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1、数控铝带绕片机上下料部分CAD系统设计摘要翅片管是指金属外表面绕有连续薄带状的螺旋形金属翅片，利用绕片进行热交换的一种换热元件。我国现有的翅片管生产装置多属于半机械，半手工的操作方式，效率低，质量不稳定，不能满足用户要求，针对企业要求我们开发了数控铝带绕片机。开发的数控铝带绕片机将实现自动控制，具有自动上下料装置，完全取代过去手工操纵，生产率大大提高；实现不同直径和长度钢管绕片的自动控制和铝带螺距的无级调整；零件的精度高、精度一致性好，加工质量稳定，废品率降低。操作方便，可实现程序管理、参数预设置、自动、手动等功能。本论文是以哈尔滨暖风机厂关于数控铝带绕片机的研究与开发课题为背景，主要针对数控
2、铝带绕片机上下料机构的，基于Pro/ENGINEER软件的集成设计与制造。首先介绍数控铝带绕片机的上下料机构的总体设计；然后利用Pro/ENGINEER高度集成的CAD/CAM软件系统来实现上下料机构的参数化设计，建立了三维零件设计，使我们对数控铝带绕片机有三维空间了解；然后进行了三维模型的装配设计。关键词翅片管；数控铝带绕片机；上下料机构 ；CAD系统设计The Design of Numerical Control of Aluminous-winding Machine for Baiting Device of Finned-tube CAD SystemAbstractFinned-
3、tube means a heat exchange component that using helix metal finned slice to exchange heat , helix metal finned slice continuously round on the surface of the metal .The producing device of finned-tube nowadays in our country is half-automatic, half-manufacture ,and with low efficiency and stability
4、of product quality, so it cant satisfy the users requirements. To solve this problem, weve developed the automatic product line of finned-tube. The product we developed realized automatic control, and with baiting device, and as a result replaced the operations by hand in the past totally, improved
5、the efficiency largely; it also realized the automatic control of circling aluminum over tube with different diameter and length, infinite variation of pitch; the parts it produced have high precision, high consistency of precision, high stability of product quality, and low waster rate. the product
6、 we designed can be used conveniently and controlled by computer program and have the functions such as parameter-pre-setup, control automatic, control manually.This paper concentrates on the integrated design and produce of the automatic machine of circling aluminum over tube based on Pro/ENGINEER
7、application in the context of researching and developing of automatic machine of circling aluminum over tube in factory of Warming Machine, HaErBin. Firstly, we introduced the overall design of baiting device of the product line for finned-tube, and the optimized mechanism; Secondly, with the highly
8、 integrated CAD/CAM system of Pro/ENGINEER were realized parameter-design, assembling of 3D models and generated the 2D chart, CNC program of the baiting device. Key words Finned-tube ；Aluminous-winding machine；Baiting device；CAD System目 录目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 数控铝带绕片机背景及设计要求11.1.1 国内外相关行业的发展趋势11
9、.1.2 目的意义、设计依据21.2 主要工作内容31.3 本章小结4第2章 Pro/ENGINEER软件的介绍52.1 Pro/ENGINEER简介52.1.1 Pro/ENGINEER 的主要特点52.1.2 Pro/ENGINEER的功能简介62.2 本章小结8第3章 数控铝带绕片机的结构设计93.1 数控铝带绕片机总体的基本结构与工作原理93.2 数控上料装置的结构与原理103.3 数控下料部分装置的结构与原理113.4 本章小结14第4章 上下料机构的零件设计154.1 上下料机构的上料过程与设计154.1.1 上料机构的过程154.1.2 下料机构的设计154.2 上下料机构的各种
10、计算154.2.1 上料部分液压缸的计算与选择154.2.2 摆动心轴的轴承校核164.2.3 摆动心轴的刚度校核174.3 上下料机构的详细设计184.3.1 分料板的详细设计184.3.2 移动支承托架的详细设计204.4 本章小结21第5章 上料部分三维模型装配235.1 数控铝带绕片机上料部分的三维设计流程235.2 装配的基本概念245.2.1 装配的概述245.2.2 装配的主要方法255.2.3 装配关系和装配约束255.3 上下料机构的装配过程265.3.1 上下料机构的装配265.3.2 标准件的调用305.4 尾座的装配过程315.4.1 尾座的装配315.4.2 标准件的
11、调用和整列345.5 本章小结35结 论36致 谢37参 考 文 献38附录A39附录B45第1章 绪论1.1 数控铝带绕片机背景及设计要求1.1.1 国内外相关行业的发展趋势随着市场竞争日益激烈，企业需要以最快的速度、最好的质量、最低的成本、最优的服务来满足客户对产品的要求及持续多变、不可预测的全球化市场竞争，使企业在激烈的市场竞争中处于主动地位。翅片管广泛用于冶金、石油、化工、电站等行业的热交换器，及各种散热器。暖风机等设备上，作为翅片管生产的专用设备，绕片机经控制系统开发后，能够以更稳定的加工质量，更高的生产效率，和加工精度，更好地满足客户对产品的多种要求。为企业带来更高的经济效益。1.
