陈胜利 自动孔成型机设计 报告概要.docx
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陈胜利自动孔成型机设计报告概要
自动机械设计课程设计
设计题目：
自动孔成型机
课题负责人：
所在学院：
机电工程学院
班级：
学号：
指导教师：
彭用新
联系电话
昆明理工大学机电工程学院制
目录
一、设计任务分析3
二、原理方案设计5
设计任务抽象化5
功能结构分解5
三、确定设计方案6
1寻求功能解6
2功能载体组合7
四、方案比较7
孔成型方式的选择：
7
原动机的选择：
8
定位夹紧方式8
给料机构的设计：
8
下料方式：
9
五、工艺方案设计：
10
工艺原理方案设计10
工艺流程设计10
六、自动机械循环图的设计11
送料直线运动机构运动循环12
执行机构运动循环的时间同步化设计13
七、自动机械传动系统的设计14
冲压力的计算：
14
传动方案布置15
八、自动机械总体结构方案设计16
九、设计心得17
课程设计任务书
机电工程学院学生姓名
设计题目：
设计一台生产率为10片/min的方板自动打孔机，方板尺寸为1
材料为Q235
设计资金：
30万
完成期限：
2013年1月18日
设计主要内容：
1．功能结构图1张
2．运动循环图1张
3．工艺原理图1张
4．传动原理图1张
5．总体布局图1张
设计指导教师彭用新
2012年12月30日
一、设计任务分析
主要任务：
熟悉设计任务书，功能原理方案设计，确定工艺方案，绘制工艺原理图。
设计任务要求
设计内容、要求
设计指标
能在方板上冲孔
材料尺寸：
孔直径：
材料：
Q235
（件）
生产率：
年产量：
（件）
具有一定的定位精度要求
能自动上、下料
设计资金
30万
拆卸维修方便
设计中隐含的要求：
Ø运动平稳性；足够的刚、强度和运动精度。
Ø可靠性；设备在规定的条件下，在规定的时间内完成或保持其规定的工作能力。
Ø产品质量稳定性；使用维修方便，操作简便安全。
Ø结构简单，制造容易，成本低；
Ø生产率高、效率高，能耗少；
Ø节约材料，贵金和稀有金属。
分析设计要求
加工对象的材料：
Q235普通碳素工具钢
Ø根据GB/T 700-2006碳素拉伸强度结构钢
取为
根据材料力学（《材料力学》候作富武汉理工大学出版社P39）经验公式折算：
Ø塑性材料，系数选为0.7，计算得到:
=315
每年产量：
（片）根据《机械制造技术基础》确定为大批量生产
二、原理方案设计
原理方案设计按照设计活动自身的内在规律进行，提倡发散式的、以功能设计为主的思维，寻求各种可行方案，全面系统地确定设计的起始条件和最佳结果，强调抽象的设计构思，防止过早地进入实体结果分析。
功能分析设计方法的基本思想是：
先避开具体的结构方案，将设计任务及要求抽象为功能，通过功能分解（便于得到功能解）、分功能求解、功能解组合、方案评价等设计步骤，求得最佳设计结果，
设计任务抽象化
本设计任务比较简明易懂，采用黑想法分析可知
经过功能分析，可讲设计任务抽象为，在方板上除圆柱形料的的自动装置。
功能结构分解
因为自动成孔机，不是一个最基本的功能元，没有直接的功能解。
所以使用功能分解的方法对设计进行分析。
三、确定设计方案
1寻求功能解
确定各功能元可能用到的原理解，寻找各个功能解的功能载体。
上料方式：
推板式、摩擦轮式、吸盘式、胶粘式
孔成型有以下几种方法:
钻孔、冲孔、线切割、激光打孔车孔、镗孔。
原动机类型可采用:
液压、电机、柴油机、电磁铁、气动等
下料：
带传动、链传动、直线运动、转盘式、翻转式等等。
2功能载体组合
根据各个功能解，利用形态学矩阵进行组合：
功能元
1
2
3
4
5
6
原动机
液压
电机
柴油机
电磁铁
气动
上料方式
推板式
摩擦轮式
吸盘式
胶粘式
孔成型
钻孔
冲孔
线切割
激光打孔
车孔
镗孔
下料
带传动
链传动
直线运动
转盘式
翻转式
由形态学矩阵可得全部方案数为:
（种）
但是由形态学矩阵得到的方案中有很多不具有实际意义，而且有些结构元件不恩给你相互匹配和适应所以得到的方案还需进一步比较、评价得到最终方案。
四、方案比较
孔成型方式的选择：
由于激光打孔、线切割的方式设备昂贵，与本自动冲孔机的开发资金相冲突，所以首先剔除这两种方案。
下面对钻孔和冲孔进行比较：
冲压
钻孔
