冲压机凸轮机构设计与工艺制定毕业设计说明书

河南理工大学1目录绪论............................................................11凸轮机构设计..................................................21.1机构传动方案的设计........................................21.2凸轮机构的选型及尺度设计.................................21.2.1凸轮机构的选型.........................................21.2.2确定从动件的运动规律..................................21.2.3计算从动件的主要运动参数..............................21.2.4确定凸轮基圆直径...................................31.2.5凸轮轮廓设计......................................41.2.6凸轮副材料选择....................................51.2.7凸轮和从动件的结构设计...............................51.2.8凸轮副接触强度校核....................................61.2.9校核凸轮机构的压力角..................................82带轮的设计.....................................................92.1带轮的结构尺寸设计.......................................103箱体设计.......................................................113.1箱体结构设计..............................................114工艺设计.......................................................124.1零件的作用及设计任务.....................................124.2零件的工艺分析............................................134.3箱体A的工艺规程设计.....................................134.3.1定位基准的选择........................................134.3.2制定工艺路线..........................................134.3.3工装、切削用量及基本工时确定........................164.4箱体B工艺规程设计...................................164.4.1定位基准的选择...................................164.4.2制定工艺路线.........................................164.4.3工装、切削用量及基本工时确定........................174.5从动件1的工艺规程设计...............................184.5.1定位基准的选择...................................184.5.2制定工艺路线.........................................184.5.3工装、切削用量及基本工时确定.......................215部分零件的加工编程..........................................225.1编程加工从动件2..........................................245.2编程加工凸轮轮廓.........................................24致谢........................................................38参考文献....................................................39河南理工大学2绪论凸轮机构是一种含有凸轮的高副机构，也是一种很常用的机构，在自动机械和半自动机械中具有广泛的应用。凸轮是一具有曲面轮廓的构件，一般都作原动件：当凸轮作原动件时，通常作等速连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求作连续或间歇的往复摆动、移动或平面复杂运动。本次设计的凸轮机构来源于冲压机的主要机构，在该机构中凸轮作为原动件，驱使从动件作往复运动来完成对材料的冲压，设计重点在于凸轮结构和轮廓设计以及各零件加工工艺的制定。通过本次设计，应当熟悉凸轮机构的一般设计方法和掌握零件的工艺设计内容，提高创新设计的能力。第一章凸轮机构设计1.1机构传动方案的设计本次设计所设计机构是为了满足冲压机中冲压板料这一往复循环直线河南理工大学3运动的，用来通过冲压使板料成型，要获得的板料形状为椭球形的一部分。通过对凸轮机构的运动特性分析，设计一凸轮机构即可满足此目的。凸轮一端可用带轮传递功率，将从动件做成与所冲压板料尺寸相吻合的椭球形，通过凸轮机构驱动即可实现冲压板料的目的。