12、1.1.1 国内发展情况我国绕片机的大量使用从80年代初期开始，但多数为引进设备。设备陈旧、效率低、质量不稳定、规格小。由于翅片管是空气冷却器管束上最基本、最重要的热交换元件，随着我国空调、制冷企业的发展，对翅片管的需求量日益加，作为生产绕片管的专用设备，绕片机仅靠进口已不能适应市场竞争的要求。为此，我国各企业，如开封市红日散热器厂，哈尔滨空调机厂等，都纷纷开始研制了适合本企业发展的设备，并取得了较好的经济效益，经过不断的改进和完善，绕片机的性能和各项参数都得到了很大的提高，但这些改进的多数都只限于对机械结构的改造，绕片机自动控制生产的能力相对较低。近年来，个别企业研制了具有控制能力的绕片机，
13、但具有控制系统的绕片机研制工作仍是一项具有很大开始潜力的项目。1.1.1.2 国外发展情况国外绕片机的发展要早于我国，70年代初期，美国Mcelory公司就已经开始研制绕片机，目前，该公司的绕片机已具备PLC控制和自动化加工功能。意大得C.M.S公司，Alibaba公司等许多国家都在不断研制，开发不同规格的绕片机。因此，针对我国企业的实际情况，引进国外先进技术，改造我国现有的绕片机，使其具有自动控制功能，是一项至关重要的工作。1.1.2 目的意义、设计依据1.1.2.1 目的意义铝带绕片机是生产散热器用绕片管的专用设备，绕片管是指金属外表面绕有连续薄带状的螺旋形金属绕片，利用绕片进行热交换的一
14、种换热元件。这种绕片管是目前国内外一致公认的一种新型高效热交换元件，是先进的节能产品，可广泛应用于冶金、石油、化工、电站等行业的热交换器及各种散热器、暖风机等设备上。由于我国现有的绕片机多属于半机械半手工的操作方式，效率低、质量不稳定、规格小、不能满足用户日益增长的对质量、品种和规格的要求，因而对数控铝带绕片机的开发就显得尤为重要。本项目开发的数控铝带绕片机控制系统以可编程控制器（PLC）为核心，可编程控制器PLC，程序具有编制简单、方便易学，调试和查错都很容易。可靠性高、逻辑功能强、可在线修改控制程序等优点，并结合机械结构的进一步改进，使其具有自动上下料功能，开发后的机床功能齐全，使用可靠，
15、通过程序的改变，方便的完成不同管径和绕片螺距的绕片加工，实现螺距的无级调整，从而提高了企业的自动化程度，提高生产效率和加工精度，以更稳定的加工质量，更好的满足客户对产品的多种要求，大大降低了企业的生产成本，提高了企业的效益和市场竞争力。我国绕片机的大量使用从80年代开始，但多数为引进设备。由于绕片管是空气冷却器管束上的最基本、最重要的热交换元件，随着我国空调、制冷业的发展，对绕片管的需求量日益增加，作为绕片管生产的专用设备，绕片机仅靠进口已不能适应市场竞争的要求。为此，我国各企业，如开封市红日散热器厂、哈尔滨空调机厂等，都纷纷开发、研制了适合本企业发展的设备，并取得了较好的经济效益。经过不断的
16、改进和完善，绕片机的性能和各项参数都得到了很大的提高，但这些改进多数都只限于对机械结构的改进，绕片机自动控制能力相对较低。国外绕片机的发展要早于我国，70年代初期，美国Mcelory公司就已经开始研制绕片机。目前，该公司的绕片机已具备PLC控制和自动化加工功能。意大利C.M.S公司、Alibaba公司等许多国家都在不断研制、开发不同规格的绕片机。因此，针对我国企业的实际情况，引进国外先进技术，开发数控铝带绕片机是一项具有很大开发潜力的项目，能够产生可观的经济效益和社会效益作为散热器元件的一个关键设备，该自动机床的主要性能和要求都能达到国内领先水平，填补国内相关领域的空白。经调查，全国使用该设备
17、的企业有约上万家，该设备批量生产后，按市场份额的20%30%计算，年产值可达到3亿，具有可观的经济效益。1.1.2.2 数控铝带绕片机的特点和创新所开发的数控铝带绕片机与国内现有绕片机相比具有如下特点及创新：1.机械结构上，增加自动上下料装置，可减少工人的劳动强度，提高生产率。2.用可编程序控制器组成的控制系统代替了手工操作，实现生产过程的自动化、智能化控制。3.提高了零件的加工精度，质量稳定，避免了人为因素的影响，废品率可大大降低，减少浪费，降低成本。4.由于采用了PLC控制，操作简单，维护方便，出现故障容易查找，可靠性高。5.机床调整方便，通过改变用户程序就可实现不同直径和长度钢管绕片的自
