曲面印刷機氣動下料機構的設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】

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曲面印刷機氣動下料機構設計 摘要：曲面印刷機是一種用于回轉型包裝容器外表面彩色印刷的機電一體化設備，包括上下料機構和傳動機構等等，我這次做的是曲面印刷機氣動下料機構的設計。由可編程控器控制印刷機的運轉、印刷機的急停和無杯不印等。我們所設計的曲面印刷機最多可以印六種色彩，也就是套印六色，例如印刷紙杯，最高速度可達每分鐘300件，且印刷色彩較好，準確度高，自動化程度極高。它是一種凸版輪轉膠印機，模把更換方便，可以廣泛的應用于大批量、高效率的硬包裝印刷。 本課題設計的氣動下料機構是全自動曲面印刷機的一臺輔機，用于將印刷油墨干燥以后的杯子摞成卷，并按一定長度推至下料臺。下料機氣動系統(tǒng)的組成包括：執(zhí)行元件氣缸，控制元件電磁閥及輔助元件等。簡述了氣缸在結構中的安裝方式及其所起的作用，并對關鍵零部件氣缸進行了詳細的分析設計。 運用Solid Works軟件對疊杯裝置、疊杯機架及下料臺進行了設計，完成了三維實體建模、裝配，并通過該軟件導出二維裝配圖及其爆炸圖。 關鍵字：曲面印刷機；氣動下料機構設計；三維實體建模；Solid Works I The Design of Pneumatic Cup Feeding Mechanism for Curved Surface Printing Machine Abstract：Surface presses a back transformation of the outer surface of the containers color printing electromechanical integration equipment, including rotary printing agencies, reel institutions, the upper and lower feeding mechanism and drive mechanism. By the programmable controller to control the operation of the printing press, press the emergency stop and no cup India. The machine up to overprint the six-color, maximum speed of 300 per minute, overlay accuracy, pattern reproducibility, high degree of automation. It is a letterpress and web offset printing press, the mold easy to replace, can be widely used in high-volume, high efficiency, rigid packaging and printing. Pneumatic feeding mechanism for the design of the subject is one auxiliary automatic surface presses for the printing ink after drying the cup stack of rolls, in accordance with a certain length to cutting Taiwan. Feeder pneumatic system components include: the actuator cylinder, and control components solenoid valves and auxiliary components. Cylinder installed in the structure and the role of the key parts cylinder carried out a detailed analysis and design. Solid Works software design, cup stacking device, cup stacking rack and cutting completed a three-dimensional solid modeling, assembly, and export 2D assembly drawings and exploded diagram of the software. Keywords: curved surface printing machine;The Design of Pneumatic Cup Feeding Mechanism;solid modeling; Solid Works 目 錄 摘要 I Abstract II 目錄..........................................................................................................................................III 1 引言 1 1.1 曲面印刷機簡介 1 1.2 