1.2凸轮机构的选型和尺度设计1.2.1凸轮机构选型根据题目要求，从动件作直线运动，且所设计为一平面凸轮机构，因此凸轮选用平面凸轮机构中的盘形对心凸轮。且与轴做成一体。1.2.2确定从动件的运动规律根据题目要求，为防止从动件在行程端点位置产生“过冲现象”，要求从动件在对应位置上速度和加速度为零。因此，选取从动件在推程和回程时运动规律为等速运动规律，为了防止“过冲现象”，应在凸轮轮廓上设置两个休止角。现将从动件运动规律绘制如下：1.2.3计算从动件的主要运动参数因为从动件作的是等速运动，设推程阶段以角速度转动，经过时间T，凸轮转过推程角，从动件升程为h。则从动件速度v=h/T=常数，将v河南理工大学4分别对时间求导和积分，可得从动件加速度a和位移s的方程。(1)a=tvdd=0(2)s=tvd=ctv0=cTht依据边界条件，当t=0时，s=0,则c=0.于是得出s=ht/T.因凸轮转角Tt,，则t=，T，将其带入(2)中，可得从动件的方程为：S=hV=ha=0回程时凸轮转过回程角，从动件也从相应s=h逐渐减小到零，通过同样的方法可得出凸轮回程作等速运动的从动件运动方程为:S=h－hV=－ha=01.2.4确定凸轮基圆直径取轴径d=20mm，由于凸轮与轴做成一体，参考《机械设计基础》，取凸轮基圆直径为25mm。1.2.5凸轮轮廓设计本次设计采用作图法设计凸轮轮廓。具体做法法和图形如下：〈1〉取与位移曲线相同的比列尺画出凸轮基圆，由于凸轮与从动件是对心的，过基圆圆心作直线ok,k为直线与基圆的交点，则可以k作为从动件的起始位置。〈2〉将推程=180°六等分，回程=120°四等分，利用“反转法”原理河南理工大学5按1：1的比例从从动件位移图上量取各线段的长度，然后在各等分线延长线上得到凸轮轮廓上相应的点，将休止段用圆弧连接，再把得到的所有点用光滑的曲线连接起来，得到凸轮轮廓如下：凸轮轮廓图解设计1.2.6凸轮副材料选择河南理工大学6凸轮与从动件材料均选用45钢。1.2.7凸轮和从动件的结构设计〈1〉凸轮的结构设计和尺度设计根据前面选型为盘形凸轮，取最小轴径处d=16mm，轴与凸轮做成一体，轴与箱体上的孔采用H7/h6间隙配合，两端各设一轴肩，以便在装配时用来定位和在凸轮工作时限制凸轮的轴向窜动，轴肩段的轴径d=16+4=20mm，凸轮宽度b取16mm。〈2〉从动件结构设计根据题目要求设计一椭球形状的从动件，为防止从动件过度磨损后造成的形状误差过大，从而影响生产零件的精度。将冲头部分做成可换式冲头，即在椭圆球体的中截面处剖分成两部分，它们之间用螺纹连接成一体。与凸轮接触部分做成半球形，中间部分做成圆柱体。〈3〉确定从动件各部分的尺寸根据需要取椭球体的长半轴a=10mm、短半轴b=8mm，厚度的一半c=8mm,与凸轮接触的一端球面半径R=4mm，半球与椭圆球之间圆柱体直径Φ=12mm,为了固定锁合弹簧，在圆柱段上设置一宽度为5mm的Ｉ型六角螺母，从动件总长L=58mm。1.2.8凸轮副接触强度校核根据《凸轮机构设计与应用创新》中凸轮副接触强度校核的公式：32212112237.0)1(310469.0maxfEfcEckRfRkRfRNF式中kR为凸轮实际轮廓上的接触点的曲率半径，fR为从动件上的接触点的曲率半径，c和f分别为凸轮和从动件的泊松比，cE和fE分别为凸轮和从动件的材料的弹性模量，NF为凸轮副的法向压力。查《现代模具工手册》表4—1得45钢河南理工大学7的弹性模量E=196～206Gpa，取E=200Gpa，即cE=fE=200Gpa，泊松比μ=0.3即c=f=0.3，曲率半径maxkR=22.5，fR=8。〈1〉求NF对从动件进行受力分析可知，从动件的法向压力NF可由下式计算而得：fKXPNF其中p为冲裁力，KX为弹簧的弹力，f为从动件所受的摩擦力。查《现代模具工手册》得冲裁力的计算公式bLtP,式中t为材料厚度，b为材料的极限强度，L为所冲材料的周长。设被冲材料的厚度为2mm，材料为Q235。周长Ld，取d=12mm，查《现代模具工手册》表4-2得Q235的b=253Mpa，带入公式得：bLtPdtb=3.14×12×253×2=19066N,带入求得32212112237.0)1(310469.0maxfEfcEckRfRkRfRNF=11﹒82Mpa。〈2〉从动件的体积v从动件的总体积v=半球体积1v+圆柱段体积2v+椭球体积3vabchrr34233434.7881014.33439.332614.33414.334cm查《现代模具工手册》得45钢的密度=7.853/cmg,则从动件的质量mV=7.4×7.85=58.09g，由此得从动件对箱体孔壁的压力河南理工大学8N=mg=0.058×10=0.58N,Q取弹簧劲度系数K=200N/m,最大伸长量X=10mm，则弹力KXf10×0.2=2N，则fKXPFN19066+2－0.58=19067.42N〈3〉计算许用接触应力根据凸轮副的许用接触应力公式OH=OH/HS×NZ×RZ,查表7-3得45钢的OH=17HRC+200,安全系数HS取HS=1.1，RZ为凸轮工作表面的粗糙度修正系数，取凸轮工作表面粗糙度aR=1.6um,则RZ=0.95。NZ为接触寿系数，且NZ=60NN,若N0N,则NZ=1，其中0N为应力循环基数，对45钢取0N=5×710，N为凸轮轮廓的应力循环次数，1N=60nhT,n为凸轮转速，hT为工作总时数。故hT=151N×365×8=4.38×410，1N=60×400×4.38×410=1.05×910，故NZ=1，2N=21N=2.01×910,故NZ也取1。则：OH=217×1×0.95/1.1=187.4Mpa,所以maxOH。1.2.9校核凸轮机构的压力角参考《机械设计基础》得推程角的许用压力角的范围为[α]=30°～40°，回程时一般不会发生自锁，