加工效率
高
低
表面质量
较低
较高
材料利用率
高,废料可用于其他加工
低，废料为切屑
冲击
高
低
机械性能
冲压后通过机械变形提高
钻孔后因为冷作硬化提高
材料
需要具有一定的塑性
无要求
冲压件的精度取决于模具精度，如果零件精度要求过高，用冲压工艺不能达到。
但是本次设计的机械对孔加工质量为普通要求，用冲压工艺能达到；方板材料为Q235，为冲压常用材料，考虑到效率的要求，最终选用冲压工艺作为孔成型方法。
原动机的选择：
收本次工程设计造价限制，采用电动机作为原动机。
方板厚度较小，冲孔的冲裁力不大，所要求的生产效率较低，电动机足以满足要求。
相应的控制方案选为机械凸轮控制。
定位夹紧方式
工件为方板，工件两侧采用导轨夹紧，前后靠直线运动送料机构前后顶紧
给料机构的设计：
分析如下两种方案：
二次定向→剔除效率低
二次定向→校正薄板对齐的校正困难料仓料道容易堵塞
采用新的设计构想：
采用采用料斗供料后二次定向采用两个板同步压方板毛坯，完成定向速度低两定位板要求光滑。
采用带传送
考虑到，板片料周边规矩，堆叠起来成摞，按照方位要求装入料斗或斜槽中，所以采用单件物品料仓式供料工料机构的供料原理进行供料。
但由于这类物品较薄，所以关键是取出和分离问题。
常用板片料供料机构有推板式、摩擦轮式，吸盘式，和胶粘式。
类型
适用范围
推板式
适用于物品有一定和厚度和硬度时
摩擦轮式
适合薄而软物体的给料
吸盘式
可用于各种板片类物品的给料，但要求物品表面平整
胶粘式
广泛应用于纸类物品的给料
由于设计材料是碳素结构钢，具有一定的厚度和硬度所以初步选用推板式和吸盘式进行作为给料机构的方案。
推板式供料方案如下图所示（摘自《自动机械设计》尚久浩主编中国轻工业出版社）
1料槽2推板3推杆
有图可以看出采用推板式供料方法，推板和零件具有隔料功能，无需再设计隔料装置即可，因此采用推板式送料方式进行送料
（摘自《供料过程自动化图集》藤森洋三机械工业出版社）
下料方式：
配合给料方式和夹紧方式选择下料方式，为靠其他方板推动直线运动，靠重力自动落料的方式。
五、工艺方案设计：
工艺原理方案设计
因为在上一步原理方案设计中已经完成对工艺方法的选择这里就不再重复。
工艺流程设计
工艺过程也称工艺结构性方案，特点是采用相同的物理技术效应，但实施的方式方法不同。
对于自动机设计来讲，工艺过程方案设计主要是解决各个分功能之解的排列和组合的方式方法，或者说，就是安排各个动作的作用幅度和顺序等。
工艺过程方案设计的基本依据是原理方案设计和工艺性方案设计中的功能结构关系。
工艺过程常见的工艺路线有直线型、台阶形、回转型和组合型。
直线型工艺路线分为垂直和水平型工艺路线，也有倾斜型工艺路线。
台阶形工艺路线适合对物品的折叠式包装。
圆盘式工艺路线多为多工位的自动机采用。
组合型工艺路线是以上1种或几种的组合。
因为本冲孔机为单工位工作，工艺过程简单，所以采用直线型工艺路线。
根据冲孔过程的工艺要求，绘制工艺流程图如下:
六、自动机械循环图的设计
表示自动机械各执行机构的运动循环在自动机械工作循环内相互关系的示意图。
由循环图可看出各执行机构以怎样的顺序对产品进行加工。
进行自动机械循环图设计的优点是：
①可使各执行机构按照工艺要求的正确顺序和准确时间进行各种工艺操作和辅助操作；
②避免各机构之间可能出现的空间干涉；
③减少甚至消除机构的无用停歇时间；
④提高生产率，降低能耗。
采用下列步骤进行直角坐标式循环图设计：
①确定执行机构的运动循环；
②确定运动循环的组成区段；
③确定运动循环内各区段的时间或分配轴转角
④绘制执机构的运动循环图
冲头曲柄机构运动循环
冲头曲柄机构运动循环如下：
确定执行机构的运动循环。
若凸轮轴每转一转冲一个孔，则凸轮轴的转速n为：
凸轮轴每转一转的时间，即是冲压机构的工作循环时间Tp：
确定运动循环的组成区段；根据冲压工艺，冲头的循环由以下四段组成：
为冲头快速接近工件的时间，
为冲头返回的时间，
冲头接触零件后的冲压时间。
确定运动循环内各区段的时间或分配轴转角。
根据冲压工艺初步选定
，
，
。
则相应的凸轮轴的转角为：
，
④绘制该机构的运动循环图：
送料直线运动机构运动循环
送料直线运动机构运动循环如下：
确定执行机构的运动循环。
该机构和曲柄机构的运动循环时间一致，
