龙门动模式钢板模压机设计说明书

1、龙门动模式钢板模压机设计摘 要：本文主要论述了板材成型设备的概况，龙门动模式模压机的设计原理及设计过程。在分析了工件形状后，综合运用了机械，电子，工艺等各方面的知识，设计了该机器。对结构形式、设、布局进行了大胆的改造，对传动系统进行了创新。本机器包括工作台部分、传动系统部分，模具部分。本机器在完成加工要求的基础上，全面提高了生产效率，降低了加工过程中的噪声。同时，模具设计成可更换结构，增加了加工范围，符合现代生产的要求。本文中比较详细的说明了设计，制造该设备的重要性和一些先进的理念、零件结构，希望能够为提高板材成型加工技术作出自己的贡献。关键词：板材成型；冲压；机械制造；设备the desig

2、n of grantry movable mold punching machine abstract: this paper discusses the profile of sheet metal forming equipment, the design principles and design process of gantry movable mold punching machine . after analysis of the workpiece shape, synthesized to make use of the machine, electric,the knowl

3、edge of craft etc,designed that machine.and the structure, design, layout was modified, the transmission system was innovated. this part of the machine includs bench, transmission parts, mold parts. basing on completing the processing requirements of the machine ,and improved overall productivity, r

4、educe processing noise. meanwhile, the structure of the mold is designed to be replaced ,to increase the processing area, to meet modern production requirements. this paper makes a more detailed explanation of the importance of design and manufacture the machine and some advanced concepts, component

5、s structure., sincere hoping to make some contributionkeywords: sheet metal forming ;stamping machinery ;manufacturin ;equipment1 前言由于经济的迅速发展，社会对构件性能的要求不断提高。不论是对应用于建筑领域的构件还是应用于机械制造领域的构件或其他领域的构件均提出了轻量化、高强度的要求。这就使得混凝土构件，铸造构件不能满足要求，从而出现了以金属型材作为构件。金属型材构件在满足强度要求的条件下，可大大减轻自身重量，节省材料。型材的应用也越来越广泛。经胀形加工后的板材克服

6、了板材易弯折的缺点，提高了抗弯强度，已应用于散热器，汽车车身，轻型机器的外壳等零件。冲压件的应用越来越广泛。2 绪论2.1 课题背景及国内外研究现状由于经济的迅速发展，社会对构件性能的要求不断提高。不论是对应用于建筑领域的构件还是应用于机械制造领域的构件或其他领域的构件均提出了轻量化、高强度的要求。这就使得混凝土构件，铸造构件不能满足要求，从而出现了以金属型材作为构件。金属型材构件在满足强度要求的条件下，可大大减轻自身重量，节省材料。型材的应用也越来越广泛。经胀形加工后的板材克服了板材易弯折的缺点，提高了抗弯强度，已应用于散热器，汽车车身，轻型机器的外壳等零件。冲压件的应用越来越广泛。 在汽车

7、、航空航天、电子和家用电器领域，需要大量的金属板壳零件，特别是汽车行业要求生产规模化、车型个性化和覆盖件大型一体化。进入21世纪，我国的板材加工工艺及相应的冲压设备都有了长足的进步1。2.1.1 重型机械压力机及其覆盖件生产线、大型多工位压力机 汽车覆盖件是标志汽车质量的最重要钣金零件，是大型冲压件的典型件，其生产目前主要有两种方法：一是由多台大重型机械压力机配以自动化机械手，组成自动化柔性冲压生产线；二是应用大型多工位压力机生产。 (1)单机连线自动化冲压生产线，为满足自动化冲压生产线的需要，国内知名压力机生产企业在20世纪末期，就大力进行了高性能单机连线压力机的研制生产。其中以济南二机床集

8、团公司、上海锻压机床厂、齐齐哈尔第二机床厂等为代表，先后研制了j471250/2000型闭式四点双动拉深压力机、s3p630 型闭式四点压力机、pe4 - hh- 600 - 2ts 四点单动压力机、pd4- hh - 800/ 600 - 2ts 四点双动压力机、30000kn 闭式双点汽车大梁压力机、成系列多连杆传动单动压力机及其他规格的大型双动拉深压力机。由它们组成的自动化冲压生产线具有大吨位、大行程、大台面，以及大吨位气垫、机械手自动上下料系统、全自动换模系统和功能完善的触摸屏监控系统，生产速度快、精度高。这些单机连线已先后装备了第一汽车制造厂、重庆长安汽车厂等汽车制造业的多条大型自动

