自动制钉机说明书

2005年1月

目录：

一设计要求及任务

二功能分解

三机构系统的选型与评价

四机构选型与方案比较

五原动机的选择

六传动方案的设计

七3D设计效果图

八自动制钉机各构件主要功能及尺寸理论计算

九运动循环图

十心得体会

十一参考书目

设计任务书

1．工作原理及工艺动作过程

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，并按节拍要求间歇的输送到装夹工位

2）冷镦钉帽，在此需夹紧钢丝

3）冷挤顶尖

4）剪断钢丝

2．原始数据及设计要求

1）铁钉直径 1.6—3.4mm

2）铁钉长度25—80mm

3）生产率360枚/min

4）最大冷镦力3000N，最大剪断力2500N

5）冷镦滑块质量8Kg，其他构件质量及转动惯量不计

6）要求机构紧凑，传动性能优良，噪声尽量小

3．设计任务

1）按工艺动作要求，拟定运动循环图

2）进行送丝校直机构，冷镦钉帽机构，冷挤顶尖机构，剪断钢丝机构的选型

3）机械运动方案的评价和选择

4）按选定的电动机和执行机构的运动参数拟定运动方案

5）设计飞轮和确定电动机型号

6）画出机械运动方案简图

7）对传动机构和执行机构进行运动尺寸的计算

设计过程提示

一功能分解

1 、功能要求

制钉机主要是用于机械零件的制造，实现低碳钢丝到木工钉的转化。对于它的精度要求肯定比较高，而且在生产上又有着它的速率要求（360枚/min）。此外，由于这个制钉机需要应用在各种场合，需要符合一定围的钉子需要。所以我们需要在机器设计与制造的时候，

考虑到柔性问题。这样的话，我们必须在各个机构设计上面充分考虑到这些问题，在满足设计要求的前提下，尽可能的使机构紧凑，传动性能好，最终符合实际生产的需要。

2 、功能分析

总功能：将一卷直径与铁钉直径相等的低碳钢丝制造成一个符合木工使用要求的铁钉子功能：

(1)送丝校直：把卷在一起的钢丝通过机构校直，并且间歇送料

(2)冷镦：把钢丝的一头镦出平头

(3)冷挤切断：挤出钉尖，并将做完的铁钉送原料上剪断，得到成品

功能分析简图：

3 、动作分析

子功能：校直送丝它有两个动作组成

(1) 校直送丝：

通过执行机构将弯曲的钢丝变成笔直的钢丝，并且按照节拍间歇的送到规定的位置。

(2) 夹紧机构：

在送丝的时候放松，在其他的时候夹紧钢丝，不可移动，以完成别的工作。

子功能：冷镦钉头它有一个动作组成

(1) 冷镦机构：

利用镦头，撞击加紧的钢丝，以得到所需要的钉头，镦块在平面做往复运动。

子功能：冷挤切断有两个动作组成

(1) 冷挤机构：

通过挤压，将钢丝做出需要的钉尖，机构在作往复运动

(2) 剪断机构

将挤好的钢丝最终剪断，等到成品，机构在作往复运动

制钉机的机构较多，较为复杂，为了使机器运转的合理平稳，相互动作的协调配合相当重要，在设计的时候，我们尽量考虑将执行机构的原动件固连在一个主轴上。必要的时候也可以使用飞轮来减小原动机和机械速度的波动。

三、机构系统的选型与评价

通过对机器各个功能的分解，以及对动作的研究，将功能分解为功能元，各个动作寻找匹配的各类机构，将功能元作为列，能元解作为行，把匹配的各类机构分别填入表中，得到形态学矩阵

表：五机构的形态学矩阵

根据以上表格显示的五个执行机构的形态学矩阵，我们可以求出自动制钉机的机械运动方案数为：

⨯

⨯

N

⨯

=

⨯

2

60

2=

5

3

3

我们可以通过按给定的条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等等各种要求来选择方案。排除一些不符合的，可以得到相应的结果。

不过由于方案太多，我们最后选择对于各类机构逐一选择，选出我们所需要的机构，再将各个机构组合起来，这样的话，虽然没有这种评价方法好，但是比较省时，对于机构比较复杂的，方案多的选型情况时比较适用。我们将在接下来的较大篇幅介绍我们的机构选型和分析过程。

四、机构选型与方案比较

（1）送丝校直机构

方案1：滚筒式送丝校直机构

我们第一个想到的就是这样的送丝和校直方法，我们用两个滚筒作间歇的旋转，这样铁丝就

可以在滚轮的带动下将钢丝有节奏的送到工件夹紧位置，送料的长度等于滚筒转过的弧长，而后面的两排滚筒是用来保证钢丝可以较为笔直的通过的，因为仅仅是两个大滚筒是比较难以保证的。这样的话，就可以完成间歇送丝，校直的工作了。

而且，我们在滚筒两边都装有调节系统，可以根据不同钢丝的直径进行调节，这样保证了机器的柔性生产，也符合了设计要求。

这个方案的优点：1）结构简单明了，制造方便

2）适用性强，传送也较为方便，应用广泛

3) 加装了调节系统，可以使机构适合更多围

的钢丝

缺点：1）由于机构是依靠摩擦力传动送料的，这样势必会造成对滚轮和钢丝之

间的磨损，长期使用后需要更换滚筒，提高成本

方案2：凸轮滑块送丝校直机构

上图中共有两组凸轮，一个为左边的圆柱凸轮，一个为右边的圆盘凸

轮，且两个凸轮均沿着主轴转动。圆柱凸轮的轮廓线的沟槽有四段：a段为上升段，杆上升，固结在杆上的小滑块顺着大滑块中的滑槽顶上去和大滑块一起将钢丝夹紧；b段为送料段，即将小滑块与大滑块夹紧钢丝，同时连杆向右移动，带动大滑块一起右移，这样达到夹紧校直和送料的工作，c段为下降段，连杆上的小滑块下滑，不再夹紧钢丝；d段为返回段，连杆往左平移，同时带动大滑块一起往左平移

另一组凸轮机构，为附加的夹紧机构，最上面的机构是固结在机床上的，部有小槽，固结在连杆上的小滑块可以在这个槽上下滑动。在夹紧机构送丝的时候放松，其余的时候夹紧。这个机构的优点：1）利用凸轮可以使整个机构实现在任意频率送料

缺点：1）机构过于复杂，不容易制造，而且不能很好起

到校直的作用，与钢丝撞击，会损毁钢丝。

结论