采用平面连杆机构等。

1.4 设计任务
1）按工艺动作要求拟定运动循环图。

2）进行自动间歇送料机构、截料送料机构、预镦终镦机构、顶料机构的选型。

3）机械运动方案评价和选择。

4）按选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案。

5）画出机械运动方案简图。

6）对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。

2、设计方案
2.1方案一：
2.1.1 机构类型：不完全齿轮、凸轮、连杆组合机构
2.1.2 机械运动原理：
在该方案中，如图所示，采用不完全齿轮实现其间歇运动，由电动机带动其不完全齿轮转动，截料机构采用曲柄滑块机构推动刀具运动，截送料机构采用特制圆盘如图所示。

一个圆盘进行送料和冷镦在圆盘的径向上均布着小孔，截好的材料送进来正好嵌在孔里面，当圆盘转过一定角度的时候工件又继续送进去，这也能实现间歇送料。

在径向孔的内部，有三个爪子，就象车床上夹紧材料的那个部分，通过圆盘自身的转动，带动齿轮转动从而使这三个爪子具有收紧和放松的功能。

在爪子收紧时，正好进行冷镦，放松时，卸下工件。

2.1.3 机构的优缺点：
优点：该机构结构简单，便于制造和生产，两个凸轮同步，前一个螺钉的终镦和后一个螺钉的预镦在同一冲压的过程中实现，节省了时间提高了效率。

缺点：夹紧部分工艺复杂，要在圆盘内添加机构，让爪子动起来，实现收紧，
对于我们来说，设计出来具有很大的难度。

镦头在垂直方向工作，当冷敦工件时，工件所受到的力都传到圆盘上，加大圆盘的径向尺寸，在理论上是可以承受这样的载荷，但在考虑到机器的长久使用上，这种工作方式会让机器寿命减短，而无法实现生产效益。

2.2方案二：
2.2.1 机构类型：不完全齿轮、连杆机构
2.2.2 机械运动原理：
在该方案中，采用不完全齿轮实现间隙传动的运动特性，利用曲柄滑块带动刀具，进行截料。

接下的坯料通过履带传动进行送料，利用四杆机构推动模具，进行预镦和终镦。

2.2.3 机构的优缺点：
优点：很好的解决了预镦和终镦的衔接问题，终镦的位置确定，精度高。

预镦和终镦同时进行，机械效率高
缺点：设计精度要求很高，时间配合要求高。

履带的使用造成造型的难度加大，履带的夹紧是否符合强度的要求，冷镦冲压会使履带偏离，传动影响很大。

理想状态下是很好的，实际应用中操作难度很大，机构磨损、碰撞等问题很难得到有效的改善。

2.3方案三：
2.3.1 机构类型：齿轮、槽轮、连杆、凸轮组合机构2.3.2 机械运动原理：
整个机构从左到右如图一样排列，通过槽轮实现间歇送料，使用凸轮推动夹具夹紧坯料之后，螺钉左右两端同时进行剪断和冲压预镦，然后推料机构将胚料从预镦位置送到终镦位置，进行终镦。

2.3.3 机构的优缺点：
优点：B-B的同时镦，并排两个凸轮。

同时夹紧，前一个螺钉的终镦和后一个螺钉的预镦在同一冲压的过程中实现，节省了时间提高了效率。

A-A两套啮合齿轮，可有2种不同的进料尺寸，通过更换齿轮的齿数还可由其他不同的进料长度。

缺点：凸轮顶杆承受的压力大，因此对顶杆的刚度要求高，凸轮磨损严重。

3、设计方案的比较和选择：
采用的机构机构的优点机构的缺点实现的情况
方案一不完全齿轮、
凸轮、连杆组
合机构
该机构结构简
单，便于制造和
生产，两个凸轮
同步，前一个螺
钉的终镦和后一
个螺钉的预镦在
同一冲压的过程
中实现，节省了
时间提高了效
率。

圆盘夹紧部分工
艺复杂，设计难
度大。

工作工作
中，圆盘受力太
大，使得机器寿
命减短，而无法
实现生产效益。

可以实现工艺
对机构的动作
要求
方案二不完全齿轮、
连杆机构很好的解决了预
镦和终镦的衔接
问题，终镦的位
置确定，精度高。

预镦和终镦同时
进行，机械效率
高
设计精度要求很
高，时间配合要
求高。

履带的使
用造成造型的难
度加大，机构磨
损、碰撞等问题
很难得到有效的
改善。

可以实现工艺
对机构的动作
要求
方案三齿轮、槽轮、
连杆、凸轮组
合机构
并排两个凸轮。

同时进行预镦和
终镦，节省了时
间提高了效率。

A-A两套啮合齿
轮，可有2种不
同的进料尺寸，
通过更换齿轮的
齿数还可由其他
不同的进料长
度。

凸轮顶杆承受的
压力大，因此对
顶杆的刚度要求
高，凸轮磨损严
重。

可以实现工艺
对机构的动作
要求
4、设计计算
4.1 基本参数设计：
4.1.1 凸轮的具体设计：
由设计要求，每分钟冷镦螺钉头120只，因此凸轮远动周期为0.5秒，根据剪切、冷镦、推料、送料所需要的时间，可以计算出凸轮远休止所需的时间0.11s，为了满足时间设计的要求，拟定出凸轮的基圆半径为20mm，升程为10mm，远休止角为80°，近休止角为40°，由于使用凸轮加紧工件，冲击力较大，所以我们设计降程为匀变速的，以此减小刚性冲击。

4.1.2 槽轮的具体设计：
这里的槽数为4，那么槽轮机构的运动系数k=0.25。

根据设计要求，主动轮转一周的时间为0.5秒，那么槽轮的运动时间为0.125秒，在这个时间内完成送料。

由于槽轮每次转过的角度都为90度，那么根据L=φ/dπ（L为毛坯料的长度，d为履带轮的直径）根据需要加工的毛坯料长度，调节配合齿轮的直径，从而调节导辊的转速，就可实现送不同长度毛坯料的要求。

4.1.3 冷镦机构的具体设计：
由于冷镦需要一定的增力和急回的运动特性，用此方案很好的满足了整体
机构的设计要求。

根据冷镦的行程56mm，查找资料确定急回系数K为1.5
能很好的满足机构急回要求：
K=（180°+θ）/（180°-θ）
极位夹角：θ=180°（K-1）/(K+1)，算出极位夹角θ=36°。

取墩头与角度杆的铰链点之间的距离为60mm，所以与墩头联接的导杆长74.68(mm)，曲柄长度16.58（mm）。

墩头是有两个18mm×32mm×12mm的方块用圆柱联接分别是预镦和终镦。

4.2 运动循环图
1. 确定机构的循环时间，选取凸轮。

因机构的效率为120个/min。

则曲柄的周期为0.5s
2. 确定运动循环的各区段。

确定执行机构各区段的时间及转角。

3. 根据以上那个数据设计循环图
0°
270° 切 顶
杆
降
下
顶 杆 远
休
顶
杆
升
上 近
休 断
剪 料 机 构
送
预
至
终 冷
镦
180°
90°。