曲面印刷機的工作原理和結構 1 1.3 國內外曲面印刷機技術現(xiàn)狀 2 1.4 市場前景分析 3 1.5 研究內容 4 1.6 研究意義 5 1.7 研究手段 5 2 下料機構氣動系統(tǒng)設計 6 2.1 氣壓傳動的特點 6 2.1.1 氣壓傳動的優(yōu)點 6 2.1.2 氣壓傳動的缺點 6 2.2 氣動技術的應用 6 2.3 氣壓傳動系統(tǒng)的組成 7 2.4 氣動系統(tǒng)功能簡介 7 2.5 各種閥的選擇 9 2.5.1 電磁閥的選擇 9 2.5.2 減壓閥的選擇 9 2.5.3 減壓閥的選擇 9 2.5.4 過濾器的選用 10 3 摞杯裝置及摞杯機架的設計 11 3.1 摞杯裝置的組成 11 3.2 氣缸類型的選擇 11 3.3 機座的材料和時效處理 17 3.3.1機座的材料 17 3.3.2機座的時效處理 17 3.4 機座的結構設計 17 3.4.1機座的典型結構 17 3.4.2截面形狀的選擇 18 3.4.3連接剛度 19 3.4.4結構的工藝性 20 3.5 箱體的分類 20 3.6 設計的主要問題和設計要求 20 3.7 箱體結構設計 20 3.7.1箱體的毛坯、材料及熱處理 21 3.7.2箱體結構參數(shù)的選擇 21 4 下料臺的設計 26 4.1下料平臺架結構 26 4.2結構設計及驗算 29 5 導向軸的制造工藝設計 30 5.1 毛坯選擇 30 5.2 擬定加工工藝路線 31 5.3 選擇加工設備和工藝設備 32 5.4 機械加工工序卡制作 33 6 結論 38 參考文獻 39 致謝 41 IV 1 引 言 1.1 曲面印刷機簡介 我們研究的全面曲面印刷機是一種可以在曲面上印刷的機器，諸如我們平時見到的印刷機都是平面印刷機，意思就是可以在平面上印刷，批量復制文字，但是在圓柱形、圓弧形等物品上就顯得無能為力。就像我們平時的印章，沾上印泥，只可以在平面上印刻上去，在曲面上就不行了，更何況在工程上的使用呢。所以在不同曲面上印刷的機器出現(xiàn)了，它就是曲面印刷機，包括有輪轉印刷機構、料盤機構、上下料機構和傳動機構。由程序控制器通過程序把控上下料和各部件的同步聯(lián)動。曲面印刷機的輪轉印刷機構將圖案套色于大膠輥圓周之上，再與料盤上模把接觸對滾移印在被印刷物的外曲面上。適用于工廠大批量，高效率印刷塑料、金屬、紙質成型后的包裝容器，及各種電子電器標簽。而且凸版和模把更換方便。機械印刷不僅印速快，套印精度高， 而且能減輕工人的勞動強度。 1.2 曲面印刷機的工作原理和結構 在塑料制品的印刷中，根據(jù)承印物的形狀來分，有平面絲網(wǎng)印刷和曲面絲網(wǎng)印刷。由于印刷面為非平面的印刷方法、特點和平面印刷相比有很大的不同，其印刷難度也較平面印刷大得多，因此，在印刷中的技術要點更顯得重要。 曲面印刷的原理和平面印刷機的原理是一樣的都是將油墨印至一個曲面獲平面上，再用一些光照射的方法使油墨固化。全自動曲面印刷機，包括有輪轉印刷機構和傳動機構等，其整體布局如圖1.1所示，主機座結構如圖2所示。系統(tǒng)組成說明如下。 A：輪轉印刷機構包括有大膠輥(4)，墨輥箱(2)，版輥(1)．版輥及墨輥箱成組地沿大膠輥圓周呈衛(wèi)星式分布，最多可裝六組，墨輥箱內布置一套包括大墨輥(23)的傳墨輥系； B：輪轉機構切向位置設置有料盤機構，料盤（6)上均布裝有最多6個模把(5)、料盤(6)裝在蝸形凸輪間歇傳動箱(7)上并由其驅動作分度運動。傳動箱(7)經(jīng)萬向軸(11)與輪轉印刷機構聯(lián)動，由一只主電機驅動形成主傳動鏈； C：輪轉機構上的大膠輥(4)；版輥(1)經(jīng)及墨輥箱內的墨輪系均通過變速輪與主傳動鏈相聯(lián)作同步運轉； D：料盤(6)上A點工位為上料工位，其正前方裝有四螺頭上杯機構(61)，C點為前處理工位，C點工位模把下方裝有電火花處理器或火焰處理器，其上方裝有模把驅動平皮帶，E點為印刷工位，此處大膠輥(4)與模把(5)接觸對滾．使膠輥上的彩色圖案印在模把上的印刷物外周曲面上，G點工位模把前方裝有真空吸附接杯皮帶機構(33)； E：主傳動鏈上裝有光電編碼器(8)。 圖1.1 曲面印刷機整體布局圖 圖1.2 曲面印刷機主機座圖 1.3 國內外曲面印刷機技術現(xiàn)狀 當今世界國內外印刷工業(yè)，無論是出版物的印刷、包裝物的印刷、還是印刷設備和印刷器材的生產，都取了十足的發(fā)展。 1. 國內生產廠商主要有瑞安市力泰機械有限公司等。力泰公司的產LTUV-WZ145型曲面印刷機如圖1.3所示，以膠印的方法在塑料制品外表面印制彩色圖案?？梢淮涡杂∷⒊隽珗D案，廣泛使用于印刷酸奶杯、冰淇淋杯、方便面碗、可口可樂等各種圓柱形或圓錐形塑料制品。其特點：引進國內外先進的技術，在設計，制造方面有很大的突破，使得設備的工作性能大大提高。采用從上往下的落杯方式進杯，印刷前電熨處理，印跡清晰，牢固。主電機采用三相變頻調速，同步帶傳送，無級調速，運行平穩(wěn)。 供墨量大小可調。 印刷行程和速度可調，以滿足不同需求的印刷要求。根據(jù)印刷的要求可調制成各種不同的顏色及色種。 圖1.3 力泰公司生產的LTUV-WZ145型曲面印刷機 2. 國外生產曲面印刷機的公司有意大利卡夫公司，該公司生產的用于高速瓶蓋印刷的LITHO 6 型全自動六色曲面印刷機如圖1.4所示。LITHO 6 型六色曲面印刷機適用于剛性和柔性的圓管、瓶蓋和圓棒的六色膠印。 