9、化冲压生产线，并正在向更多的汽车厂和国外公司扩展。这类生产线的典型配置和用途：开式单点压力机加装辊轮送料机( 或气动送料机) 成线，可作单( 多) 工序连续冲压，操作性良好；开式双点压力机加装多工位送料装置、开卷装置和校平装置，组成多工位连续冲压生产线。由于占地少、工序间搬运小，所以正日益被冲压生产看好；高速压力机加装凸轮分割型送料机、开卷校平装置成线，冲制专用零件，如电动机硅钢片等。 (2)大型多工位压力机，在覆盖件冲压领域，大型多工位压力机是最先进、最高效的冲压设备，是高自动化、高柔性化的典型代表。通常由拆垛机、大型压力机、三坐标工件传送系统和码垛工位等组成。生产节拍可达1625次/min

10、，是手工送料流水线的45倍，是单机连线自动化生产线的2 3 倍。是当今世界汽车制造业应首选的最先进的冲压设备，目前世界上已能生产95000kn 的大型多工位压力机。 这类机床过去惟工业发达国家独有，20世纪末到21世纪初我国也已开发研制，并取得成功。济南二机床集团公司于1999年与德国万加顿公司合作制造了两台20000kn 大型机械多工位压力机，2005年初又与世界最大的汽车零部件供应商美国德纳(dana)公司签订了供货合同，为其提供一台50000kn重型多工位压力机。该机采用电控同步、电子伺服三坐标送料、多连杆、全自动换模、模具保护及现场总线控制等多项国际先进技术，具有远程诊断、远程控制和网

11、络通信等多种自动化功能，适用于汽车制造中薄板件的拉深、弯曲、冲裁和成形等冷冲压工艺。是我国迄今为止出口的吨位最大、技术含量最高、自动化程度最高的冲压成套设备。济南二机床公司因强大的研发制造能力和良好的市场业绩，被国外用户誉为“世界五大数控装备制造商之一”。迄今为止，这类多工位压力机在国内汽车业尚未广泛使用，但市场前景十分看好2。2.1.2 数控板冲、剪、折机床及柔性加工生产线 我国的数控冲( 剪折) 机床始于1982年，经过20多年的发展，已经到4轴控制、辅助功能增多、模位数增大并带两个自转模位，并进一步发展为液压驱动4 、5 轴控制，现在又已出现网络式数控转塔冲床。生产企业由最早的济南铸造锻

12、压机械研究所发展到多家公司，颇有实力的有济南捷迈数控工程公司、齐齐哈尔二机床集团公司、江苏亚威公司、江苏扬力集团公司、湖北三环集团公司和江苏金方圆公司等。 (1)数控冲床 目前，许多用户都趋向使用数控复合冲剪机( 可组成数控冲剪复合柔性加工线)，但数控冲床单机的市场仍旧很大。数控冲床的先进特点有：采用高性能伺服液压驱动的专用液压系统；步冲次数高(步距0.5mm时，频率6001000次/min)，冲压稳定性好；采用智能夹钳减小冲裁死区；采用毛刷型工作台确保板材表面质量；工作台移动速度高(轴向80m/min，合成120m/min)；设有24个自动分度工位(大直径模设置其上，减小转塔换模惯性)；采用

13、开放式数控系统，用户界面友好，可扩展性高，并配有高效自动编程软件。主要用于带多种尺寸规格孔型的板冲件加工，在大型电气控制柜加工行业有着广泛的市场，也可用于其他大批量板冲件的加工。 (2)数控冲剪复合机及柔性加工线 数控冲剪复合机是由数控冲和数控角剪集合而成，板料的冲孔、成形和剪切可在其上一次完成，最适合后序有弯折工序的板件加工。多工序共用一套数控系统、液压系统和送料机械手，与数控冲和角剪机单机连线比较，不仅可以降低设备投资，节省占地面积，减少故障率，而且还可以作为主机组成冲剪复合柔性加工线。 国产的先进数控冲剪复合柔性加工线有：济南捷迈数控公司制造的ci型柔性加工线，由ps31250型数控冲剪

14、复合机、板材立体仓库、吸盘式送料机、码垛分选装置及控制系统组成，复合机公称力(冲/剪)300/280kn，加工板材尺寸1250mm5000mm，机器5 轴控制，整线生产率(钢板)8张/h；江苏金方圆公司制造的apss型柔性加工线，由一台冲剪复合机、定位台和自动上料机械手组成，公称力300kn，加工板材尺寸1250mm2500mm。上述两线均达到国际先进水平。 (3)数控框架板料冲压液压机 在常规结构液压机的基础上，汇聚了触摸( 调控) 彩色显示屏、二通逻辑插装阀、可编程序控制器、高灵敏度压力传感器、微米级磁栅尺和无级调控比例控制阀等多项先进技术。机器设有调整、无压力下行与半自动工作方式。还配有

