自动制钉机设计说明书.docx
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自动制钉机设计说明书
自动制钉机说明书
1设计题目要求4
1.1工作原理及工艺动作过程4
1.2原始数据和设计要求4
2机械系统运动方案的拟定与选择4
2.1方案的拟定4
2.1.1方案一4
2.1.1.1机构运动简介4
2.1.1.2优缺点分析5
2.1.2方案二6
2.1.2.1机构运动简介6
2.1.2.2优缺点分析6
2.1.3方案三7
2.1.3.1机构运动简介7
2.1.3.2优缺点分析8
2.2方案的选择10
3运动循环图10
4原动机的选择11
5各执行机构的设计12
5.1基础机构设计12
5.1.1送丝矫直机构的设计12
5.1.1.1送丝矫直机构的基本尺寸设计12
5.1.1.2送丝矫直机构的运动分析14
5.1.2剪断机构的设计14
5.1.2.1剪断机构的基本尺寸设计14
5.1.2.2剪断机构的运动分析15
5.1.3压紧机构的设计17
5.1.3.1压紧机构的基本尺寸设计17
5.1.3.2压紧机构的运动分析21
5.1.4冷镦钉帽机构的设计24
5.1.4.1冷镦钉帽机构的基本尺寸设计24
5.1.4.2冷镦钉帽机构的运动分析25
5.1.5出钉机构的设计27
5.1.5.1出钉机构的基本尺寸设计27
5.1.5.2出钉机构的运动分析30
5.2方案综合尺寸30
6传动机构的设计31
7飞轮的设计32
8其他细节机构的设计35
8.1钉尖成型的设计36
8.2压紧机构的设计37
9心得体会38
10参考文献39
1设计题目要求
1.1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）较直钢丝，并按节拍要求间歇地输送到装夹工位；
（2）冷镦钉帽，在此前需夹紧钢丝；
（3）冷挤钉尖；
（4）剪断钢丝；
（5）夹丝装置释放，重新输送钢丝。
1.2原始数据和设计要求
（1）铁钉直径Φ1.6～Φ3.4mm；
（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，其他构件质量和转动惯量不计；
（6）要求结构紧凑、传动性能优良、噪声尽量小。
2机械系统运动方案的拟定与选择
2.1方案的拟定
2.1.1方案一
2.1.1.1机构运动简介
如图1所示为方案一的传动示意图，表1列出了方案一的各个机构选择。
本方案中的曲柄滑块机构经过计算按照预定的运动规律进行运动，即在曲柄滑块机构下方的推块接触钢丝的时候，推块的运动轨迹为水平线，实现间歇送丝的目的。
剪断机构、压紧机构和冷镦钉帽机构均选择了凸轮机构。
整个运动过程是：
送料机构先送丝到位，接着压紧机构压紧钢丝，然后冷镦钉帽机构进行镦头，最后剪断机构剪断钢丝。
图1方案一传动示意图
2.1.1.2优缺点分析
方案一很明显的优点是机构选择简单，凸轮机构很容易实现预定的运动规律，其中三个功能机构均选择了凸轮机构，这样在设计过程中可以一起进行设计，大大减少了设计工作量。
该方案的缺点主要有以下方面，用铰链四杆机构作为送丝机构，这样对于送丝的最大长度有限制性，很难在控制机构所占空间不大的前提下，实现大距离的送丝，
表1方案一各机构选择
功能机构名称
机械机构选择
送丝矫直机构
曲柄滑块机构
剪断机构
凸轮推杆机构
压紧机构
凸轮推杆机构
冷镦钉帽机构
凸轮推杆机构
传动机构
齿轮传动
2.1.2方案二
2.1.2.1机构运动简介
如图2所示是方案二的传动示意图，表2列出了方案二的各个机构选择。
棘轮的运动是由曲柄摇杆机构带动，由于摇杆的来回摆动使得棘轮间歇运动，从而达到间歇送丝的目的，并且通过棘轮与其他三个小轮的配合，实现矫直的目的。
送丝到位之后，凸轮推杆机构运动使压块压紧钢丝。