圖1.4 意大利卡夫公司生產的LITHO 6 型六色曲面印刷機 1.4 市場前景分析 曲面印刷技術在中國最開始運用于塑料杯、軟管、盒、桶、注塑或者吸塑成型后表面直接印刷，廣泛運用于廣告杯、酸奶杯、啤酒杯、航空杯、冰淇淋杯、面碗、快速食品容器、果汁杯、奶油盒、化妝品、冰淇淋杯。曲面印刷的市場需求增大，而相關儀器設備研發(fā)相對落后，主要是一些小廠在生產一些科技含量低，手動或者半自動化的產品，這些產品體積龐大，功能單一，效率較低，印刷效果很不理想，難滿足市場需求。 本次畢業(yè)設計的目的在于設計提供多色套印準確、高速印刷可達每分鐘300件的一次性完成印刷的高效率全自動曲面印刷機。要求滿足國際和國內印刷市場對印刷機械的要求，套印準確，圖案現(xiàn)性好，自動化程度高，適用于大批量、高效率印刷回轉體包裝容器。 1.5 研究內容 本課題研究氣動下料機構，主要使用氣動系統(tǒng)，其中氣動系統(tǒng)按組成成分可以分為氣壓發(fā)生裝置，執(zhí)行元件，控制元件，輔助元件四部分。氣動下料機的核心部分是氣缸，其中有卡杯氣缸，拉杯氣缸，推杯氣缸，壓杯氣缸四個氣缸。 杯子從烘干箱送出被其吸住，轉過90°疊起，杯子在導板上疊夠一定長度時，光電開關控制卡杯氣缸向下運動，拉杯氣缸向后．推杯氣缸從側面順序運動，將一卷疊好的杯子推到下料臺上。然后復位。因此此次設計的內容主要有疊杯裝置如圖1.5，疊杯機架及其下料臺地設計。 圖1.5 疊杯裝置示意圖 1.6 研究意義 絲網(wǎng)印刷的速度巳經(jīng)提高到幾秒鐘印一張四色海報，而噴繪同樣尺寸地海報要15分鐘以上，如此大地速度差距，后者完全取代前者完全是不可能地；而絲網(wǎng)印刷之所以受到現(xiàn)代人所青睞，是因為其墨層較厚，色彩明亮，現(xiàn)代感強，網(wǎng)版作為這種藝術的制作工具是不能改變的，正如國畫家手中地毛筆永遠不會改變一樣。中國從建國以來，一直都致力于發(fā)展印刷技術，其作用在工業(yè)，農業(yè)，廣告業(yè)都有著不可磨滅的作用，所以，我大膽的預計，到了二十一世紀中葉，中國將成為世界上網(wǎng)印需求量最大的國家，故此我們們的課題有著非常大的研究意義。 1.7 研究手段 為了對氣動下料機構進行分析，確保其準確性，生動性，我選擇了Solid Works軟件進行三維建模。在Solid Works軟件中用三維草圖、曲線、曲面等建模，然后按工藝要求進行各面地組合。Solid Works軟件分離出零件圖、展開圖，方法便捷、高效，既滿足了設計要求，又保證了工藝要求。 Solid works主要擁有以下幾種模塊： 1.零件建模 ；Solid works就像人的意識一樣，只不過一個是用大腦控制身體，一個是由鼠標操作，它提供了及其強大的實體建模功能，通過拉伸、旋轉、打孔等一系列的操作來完成一個零件的設計。 2. 曲面建模；Solid works就像人操作剪刀一樣，可以把設計出來的模型從任意角度剪切，修改，直到你想要為止。 3. 鈑金設計；Solid works提供了頂尖，全方面的鈑金設計。 4. 數(shù)據(jù)轉換；Solid works是很好用的，我們大學中二維用到了CAD，但是它們兩個可以相互轉化，在三維和二維中切換，直到操作到我想要的零件。 2 下料機構氣動系統(tǒng)設計 2.1 氣壓傳動的特點：多，快，好，省。 2.1.1 氣壓傳動的優(yōu)點 1. 以空氣作為傳動介質是因為它獲得方便，就地取材，不必擔心廢氣污染問題，從而也就不用設計排氣模塊。 2. 因空氣的粘性度很小，基本上可以忽略不計，因流動阻力損失很小，所以便于集中供氣、遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣污染環(huán)境。 3. 與液壓傳動相比，速度，維護，清潔，都較好。 4. 可以在復雜環(huán)境下工作，尤其在易燃、易爆、等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制好。 5. 成本低，過載能自動保護。 2.1.2 氣壓傳動的缺點 1. 由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍有點差。但采用氣液聯(lián)動裝置會得到滿意地效果。 2. 因工作壓力低（一般為0.3~1.0MPa），又因結構尺寸不宜過大，總輸出力不宜大于10~40KN。 3. 噪聲過大。 2.2 氣動技術的應用 1. 在機械工業(yè)中，如組合機床的程序控制、軸承的加工、零件的檢測、汽車制造、農業(yè)機械的生產線上、木工機械設備和工業(yè)機器人中得到廣泛應用。 2. 在冶金工業(yè)中，金屬的冶煉、燒結、冷軋、熱軋、線材、板材的打捆、包裝，連鑄連軋的生產線上已有大量應用。 3. 在輕工、紡織、食品工業(yè)中，縫紉機、彩色電視機、洗衣機、電冰箱、紡織機械、皮鞋制革、卷煙、食品加工等生產線上已得到廣泛應用。 4. 在化工、軍功企業(yè)中，對于化工原料的輸送、有害液體地灌輸、炸藥的包裝、石油鉆采等設備上已有大量應用。 5. 交通運輸中，列車的制動閘、車輛門窗的開閉，氣墊船、魚雷的自動控制裝置等氣動的應用很廣。 2.3 氣壓傳動系統(tǒng)的組成 1. 動力元件：是產生氣體的裝置，它的主要部分是空氣壓縮機，它可以將原動機的機械能通過空氣壓縮轉變?yōu)闅怏w的壓力能。 2. 輔助元件：我們知道，液壓傳動的介質是液體，液體都需要凈化消音或者是連接其他部件，而氣體也是一樣，輔助元件與其它元件連接是一個中介的作用，所以它是必不可少的。 