15、自驱动移动工作台、液压大打料缸、电液连锁双安全栓、温控液压油冷却系统、程控16点导轨润滑系统、双侧缓冲液压缸和电动同步螺杆调程机构。机器滑块不仅能实施压力成形及冲裁工艺的定压定程，而且液压垫可在拉深工艺的行程内设置分段调压3。机器具有薄板冲裁落料、弯曲翻边及拉深成形等多种功能。这类机器的代表有合肥锻压机床公司的rzu500hd框架式快速薄板深拉深液压机及徐州压力机股份公司的20mn 彩屏框架式液压机。2.1.3 无模多点成形压力机 多点成形是将柔性成形技术和计算机技术结合为一体的先进技术。它利用多点成形装备的柔性与数字化制造特点，无需换模就可完成板材不同曲面的成形，从而实现无模、快速和低成本生

16、产。该工艺目前已在高速列车流线型车头制作、船舶外板成形、建筑物内外饰板成形及医学工程等领域得到广泛应用。多点成形压力机按冲头基本体调形分有逐点调形式和快速调形式；按机架形式分有开式、三梁四柱式和框架式；按加工板材有厚板和薄板之分。目前，有代表性的产品主要是吉林大学辊锻研究所开发的2000kn 逐点调形式多点成形压力机、200kn快速调形式多点成形压力机及yam系列薄板用多点成形压力机。2.1.4 高速压力机 随着电子工业的发展，小型电子零件的需求日趋高涨，促进了高精度、高效率的高速压力机的发展。目前日本已成为高速压力机技术的领军，在100kn压力、8mm冲程下，滑块速度可达4000次/min。

17、我国金丰、江苏扬锻、高将精机、江苏扬力、徐锻和西安通力等公司都有高速压力机产品。2004年已开发出了速度达1200次/min的sh系列sh25开式高速精密压力机。其他还有vh开式、jf75g闭式系列高速压力机。这些压力机广泛应用于电子和微电子行业，全面提高了行业技术装备水平，替代了大量的进口机床。2.1.5 数控激光切割机 激光切割加工的成本主要有: 气体、电力损耗和设备折旧维修费。它不需要模具，适合小批量、复杂零件生产中替代冲压加工，其运转成本低于数控冲床。 当今的数控激光切割机普遍采用全飞行光路技术，动态加速性能优良；高性能数控系统和内置激光切割专用工艺软件，机床自动处于最佳运行状态；封闭

18、式防护舱防止辐射泄漏，机床安全性强；造型宜人化、用户界面人性化，体现了以人为本；机床采用网络连接控制技术。国内有代表性的生产企业是济南捷迈数控公司。除上述多种多类的高端板材冲压加工设备外，目前，在各工业领域较大量使用的普通冲压设备还有通用中小规格的油压机、通用曲柄压力机、卷板机和剪板机等。随着我国汽车工业的快速发展，以及其他工业产品高质量规模化生产的到来，先进的冲压设备必将逐步进入更多的企业。作为制造业基础行业之一的金属板材、管材、型材及线材切割、冲压、成形、制作零部件制造企业及其设备、模具、材料和相关技术行业企业，面临着国内外市场不断扩大，国内企业面临结构调整和技术更新，国外先进同行企业在华

19、投资建厂的竞争压力的局面。在这种形式下，国内金属板材、管材、型材及线材切割、冲压、成形、制作技术及设备行业企业急需了解国内外市场需求、发展方向以及目前技术和设备水平，确定自己的市场位置。与之相关的核心生产技术应用与研发应成为业内企业关注的焦点。技术工艺的优劣直接决定企业的市场竞争力。了解国内外冲压件生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。目前我国金属板材成型技术主要有以下特点：1.我国金属板材成形技术迅速提高，与发达国家的距离不断缩小。2.我国金属板材成形技术向数字化、自动化、专业化、规模化、信息化发展，不断提高产品质量并降低生产成本。3.新

20、技术、新工艺、新设备将不断被我国金属板材成形行业所采用。 传统板材成型设备机械化、自动化程度度低，生产率低，机器变形力不可控，加工过程中存在噪声，不能满足工业的需求。板材成形设备向自动化、柔性化方向发展；冲压模具设计制造技术向信息化、高速化高精度、标准化方向发展。2.2 本课题研究的主要内容传统散热片多为铸造，浪费材料，且散热效果差。而目前在用的散热片工艺复杂，且容易漏水。故现在采用板材冲压成型后，经焊接后做为散热片。加工工艺简单，节省材料。加工过程中没有去除材料，充分利用了材料的物理性能。采用焊接结构可以有效防止漏水。散热效果要比传统的铸铁暖气片要提高30以上。而且由于可以不用遮掩暖气和管道