18、动控制和铝带螺距的无级调整。6.与开发前的机床相比，生产率可提高6倍，生产成本可大大降低。7.本项目的开发属国内独创，具有广阔的市场前景，可获得很高的经济效益和社会效益。1.1.2.3 数控绕片机的优点该数控铝带绕片机的开发最终将实现铝带绕片机的自动控制，实现不同直径和长度钢管绕片的自动控制和铝带螺距的无级调整，为企业进一步实现加工设备的自动化及智能化奠定良好的基础。所开发的数控铝带绕片机与原绕片机相比具有以下显著的优点：1.控制系统取代了普通机床的手工操纵、具有充分的柔性；2.零件的精度高、精度一致性好，避免加工时人为因素的影响；3.实现生产过程的自动化、智能化提高控制精度、稳定加工质量；4
19、.易于调整，所需调整时间少；5.生产率大大提高，提高企业的竞争能力。1.2 主要工作内容在接到老师下达的毕业设计任务书后，查看了相关资料，了解了铝带绕片机的结构，并掌握了其工作原理。通过到企业的实地调研，进一步了解了其结构、工作原理和工作环境对设计，对以后的设计打下了很好的基础。在毕业设计的过程中，我主要完成了数控铝带绕片（上下料部分）的结构设计，完成了二维工程图的绘制、零件的三维造型和三维装配设计。在设计的过程中又加强了我对Pro/ENGINEER、AutoCAD、Microsoft Word等软件的学习。1.3 本章小结主要介绍了铝带绕片机在国内外的发展情况，通过这些，了解研究数控铝带绕片
20、机的意义。第2章 Pro/ENGINEER软件的介绍 2.1 Pro/ENGINEER简介Pro/E是美国参数技术公司PTC（Parametric Technology Corporation）开发的CAD/CAE/CAM软件。广泛应用于电子、通讯、机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电、玩具等各行业。Pro/E可谓是各全方位的3D产品开发软件，整合了零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机械设计、动态仿真、应力分析、产品数据库管理、协同设计开发等功能于一体，其模块众多，大约有50多个，能够满足产品的各个阶段设计要求。该软件一方面由
21、于具有强大的参数化特征造型功能而受到了业界的一致认同和广泛应用。但另一方面由于操作复杂也给使用者掌握软件的功能带来了很大的困难。2.1.1 Pro/ENGINEER 的主要特点Pro/ENGINEER参数化设计的特性主要有以下几个方面123413：1.三维实体造型 2.单一数据库 3.以特征作为设计单位 4.参数化设计1.三维实体造型 三维实体造型就是在计算机中用一些基本元素构建机械零件的完整几何模型。以往的三维工程设计方法是设计人员在图纸上利用几个不同的视图来表示一个产品的三维设计模型。对于有些比较复杂的零部件，就需要很多张图纸来表示。图纸上面标有各种线条、符号和其他的标记。这样，工程中的其
22、他部门人员再去认真、仔细的看这些图纸，再慢慢理解设计者的各种意图，再通过各种视图来想象出模型的细节，这一系列工作都非常辛苦。何况设计人员不可能保证每一张图纸的每个细节问题都是正确的，所以图纸上的错误是不能避免的。在利用三维实体造型软件进行产品设计时，设计者通常在计算机上直接进行产品的三维设计，在计算机屏幕上就可以直接看见产品的真实三维模型，并且如果那个地方需要修改，可以直接在软件操作下进行修改。产品的形状和结构越复杂，我们需要修改的次数就越多，这样就更能体现三维实体建模软件的优越性，每一次修改的时间相当短。当我们所需要的零件在计算机中建成模型后，设计者们就可以进行一系列的设计工作，比如零部件的