3. 執(zhí)行元件：動力元件產生了氣體的壓力能，有了這種壓力能必須要作用在工作部件上才行，而執(zhí)行元件就是起到了這樣一個效果，其中包括了氣缸的運動和馬達的運動，一個是直線運動一個是回轉運動。 4. 控制元件：控制是必不可少的，其中包括壓力閥，流量閥，方向閥，元件控制。 2.4 氣動系統(tǒng)功能簡介 氣動下料機構是全自動曲面印刷機地一臺輔機，用于將印刷油墨干燥以后的杯子摞成卷，并按一定長度推至下料臺。氣動下料機構使用了4個氣缸，電磁閥及其他一些氣動輔助元件。氣動的廣泛應用“可見一斑”，涉及到的氣缸有單桿、雙桿、帶開關、不帶開關型氣缸。氣動完成下料機絕大部分地動作。氣動原理示意圖如圖2.2所示。 該系統(tǒng)中分別有四個氣缸，分別是壓杯氣缸，用于將杯子壓住?？ū瓪飧祝瑢⒈涌ㄖ?，用吹氣嘴將兩兩杯子間有間隙，拉杯氣缸用于將杯子拉到一定長度，推杯氣缸負責杯子拉到一定長度后將杯子推向下料臺。是電磁閥組，里面裝有4個電磁閥，分別控制4個氣缸的運動。速度控制器分別控制拉杯氣缸和推杯氣缸的運動速度。 7 圖2.2 氣動原理示意圖 9 2.5 各種閥的選擇 2.5.1 電磁閥的選擇 電磁閥選型需要考慮幾個性質才可以，即安全性，可靠性，適用性，經(jīng)濟性四大原則，其次是根據(jù)六個方面地現(xiàn)場工況。 選型依據(jù)： 1. 根據(jù)管道參數(shù)選擇：通徑規(guī)格 a）按照現(xiàn)場管道內徑尺寸或流量要求來確定通徑(DN)尺寸。 2.根據(jù)流體參數(shù)選擇：材質、溫度組 a）流體粘度：50cSt以下可任意選擇，如果大于此數(shù)據(jù)，則要選用高粘度電磁閥。 3. 根據(jù)壓力參數(shù)選擇：兩種方式：原理和結構品種 a）公稱壓力：根據(jù)管道公稱壓力來定。 b）工作壓力：如果工作壓力低則必須選用直動或分步直動式原理；最低工作壓差在0.04Mpa以上時直動式、分步直動式、先導式均可選用。 4. 電氣選擇：AC220V、DC24。 5. 根據(jù)工作時間來確定閥是否是常閉，常開或者是可持續(xù)通電工作。 a）當電磁閥需要長時間開啟，并且持續(xù)的時間多余關閉的時間應選用常開型。 b）要是開啟的時間短或開和關地時間不多時，則選常閉型。 c）但是有些用于安全保護地工況，如爐、窯火焰監(jiān)測，則不能選常開的，應選可長期通電型。 2.5.2 減壓閥的選擇 1. 氣源壓力的最大值應比減壓閥最大工作壓力大0.1Mpa。 2. 要求減壓閥的出口壓力波動小時，如出口壓力波動不大于工作壓力最大值的±0.5%，則選用精密型減壓閥。 3. 如需遙控時或通徑大于20㎜以上時，應盡量選用外部先導式減壓閥。 2.5.3減壓閥的選擇 1. 減壓閥規(guī)格的選擇是根據(jù)最大流量來確定的。 2. 根據(jù)功能要求，選擇閥地品種。如調壓范圍、穩(wěn)壓精度（是否要選精密型減壓閥）、需遙控否（遙控應選外部先導式減壓閥）、有無特殊功能要求（是否要選大流量減壓閥或復合功能減壓閥）。 2.5.4 過濾器的選用 1. 選擇過濾器的類型。根據(jù)過濾對象地不同，選擇不同類型的過濾器。 2. 按所需處理的空氣流量QV（換算成標準狀態(tài)下）選擇相應規(guī)格的過濾器。所選用的過濾器額定流量QO與實際處理流量Qr之間應有如下關系：Qr≤QO[10]。 3 摞杯裝置及摞杯機架的設計 3.1 摞杯裝置的組成 疊杯裝置可以使杯子在導板上疊夠一定長度時，光電開關控制卡杯氣缸向下，拉杯氣缸向后，推杯氣缸從側面順序作動，將一卷疊好的杯子推到存杯斜臺上，然后復位。 疊杯裝置的組成有四個氣缸、氣缸座、導板、滑動軸承、軸承座、滑動架、端蓋、滑道、推板、托架、導軌、光電固定座、導向軸及其一些固定座、壓板等構成。 3.2 氣缸類型的選擇 根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負載，可選帶導桿氣缸；要求制動精度高，應選鎖緊氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需要選用無給油或無油潤滑氣缸等。 1. 氣缸的選型步驟 氣缸的主要分類如圖3.1所示。下面以單活塞桿雙作用缸為例介紹氣缸的選型步驟。①氣缸缸徑。 ②氣缸的行程。③氣缸的強度和穩(wěn)定性。氣缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和使用目的等因素決定。一般情況下，采用固定式氣缸。氣缸的緩沖裝置。根據(jù)活塞的速度決定是否應采用緩沖裝置。 如氣缸工作在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需在活塞桿伸出端安裝防塵罩。 表3.1 氣缸分類 分類 簡圖 說明 基本型氣缸 通用氣缸 固定式氣缸 腳架式 軸向腳架式 腳架上承受力矩，氣缸直徑越大，力矩越大 側面腳架式 腳架上承受力矩，氣缸直徑越大，力矩越大 法蘭式 前法蘭式 前法蘭緊閉，安裝螺釘受拉力較小 后法蘭式 后法蘭緊閉，安裝螺釘受拉力較小 單選耳式 氣缸可圍繞尾部軸稍擺動 雙選耳式 氣缸可圍繞尾部鉸軸擺動 前端鉸軸式 氣缸可圍繞前端鉸軸擺動 后端鉸軸式 氣缸可圍繞中間鉸軸擺動 2. 氣缸直徑計算 由 F/q，計算出氣缸理論出力F1，最后計算出缸徑及桿徑，并按標準圓整。 氣缸拉動紙杯及排杯轉鼓向上克服重力運動。