多工位母线加工机剪切机构设计论文学位论文.docx

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多工位母线加工机剪切机构设计论文学位论文

摘要

多工位母线加工机是对母线实现多工位加工的机器，主要有剪切、折弯、冲孔三种加工方式。

本文介绍了剪切机构部分的设计，剪切机构主要是对不同规格的母线完成剪切加工工序。

该剪切机构主要是由液压缸和剪切机构两大部分组成，液压缸由活塞杆和缸体组成，是该剪切机构的动力组成部分，液压动力很容易实现直线运动，而且重量轻、运动惯性小、控制方便，还具有过载保护功能，方便实现自动化控制，它是实现剪切功能的最佳动力；剪切机构主要由上、下剪刀构成，该剪切机构采用了一体式框架结构，使系统的动态刚度有了大幅提升。

下剪刀与活塞杆相联，上剪刀与缸体相联，在油压作用下，缸体带动上剪刀做上下往复运动完成剪切动作。

该剪切机构设计合理，不仅实现了多种型号的母线剪切功能，也为简单便携的液压剪切机的设计提供了良好的设计思路。

关键词：

多工位；母线加工机；剪切机构

ABSTRACT

Multistagebusbarmanufacturingmachineistorealizethebusmultistageprocessingmachine,basicallyhaveshear,bend,punchingthreeprocessingmode.Thispaperintroducesthedesignofshearingmechanismparts.Shearingmechanismismainlytothedifferentspecificationsofbusbarcompleteshearmachiningoperations.Theshearingmechanismismainlycomposedofhydrauliccylinderandshearinstitutionstwomaincomponents.Hydrauliccylindercomposedbythepistonrodandcylindershearingmechanismisthedynamiccomponent.Hydraulicpowerareeasytoachievelinearmotionandlightweight,convenientcontrolmotioninertia,small,stillhaveoverloadprotectionfunction,convenientautomaticcontrol.Itistoachieveoptimumpowershearingfunctions.Shearingmechanismismainlycomposedofscissorsandnextscissorsform.Theshearingmechanismadoptedone-pieceframestructure,makethesystemdynamicstiffnesswasgreatlyascend.Associatedwithpistonrodunderscissors,associatedwiththescissorscylinder.Inhydrauliccylinderdrivingundertheactionofthescissors,cuttingandreciprocatingmotionfinishdomovements.Theshearmechanismdesignisreasonable,notonlyimplementsmultipletypesofbusbarshearingfunctions,butalsoforsimplehydraulicshearmachineandportabledesignprovidesagooddesignideas.

Keywords：

multistage;Busbarmanufacturingmachine;Shearingmechanism

目录

摘要………………………………………………..……………………………………….

ABSTRACT………………………………….…………………………………………….

