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1、1 前言1.1 选题背景与意义1.1.1 选题背景在今天的工业生产中，推杆的应用日益普遍，在模具生产等行业已成为一种通用的标准件。随着科学与技术的发展，不论是在生产精度还是在生产效率方面都对推杆的加工生产提出了更高的要求。传统的推杆加工方法不但加工效率低下，而且能源消耗大，自动化水平低。国外在这一领域已经实现了自动化，凭借更高的精度和更低的价格迅速占领了市场。反观国内，推杆的生产水平普遍低下，在激烈的市场竞争中处于很不利的境地，对推杆生产加工方式进行技术改革已迫在眉睫。对于推杆生产，锻造的方式更符合节能高效的现代生产理念，不但加工工序少、效率高，而且通过锻造得到的推杆具有更好的力学特性。传统锻
2、造生产往往采取人工送料的方式，如果用手工送料, 则存在两大问题：一是无法连续自动冲压, 生产效率很低二是操作工要用手送料到模腔, 危险性很大, 时有砸伤手臂等事故发生【1】。在锻造生产中, 采用中频感应加热的厂家越来越多，近年来, 为了提高生产率、提高锻件质量、减少操作人员, 人们对锻造生产线的水平提出了较高的要求。开发感应加热炉自动化上、下料, 这不但可以满足用户对感应加热自动化的要求, 而且也可以提高了我国自行组建锻造生产线的水平。因此我选择了“推杆镦粗机床上料机构设计”这一课题。1.1.2 选题意义选择推杆镦粗机床上料机构设计这个题目，是因为这个题目可以运用到大学期间所学的多门专业知识，
3、如机械原理、机械设计、流体传动与控制技术、计算机辅助绘图和机械制图等。加深对所学知识的了解和并熟练运用，对我们将所学知识融会贯通有很大的帮助。此外，在锻造生产中, 采用中频感应加热的厂家越来越多，近年来, 为了提高生产率、提高锻件质量、减少操作人员, 人们对锻造生产线的水平提出了较高的要求。开发感应加热炉自动化上、下料, 不但可满足用户对感应加热自动化的要求, 而且也提高了我国自行组建锻造生产线的水平。因此选择这个课题不但可以提高我熟练应用所学的能力也具有现实生产意义。1.2 推杆加工简介推杆作为模具生产等行业中的一种通用标准件，其应用与需求日益扩大。对于推杆的生产，目前普遍应用中频感应加热锻
4、造技术，即对其一头进行加热然后镦粗成型。示意图如图1.2所示：图 1.2 推杆简图1.3 设计内容1.3.1设计任务研究推杆作为模具标准件，其应用日益广泛。随着科学技术的发展及客户对产品要求的提高，我国传统的推杆生产方式已不能满足日益增长的需求。国外很多企业跟随形势，对推杆生产加工进行了很多富有成效的技术改革。这使得我国在市场竞争中处于很被动的局势。为改变这一局面，关键在于使推杆的生产实现了一人多机的高效率、高品质、低成本、低劳动强度的自动化生产方式，提高生产效率、降低成本。1.3.2 设计任务要求毕业设计的题目是：推杆镦粗机床上料机构设计。推杆镦粗机床上料机构是用于模具标准件推杆制造过程中“
5、加热锻头”的专用设备。此设计用于该机床的自动化上料，在工件 “加热锻头”的过程中，要求与载体进退等协同动作，完成双侧自动上料机构的机械设计。设计参数：整个动作周期：22秒，上料动作： 1秒工件坯料尺寸：直径5.0-16, 长度50-300上料气缸压力：5 kg / cm2, 机床外形参考尺寸：5.01.51.51.3.3 预期研究结果本次设计要求结构合理、性能可靠、成本低、生产效率高。并且在工件 “加热锻头”的过程中，要与自动加热、顶料、定位、卸件等同步动作，完成其双侧自动上料机构的机械设计。2 功能设计2.1 功能要求本机构中的工件坯料为直径为5.0-16, 长度为50-300的圆柱杆件，设
