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1、1 绪论1.1 课题综述 扣丝图1-1是将盘状金属丝校直后，切断后折弯成扣形，它是一种用于建筑、环保、邮政、金融等领域的专用捆扎易耗品，是一种系列化产品，成型规格一般为 3.5寸12寸。近来将标准化扣丝用于建筑等行业，也是捆扎行业标准化新工艺的应用。 图1-1 扣丝示意图目前国内对于扣丝的应用还处于尝试和推广阶段，而国内金属扣丝的生产主要是供应国际市场，扣丝的规格标准都是根据国外的用户要求制造的，包括3.5寸12寸，间隔0.5寸为一个规格。每年国外订单上万吨，作为我省重要金属丝加工基地-安平，在以丝网为龙头产品的基础上，广泛开拓金属丝深加工产品市场，金属扣丝作为一个新的加工产器品正逐渐得到企业
2、重视1。但是，目前国内自动化扣丝成型生产设备还不太普遍，扣丝基本采用手工制造的方式。占用生产场地大，成本高，生产效率低，扣丝产品质量不稳定，不利于企业的竞争。而国外已经发展为成熟工艺，应用较为普遍。而且有自动化的生产设备，设备精巧，生产效率高，产品质量好，产品竞争力强。为适应国际国内市场的需要，提高产品的质量，增强竞争力，河北科技大学已经研发试制出专用捆扎扣丝成型设备。，这种设备适用于成批量的生产，以满足生产扣丝企业的需求，而且快捷方便，操作简单。1.2 研究本课题的意义折弯机作为工厂中加工部件的重要机器，其设计质量的好坏直接影响设备的使用性能和制造成本，其强度，刚度，可靠性和稳定性将直接影响
3、成型工件的质量。故对其进行结构设计至关重要。但目前，折弯机的设计基本上沿用经验设计，经验设计的局限在于，为了使设备保证满足工作需要，常采取比较保守的数据，而传统的折弯机计算方法，虽然大多基于结构强度方面的理论研究，并辅以必要的试验方法和测试分析，从而具有一定的理论依据和可信度，但是由于机体结构很不规则，且受力较为复杂，因而在计算时要对计算模型进行很多简化，至使计算精度较差，由于收到这种方法的影响，得到的结果只能对机体结构强度，刚度作出略的分析，至使机体结构尺寸和重量偏大，或者机体强度，刚度达不到要求，至使折弯机达不到使用要求，因而有必要对折弯机的结构进行设计，使其轻便，灵巧且能达到使用要求2。
4、在大量的工程实践中，折弯工艺取得了较为迅猛发展，因而，对实现折弯过程的折弯机提出愈来愈高的要求，如实现折弯生产过程自动化，具有较高的可靠性，简便的操作方法和良好的性价比。目前国内钢丝自动折弯设备的研制并不成熟，钢丝折弯成扣还主要依靠手工作业，生产效率低，并且工人劳动强度比较大。对本课题的研究可以大大提高扣丝生产的效率，并对相关的金属丝加工行业的发展起到促进作用，对于提高我国自主创新能力有重大意义。所以对本课题的研究是很有必要的，有着重大的意义。1.3 设计任务分析本次毕业设计的主要内容：完成多线可调式扣丝成型机外形设计与成型系统设计并用UG软件模拟整机运动仿真。扣丝成型机的主要技术指标：工作循
5、环时间10秒/个；成型金属丝直径范围1.01.8毫米； 扣丝规格：5-6寸。金属丝的直径大小可以确定送丝轮的直径大小和矫直轮的直径、数目、布置、压下量，扣丝规格将决定扣丝机的总体尺寸以及总体结构和各元气件的布置。技术要求中提到可实现三线并行，规格可调。这要求传动装置要有三个输出端，而规格可调就要设计出可调整扣丝的长度的零件，保证扣丝的规格要求。同时要求三线送丝、可独立控制、校直量可调。为了达到这些要求采用可分别控制的电气元件如气缸、电磁离合器、PLC。而为了生产不同规格的扣丝，将两送丝轮的中心距设计为可调整的，可以将其中一个送丝轮设计为可调整的，通过调整这一送丝轮来调整校直量。当整机建模与装配