1前言……….………………………………………………………….….….…………..1

1.1国内外研究现状及应用..........................………….………….………..1

1.2研究目的和意义...........................……….......…………….………….………..2

1.3主要内容......................…………………………….…....……..………2

2总体方案设计......................……..….………………………….…..….………….3

3母线加工机剪切机构介绍......................……………………………..…..….………….4

3.1多工位母线剪切机构组成……………………………………...………………..4

3.1.1滑座………………………………………….…………………………...4

3.1.2上模座….……………………………………………….…………………....5

3.1.3上剪刀………………………………………….…………………………...5

3.1.4下剪刀………………………………………….…………………………...5

3.1.5导向板……………………………………….…………………………...6

3.1.6下模座……………………………………….…………………………...6

3.1.7油缸…………………………………………….…………………………...7

3.2多工位母线剪切机构功能介绍………………………………...………………..8

3.2.1剪切机构整体结构…………………………….…………………………...8

3.2.2剪切机构作用………………………………….…………………………...8

3.2.3剪切机构加工特点…………………………….…………………………...8

4液压缸......................……..….………………………….…..….………….8

4.1液压缸设计...........................……….......…………….………….………..8

4.1.1功能原理..........................…......…….........…………….………….………..8

4.1.2计算公式.....................................…….......…………….………….………..8

4.1.3公式说明........................................….......…………….………….………..9

4.1.4计算过程........................................….......…………….………….………..9

4.1.5油缸行程........................................….......…………….………….………..10

4.2液压缸的装配...........................……….......…………….………….………..10

4.2.1缸体与缸盖的连接............…......…….........…………….………….…….11

4.2.2活塞与活塞杆的连接.......................….......…………….………….………12

4.2.3油缸密封件的选用.......................….......…………….………….……13

4.2.4液压缸装配图...................................….......…………….………….………14

5剪刀......................……..….………………………….…..….………15

5.1剪刀的功能...............................................….......…………….………….……….15

5.2剪刀材料的选取...........................……….......…………….………….………15

5.3剪刀的尺寸设计...........................……….......…………….……….16

5.3.1上剪刀（凸模）.........................……….......…………….………….…16

5.3.2下剪刀（凹模）...........................……….......…………….………….……18

6导向机构介绍.............................................…..................……...…….………….…..….19

7总体方案设计......................……..….…………………………...…….…..….………...21

7.1原理图..................……..….………………………….…..….…………21

7.2工作原理..........................……..….…………………………….…..….…...……21

8有限元分析......................……..….………………………….…..….………22

8.1滑座的受力分析…………………………………………….……………………..22

8.2有限元分析情况……………...…………………………………………………23

9结论......................……….………….……………………..….……...…..….………...24

参考文献......................…………….…………………..….…..……………….………….25

致谢......................………………….……………………..…….…………...…………….26

附录......................…………………..……....…...…...…...…………………….………23

1前言

1.1国内外研究现状及应用

从19世纪中叶开始，电动机得到发明应用，工业就开始步入电气化时代，这标志着传统工业经济时代发展到了鼎盛时期而电气工业时代开始蓬勃发展。

随着电气化时代的推进对电器设备需求日益增多，对电力需求也在逐渐增加，用于电力安全和输送的高低压开关柜、变压器等制造行业也得以高速发展。

高低压开关柜、变压器制造过程需要大量各种规格的铜、铝母线，并需要对母线完成冲孔、剪切、折弯加工，这是一项十分繁杂的工作，而且加工的好坏直接影响到产品的质量。

多工位母线加工机是专门为完成这项工作而设计产生的，它是参考国外先进的设计理念并结合国内生产实际为提高工作效率及产品质量和保证安全而设计的配套设备。

最适合制作大型的电控箱及输配电建设工程的施工现场使用。

多工位母线加工机主要适用于高低压开关柜、变压器制造行业，用于加工各种规格的铜、铝母线。

可以分别进行母线冲、剪、折加工，每个加工单元的工作行程均可方便地调节,可减少加工时间,提高生产效率，节约生产成本。

通过更换模具还可以实现多种用途的加工功能，机器配有手动按钮和脚踏开关两种操作方式,操作简单,使用灵活方便。

多工位母线加工机其实是工具机，能耗、占地面积少，操作简便灵活，它的研制不仅使工序减少，缩短了产品生产周期，而且成本大大减少。

多工位母线加工机主要由机械系统和液压系统组成，机械机构主要包括冲孔单元、剪切单元和折弯单元。

液压传动又称流体传动，这是一门新兴技术是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理发展而来的，液压传动有许多突出的优点，它在工农业生产方面应用十分广泛，例如加工机械，工程机械，军工机械，水利机械，农用机械等。

液压传动和机械传动、电气传动相比：

液压传动的各种元件，可以根据需要灵活方便地来布置；可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：

1），还可自动实现过载保护；其重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快，操纵控制方便；液压传动一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；液压传动很容易实现直线运动；还很容易实现机器的自动化，而且可以实现遥控。