6、计的上料机构必须实现直径长度不同的坯料单个顺序供给，并要满足结构合理，经济性高，实用性，生产效率高等要求。2.2 方案设计首先，查阅各方面与本题目相关文献，包括专利、书籍、企业资料、期刊、论文和设备技术参数。通过对这些资料的阅读整理，我对各类机床的自动上料系统的选材、组成机构、实现方式、工作过程都有一个初步的了解。并对推杆的用途、市场需求、生产制造技术条件、研究水平和未来发展趋势有了初步认识。之后，对设计条件、环境、实用性、经济性、精度要求以及设计内容、设计要求等方面进行了充分的考虑后，提出了一套方案。示意图如图2.2所示：图2.2利用工件坯料的物理特性可将工件布置在一个斜平面上，可实现工件的
7、有序排列，并可根据机构工作空间和工件数量将该斜面更改为“S”形，以便更有效的利用空间。依靠挡板A、B的交替升降完成棒料的单个有序供给。其工作过程如下：当棒料顺着斜轨滚下时，挡板A上行挡住滚落的棒料，然后挡板B升起，此时挡板A、B之间只有一根棒料，当挡板A落下时，A、B之间的棒料就落下，实现了棒料的单个有序供给。其工作分解图如下：图 a如图所示，当工件坯料顺着斜面滚下时，被挡板A拦截，此时挡板B受驱动升起，挡住后面的坯料。图 b当挡板B升起以后，此时后面的坯料被挡板B所阻断，A、B挡板间只剩下一根坯料。图 c挡板A降下，此时挡板A、B间的坯料顺着斜面滚下，后面的坯料则被挡板B拦截无法滚落。图 d
8、当坯料滚落后，挡板A升起，此时已完成一根棒料的供给，挡板B再次落下，后面的坯料滚落。图 e挡板B降下以后，后面的坯料落下，完成一个周期，实现了坯料杆件的单个有序供给。2.2.1 机构性能分析该机构可以有效完成坯料单个有序供给的课题要求，动作简单，且易于实现。（1） 但题目要求直径5.0-16, 长度50-300不同直径及长度的坯料上料，所以A、B之间的距离必须可调节。（2） 应选择适当的动力系统完成挡板的往复运动，并且应具有造价低廉、稳定、污染少等原则。（3） 此外挡板的形状设计成栅栏状更符合要求经济性和节能理念。2.2.2 动力系统的分析与选择该机构的主要动作为往复直线运动，可实现直线往复运
9、动的机构有曲柄滑块机构，曲柄摇杆机构，凸轮机构，液压系统，气压系统等。其中比较适用于该机构的有凸轮机构，气压系统，液压系统。2.2.2.1三种机构优缺点分析1、凸轮机构：凸轮机构可以有效实现该机构中所要求的直线往复运动，其特点如下：（1）凸轮机构是由凸轮，从动件及机架三个基本构件所组成的高副机构。（2）凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常为主动件，作往复直线运动或等速回转运动。（3）与凸轮轮廓接触，并且传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动的构件，称为从动件。（4）凸轮机构在应用中基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律由凸轮轮廓曲线所决定，所
10、以在应用时，只要根据从动件的运动规律设计凸轮的轮廓曲线就可以了。但凸轮机构曲面设计复杂，加工困难，成本偏高。22、 气动系统：优点（1）因空气黏性很小，所以其损失也很小，高效、节能，适于远距离输送；（2）以空气作为其工作的介质，来源广泛，且用后可直接排入大气而不造成环境污染；（3）反应快、动作迅速、不易堵塞、维护简单； (4)成本低、具有过载保护能力；（5）工作环境适应性好，安全可靠。缺点（1）有较大的工作噪声；（2）不易获得较大的转矩或推力；（3）工作稳定性稍差；（4）功率较小。3液压优点（1）可实现无级调速；（2）体积小、重量轻、结构紧凑；（3）容易实现过载保护； （4）比较容易实现自动化