6、结束后，在UG软件运动仿真模块中，定义连杆、运动副、运动驱动、可以实现连贯的机器工作的各个动作。2 总体设计具有确定功能的任何一台机器都是由各种零件、部件机构装置等，通过一定方式组合成一个系统。现代机械集成了机、电、光、液、气等技术，这使得机器的组成及结构更加复杂化。自动机械总体设计就是从整体、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，通过把输入机器的的物质流、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。2.1 原理方案设计2.1.1 功能结构分解由于设计系统比较复杂，难以直接求得满足总功能 的解决方案，即使可
7、以求得，也可能难以实现，或者造成后续设计的结构方案过于复杂，带来一系列的其它问题。据此，将总功能分解成复杂程度较低的分功能，并相应找出各分功能的解。扣丝成型机的功能可分解为图2-1所示。其基本功能是将校直后的金属丝折弯成所需扣形。在工作中扣丝机按照要求进行动作控制3。2.1.2 确定设计方案首先寻求功能解即确定实现各功能可能运用的原理。将物理学原理通过一定的结构扣丝送丝校直切断弯丝动作控制校直送丝切断开机停止单步工作旋转弯曲横推丝下压丝推出丝固定丝料图2-1多线可调式扣丝成型机的功能分解图形式，在工程技术上加以利用即技术物理效应，实现技术物理效应的具体构件即为功能载体。可以根据经验、类比法和一
8、般知识选择适当的技术物理效应和确定相应的功能载体4。辊式矫直的过程和基本原理是使经成品拉拔后的带有某一原始曲率的钢丝通过安装在一个平面内(称为标准矫直)或两个互为垂直平面内(称为完全矫直)的两排相互交错排列的滑轮即辊轮,钢丝呈波形或弯曲形通过矫直器,经受反复弯曲变形,曲率由大变小,使得钢丝内部的残余应力逐渐消除,最终达到平直而实现矫直的目的,如图2-2所示。钢丝通过矫直辊轮时,处于弹塑性变形状态,钢丝横截面上的应力分布如图2-3所示。钢丝被矫直的条件是反弯后弹回到平直,即弹性变形的反弯曲率应等于弹回曲率5。图2-2辊式矫直示意图图2-3钢丝横截面应力分布图金属弯曲理论已相当成熟，再金属板折弯、
9、波导管折弯等工程实际问题中已经得到广泛应用。圆形截面金属丝弯曲变形所涉及的力与变形量之间的关系可以参见材料力学的计算方法和公式7。2.1.3 电动机的选择在现代工业中，为了实现生产过程自动化的要求，机电传动部分包括拖动生产机械的电动机，而且包含控制电动机的一整套系统，也就是说，现代机电传动是和由各种控制元件组成的自动控制系统紧密地联系在一起的。从现代化生产的要求出发，机电传动控制系统所要完成的任务，从广义上讲，就是要使生产机械设备生产线、车间、甚至整个工厂都实现自动化。从狭义上说，则专指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加、质量的提高、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能量的合理
10、利用。随着生产工艺的发展，对机电传动控制系统提出了愈来愈高的要求。例如，一些精密机床要求加工精度达百分之几的毫米，甚至几微米，要求在极慢的稳速下进给，即要求在很宽的范围内调速；轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械，操作频繁，要求在不到一秒的时间内就是完成从正转到反转的过程，即要求能迅速地启动、制动和反转；对于电梯和提升机则要求启动和制动。2.1.3.1 电动机传动系统的组成：（1）电动机的分类：主要分直流和交流电动机两大类。直流电动机又可分为励磁直流电动机。其中励磁直流电动机分为：他励电动机，串励电动机和复励电动机。交流电动机又可分为异步电动机和同步电动机。其中异步电动机分为：笼式电动机，绕线电动