23、模拟装配、有限元分析、数控加工编成及模拟仿真等等。2.单一数据库 Pro/ENGINEER可以随时由三维实体模型产生二维工程图，而且自动标注工程图尺寸，在三维或二维图形上作尺寸修改时，其相关的二维图形或三维实体模型都是自动修改，同时装配、制造等相关设计也会自动修改，如此以来可以确保数据的正确性，并避免反复修改浪费时间。由于采用单一数据库，提供了所谓双向关联性的功能，此种功能正也符合了现代产业中所谓的同步工程（Concurrent engineering）观念。3.以特征作为设计单位 Pro/ENGINEER以最自然的思考方式从事设计工作，如钻孔、挖槽和圆角等，均视为零件设计的基本特征，除了充分
24、掌握设计概念外，还在设计过程中导入实际的制造观念；也因为以特征作为设计单元，因此可以随时对特征做合理、不违反几何顺序的调整、插入、删除和重定义等修正。特征（Feature）包括特定的几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示法、制造技术和公差要求等。因此特征兼有功能和形状两种属性。特征可分为3种：实体特征、曲面特征及基准特征，其中实体特征为Pro/E零件的主题。4.参数化设计 参数化设计一般是指配合单一数据库，所有设计对象的结构比较定型，并且所有设计过程中所使用的尺寸（参数）都存在数据库中，可以用一些参数来约束尺寸关系。参数的求解较简单，参数与设计对象的空间尺寸存在着对应。2.1.2 Pro/EN
25、GINEER的功能简介Pro/ENGINEER是一个非常强大的三维实体模型（3D Solid Model）设计软件，它不但CAD功能强大，而且同时具有CAE和CAM的功能。内容包括工业设计、大型装配件设计、数值模拟、制造加工和产品数据库管理。支持同时针对一个产品的并行工程设计。其主要的功能有123413：1.3D实体模型（Solid Model）：3D实体模型，可以随时计算出产品的质量、体积、表面积、重心和惯性具等相关物理量，能清楚明了产品的真实性；优于以往传统的面模型架构和线模型架构。2.数据管理（Data Management）：在实际生产中，我们往往需要产品尽快问市，因此就必须用最少的时
26、间完成最多的开发工作，为了达到这样的高效率，就需要多位设计人员能够同时处理同一件产品。Pro/E数据管理功能可以管理并行工程所需求的并行作业程序，并通过全相关性达到真正的并行工程的目的。3.基于特征的参数化造型（FeatureBased Parametric Modeling）：所谓的参数化设计就是将零件尺寸的设计用参数来描述，并在设计修改时通过修改参数的数值来更改零件的外形。但是Pro/E中所说的参数并不只代表设计对象的外形相关的尺寸，还具有实质上的物理意义。比如，设计者们要做一系列同种类型不同尺寸参数的齿轮，设计者只需要做一个齿轮，然后把各个尺寸作参数化处理，以后的那些齿轮只需要把第一个齿
27、轮从库里面调出来，修改其各个尺寸参数，就能得到所需要的实体，这样就不需要重新设计，重新建模，大大节约了设计者的时间。这种参数式设计的功能不但改变了设计的概念，而且将设计的便捷性推进了一大步。4.易用性（Ease of Use）：Pro/E独有的自动导引菜单为用户提供使用方便的选项，也可以预先选定最常用的功能。除此之外，系统还提供了简短的功能菜单说明，以及完整的在线帮助功能，这些都使得Pro/E具有非常好的易用性。5.全相关性（Full Associativity）、单一数据库（Single Data Base）：Pro/E的设计理念是三维实体模型产生二维工程图，并且自动标注相关尺寸，即不论设计
28、者在三维或二维环境下修改任何尺寸，其相关的二维或者三维实体模型都会自动的改变。在产品开发过程中，使用者在任何时候所作的修改，都会传到整个的设计中去，并自动更新所有的工程文件。6.硬件独立性（Hardware Independence）：Pro/E可以在UNIX和WindowsXP/98/2000/NT等几乎所有的操作系统上运行，并在每个系统中都维持相同的界面。用户可以根据自己的需求，选购硬件和模块。图2-1 Pro/E软件的主界面总之，Pro/E可谓是全方位的三维产品开发软件，集合了零件设计、模具开发、造型设计、NC加工、铸造件设计、运动装配仿真、有限元分析等等于一体。现在Pro/E的模块大概