钢丝被压紧之后，镦头机构运动实现镦头过程。
镦头完成后，由曲柄滑块机构带动刀具剪切钢丝。
剪断之后，压紧机构松开，完成一个钉子的加工过程，循环运行，实现连续加工。
2.1.2.2优缺点分析
本方案的选择主要有以下优点：
通过棘轮送丝，可以配合使用棘轮罩，实现送丝长度的调整。
送丝长度和刀具位置同时进行调整，可以实现不同长度钉子的加工。
缺点主要是：
虽然实现了一定程度上，加工钉子长度的调整，但是，由于棘轮的调整是齿数的整数倍调整，只能实现离散数据的调节，不能够实现连续长度的调节。
并且在调节钉子长度的时候要通过调整棘轮送丝和刀具位置两项才能实现，而且两者的调节有一定的关联性，要按一定比例进行调节，调节不方便。
表2方案二各机构选择
功能机构名称
机械机构选择
送丝矫直机构
棘轮机构
剪断机构
曲柄滑块机构
压紧机构
凸轮推杆机构
冷镦钉帽机构
曲柄滑块机构
传动机构
带传动
图2方案二传动示意图
2.1.3方案三
2.1.3.1机构运动简介
如图3所示是方案三的传动示意图，表3列出了方案三的各个机构的选择。
在方案三中，从定力矩扳手中受到启发，根据定力矩扳手的原理进行改造设计，并且与槽轮结合，组合成为方案三中的送丝矫直机构。
槽轮实现了间歇送丝的目的，在本方案中槽轮有6个槽，槽轮转一圈，送丝6次，槽轮每转过一个槽时，与之相配合的依据定力矩扳手原理改造的送丝轮转一圈，送丝轮的周长是本制钉机所能够加工的最长钉子长度加8mm（镦头损失），在本设计中，送丝轮的长度为88mm，即每次可以送丝88mm。
冷镦钉帽机构的镦头在送丝过程中距离压紧机构右端面8mm，每次送丝到镦头之后，由于镦头的阻挡，丝不能够继续送，此时送丝轮由于应用了定力矩扳手的原理，送丝轮的外轮由于受力将不再转动。
送丝轮的内轮，由于弹簧被压缩，圆柱销进入内轮，内轮可以继续转动，直到转了一整圈为止，从而实现自动调节实际送丝长度。
并且通过送丝轮与其他三个小轮的配合使用，实现矫直的目的。
送丝到位之后压紧机构将运动使钢丝被压紧，并且由于压头上有花纹，钉子靠近钉头的地方也会被压出花纹，也就是目前市场上钉子的形状。
压紧之后，镦头机构运动，进行镦头，之后剪断机构将运动，通过刀具剪出四棱锥形的钉尖，同时剪断钢丝。
剪断之后，出钉机构运动，将加工好的钉子运到制钉机之外，并且被运出去的钉子都是朝着同一方向，节省了排钉的工序，提高了工作效率。
出钉机构使用不完全齿轮实现间歇运动。
2.1.3.2优缺点分析
方案三的最大优点是可以轻松的实现不同长度钉子的加工，在调整加工钉子的长度的时候，只需要改变剪断机构的位置即可，而不需要调节送料机构。
并且该方案加上了出钉机构，使得加工好的钉子直接就排列整齐，节省了排钉的工序，节省了加工成本，提高了加工效率。
该方案的缺点主要是：
所用机构比较多，加工生产该机器的成本略高。
表3方案三各机构选择
功能机构名称
机械机构选择
送丝矫直机构
槽轮机构
剪断机构
曲柄滑块机构
压紧机构
凸轮推杆机构
冷镦钉帽机构
凸轮推杆机构
传动机构
齿轮传动
出钉机构
不完全齿轮机构
图3方案三传动示意图
2.2方案的选择
经过组内激烈的讨论和与老师交流意见，综合比较三个方案，分析各个方案的优缺点，我们最终确定方案三为我们设计的最终方案。
当今社会是一个快速发展的社会，效率和柔性制造已经变得越来越重要。
方案三的设计完全满足这两方面的要求，加上出钉机构，可以节省排钉工序，大大提高了效率。
槽轮机构和借鉴定力矩扳手原理的送丝机构相结合使用，完美的实现了送丝长度的连续可调节性，并且调节加工钉子长度的步骤十分简单，很容易实现。
可轻松调节加工钉子长度的柔性生产，必定能够适应社会高速发展的要求。
与该方案的优点相比较，其成本适当高的缺点已经显得不太重要了，这是难以避免的，也是大家可以接受的。