設定紙杯及排杯轉鼓的質量為m=20kg，拉杯氣缸行程s為125 mm，推杯氣缸行程s為250 mm，壓杯氣缸、卡杯氣缸行程s均為為10mm，經(jīng)1s時間紙杯運動到位，系統(tǒng)工作壓力為額定壓力取p = 0.5 MPa，試選定氣缸直徑。 拉杯氣缸： 實際軸向負 F=mg=20X9.8=196N (3.5) 氣缸平均速度 V=s/t=125/1=125mm/s (3.6) 選定負荷率q=0.5 則氣缸理論輸出力 F1=F/q=196/0.5=392N (3.7) 氣缸推力 (3.8) 氣缸直徑 (3.9) 選擇氣缸缸徑，可按照氣缸輸出力經(jīng)驗表（表3.1） 選定氣缸缸徑為D=32mm 可查出活塞桿直徑：d=12mm, 理論上拉力的大小=346N。 推杯氣缸： 實際軸向負 F=mg=20X9.8=196N (3.5) 氣缸平均速度 V=s/t=100/1=100mm/s (3.6) 選定負荷率q=0.5 則氣缸理論輸出力 F1=F/q=196/0.5=392N (3.7) 氣缸推力 (3.8) 氣缸直徑: =25 (3.9) 氣缸缸徑按照氣缸輸出力經(jīng)驗表（如下表3.1）選定氣缸缸徑為D=25mm，可查出活塞桿直徑d=10mm, 理論拉力的大小=206N。 卡杯氣缸、壓杯氣缸： 實際軸向負 F=mg=20X9.8=196N (3.5) 氣缸平均速度 V=s/t=10/1=10mm/s (3.6) 選定負荷率q=0.5 則氣缸理論輸出力 F1=F/q=196/0.5=392N (3.7) 氣缸推力 (3.8) 氣缸直徑: =20 (3.9) 同3.1表，選定氣缸缸徑為D=20mm，可查出活塞桿直徑d=8mm, 理論拉力的大小=132N。 F= 理論氣缸出力(N) 氣缸輸出力 P= 空氣壓力(bar) D= 活塞桿直徑(mm) 實際輸出力 F′=F×85% F′：效率為85%時的輸出力 1 MPa=10 kg/ cm2 1N=0.1kgf 缸徑 D(mm) 活塞桿直徑d(mm) 輸出力F(N) 受壓面積 (cm2) 工作壓力(MPa) 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 12 6 F1 1.13 22.6 33.9 43.2 56.5 67.8 79.1 90.4 F2 0.85 17.0 25.5 34.0 42.5 51.0 59.5 68.0 16 6 F1 2.01 40.2 60.3 80.4 100.5 120.6 140.7 160.8 F2 1.72 34.4 51.6 68.8 86.0 103.2 120.4 137.6 20 8 F1 3.14 62.8 94.2 125.7 157.1 188.5 220.0 251.0 F2 2.64 52.8 79.2 105.6 132.0 158.4 184.8 211.2 25 10 F1 4.91 98.2 147.3 196.3 245.0 294.0 344.0 393.0 F2 4.12 82.4 123.4 164.8 206.0 247.2 288.4 329.6 32 12 F1 8.03 160.6 240.9 321.2 401.5 481.8 562.1 642.4 F2 6.91 138.2 207.3 276.4 345.5 414.6 483.7 552.8 40 14 F1 12.57 251.0 377.0 503.0 628.0 754.0 880.0 1010.0 F2 11.03 220.6 330.9 441.2 551.5 661.8 772.1 882.4 40 16 F1 12.57 251.0 377.0 503.0 628.0 754.0 880.0 1010.0 F2 10.56 211.0 317.0 422.0 528.0 633.0 799.0 844.0 50 20 F1 19.63 393 589 785 982 1178 1374 1571 F2 16.49 330 495 660 825 990 1155 1319 63 20 F1 31.2 623 935 1247 1559 1870 2180 2490 F2 28.0 561 841 1121 1402 1682 1962 2240 80 25 F1 50.3 1005 1508 2010 2510 3020 3520 4020 F2 45.4 907 1361 1814 2270 2720 3170 3630 100 30 F1 78.5 1571 2360 3140 3930 4710 5500 6280 F2 71.5 1429 2140 2860 3570 4290 5000 5720 125 32 F1 122.7 2450 3680 4910 6135 7360 8590 9820 F2 114.6 2290 3440 4580 5730 6880 8020 9170 160 40 F1 201.0 4020 6030 8040 10050 12060 14070 16080 F2 188.4 3760 5650 7530 9400 11300 13180 15070 200 40 F1 314.2 6280 9420 12560 15710 18850 21990 25130 F2 301.4 6020 9040 12050 15070 18080 21090 24110 注：F1= 氣缸推力 F2= 氣缸拉力 表3.2 氣缸輸出力經(jīng)驗表 3. 