29、有五十多个，能够满足产品的各个阶段的设计要求，图2-1就是Pro/E软件的主要界面，它是产品的设计、分析基础。2.2 本章小结本章主要介绍了Pro/E造型的各个方面，概括的介绍了Pro/E的三维实体造型、单一数据库、以特征作为设计单位、参数化设计等特点，及3D实体模型、数据管理、基于特征的参数化造型等功能。第3章 数控铝带绕片机的结构设计3.1 数控铝带绕片机总体的基本结构与工作原理图3-1 系统的整体结构框图数控铝带绕片机是生产散热器用绕片管的专用设备，其结构主要包括自动上料装置、自动传送装置、自动加工装置和自动下料装置，整个设备受程序控制，自动完成加工工作。自动上料装置和自动传送装置都是结
30、合液压系统的控制来实现自动化，液压缸能够与传动机构相配合，完成复杂的机械运动，并且能够简化机构本身的复杂性。自动加工装置和自动下料装置的控制主要用电机来实现，电机的转速由变频器来控制，通过对电机进行不同转速调节，从而实现了绕片管螺距的无级调整，在设计中为了提高绕片管的加工精度和质量，本论文中采用变频器来控制电机的不同转速67。图3-1为其整个结构框图，其主要组成部分如下。我们将采用可编程控制器(PLC)为核心的控制系统总体结构，对运用PLC实现变频调速器多电机控制的原理进行系统设计；根据绕片管自动生产线的要求，进行机床机械结构、绕制机构、上下料装置设计及工艺设计。其结构简图如图3-2所示。图3
31、-2 绕片机总体结构3.2 数控上料装置的结构与原理数控上料装置由摆动轮、液压缸、可调支撑架组成。在上料装置中，为了让被加工的钢管在一定的时间间隔内，按照先后顺序完成上料过程，并且不能发生冲突，因此在设计中选用了一种特殊的摆动轮来完成了上料过程。其结构简图如图3-3所示。装置的设计使用液压缸跟摆轮结合，组成一个摆动机构。摆轮的结构有它自身的特点，当第一根钢管进入摆动轮上，液压缸拉动摆轮，这样摆轮的弧形面就能挡住后一根钢管下来，当摆轮回到起始位置后，第二根钢管才能够进入摆轮上，而摆轮所摆动得角度由液压缸的行程来调节。因此这样循环运动，就能完成上料的整个过程。如果钢管过长，就需一个液压缸来控制多个
32、摆轮，这样摆轮的同步性就能得到很好的保证。在结构中，为了让钢管能够自由的在斜架上往下滚动，在结构中设计了一个可调斜度的支撑架，通过对斜架进行角度调整，从而找到适合于钢管往下滚动的角度（这个角度通过计算在8度到10度）。如果支撑斜架的倾斜角度过大，那钢管往下滚动的速度就会过大，这样就导致钢管会相继滚出摆动轮，相反，其倾斜角度过小，钢管往下滚动的速度会非常缓慢，甚至可能不会往下滚动，这样一来，就迫使钢管全部积压在斜架上，因此，这两种情况都不能达到所需要的上料过程，从而延误整个机构的运行状态。所以，调节斜架的倾斜角度尤为重要。1234图3-3 上料机构1.摆动轮 2.钢管 3.可调支撑架 4.液压缸
33、因此，在图3-3设计中的上料装置，钢管支架结构简单，其支架都是采用国家标准的槽钢材料，并且其斜度可以进行人工调节，这样既能简便机械结构，又能更好的达到预期效果。最重要的在本论文设计中能够实现几个摆轮的同步性。这样就避免了钢管在机构中由于挤压而堵塞通道。有一些传统的上料装置结构相对于本文所设计的方案就要复杂些，它是靠电机跟转动轮结合来完成上料。因此，如需要加工过长的钢管，就需要一个电机带动多个转动轮，这样转动轮之间会产生扭矩，并且很难达到同步性。再而，从经济方面考虑，步进电机比较昂贵，对于整个装置的造价来说，就相对比较高。所以本文所设计的上料装置比传统的设计方案更具有实用性，并且能够更好的实现所
34、要完成的功能。3.3 数控下料部分装置的结构与原理在传送装置（图3-4）中采用了液压缸和支承托架结合方式，托架上采用两个半圆形的装置，上半圆能够在液压缸的拉动下自由转动，下半圆固定在支架上，当钢管进入到半圆槽内后，液压缸1开始往上托起支架，等待钢管的加工，当钢管上被绕上翅片后，由于钢管的转动速度大，钢管自然就会产生挠度，并且根据钢管越长，速度大，挠度就越大，这样容易将管上的翅片破坏掉，造成废品，因此这个时候液压缸2工作，让两个半圆扣在一起，这样就使绕片管在这个圆形的槽里转动，这样就防止了绕片管震动过大，起到了保护措施，这个浮动支承托架结构简单，容易加工，并且拆装方便。浮动支撑托架把上料装置中的