国外对液压传动的应用开始的较早，应用的量也很大，早在1941-1945年第二次世界大战期间,美国机床中有30%就应用了液压传动。

近年来我国液压技术也在突飞猛进的发展，国内关于液压应用研发也取得了一定的成果。

应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。

在1955年前后,日本迅速发展液压传动,1956年成立了“液压工业会”。

近20--30年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。

然而国内的液压机虽然种类齐全，但在技术含量相对较低，品质相对低下，缺乏技术含量高的高档机型，这与机电液一体化，中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。

中国液压机行业经过半个世纪的发展，在技术及生产上基本上已经成熟，但和国际发达国家的技术相比尚有较大的差距。

1.2研究目的和意义

当今社会是电器和信息时代，对电力的需求空前的高涨。

在安全环保、绿色节能的主题下，人们对变压器和高低压开关柜的需求也是与日俱。

随着需求的增加，传统的变压器和高低压开关柜的加工方法已经不能满足生产和生活需要。

针对需要对传统的加工方法就要做出相应的改进。

多工位母线加工机就是对传统加工工艺改进后而设计出来一个专用的母线加工机器。

变压器和高低压开关柜在制作的过程中都需要把大量的母线剪切、冲孔和折弯等工序，需要大量的重复工序，在高低压电器、变压器制造行业，铜、铝母线的种类繁多，不同的变压器、电控柜对其有着不同的要求，而且传统的剪切、折弯和钻孔的加工方法给母线表面的质量会带来很大的影响，另外在实际的工作现场由于工具等因素的限制，就更加难以保证母线的加工质量。