11、；（5）功率大；（6）传递运动平稳、润滑好、寿命长。缺点（1）有泄漏，且效率低；（2）油温变化时会对传动性能产生影响；（3）对制造精度的要求高；（4）有故障时不易查找；（5）制造成本较高。2.2.2.2三种系统对比与选择对三种系统进行分析并结合设计所给出的条件：上料动作1秒/个，上料压力5 kg / mm2，因此可以看出对于动力系统的要求必须反应快、动作迅速，此外功率应尽量小，以降低成本。所以选用气动系统明显优于其他两种机构，不仅符合反应快、动作迅速、功率小等要求，但能满足上料压力要求，高效、节能。而且，气动系统以空气为工作介质，来源方便，且用后可直接排入大气而不会造成环境污染，相比液压系统更
12、加经济且环保，并且维护简单，操作方便。所以该系统的动力系统初步设定为气压动力系统。2.3传动系统的选择 在各种机构型式中，连杆机构的特点表现为具有多种多样的结构和多种多样的特性。仅就平面连杆机构而言，即使其连杆件数被限制在很少的情况下，大量的各种可能的结构型式在今天仍难以估计。它们的特性在每一方面是多种多样的，以致只能将其视为最一般形式的机械系统。在近代，随着工业越来越高度自动化，在大量的自动化生产线上，许许多多的连杆机构得到了应用。工业生产自动化程度越来越高，连杆机构以及它与其它类型的机构组成的组合机构将得到更加广泛的应用，特别是形状丰富多样的连杆曲线将应用在更多的场合中。连杆机构特点如下：
13、a. 连杆机构中构件间以低副相连，低副两元素为面接触，在承受同样载荷的条件下压强较低，因而可用来传递较大的动力。又由于低副元素的几何形状比较简单，故容易加工。b. 构件运动形式具有多样性。连杆机构中既有绕定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆，又有作平等，利用连杆机构可以获得各种形式的运动，这在工程实际中具有重要价值。c. 在主动件运动规律不变的情况下，只要改变连杆机构各构件的相对尺寸，就可以使从动件实现不同的运动规律和运动要求。d. 连杆曲线具有多样性。连杆机构中的连杆，可以看作是在所有方向上无限扩展的一个平面，该平面称为连杆平面。在机构的运动过程中，固接在连杆平面上的各点，将描绘出各种不同形
14、状的曲线，这些曲线称为连杆曲线。e. 在连杆机构的运动过程中，一些构件（如连杆）的质心在作变速运动，由此产生的惯性力不好平衡，因而会增加机构的动载荷，使机构产生强迫振动。所以连杆机构一般不适于用在高速场合。 f. 连杆机构中运动的传递要经过中间构件，而各构件的尺寸不可能做得绝对准确，再加上运动副间的间隙，故运动传递的累积误差比较大。【2】设计连杆机构，其中最主要的问题就在于根据给定的设计要求选定机构的型式，确定各个构件尺寸，除此之外还需要满足一些结动力条件、构条件和运动连续条件等要求。根据机构的性能要求和用途的差异，对连杆机构设计的要求是不同的，但这些要求可以总结为以下三方面的问题：（1） 应
15、满足预定的连杆位置要求。即要求连杆要需据一有序的预定位置。因此这类设计问题要求所涉及的机构可以引导连杆按照要求的方位通过预定位置，因而这类问题又被称为刚体的引导问题。（2）满足预定的运动规律要求。比如，要求两个连架杆的转角能满足预定的相对位移关系；或者要求在原动件运动规律一定情况下，从动件能够准确或者近似地满足预定的运动规律要求。又称为函数的生成问题。（3）应满足预定的轨迹要求。即在机构运动过程中，连杆上某个或某些点的轨迹应符合预定轨迹的要求，简称为轨迹的生成问题。传动系统需要将气缸的往复运动准确平稳的传递到挡板上，在对很多机构进行分析对比后，决定选择连杆机构作为传动系统，最后确定为四杆机构。最终机构示意图如下：图2.3a从镦粗机工作效率的考虑，将该机构布置为左右对称的两个，可实现棒料的双侧下料，工作效率大大提高。示意图如下：图2.3b1、 工件坯料 2、上料槽 3、气缸