21、，因此散热效力比铸铁暖气片还能再提高15到25左右。质量很稳定。 2.3 拟解决的主要问题主要解决加工过程中变形力不可控，加工产生噪声等问题。将进给系统进行了数控化，可精确控制模具的位置，提高加工精度。模具可以更换，扩大了工艺范围，提高生产效率。2.4 本章小结本章主要介绍了我国的板材加工工艺及相应的冲压设备的一些情况，详细介绍了目前比较先进的板材加工设备，包括数控冲床、数控冲剪复合机及柔性加工线、数控框架板料冲压液压机、无模多点成形压力机、高速压力机等。提出了本次设计的主要内容及要解决的主要问题。3 总体方案设计3.1 工件描述被加工工件为不锈钢板材，钢号为0cr18ni9.尺寸为宽1米长2

22、米，厚度为1.5毫米。其具体形状见图1图1 工件整体结构fig1 whole piece structure其具体尺寸见图2图2 工件具体尺寸fig2 the specific size of workpiece3.2 模压机总体设计特点机床总布局的任务，是解决机床各部件间的相对运动和相对位置的关系，并使机床具有一个协调完美的造型。工艺分析和工件的形状，尺寸和重量，在很大程度上左右着机床的布局型式。工艺要求决定了机床所需的运动。每个运动均有相应的执行部件来完成，通过传动解决各部件间的相对运动关系。机床的布局收多方因素的影响，例如机床的性能，操作，观察与调整，数控机床的控制，排屑和防护，加工中心

23、的刀库与机械手都对机床的布局产生一定得影响。机床总布局的设计是带有全局性的一个重要问题，它对机床的部件设计，制造和使用都有较大的影响。机床的设计应当注意:机床的系列化，零部件的通用化和标准化，模块化。模压机的总体设计要注意简化结构和传动系统，尽量避免使用铸造零件。3.3 模压机总体布局设计此次设计中龙门动模式钢板模压机动力由步进电机提供。模具由丝杠滑块带动，横向进给，将一排凹坑加工完成后，工作台带动钢板做纵向进给，进给到下一个工位，开始加工直到加工全部完成。步进电机1通过齿条和工作台相连，为工作台提供动力。为保证上、下模相对位置在运动过程中保持一致，故采用齿形带将上、下两个丝杠运动连结起来。步

24、进电机2带动带轮，通过齿形带为模具横向进给提供动力。两光杠连接在立柱上，用来支承上滑块。液压缸安装在滑块上，连接上模，提供冲压力。下滑块由两轨钢做成的导轨支承，由丝杠带动在导轨上运动。工件固定在工作台上，由工作台带动运动。见图3图 3 模压机总体示意图fig3 molding machine overall schematic diagram3.4 模压机导轨方案选择电机带动工作台在导轨上滑动，从而带动工件做纵向运动。导轨由一个矩型导轨和一个山型导轨组成。山型导轨起导向作用。两导轨经一个连接条连接在一起。见图4图 4 导轨fig4 guide3.5 本章小结本章主要介绍了被加工工件的形状、尺寸

25、和模压机的整体设计的特点等。确定了模压机的运动方案和整体设计方案等，选择了工作台部分的导轨。4 模具及滑块设计4.1 模具设计4.1.1 模具工作过程设计1) 凹凸模原始位置见图5，此时压边圈和凸模均不与工件接触 图5 模具工作过程一fig5 the working process of the mould one2)模及压边圈向下运动，压边圈先与工件接触，将工件压紧。防止加工过程中板材起皱变形，影响加工质量。见图6图6 模具工作过程二fig6 the working process of the mould two 3)凸模向下运动，与工件接触。 见图7图7 模具工作过程三fig7 the

26、working process of the mould three4)凸模继续向下运动，板材变形，加工过程完成。见图85)凸模、压边圈和凹模同时运动回复到初始位置，并横向移动4。移动到下一工位重复加工过程。3.1.2 模具各部件计算分析 (1)液压缸 加工过程中需要冲压力为50kn,由液压缸提供。查机械设计手册，选轻型拉杆式液压缸。连接上模的液压缸选武汉油缸厂生产的型号为wy1la80c,采用切向地脚安装。连接下模的液压缸选wy1fa80c，采用头部法兰安装5。液压缸的参数为：推力70.42kn，拉力为56.42kn。液压油额定压力为14mpa，液图8 模具工作过程四fig8 the wor