多工位母线加工机就是一个专门加工母线的专业设备，它的加工针对性强，结构简单，操作方便，安全性能高，实用性强。

多工位母线加工机是顺应时代发展和实际生产要求应运而生的一种设备，它可以对不同规格的铜铝等材料的母线进行剪切、折弯、冲孔加工，所需工时少，加工质量高，生产效率高。

在高低压开关柜、变压器等需要母线加工行业需求量巨大，具有很大的市场需求。

随着电力的不断发展，不仅在变压器和高低压开关柜生产中需要专业设备，而且在生产现场对设备的维修量越来越大，相应的也需要专业设备来完成维修工作。

便携式母线剪切，折弯，冲孔机需求量在逐渐增加，多工位母线剪切机构设计就是对便携式母线剪切机设计的一个平台。

对母线剪切机构作出相应的改动，液压泵在电机驱动下就可以给母线剪切机构提供动力，就形成了携带十分方便的母线剪切机。

其需求量巨大，市场前景十分广阔。

1.3主要内容

多工位母线剪切机构是在液压缸驱动下，带动上、下剪刀对母线进行剪切加工的专用的机械机构。

一体式框架机构的机构设计操作方便安全，使用简单快捷，加工母线规格多样，质量可靠有保证。

具体设计过程是根据液压系统最高压力和油缸行程以及最大冲裁力设计液压缸和机械机构的整体尺寸，由加工材料的最大尺寸设计刀具。

根据计算查询液压缸的国家设计标准，选取液压缸、液压杆及活塞的直径和材料。

根据加工材料和尺寸设计刀具尺寸和选取刀具材料。

由刀具尺寸及油缸等综合考虑设计框架结构，并对其进行受力分析结构优化。

根据计算和实际需要综合考虑对刀具安放模具进行设计。

最后绘出液压原理图。

2总体方案设计

多工位母线剪切机构，由机械结构和液压系统两部组成，是在液压动力的作用下，带动机械部分的剪切的机构完成对母线的剪切动作。

针对多工位母线加工机的工作特点和加工需求，对多工位母线加工机剪切机构进行结构分析和设计提出设计方案。

方案一

剪切单元主要由上刀架、上刀片、下刀片、弹簧压料缸、导向联接板、液压缸、油缸底座等几部分组成，其结构示意图如图2.1：

剪切单元是框架结构，上刀片固定在上刀架内，下刀片是可以通过3个调节螺钉调整的，可以调整上、下刀片的间隙，从而调整加工母线的剪切质量。

弹簧压料缸主要是用来防止工件的翘起，减少刀片磨损。

其剪切功能的实现是，液压缸置于框架内，缸体与油缸座相联，活塞杆与下刀座相联，利用液压缸缸体的移动，带动框架往复上下移动，完成剪切动作。

2.1剪切单元结构示意图

方案二

剪切单元是一体式剪切单元，由滑座、上模坐、上剪刀、下剪刀、下模座及油缸等组成。

其结构示意图如图2.2：

2.2一体式剪切单元示意图

本剪切单元设计也是框架结构，其框架结构有锻造毛坯直接加工而成，安装剪切模具方便，将上剪刀，下剪刀放入滑座的模具卡槽内，两侧在由挡板固定一下就可以了。

滑座与油缸法兰盘通过螺栓联接在一起，并通过活塞杆与下刀座相联，而下模座通过导向板固定在工作台上。

其工作过程是把油缸活塞杆与下刀座相联，滑座与油缸体一起在液压系统的作用下带动上刀片向下运动完成剪切动作。

以上两种方案都是采用框架结构设计，方案二是一体式剪切结构相对于方案一结构更加简单，安装方便，易于操作，而且能够完成设计要求和满足工作需要，因此方案二的设计更加合理简单，明显优于方案一，所以选取方案二作为设计方案。

3母线加工机剪切机构介绍

3.1多工位母线剪切机构组成

3.1.1滑座

滑座控制剪切机构行的框架结构，其尺寸是由油缸缸体的大小和上模座的尺寸大小得到的，材料用45号钢，结构如示意图3.1。

上面凹槽是安放上模座和上剪刀的位置，下面的圆孔是安装活塞杆的位置。

滑座和液压缸体用8个M16螺杆相连接，在剪切过程中缸体连同滑座一起运动。

图3.1滑座

3.1.2上模座

上模座即为上剪刀的刀座，上剪刀焊接在上模座上，上模座安放在滑座上部的凹槽里，滑座的运动带动上模座运动，就带动剪刀做上下往复直线运动。

上模座的结构如图3.3。

其尺寸由刀体的大小来决定，材料用45号钢。

3.1.3上剪刀

上剪刀焊接在上模座上，上模座安放在滑座上部凹槽内，滑座带动上模座继而带动上剪刀做上下往复直线运动，上下直线运动的上剪刀和下剪刀配合对母线起剪切作用，上剪刀分为刀座（上模座），和刀体两部分，焊接连接在一起，焊后要经过精加工。

剪刀尺寸由凸模模具计算得到，设计计算过程和材料选取在————有详细说明。

其结构如示意图3.3

图3.2上剪刀

3.1.4下剪刀

下剪刀一共有两块儿，分别安放在下模座上，中间留有间隙，供上剪刀通过，下剪刀和上剪刀配合做相互直线运动来完成对母线的剪切功能，安放在下刀座（下模座），两块剪刀一件加工2个M6孔另一个不加工，其结构示意图如3.4。

尺寸由凹模模具计算得到，设计计算过程和材料选取见————

图3.3下剪刀

3.1.5导向板

导向板装配在下模座上，连接下剪刀和活塞杆，与滑座相连做相对直线往复运动，两侧的螺孔是将剪切单元与外界连接固定起来的螺孔。

起结构示意图3.5。

尺寸根据滑座和下模座的尺寸得到。

加工过程中将其调质处理HB220~245。

.

图3.4导向板

3.1.6下模座

下模座装配在油缸定位座上，下剪刀又装配在下模座上，它将活塞杆和下剪刀连接在一起。

尺寸由活塞杆直径和滑座、下模座决定。

中间镗直径66mm空深度为10mm用于和活塞杆配合。

结构如图3.5。

上面安装下剪刀，下面安装油缸定位座。

.