拉杯氣缸的行程確定工作的移動距離，考慮工況可選擇滿行程或預留行程。查出活塞桿最大計算長度L＝2300, 在固定--(ａ)圖結構安裝形式下，最大行程2L＝2*2300＝4600，所以氣缸不產生縱向彎曲。 4. 選定氣缸緩沖方式根據(jù)需要選擇緩沖形式，無緩沖氣缸，固定緩沖氣缸，可調緩沖氣缸。 5. 推杯氣缸選擇潤滑方式有給油潤滑氣缸，無給油潤滑推杯氣缸，選擇氣缸系列根據(jù)以上條件，選擇帶閥帶開關型，即10Y-2K系列。其中，閥的操作方式為通電時拉式；閥的使用電壓：AC220V,50Hz ；開關型號為SF；開關數(shù)量為2。因此，推杯氣缸選型為10Y-2KSD32N125-B5F2Y。 拉杯氣缸擇潤滑方式有給油潤滑氣缸，無給油潤滑推杯氣缸，選擇氣缸系列根據(jù)以上條件，選擇標準型，即10Y-2R系列。其中，開關型號為SF；開關數(shù)量為4。因此，推杯氣缸選型為10Y-2RSD25N250SF4。 卡杯氣缸、壓杯氣缸選擇薄型氣缸，選型為QGY20×10。 安裝形式的選擇由安裝位置、使用目的等因素決定。在一般場合下，多用固定式氣缸。氣動上料工作臺處安裝形式選擇雙懸耳式，即氣缸可圍繞尾部鉸軸擺動。 根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要工作機構連續(xù)回轉時應選用回轉氣缸。 支撐氣缸的有氣缸座，為了使壓杯氣缸，卡杯氣缸可以運動將氣缸座上裝有滑動套，為了使推杯氣缸可以運動裝有滑動軸承，有滑動軸承就必須有滑動套，導向軸連接氣缸座和滑動軸承，拉杯氣缸和卡杯氣缸相連，并裝有導軌，滑道如圖3.1所示。推杯氣缸前有推板如圖3.2，杯子被推板推向下料臺。 圖3.1 滑道 圖3.2 推板 3.3 機座的材料和時效處理 3.3.1 機座的材料 機座材料應根據(jù)各種工藝成本等方面考慮，常用的有： 1. 鑄鐵：價格較便宜；鑄鐵的內摩擦大，有良好的抗振性。其缺點是生產周期長，單件生產成本較高；鑄件易產生廢品，質量不易控制；鑄件的加工余量大，機械加工費用大。 2. 鋼：用鋼材焊接成機架。在單件小批量生產情況下，生產周期較短，所需設備簡單；焊接機架的缺點是鋼的抗振性能較差，在結構上需采取防振措施；由于我們是小批量生產，且要求成本低，因此選用焊接件來做機架。 3.3.2 機座的時效處理 時效處理就是在精加工之前，使機座充分變形，消除內應力，提高其尺寸的穩(wěn)定性。焊接機架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機座約輕20%~50%；在單件小批量生產情況下，生產周期較短，所需設備簡單，切成本低；但抗振性較差，需要進行時效處理。 3.4 機座的結構設計 3.4.1 機座的典型結構 1. 方形截面機座 結構簡單，制造方便，箱體內有較大的空間來安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場合。 2. 圓形截面機座 結構簡單、緊湊，易于制造和造型設計，有較好的承載能力。 3. 鑄鐵板裝配式機座 鑄鐵板裝配結構，適用于局部形狀復雜的場合。它具有生產周期短、成本低以及簡化木模形狀和鑄造工藝等優(yōu)點。但剛度較整體箱體機座的差，且加工和裝配工作量較大。 根據(jù)上述各種機座的特點，我選用方形截面機座。如圖3.3所示。 圖 3.3 3.4.2 截面形狀的選擇 機座雖受力較復雜，但不外是拉、壓、彎、扭的作用。當受簡單拉、壓作用時，變形只和截面積有關，而與截面形狀無關，設計時主要是選擇合理的尺寸。如果受彎、扭作用時，變形與截面形狀有關。 在其它條件相同情況下，抗扭慣性矩Ic越大，扭轉變形越小，抗扭剛度越大。表 3.3是面積相同的，各種截面形狀與慣性矩的比較。 從表中可以看出： 1. 空心大于實心剛度。 2. 封閉方形抗彎抗扭都好。 3. 加大橫截面輪廓尺寸和減小壁厚可以提高剛度。 表3.3 截面形狀 截面形狀 抗彎慣性矩I（相對值） 抗扭慣性矩Ic（相對值） 截面形狀 抗彎慣性矩I（相對值） 抗扭慣性矩Ic（相對值） 1 1 1.5 5.1 1.7 1 2.0 0.2 1.2 0.7 1.04 8.1 3.4.3 連接剛度 為提高結合表面的連接剛度，可根據(jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆健?shù)量及其位置。必要時，可使螺釘產生預緊力，來提高連接剛度。 我在這選用了如圖3.4，此類橫梁做連接，既節(jié)省材料，支撐性又好。 圖3.4 底座 3.4.4 結構的工藝性 機座屬于箱體類零件，體積大，結構復雜，成本較高。設計時，應使其具有良好的結構工藝性，以便于制造和降低成本。 3.5 箱體的分類 按箱體的功能可分為： 1. 傳動箱體，里面帶有齒輪傳動等一系列傳動的箱體，主要功能是包容和支承各傳動件及其支承零件，要求有密封性、強度和剛度。 2.泵體和閥體，主要功能是改變液體流動方向、流量大小或改變液體壓力，還得能承受箱體內的內壓力。 3.支架箱體，要求有一定的強度、剛度和精度，而且工藝要美觀，必要時可以做特殊處理。 按箱體的制造方法分，主要有： a) 鑄造箱體， b) 焊接箱體， c) 其它箱體， 摞杯機架的箱體結構要求非常簡單，因此用焊接即可，對精度和剛度要求不是很嚴格，故此焊接，而且便宜。 3.6 設計的主要問題和設計要求 箱體設計首先要考慮箱體內的零件的關系，此外還應考慮如下問題： 1. 