27、king process of the mould four压缸外径为110mm，缸径为80mm，活塞杆头部直径为35mm，头部带有螺纹。见图9图9 液压缸fig9 hydraulic cylinder(2)压边机构 板料在拉伸时，其凸缘部分除了受径向拉应力的作用之外，同时还受到切向压应力的作用。这时，变形过程中，板料不仅作径向移动，同时还伴随有切向的压缩变形。如果板料的相对厚度较小，而切向应力较大，则在拉深的变形区板料凸缘部分的边缘会失去塑性稳定而产生纵向弯曲，使板料在垂直方向作微小的移动，进而在凸缘部分出现轻微的波状。此后其高度很快地增加而发生皱折，形成起皱。为防止加工过程产生的起皱现象，

28、模具应采用压边机构。压边力计算如下：q=fq （1）f：开始拉伸时毛坯处于压边圈面积（mm）q：单位压边力(mpa)查资料6表5-20，工件材料为不锈钢时单位压边力q=4.55.5mpa，取q=5mpa。压边圈尺寸见图10图10 压边圈尺寸fig10 the pressing edge ring size压边圈面积为f=（3.1435+1060）（3.1411.4+1022.8） （2）=3056mm压边力为q=f*q=30565=15280n （3）压边力由氮气弹簧提供，选用四个氮气弹簧氮气弹簧是一种具有弹性功能的部件。它将高压氮气密封在确定的容器中，外力通过柱塞杆将氮气压缩，当外力去除时靠

29、高压氮气膨胀来获得一定的弹压力，这种部件称为氮气缸或气体弹簧，简称氮气弹簧（nitrogen cylinder；gas spring）。 目前常规弹性元件有弹簧、橡皮和气垫，这些弹性元件在工业领域中得到了广泛的应用，解决了各种弹性储能的需要。在模具工业中，更是被大量使用着。这些年来，模具技术和模具制造水平有了很大的发展和提高，工业产品 对模具的需求量也越来越大，模具朝着精密、复杂、高效、长寿命的方向迅速发展。而原有的常规弹性元件存在一定的缺点，不能满足这种形势的需要，不能理想地解决冲压工艺中的要求。这种情况往往会影响到冲压件的质量，使模具结构设计变得比较复杂，影响了模具在压力机上更换的时间；同

30、时常规弹性元件占有模具空间太大，正大、增大了模具制造的成本。例如弹簧、橡皮均存在着需要预紧，才能达到设计所需的弹压力，而它们的弹压力又是随行程加大而明显地增大，这种弹压里不恒定的性能，可能 导致零件不能成形，对拉延力是很不理想的。对于复杂的拉延成型零件，这个矛盾就显得特别突出，有时只好采用增加工序的办法来解决这类问题。再如弹簧、橡皮的起始力都不大，这一点对要求起始力比较大的弯曲、翻边等工艺，也不理想。由此产生的结果是，冲压制件的质量不稳定，调整模具费时费力。对于密集型冲头的冲裁工艺，如采用弹簧和橡皮卸料，往往会遇到模具的卸料空间不够安放弹簧或橡皮，因而需要加大模具空间来解决这类问题。还可以举出

31、不少这类例子。当前冲压设计人员只能采用气垫来弥补这些不足。但是采用压力机气垫时，模具的设计，调整使使用者不很方便；由于气压的波动和管道节流损失，气垫所提供的力量也不是很准确；它所占有的空间比较大；需要配备专用的压缩空气站，况且并非所有的压力机均配有气垫。在使用气垫时，模具设计均要受气垫顶杆位置的限制，模具安装调试也不方便。为此，人们努力开发一种新型的弹性功能部件来代替常规的弹性元件，这种新型弹性元件具有更加完善的性能，能代替常规弹性元件，完成常规弹性元件难于完成的工作，氮气弹簧作为新型弹性工具部件也就应运而生。氮气弹簧能够弥补上述不足，简化模具设计、制造、方便模具调整；它可以作为独立部件，安装

32、在模具中使用，也可以设计成一种排管式弹簧，作为模具的一部分参加工作，可以在系统中很方便实现弹压力恒定和延时动作，是一种具有柔性性能的弹性部件。氮气弹簧不仅可以在模具行业中广泛的应用，也可以用到其他工业领域，如汽车、电子、仪表等行业。由此看来，氮气弹簧的用途相当广泛，它的出现迎合了时代的要求，满足了工业发展的需要。显然，这项技术的发展如今正是方兴未艾。（3）氮气弹簧特点 1经久耐用，活塞杆经过精密加工，耐磨性好，表面粗糙度在ra0.02um以下，硬度高，优质的活塞杆和高性能密封装置，保证了氮气弹簧的长期寿命。2可降低成本，氮气弹簧的具有体积小，弹力大，寿命长，弹压力恒定的特点。体积小可节约模具空