3运动循环图
根据方案三的加工过程，首先确定该方案的运动循环图，如图4所示。
图4运动循环图
4原动机的选择
该方案设计的原动件采用集中驱动，根据题目要求生产率为360枚/min，为了实现该要求，则各个功能机构的构件的转速如表4所示。
表4各功能机构相关构件的转速
功能机构名称
相关构件的转速
送丝矫直机构
送丝轮：
6r/s；槽轮:
1r/s；槽轮主动拨盘：
6r/s
剪断机构
曲柄：
6r/s
压紧机构
凸轮6r/s
冷镦钉帽机构
凸轮6r/s
出钉机构
出钉轮1r/s；不完全齿轮6r/s
图5Y250M-8交流电机
由表4可以看出，在该方案中，最大转速360r/s。
而目前市场的一般电机的转速如下：
一般电机的转速：
2级电机3000转，4级电机1500转，6级电机1000转，8级电机750转，10级电机600转，16级电机500转。
根据各级数电机的转速，选择8级电机，并且经过一定速比的减速箱进行减速，使得减速箱输出的转速为360r/min，然后再经过齿轮传动，传到各个功能机构，使各个机构以需要的转速转动，达到正常工作。
根据以上分析初步选定Y250M-8，该型号电机额定功率为30kw，转速为730r/min。
该电机如图5所示。
5各执行机构的设计
5.1基础机构设计
设计制钉机的各个执行机构的尺寸，首先要对各个功能机构进行尺寸设计，设计尺寸实现各功能机构实现预定的运动规律。
5.1.1送丝矫直机构的设计
5.1.1.1送丝矫直机构的基本尺寸设计
对于送丝矫直机构，拟采用槽轮（如图6）和应用定力矩扳手原理的送丝轮（如图7），保证每次的送料长度，同时，为了较好的控制以及准确的送料，我们将采用槽轮机构来间歇控制定力矩扳手轮的传动，以最大指定长度为基准，，将送丝轮的周长定为最长制钉长度加镦头损失长度共88mm，根据要求，每分钟360枚，那么每秒钟需要6枚。
于是，一秒钟扳手轮转六圈，六个周期，据此设计槽轮机构。
根据运动特点和生产需要，选用外槽轮机构。
为了尽量减少运动时间，减少Τ值，提高生产率，不宜采用内槽轮机构，故而采用外槽轮机构；槽轮槽数愈少，角加速度变化越大，运动平稳性越差，所以设计时槽轮的槽数不应选的太少，也不宜太多，因为在尺寸不变的情况下，槽轮的槽数受到结构强度的限制；在外槽轮机构中，当槽数z=3时，槽轮的加速度变化大，运动平稳性差，因此在设计中，大多选z=4-8。
图6槽轮机构设计图
图7送丝轮设计图
我们选用槽数为6，圆柱销数为1的外槽轮机构，预计效果：
主动拨盘上的圆柱销随着主动拨盘转动，每转动一圈，槽轮转动一个槽，然后再根据齿轮的传动，将运动传递给送丝轮，使得其运动一个周期，所以能够实现1:
6的运动，齿轮传动比1:
6。
送丝轮设计根据最长钉子以及墩帽估计量88mm进行设计，外周长为88mm，内部有单槽转盘，其中有弹簧连接，外连一圆柱销，销径与内花纹边微拟合，内转外不转，以此来实现定力矩扳手传动送丝过程。
槽轮和送丝轮靠齿轮传动，传动比1:
6.
5.1.1.2送丝矫直机构的运动分析
如图8所示，在送丝矫直机构中，主动拨盘转动360°，槽轮转动60°。
主动拨盘转动6圈，槽轮转动1圈，实现间歇送丝目的。
图8槽轮与主动拨盘转角关系图
5.1.2剪断机构的设计
5.1.2.1剪断机构的基本尺寸设计
考虑到题目中的设计要求，加工钉子的直径为Φ1.6～Φ3.4mm，所以切断机构刀具的行程不宜过大，设计其行程为30mm，由于选择的机构为偏距e=0的曲柄滑块机构，则曲柄的长度理论上为行程的一半，即15mm。
考虑制钉机的高度问题和刀具的运动情况，设计连杆的长度为200mm。
如图9所示为剪断机构的运动简图。
图9剪断机构的运动简图
5.1.
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