滿足設計的強度，剛度的要求。 2. 散熱性能和熱變形問題。 3. 結構設計要合理。 4.工藝性好。 5. 造型好、質量小。 3.7 箱體結構設計 箱體的形狀和尺寸常由箱體內部零件間的相互關系來決定，決定箱體結構尺寸和外觀造型的這一設計方法稱為"結構包容法"，還應考慮里面的零件與外部形狀的關系。 3.7.1 箱體的毛坯、材料及熱處理 1. 箱體的毛坯：選用鑄造毛坯或焊接毛坯。 2. 箱體的材料和熱處理 箱體的常用材料有： a) 鑄鐵 多數(shù)箱體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動性好，收縮較小，容易獲得形狀和結構復雜的箱體。阻尼作用小，價格便宜。 b) 鑄造鋁合金 用于要求減小質量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過熱處理進行強化，有足夠的強度和較好的塑性。 c) 鋼材 鑄鋼有一定的強度，塑性和韌性比鑄鐵好，導熱性和焊接性也非常好，機加工性能也較好，但缺點是鑄造時容易氧化與熱裂。箱體也可用低碳鋼板和型鋼焊接而成。 3. 鑄鐵的熱處理： 消除內應力可用熱處理措施，即有以下三類： a) 熱時效。鑄件在500～600°C下退火，可有效消除應力 b) 熱沖擊時效。將鑄件快速加熱，將熱應力和剩余應力疊加抵消。 c) 自然時效。自然擱置，也可以消除應力。 3.7.2 箱體結構參數(shù)的選擇 1. 壁厚 N=（2L+B+H）/3000 （mm） 式中L-鑄件長度（mm），L、B、H中，L為最大值； B-鑄件寬度（mm）； H-鑄件高度（mm）； 表3.4 鑄造箱體的壁厚 當量尺寸 N 箱體尺寸 灰鑄鐵 鑄鐵 鑄鋁合金 鑄鋼 0.3 0.75 1.00 1.50 2.00 3.00 4.00 6 8 10 12 16 20 24 10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 4 5 6 8 10 ≥12 - 6 8 - - - - - 注：1.此表為砂型鑄造數(shù)據(jù)。 2.球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵壁厚減少20%。 表3.5 儀器儀表鑄造外殼的最小壁厚 合金種類 鑄造方法 砂型 金屬型 壓力鑄造 熔模鑄造 亮模鑄造 鋁合金 鎂合金 銅合金 鋅合金 3 3 3 - 2.5 2.5 3 2 1~1.5 1.2~1.8 2 1.5 1~1.5 1.5 2 1 2~2.5 2~2.5 - 2~2.5 根據(jù)查找3.2,3.3表格，做出以下箱體，如圖3.5。 圖3.5 底座 2. 加強筋 改善箱體的強度可以加加強筋，筋板的高度H不應超過壁厚t的（3-4）倍，超過此值對提高剛度無明顯效果。加強筋的尺寸見表3.6。 表3.6 鑄造箱體加強筋尺寸 外表面筋厚 內腔筋厚 筋的高度 0.8t (0.6-0.7)t ≤5t t-筋所在壁厚 3. 孔和凸臺 箱體內壁和外壁上位于同一軸線上的孔，從機加工角度要求，單件小批量生產時，應盡可能使孔的質量相等；成批大量生產時，外壁上的孔應大于內壁上的孔徑，這有利于刀具的進入和退出；在箱壁上增加凸臺有增加剛度之效，同時可以減少加工面。當凸臺直徑D與孔徑d的比值D/d≤2和凸臺高度h與壁厚t的比值t/h≤2時，剛度增加較大；比值大于2以后，效果不明顯。 4. 連接和固定 為了保證連接剛度，應注意以下幾個方面的問題： a) 重要結合面表面粗糙度值Ra應不大于3.2um，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。 b) 合理選擇聯(lián)結螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結合面的預緊力。結合面的壓強是必須要保證的，但是螺釘?shù)拇笮”仨氁邢拗?，它們的結合面在允許范圍內可以減小。如圖19-9。 c) 合理設計聯(lián)結部位的結構，聯(lián)結部位的結構及特點及應用見表3.7。 表3.7 聯(lián)結部位結構、特點 形式 基本結構 特點和結構 爪座式 爪座與箱臂連接處的局部強度、剛度均較差，連接剛度也低，但鑄造簡單，節(jié)約材料。適用于側向力小的小型箱體連接。 翻邊式 局部強度和剛度均較爪座式高，還可在箱壁內側或外表面間增設加強筋以增大聯(lián)接部位的剛度。鑄造容易，結構簡單，占地面積稍大。適用于各種大、中、小型箱體的聯(lián)結。 壁龕式 局部剛度好，若螺釘設在箱體壁上的中性面上，聯(lián)結凸緣將不會有玩具作用。外形美觀，占地面積小，但制造較困難，適用于大型箱體的聯(lián)結。 根據(jù)以上分析最終疊被機架設計為如圖3.6所示。 圖3.6 疊杯機架示意圖 4 下料臺的設計 4.1 下料平臺架結構 首先必須有下料臺面，為了方便下料，將下料臺面設計為斜面，在下料臺面下裝有隔板，在隔板上裝四根調節(jié)螺栓，可以調節(jié)料臺的斜度。為了連接料臺與隔板，加有連接板。為了支撐料臺，在隔板下方有4根支桿。在料臺上裝有擋料板，側導板，滑動桿。下料臺的結構如圖4.1所示。 圖4.1 下料臺示意圖 1. 材料：支桿，調節(jié)螺桿為45號鋼。調節(jié)螺桿，滑動桿為35號鋼。下料臺面、支桿座、連接板、擋料板、支撐彎板、底盤為A3鋼。 2. 料臺采用2mm厚鋼板，通過連接彎板擱置在隔板上，板寬為900mm。 