33、间，弹力大可减少弹簧数量，寿命长可减少模具维修次数，因此降低了模具的总成本。3绝对安全，氮气弹簧采用整体切削成型方式,确保了产品的安全可靠7。氮气弹簧选用东莞市贝贝康五金模具厂生产的bkh5.00-015-060型气弹簧。初始压力为5000n，其工作参数为：行程15mm总长60mm，缸长45mm，工作缸直径38mm，活塞杆直径20mm。其外形见图11图11 氮气弹簧外形图fig11 nitrogen spring outline drawing（4）冲头及凹模 冲头及凹模材料均选用8mnsi，8mnsi韧性，淬火性与耐磨性均优于碳素结构钢，且热处理变形小。（5）整体结构 模具整体结构见图12。

34、上模座和上模连接板之间通过圆锥销定位，通过螺钉连接。压边圈由一个特殊螺栓与上模板连接，以保证模具在上升过程中与模具整体不脱离。上模板和液压缸活塞头连接，在冲头和活塞头之间加垫铁以减少活塞头的磨损。下模板和液压缸活塞头连接8。四个氮气弹簧布置于模具的四角处。模具加工完成后要保证冲头于压边圈的垂直度为0.049。15图12 模具整体结构fig12 the whole mould structure4.2 滑块设计上、下模具分别安装在液压缸上，连接于上、下滑块上。上滑块由丝杆带动在光杠上滑动。下滑块由丝杠带动在平导轨上运动。滑块由钢板焊接而成10。4.2.1 上滑块结构分析丝杆螺母通过螺栓与滑块连接

35、。为保证在安装过程中可以调节两丝杠的相对位置，将上丝杠的螺母做成可相对于滑块转动的结构11。为减小滑块运动过程中的摩擦力，将铜套安装在滑块体内，光杠在铜套内滑动。上滑块丝杠螺母结构见图13。4.2.2 下滑块结构分析下滑块处支承导轨由轨钢经切削加工而成，一侧导轨加工成矩形，一侧导轨加工成山形。导轨上的滑块通过螺栓与下滑块体连接。导轨通过螺栓与立柱连接。加工过程中，力由导轨传递到立柱。下滑块处丝杠螺母见图14在安装过程中，先将下丝杠螺母安装好，再安装上丝杠螺母。调整上丝杠螺母的位置，以保证两模具对正，再将上螺母固定。4.3本章小结本章完成了模具工作过程的设计。对压边力进行了计算，选用模具专用的氮

36、气弹簧提供压边力。确定了压边机构和模具整体结构。对上、下滑块结构进行了设计，确定了两螺母的结构。图13 滑块丝杠螺母结构fig13 slide screw nut structure图14 丝杠螺母fig14 screw nut5 传动部分设计5.1 丝杆结构设计5.1.1 丝杆设计计算上滑块由丝杆带动在光杆上滑动。下滑块由丝杠带动在平导轨上运动。两丝杠均采用梯形丝杠，为保证上下模具在运动过程中相对位置不变，即丝杠在运动过程中，滑块运动速度相同12。所以两丝杠采用统一规格的，丝杠公称直径、螺距等参数相同。丝杠设计计算已知：丝杠的工作载荷为f=200n，运动为间歇运动,运动速度v 3 m/min

37、。由于丝杠在运动过程中定位精度要求不高，且载荷较小，故采用梯形丝杠。选丝杠参数：牙形半角=15。螺母的高径比： 整体式螺母=1.2 2.5。取=2.选螺旋副材料：选螺杆材料为45号钢，经调质处理。螺母材料为zcusn10pb1。此种材料抗胶合性，耐磨性都较好。查资料13表18-5，取许用比压p=8 mpa，摩擦系数f=0.1。从耐磨观点计算所需的中经：梯形螺旋的计算公式为=10mm。 （4）取=31mm，丝杠的公称直径为d=36mm，小径为=25mm，螺距p=10mm。螺纹工作高度=0.5p=5mm，旋合圈数=6.2，取n=65.1.2 丝杠校核计算(1)耐磨性校核 丝杠螺母的许用比压p=8

38、mpa，螺纹的工作高度=5mm，旋合圈数n=6，螺旋副压强=0.07p （5）螺旋副的耐磨性满足要求。(2)丝杠强度校核查资料14表18-6，丝杠的许用拉应力= 0.2 0.33 =0.2 0.33 350=70115.5 mpa （6）取=90 mpa。危险断面的当量应力=0.43 mpa （7）故丝杠强度满足要求。5.2 齿形带设计计算由于上模和下模在工作过程中要求运动同步，所以采用齿形带传动的传动方式。电机通过齿形带带动两丝杠运动，两丝杠上的齿形带带轮齿数、带轮直径等参数相同，以保证两丝杠在相同时间内转过的圈数相同。5.2.1 同步齿形带传 这是一种特殊的带传动。带的工作面做成齿形，带轮

