自动制钉机运动方案设计课程设计

自动制钉机运动方案设计课程设计

机械原理课程设计说明书

自动制钉机运动方案设计

目录

一. 课程设计任务书及工作要求 (3)

二.机构工作原理 (3)

三.功能分解图，执行机构动作分解图 (4)

四.工作循环图 (9)

五.运动方案的选择与比较 (10)

六.机构运动简图 (13)

七.执行机构设计过程 (13)

八.机构运动分析计算机辅助设计流程框图 (16)

九.程序清单 (17)

十.运动线图 (21)

十一.凸轮设计分段图,轮廓图,设计结果 (21)

十二.设计总结与心得 (28)

十三.主要参考资料及其编号 (30)

一． 课程设计任务书及工作要求

图1.1所示为一铁钉的外观图。自动制钉机的功能是将

钢筋等金属材料自动加工成铁钉。设计要求和参数为：

（1） 铁钉直径为1.6～3.4mm ；

（2） 铁钉帽直径是铁钉直径的2 倍；

（3） 铁钉长度为 25～80mm ；

（4） 生产率为 360枚／min ；

（5） 要求结构紧凑，传动性能优良，噪声尽量小；

（6） 连续自动生产；

（7） 加工质量要达到规定的技术要求；

（8） 成品铁钉的形状如图1.1。 二．机构工作原理

制造木工用大大小小的铁钉是将一卷直径与铁

钉直径相等的低碳钢丝通过下列工艺动作来完成的。

1）校直钢丝。并按节拍要求间歇地输 送

到装夹工位。

2）冷镦钉帽，在此前夹紧钢丝。

3）冷挤钉尖。

4）剪断钢丝。

图

图1.2（a）和1.2（b）分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图：

图1.2（a）

图1.2（b）

三.功能分解图 执行机构分解图

为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能，可将总

功能分解为如下分功能：

（1） 金属卷料校直功能；

（2） 金属卷料送料功能；

（3） 工件夹紧功能；

（4） 工件镦帽功能；

（5） 工件冷挤钉尖和切断功能

其功能逻辑图如图1.3所示： 工件切断功能

工件冷挤功能

工件冷镦功能

工件夹紧功能钢丝送料功能钢丝校直功能

自

动

制

钉

机 图1.3

功能原理的工艺过程分解

（1）金属卷料校直，送料功能 采用槽轮机构进行送料。

当销轮连续转动一周时，槽轮转动1/4周（其送料长度为

1/4槽轮周长）；槽轮送料时钢丝通过视图左边的滚子进行

自动校直。

图1.4 （2）工件夹紧功能采用凸轮机构进行夹紧。其机构简图如图1.5所示，通过推杆的往复运动实现钢丝的夹紧和放松，夹紧杆的来回运动则由凸轮的连续转动来实现。

图1.5

(3)工件冷镦功能采用曲柄滑块机构对钢丝进行冷镦。其机构简图如图1.6所示,连杆与齿轮相连，齿轮转动时带动滑块来回往复运动，从而对钢丝进行冷镦。

图1.6

（4）工件冷挤——切断功能采用凸轮机构。其机构简图如图1.7所示。其工件原理和夹紧装置相似。

图1.7

系统运动转换功能图

根据执行构件的运动形式，绘制机械系统运动转换功能图如下图

所示

冷镦镦头的往复移动压紧杆的往复移动

冷挤杆的往复移动

送料槽轮的间歇转动

运动分支减速电机矩阵法创建机械系统运动方案

根据机械系统运动功能转换功能图可构成下表所示形态学矩阵。由表所示的形态学矩阵可求出自动制钉机系统运动方案为N=3 x 3 x 3 x 3 x 3=243

可由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴和设计者的经验等，从中选出若干个较为实际可行的方案，然后从选出的若干个方案中用评价方法选出最优方案。

四．工作循环图如图1.11所示

凸轮机构(冷挤-切断)

连杆机构(冷镦)

凸轮机构(夹紧)

槽轮机构（送料）

图1.11

五.方案的选择与比较 方案一 如图1.8所示 送料机构——槽轮机构

夹紧机构——凸轮连杆机构

冷镦机构——曲柄滑块机构

冷挤（切断）机构——曲柄滑块机构

图１.８

点评：本方案能够实现自动制钉机的４个主要动作，但冷镦机构的力要比较大，而对心曲柄滑块没有急

回运动，故而会影响机器效率。另一个较大的缺陷是传

递运动较为困难。

方案二如图１.9所示

送料机构——槽轮机构

夹紧机构——凸轮连杆机构

冷镦机构——曲柄滑块机构

冷挤（切断）机构——曲柄滑块机构

图1.9

点评：此方案与方案一相似，主要运动机构与方案一致。与方案一相比，此方案优点在于夹紧，冷镦，冷

挤三大运动连接在一起，槽轮通过一个齿轮就可传递运

动，即传递运动方便。但是冷挤上下都要进行，上面的

运动不好传递。

方案三如图１.10所示

送料机构——槽轮机构

夹紧机构——凸轮连杆机构

冷镦机构——曲柄滑块机构

冷挤机构——凸轮连杆机构

图1.10(a)主视图

向

图1.10(b)俯

视图

点评:本方案较前二个方案有较大不同。四大运动中，夹紧，冷镦，冷挤都在水平面内进行。通过锥齿轮，