3. 料臺上裝有擋料板長為900mm，寬為40mm。側面裝有側導板，寬為70mm，長為820mm，厚為1.2mm。 4. 料臺支撐 a）平臺平面呈長方形：0.9m×0.9m。 b）為了是料臺可以調節(jié)，在料臺下放置隔板，隔板上裝四根調節(jié)螺栓如圖4.2所示（中間2根，為140mm，邊上2根為100mm）。且有支撐彎板支撐料臺。 圖4.2 調節(jié)螺栓 c）下有四根支桿（如圖4.3）支撐，支桿由連接板，圓筒，螺母構成。連接板為102mm×102mm，厚為10mm。圓筒直徑為42，長度為676mm。螺母為M16。 圖4.3 支桿 d）底座如圖4.4為102mm×102mm，為了與支桿連接加有調節(jié)螺栓。 圖4.4 底座 4.2 結構設計及驗算 1. 鋼板抗彎強度驗算: W=7.85×d=7.85×0.002=0.157≤[W] d為厚度 [W]=L/150=150cm/150=1cm. 安全 2. 支桿抗彎強度驗算 W=0.02466*s(d-s) d=外徑 s=厚度 W=0.02466×4×（46-4）=4.14≤[W] [W]=L/150=150cm/150=1cm. 結論穩(wěn)定，安全。 5 導向軸的制造工藝設計 所分析的零件曲面印刷機的氣動下料機構的導向軸。它是氣壓缸的精密軸心，可稱為直線軸、直線光軸、光軸、心軸、軸心、鍍鉻棒、電鍍棒、電鍍鋼棒、活塞桿等。導向軸可作為直線運動軸及機械零件等多用途。在所有軸的種類當中，導向軸是還具有滑動軸承的引導作用。 1. 零件的材料 零件的材料為45鋼，零件的坯料為鍛件，調質217HB-255HB處理。 2. 分析加工對象 位置要求： a) 前端面，前端面通過粗，精車加工而成。 b) 外圓，外圓通過粗精車加工而成。 c) 后端面，按尺寸切斷，通過粗精車加工而成。 d) 鍵槽，鍵槽通過銑加工而成。 3. 明確生產類型和工廠條件 零件的生產綱領：N=Qn(1+a+b) 其中，產品的年產量Q=10000臺/年，每臺產品中該零件的數(shù)量n=1件/臺，零件備品率a=4%零件的廢品率b=1%。 Q=10000*1*（1+4%+1%）=10500件/年 從計算上看，該零件為中批生產。 5.1 毛坯選擇 在工作時零件要經(jīng)常來回的撥動。要求有較強的剛度，因此選擇材料為鍛件，正火處理，粗加工后調質HB217-255。由于零件的尺寸不是很大，生產綱領以達到成批生產的水平，因此可以采用較先進的鍛造而得，這對于提高生產率，切削加工的勞動量，保證加工精度，都是很有利的。本零件不是很復雜，可大批生產。 5.2 擬定加工工藝路線 1. 選擇定位基準： 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。加工不容易進行，甚至會報廢大批的零件。 a) 粗基準的選擇：對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則，現(xiàn)選擇未加工的上表面為粗基準。 b) 精基準的選擇：依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則。 2. 制定工藝路線 根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產成本盡量下降。查《機械制造工藝及設備設計指導手冊》方案如下： 工序一 下料 工序二 正火 工序三 粗車前端面； 工序四 粗車外圓，留加工余量3mm， 工序五 調質 工序六 精車前端面 工序七 半精車外圓，留加工余量0.3mm 工序八 精車外圓至尺寸要求 工序九 倒角 工序十 按尺寸切斷 工序十一 粗車后端面，留加工余量3mm 工序十二 精車后端面，留取總長 工序十三 倒角 工序十四 銑鍵槽至尺寸 工序十五 檢查 5.3 選擇加工設備和工藝設備 1. 機床的選擇： 對于外圓，端面的加工，選用C620-1臥式車床。 鍵槽的加工，選用X62臥式銑床。 2. 選擇夾具：該車床套的生產綱領為中批生產，所以采用三爪卡盤夾具。 3. 選擇刀具：在車床上加工的各工序，采用YT545度外圓車刀。 表3.1 機械加工工藝過程卡片 中北大學信息商務學院 產 品 名 稱 姓 名 學 號 王昊 12020144X55 零 件 名 稱 零 件 圖 號 材 料 每臺件數(shù) 導向軸 45號 1 工序號 工序名稱和內容 安裝定位基面 設備及工藝裝備(名稱和規(guī)格) 設備名稱及型號 夾具名稱 切 削刀 具 量具 名稱 1 模鍛，噴丸處理 2 正火 3 粗車前端面 前端面 C620-1臥式車床 三角自定心卡盤 YT15 45度車刀 4 粗車外圓 外圓 C620-1臥式車床 三角自定心卡盤 YT15 45度車刀 5 調質 6 精車前端面 前端面 C620-1臥式車床 三角自定心卡盤 YT15 45度車刀 7 半精車外圓 外圓 C620-1臥式車床 三角自定心卡盤 YT15 45度車刀 8 精車外圓 外圓 C620-1臥式車床 三角自定心卡盤 YT15 45度車刀 9 倒角 外圓 C620-1臥式車床 三角自定心卡盤 YT5硬質合金車刀 10 切斷 外圓 C620-1臥式車床 三角自定心卡盤 切斷刀 11 粗車后端面 后端面 C620-1臥式車床 三角自定心卡盤 YT15 45度車刀 12 精車后端面 后端面 C620-1臥式車床 三抓自定心卡盤 YT15 45度車刀 13 倒角 后端面 C620-1臥式車床 三抓