39、的轮缘表面也做成相应的齿形，带与带轮主要靠啮合进行传动。同步齿形带一般采用细钢丝绳作强力层，外面包覆聚氯脂或氯丁橡胶。强力层中线定为带 的节线带线周长为公称长度15。带的基本参数是周节p和齿形带数m 。周节p等于相邻两齿对应点间沿节线量得的尺寸，模数mp/。中国的同步齿形带采用模数制，其规格用模数带宽齿数表示。与普通带传动相比，同步齿形带传动的特点是： 1)钢丝绳制成的强力层受载后变形极小，齿形带的周节基本不变,带与带轮间无相对滑动,传动比恒定、准确； 2)齿形带薄且轻，可用于速度较高的场合，传动时线速度可达40米秒，传动比可达10，传动效率可达98； 3)结构紧凑，耐磨性好； 4)由于预拉力

40、小，承载能力也较小；5)制造和安装精度要求甚高，要求有严格的中心距，故成本较高。同步齿形带传动主要用于要求传动比准确的场合，如计算机中的外部设备、电影放映机、录像机和纺织机械等。同步带传动的主要失效形式是：1)带体疲劳断裂；2)带齿剪断和压溃；3)带侧、带齿磨损、包布剥离；4)承载层伸长、节距增大、形成齿的干涉、爬齿；5)冲击、过载使带体断裂。5.2.2设计计算设计参数：传递功率p=0.8 kw，丝杠转速v=800 r/min。(1)设计功率 （8）：载荷修正系数查资料16得出=1.4=1.40.8=1.12 kw （9）查图1614-9，选取l型带。 其参数为：基准宽度=25.4 mm,节距

41、p=9.525mm ,带轮节圆直径=75.8 mm(2)带速 (10)l型带的许用最高转速为 （11） 同步带设计满足强度要求。同步带带轮两边加挡圈，以防止同步带在带轮上窜动。5.3 步进电机的选择由于模具、工作台运动均为间歇性运动，且要求运动停止位置精确，故采用步进电机驱动工作台和丝杠。5.3.1 步进电机简介步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度

42、和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（vr）、永磁式步进电机（pm）、混合式步进电机（hb）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一

43、般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机17。5.3.2 实际应用中对步进电机的要求 1)步进电机在电脉冲的控制下能迅速起动、正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调节。 2)加工精度高，即要求一个脉冲对应的位移量小，并要准确、均匀。这就要求步进电机步距小，步距精度高，不得丢步或是过冲。 3)动作快速。即不仅起动、停步、反转快，并能连续高速运转以提高劳动生产率。4）输出转矩大，可直接带动负载。 5.3.3 步进电机的基本特点 1)步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电，而是按一定的规律轮流通电。 2)每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。 3)步

44、进电机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制18。角度控制时，每输一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时，步进电机绕组中送入的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续动转，它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序，即改变定子磁场旋转方向，就可以控制电机正转或是反转。 4)步进电机具有自锁能力。当控制脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电机可以实现停车时转子定位。 5)一般步进电机的精度为步进角的3

45、-5%，且不累积。 6)步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。7）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 8）步进电机低速时可以正常运转,但高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声19。5.3.4 步进

46、电机技术参数空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。驱动工作台的步进电机选110byg3502,其参数为步距角为 相数为3 驱动电压220v 静转矩16nm转动惯量 相感量 30mh驱动丝杠的步进电机选90byg5502,其参数为步距角为 相数为5 驱动电压50v 静转矩10nm转动惯量 相感量 3.9mh带传动采用压带轮压紧，以增大带轮的包角。电机的固定架

47、上的孔为长孔，机器工作一段时间后，调整电机在固定架上的位置使齿形带处于张紧状态。电机与丝杠的传动关系见图155.4 工作台传动选择计算加工过程中工件固定在工作台上，随工作台一起运动。齿条固定在工作台上，电机通过联轴器带动齿轮，齿轮与齿条啮合，将电动机的运动传递到工作台上。工作台在导轨上滑行20。5.4.1 联轴器联轴器采用帐套式联轴器。帐套式联轴器结构简单，轴上没有键槽，采用帐套与轴压紧，运动过程中产生摩擦力，从而传递运动。由于轴上没有键槽，增加了轴的强度和刚度。帐套式联轴器结构见图165.4.2 齿轮齿条设计齿轮参数为：模数m=3，齿数z=12，齿顶高=3.75mm，=6.75mm，压力角=