图3.5

3.1.7油缸

油缸是整个剪切结构的动力系统，由缸体、活塞、活塞杆组成。

缸体与滑座相联，活塞杆与下模座相联,在剪切时，活塞杆固定，在液压作用下，液压缸体带动滑座，做上下往复直线运动，相应的带动了上、下剪刀做上线往复直线运动。

结构如图3.6。

尺寸材料选择和设计过程见4液压缸。

图3.6

3.2多工位母线剪切机构功能介绍

3.2.1剪切机构整体结构

多工位母线剪切机构是专门对母线完成剪切加工工序的一个单元，该机构主要有剪切机构机械部分和动力系统液压缸组成。

3.2.2剪切机构作用

多工位母线剪切机构适用于高低压开关柜、变压器制造行业中对规格为12

150mm以下的各种铜、铝母线的剪切加工。

3.2.3剪切机构加工特点

剪切采用斜刃剪切，剪切力小，剪切加工的工件平整，无毛刺，生产效率高。

4液压缸

4.1液压缸设计

4.1.1功能原理

液压系统是整个剪切单元的动力系统，它由液压缸缸体活塞以及活塞杆组成，在内部介质（液压油）的压力作用下，推动活塞带动活塞杆与缸体作直线往复相对运动。

液压系统十分容易实现直线运动，用作剪切动作的动力十分适合。

全封闭的结构设计使用起来安全可靠。

本设计是是缸体与框架相联，活塞杆与下模座相联，在液压作用下，带动上、下剪刀做相对直线往复运动，完成剪切动作。

4.1.2计算公式

（1）压力压强面积关系公式：

（4.1）

（2）面积直径关系公式：

（4.2）

（3）液压缸体壁厚计算公式：

≥

（4.3）

（4）液压缸体外径公式：

≥

（4.4）

（5）液压缸盖厚度计算公式：

≥0.433

（4.5）

4.1.3公式说明

P是系统最高压力值为；F是系统工作循环中最大的外负载值为，即最大冲裁力；S是活塞的端面面积；d是活塞杆直径；d1是活塞直径；D是液压缸体的内径，D1是液压缸体的外径；d／D是活塞杆直径与液压缸内径之比；δ为液压缸壁厚；Py是试验压力，一般取最大工作压力的1.25—2.5倍；〔σ〕为缸筒材料的许用应力，其值为：

锻钢〔σ〕=110~120MPa,铸钢〔σ〕=100~110MPa，无缝钢管〔σ〕=100~110MPa，高强度铸铁〔σ〕=60MPa，灰铸铁〔σ〕=25MPa。

在此选45刚作为缸体材料，取

=110Mpa

4.1.4计算过程

由公式（4.1）可以求得活塞直径d1,查表4.1可以得到液压缸内径D和活塞杆直径d的关系，近似d1=D计算得到活塞杆的直径d，再查表4.2和表4.3可以选取选用的液压缸内径D和活塞杆直径d，，由公式（4.3）求得壁厚δ，由（4.4）求取液压缸外径D1；由（4.5）求得液压缸底盖的厚度。

（1）计算活塞面积S：

=0.01（m2）

（2）计算活塞直径d1：

=112.87（mm）

（3）近似计算液压缸内径D：

D≈d1

（4）查表4.2选取：

D=125（mm）

（3）计算液压缸壁厚

：

≥

=

=18.93（mm）

（4）计算液压缸体外径D1：

≥

=125+2×18.93=162.86（mm）

（5）计算液压缸盖厚度t：

≥0.433

=0.433×1252×

=40.31（mm）

表4.1液压缸内径D与活塞杆直径d的关系

按机床类别选取d／D

按液压缸工作压力选取d／D

机床类别

d／D

工作压力p／（MPa