四模四冲自动冷镦机的夹钳机构设计开题报告

全文总字数：4274字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1国内外现状分析：

目前美国，日本，德国，瑞士等国家研发制造的冷镦机处于世界领先水平，尤其是德国在二战时期将冷镦工艺应用在弹壳的制作中，开创了冷镦机制造的先河。

美国国民机器公司（national machinery company）生产的高速多工位冷镦机，切断线材直径从φ8—φ16mm，生产率为300-160件/分，这种冷镦机将螺栓加工的全部工序，包括切断、缩径、镦头、切边、倒角、搓丝，全部集中到一台机器中[1]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容：

设计一个最大镦制尺寸为8mm的夹钳机构。

具体技术参数要求看表1：

表1.

2.2夹钳机构：

根据加工螺栓螺母工艺是否需要翻转可分为两大类，其中需要翻转的夹钳原理通常是在两工位之间的一段行程中钳爪夹持工件走一个小于等于180°的圆弧来达到将工件翻转的目的，但是这会增大工位之间的距离，同时加大钳架（或钳箱）的尺寸；螺栓自动冷镦机的夹钳机构根据夹钳送料运动的类型可以分为有两种结构，①夹钳张开平移式：夹钳的张合由凸轮控制的，这种夹钳的夹紧力大，每把夹钳的张合时间可单独调整，但是整个滑架带着几把夹钳平移，具有较大惯性，故机器速度不能太快。②摆动抽钳式：各夹钳夹持毛坯来回摆动，并且这些夹钳是在各个工位的加工空间中摆动传送的。

2.3夹钳运动分析：

采用刚性的凸轮-连杆机构控制夹钳机构的工作节奏。针对一个夹钳钳爪的运动来说明工作节奏（或者说“夹钳运动分解”）：钳爪夹持线材，等待切料机构剪切→钳架送料送往下一个工位，等待镦制→钳爪松开→返回初始位置[3]。如下图1-4所示：

(假设“控制杆1”直线运动，方向向上为钳爪夹紧，向下为钳爪松开。)

图1.钳爪闭合 图2.钳架右移

图3.钳爪松开 图4.钳架左移

夹钳机构的动力来自于主曲轴（或副曲轴），曲轴的旋转运动需要根据要求转换成上述的“工作节奏”中的运动。其中由于加工的零件不同，需要的工作时机不同，可能需要采用特殊结构来达到目的。

据上述分析可得，夹钳机构主要有两个动作，分为钳架的送料运动（或者说“钳架的左右移动”）和钳爪张合运动。钳架的送料运动可以是“摆动”也可以是“平移”，但考虑到线材毛坯在平移时可能会与模具表面的突起结构发生碰撞，为了避免碰撞问题，可能使运动变得较复杂，可利用摆动来达到送料运动的实现，分析见图5、6。

图5.平移实现 图6.摆动实现

2.4夹钳机构动力传递：

接下来考虑夹钳机构的传动问题，由于传统的冷镦机只有主电机一个动力源，需要通过各种传动机构分成几个机构的运动，然后通过这几个运动之间的配合完成镦制工艺。传统的冷镦机只利用一个电动机就提供全部运动的动力，既意味着要为了完成一些符合需求的直线运动需要通过凸轮机构来实现，且从上述的“夹钳机构运动分析”看出夹钳机构必定需要有复杂的直线运动，故需要采取凸轮机构来实现。

方案1：

通过前面文献[4]阅读中了解到凸轮机构可以直接和主曲轴（或幅曲轴）连接，后面接连杆机构、齿轮机构等机构完成传动，如图7。但是这样的设计会导致之间的连杆机构尺寸过大，使得其刚度不够，所以做出了结构优化。具体方案如下：可先通过齿轮机构、锥齿轮机构等传动平稳，效率高的结构先将曲轴的旋转运动转换到夹钳机构运动构件运动的平面，后面再连接一些连杆或者凸轮以提高结构的刚度,如图8[5]。

图7.图8.

方案2：

还可以采用数控的概念，通过电机、螺母螺杆机构、齿轮（齿轮齿条）机构，来实现夹钳机构的运动。 这里可以将方案1所得结果，将其最终实现运动的部件换成电机或电机、齿轮齿条，通过PLC、单片机等控制单元来控制运动的时机。如图9[6]。

分析图9中的钳爪驱动结构，可看出是由电动机7提供动力，通过齿轮5,6降速传递动力给凸轮轴8，由凸轮9，滚子10，摆杆12，提供符合需求的上下运动，通过一个压板控制钳爪的驱动杆运动，以达到钳爪张合的目的。

图9

3. 研究计划与安排

1-3周：按照要求完成外文文献的翻译和完成开题报告。

4-7周： 确定夹钳机构方案，并画出原理图和传动图。

确定冷镦机的工作循环图，可参考螺母或螺栓的工艺确定

4. 参考文献（12篇以上）

[1]博思数据研究中心.国内外冷镦机技术发展现状及规模，2014-02-20.http://www.bosidata.com/jixieshichang1402/p74380gvkt.html

[2]汪帆.六工位自动冷镦机关键部件设计及分析[d].南京：南京农业大学，2014.5.

[3]李德祥，刘邦宁，邵仁先.多工位冷镦自动机工作循环图的编制方法，1980.02.