48、20齿条参数为：齿条厚b=10mm，齿条通过m4的内六角螺栓连接到工作台上。见图1731图15 电机丝杠传动fig15 the motor lead screw drive图16 帐套式联轴器fig16 account type coupling图17 齿条fig17 rack5.5 本章小结本章中进行了传动部分的设计，详细进行了丝杠的设计计算，并对丝杠进行了强度的校核。确定了电机通过齿形带带动丝杠运动的运动方案，齿形带的选择进行了设计计算和校核。选取了帐套式联轴器和齿轮齿条。6 其他部件的设计6.1 定位夹紧机构设计6.1.1 定位机构本设计中采用定位块定位。定位块固定在工作台上，纵向由两个

49、定位块定位。横向由四个定位块定位，左右各一个。定位块结构如图18图18 定位块fig18 the positioning block6.1.2 夹紧机构夹紧机构采用螺旋夹紧的方式。工件放入后，将压紧块移到工件上，向下旋转螺母，工件被夹紧。加工完成后，向上旋转螺母，压紧块被松开，向外移动压紧块，工件即可取出21。见图19图19 夹紧机构fig19 clamping mechanism6.2 工作台、立柱部分的设计为减轻工作台重量，降低成本，且工作台不承受冲压力，只承受工件的重力，因此工作台采用等边角钢焊接而成。焊接后，水平角钢和竖直角钢的垂直度为0.04。各焊接件在焊接之前，焊接接缝处均要求进行

50、机加工，以保证焊接后平面的垂直度和平行度。 立柱由钢板直接加工而成。6.3 本章小结本章中设计了定位机构和夹紧机构，确定了工作台和立柱的结构及加工成型方式。7 结论此次龙门动模式模压机设计，采用步进电机作为动力源，结构简单且能够精确控制运动，提高加工精度，符合机械加工向更精密的方向发展的趋势。通过由液压缸为模具提供冲压力，解决了传统冲压设备加工过程中变形力不可控，加工产生噪声等问题。模具可以更换，扩大了工艺范围，提高生产效率在设计中充分运用新技术。如采用氮气弹簧提供压边力，氮气弹簧不但经久耐用，而且体积小可节约模具空间，弹力大可减少弹簧数量，寿命长可减少模具维修次数，因此降低了模具的总成本，简

51、化了模具的结构。采用步进电机作为动力源，对数控系统进行数控化，使得加工过程可以实现自动化，提高生产效率。 此次设计过程中对传统冲压机的冲压力的动力源和模具进给运动和工作台进给部分做了改进，改善了加工条件，提高了机器的自动化程度参考文献1 彭建声.冷冲压技术问答m.北京:机械工业出版社,1995：34-47. 2 赵英才.冲压模具工入门m.浙江:浙江科学技术出版社,1999：78-86.3 肖景容,周士能等. 板料冲压m.武汉:华中理工大学出版社,1986：12-24.4 太田哲.冲压模具结构与设计图解m.北京:国防工业出版社, 1980:109-122.5 王文斌.机械设计手册m.北京：机械工

52、业出版社，2004:231-152.6 金红,曹宏深,魏巍等.冲压成形性能及其应用技术前瞻m.广东：华南理工大学出版社，2008：19-37.7 曹宏深冲压成形性能的基本概念、试验方法与技术物理表达m广东：华南理工大学出版社，2008：1581628 林宋，田建军.现代数控机床m.西安：化学工业出版社，2003：233-2549 机械工程手册（第二版）.机械工业出版社10 机械设计手册(新版).北京:机械工业出版社,200411 郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术m.北京:机械工业出版社,2005:167-172.12 吴宗泽.机械零件设计手册m.北京:机械工业出版社,2001:344-351

53、.13 华林,曹宏深，姜奎华等基本冲压成形方式与模拟成形性能试验方法m.西安：西北工业大学出版社，2008：163-16714 王步瀛.机械零件强度计算的理论和方法m.北京：高等教育出版社，1986:45-55.15 全永星，施高义.摩擦磨损理论m.杭州：浙江大学出版社，1988:98-106.16 李子冬.微动损伤与防护技术m.西安：陕西科学技术出版社，1992:232-241.17 卜炎.螺纹连接设计与计算m.北京：高等教育出版社，1993:136-176.18 成大先.机械设计图册m.北京：化学工业出版社，2000：171-192.19 gantar,ct，pepelnjak，kuzmanoptimization ofsheet metal form ing processes by the use of numericalsimulationsm.london:journal of materials processing technology，2002：5459.20 huh，kim.optimum process design in sheetmetal form ing with finite element analysism.new