确定运动循环的组成区段；根据冲压工艺，冲头的循环由以下四段组成：
为冲头快速接近工件的时间，
为冲头返回的时间
是送料机构顶住方板的时间
确定运动循环内各区段的时间或分配轴转角。
根据冲压工艺初步选定
，
，
。
则相应的凸轮轴的转角为：
，
。
④绘制该机构的运动循环图：
执行机构运动循环的时间同步化设计
由于推送机构和冲孔机构在空间上没有发生干涉，可同时进行。
联系点由A1和A2两点决定，推送和冲孔同时到达加工。
使得两点重合，得到的同步图如下图所示：
（A1和A2为一对“同步点”）。
确定
（1s）
考虑到如下实际情况：
Ⅰ、机构运动规律有误差；Ⅱ、机构运动副有间隙；Ⅲ、机构元件有变形；Ⅳ、机构的调整安装有误差；Ⅴ、其它因素的运动误差。
知道推送机构和冲孔机构不可能同时到达，所以将
增加0.2s，同步图如下图所示：
七、自动机械传动系统的设计
传动系统是把原动机产生的机械能传递到执行机构上去的中间装置。
一方面，传动系统要把原动机输出的的功率和扭矩传递到执行机构，使之能克服生产阻力而做功；另一方面，传动系统要实现减速、变速和运动形式的改变，使执行机构能完成预定的运动。
因此，传递动力和实现预期运动是传动系统的两个基本任务，也是机械传动系统设计要解决的主要问题。
冲压力的计算：
根据《冲压工艺与模具设计》北京大学出版社计算冲压力
冲压力包括冲裁力、卸料力、退料力如下图所示。
冲裁力的计算：
式中:
F——冲裁力（N）；
L——冲裁件周边长度（mm）计算可得：
mm
t——材料厚度；
——材料抗剪强度；
计算
传动方案布置
布置原则：
使原动件尽量接近执行机构，对外漏的机构，最好将其隐蔽布置，以提高操作的安全性，布置传动系统尽量，简化传动链。
考虑到采用一个电机传动传动轴太长，加工误差大，刚度有限，影响到机械的精度，所以分为两个电机进行传动。
Ø送料部分的传动方案：
Ø冲孔部分的传动方案：
Ø电机同步
采用两个电机中间采用“同步控制器”使得两个三相异步电动机同步工作。
八、自动机械总体结构方案设计
自动机械的总体布局必须有全局观点，不仅考虑自动机内部因素，还有考虑人与机器的关系，环境条件等各种外部因素，按照简单、合理、经济的原则妥善的确定自动机中个主要零部件之间的相对位置和运动关系。
总体布局要满足1.功能合理；2.工艺过程流畅；3.操作、维修、调整方便；4.保证设计精度、刚度及抗振性要求；5.能系列化；6.结构紧凑，层次分明，协调，美观。
总体结构图的要求。
Ø总体布局图
考虑到使用机械同步方式使得两个电机进行同步，同步轴太长，加工不方便，所以采用同步控制器控制两个电机同步运转。
1,20电机3,19,17皮带轮2,4,5,6传动齿轮7冲头8连杆9曲柄10下模
11废料盒12工件收集箱13送料顶杆14料仓15凸轮15,16锥齿轮21复位弹簧
Ø料仓布置形式
九、设计心得
在大四第一个学期，我参加了由彭老师主持的《自动机械设计》课程的学习。
作为学校机械类开设的课程之一，我们在之前进行过机械设计的学习，对机械原理也有一些认识，但是进行自动机械设计这是第一次。
学习的过程最难忘的是老师对于设计方法的指导，系统设计法，方案设计法，黑箱法等等。
好方法使人做事事半功倍，感谢老师把这些宝贵的心得无私的分享出来。
方法让我们对于机械行业的理解又上了一个层次。
自动机械设计是从整体、系统的观点出发，通盘考虑组成机器系统的各个要素，各器件尽可能采用最能发挥其特长的物理效应来实现，把输入机器的物质流、信息流、能量流与各器件有机地结合起来，实现硬件组合的最佳形式、最佳原理方案的过程。
09级的同学即将毕业，我们需要学习《自动机械设计》使得我们在以后工作中能在社会上更好的立足。
自动机械在工业领域应用很广。
学习它对我们今后的发展非常重要。
对于初学者的我们，此次课程是一个很好的培养锻炼的机会，以平时课上学习《自动机械设计》的知识为基础，结合网络资源和图书馆借的参考书，我们完成了课程设计。
同时锻炼了发现和解决问题、弥补知识的欠缺以及锻炼实践的能力。
这次课程同样提高了我们独立自主解决问题的能力，培养了我们独立思考的能力和刻苦钻研的精神。
最后，我想感谢一下不畏冬日的严寒坚持帮助我的老师和一直帮助我的同学们。
祝大家新年快乐。
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