11、机。同步电动机分为：普通同步电动机，无换向器电动机和磁阻电动机。 （2）电动机的外壳结构形式：开启式，防护式，防滴防溅式，封闭式，密闭式，防爆式六种。（3）电源装置：电动机电源装置分为机组交流装置及电力电子交流装置两大类。其中不同的应用场合适合选取。（4）电器传动控制系统：电气传动控制系统按照所用器件分类：电器控制又称继电器控制，与母线供电配合使用。电机放大机和次放大机床控制，与机组供电装置配合使用，在三十到六十年代盛行，随着电子技术的发展，已被淘汰。电子控制装置又分为电子管控制和半导体控制。（5）电气传动系统按照工作原理分为：逻辑控制，通过电气控制装置控制电机启动，停止，正反转或者有机调速，
12、控制信号来自主令电器或者可编程序控制器。连续速度控制，与机组或电子电力交流装置配合使用，连续改变电机转速。（6）齿轮减速器：这个减速器本来是和电机分开的，但是随着机械方面的发展，各式各样的机构不断的涌现出来，用到电机的方面更是多了起来，从而对电机需求大幅度增长。然而，各种机构所需要的电机都需要挑选各式各样的减速器来达到所要求的速度，电机和减速器之间比一定要配合的十分完美，从而在结构上对设计的机构造成了影响。于是，厂家在设计电机的时候，同样设计了齿轮减速器，给出了变速的范围，更重要的是这两者之间的配合完美，使人们设计出的机械在总体设计上更加优秀。齿轮减速电机的出现给人们的机械设计带来了不小的方便
13、。2.1.3.2 电动机类型的选择直流与交流电动机的选择：交流电动机结构简单，价格便宜，维护量小，但起动机调速性能不如直流电动机。因而在交流电动机能满足生产需要的场合都应采用交流电动机，仅在起制动和调速方面不能满足要求时，才考虑直流电动机。直流电动机的选择：需要较大启动转矩和恒功率调速的机械，用直流串励电动机。注意要按生产机械的恒转矩和恒功率调速范围，合理选择电动机的基速及弱磁倍数。2.1.3.3 电动机的功率计算电动机的功率计算一般由机械设计部门选定，按负载预先选定一台电机然后校验8：发热校验，根据生产机械的工作制及负载图，按等效电流法或平均损耗法进行设计。有些生产机械负载图不易确定，可通过
14、试验实测或对比等方法验证。启动校验，设计启动时电源电压的降低，检验启动过程中最小转矩是否大于负载转矩，以保证电机顺利启动。过载能力校验，对于短时工作制，重复工作制和长期工作制，电动机需要校验电级最大过载转矩是否大于最大峰值转矩。电动机GD2 的校验，某些机械对电机的动态性能有特殊要求，许校验电机GD2 能满足要求。其他一些特殊校验。在本设计中，机器转速低，转矩小，必须选用减速器。因功率不大，因此选择一台齿轮减速电机即可。初选电动机时，首先可以根据机械工程手册67.117计算出所需电动机的功率P，再从电动机产品本中选择JC值与此机构工作类似相当的、额定功率与此相近的电机。2.2 切断机构的确定切
15、断方式的不同，在很大程度上影响着切断装置的性能，切断方式按照切刀的一定方式的不同可以分为：旋转式剪切、上下移动式剪切和下移式剪切三种。2.2.1 旋转式切断机构旋转式剪切系统主要由承料架、定长开关、电磁铁、牙嵌离合器、主动齿轮、切断后，通过电磁铁带动牙嵌离合器使飞轮轴与主动齿轮轴连接，齿轮、制动器等组成9。当钢筋通过两个切断齿轮中间的缝隙进入承料架并接触定长开关主动齿轮旋转一周带动切断齿轮旋转1/3周，同时切断钢筋。切断齿轮上均布三对刀齿并且轮流工作，以延长刀具寿命。2.2.2 上下移动式切断机构上下移动式剪切系统主要由承料架、定长开关、电磁铁、专键离合器、曲柄连杆、平移时下切刀台、摆动式上切刀片、制动器等组成。当钢筋通过平移式下切刀台进入承料架并触动定长开关后，电磁铁带动转键离合器使飞轮轴与曲柄轴连接，曲柄上的连杆推动平移时下切刀台在四杆机构的作用下前进10。摆动式上切刀片的一端固定在机架上，另一端刃口紧贴在平移式下切刀台的刀刃处，当平移式切刀台沿圆弧轨迹运动时，两刀片刃口相对运动，切断钢筋，曲柄使刀台复位，等待下一次剪切。2.2.3 下移式切断机构下移式剪切系统形式比较多，按刀具的驱动形式可分为