35、钢管送到一定的高度，再让加工装置对钢管进行加工8。1234图3-4传送机构 1.液压缸2.液压缸3.支架 4.扣环这样的机构既起到传送作用，又能起到支撑作用，当绕制机构接近托架的时候，液压缸的活塞杆会自动下移，使绕制机构顺利通过。当整根钢管都加工完后，液压缸1工作，让托架下移，将绕片管带到下料装置。由于钢管的直径不一样，所以每次传送的高度就会不一样，因此在每一次传送前，液压缸都要调节往上运动的行程，并要求在传送中，传送速度缓慢，整个运动比较平稳。如果将上述装置的液压缸换成电磁铁，其他的结构不改变，同样也能实现传送功能，但是由于电磁铁装置在传送过程中，传送速度非常快，对于这个传送结构来说，所要完
36、成的不止是要传送钢管进行加工，而且当铝片绕制完成后，还需要传送装置将绕制后的钢管传送到下料机构中，因此速度快就会破坏钢管上的铝片，进而使整个绕片管报废。因而在传送过程中，必须控制传送装置的传送速度来保证绕片管的加工质量。在传送装置中，根据钢管长度不同所需要的液压缸的个数也不同，为了保证送料的顺利进行，需要要求液压缸的同步性，因此，本课题设计了液压缸的同步回路，同步回路的功用是使系统众多各执行元件克服负载、摩擦阻力、泄漏、制造质量和结构变形上的差异，而保证在运动上的同步。同步运动分为速度同步和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相等，而位置同步是指各个执行元件在运动中或停止时都保持相同
37、的位移量。对于整个机械结构来说，所需要的就是要每个液压缸在加工前和加工后的传送过程中，都要保持相同的位置，所以必须用位置同步。在进行液压缸的选取的过程中，需要对外界的一系列参数（负载、工作压力等）进行计算，从而来对液压缸主要尺寸进行确定，其主要尺寸包括以下几个方面：1.缸筒内径D：根据液压缸推力F和选定工作压力p，或者运动速度和输入流量，按有关公式确定缸筒内径D后，然后再从GB234880标准中选取相近的尺寸加以圆整。2.活塞杆直径d：通常先满足液压缸速度或速度比v来确定活塞杆的直径d，按GB234880标准进行圆整，然后再按其结构强度和稳定性进行校核。3.液压缸缸筒长度S：液压缸缸筒长度由最
38、大工作行程长度来决定，缸筒长度一般不超过其内径的20倍。4.液压缸最小导向长度H：当活塞杆全部外伸时从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H，若导向长度H太小，当活塞杆全部伸出时，液压缸的稳定性将变差；反之，又势必增加液压缸的长度。因此对一般液压缸必须有一个合适的导向长度。传送装置中液压缸的计算6：1.液压缸的工作载荷：钢管重量：G1=1.3999.8=125 N 铝带重量：G2=0.8499.83=230 N 每个支撑头重量估算：G3=1001000100 每个支撑上的力为：255 惯性力：F=255/9.8=25.5 N 2.液压缸的工作压力选为：0.8 Mpa，背压取简
39、单系统（回油路有节流阀）为：0.2 MPa 3.液压缸的尺寸：（取机械效力为0.9）工进 F=255/0.9=283 N 由= 按压力取 d/D=0.5 =d=20mm D=40mm取标准值得：d=20mm D=40mm。3.4 本章小结本章主要是对数控铝带绕片机的整体设计方案进行了确定，并对绕片机中各个部分（数控上料装置、自动传送装置、自动加工装置等）的详细设计进行了阐述，并把各个部分的设计跟以往传统的设计进行了比较，使其得到改进。第4章 上下料机构的零件设计4.1 上下料机构的上料过程与设计4.1.1 上料机构的过程1.首先将钢管置于料斗中，等待送料。考虑到钢管的自重及转环的承受能力，一般
40、小于20根钢管 ；2.转环在液压缸的控制下，摆动90度，将一根钢管带下，转环回复到开始状态；3.钢管在惯性的作用下沿斜板滑入支撑中；4.支撑在液压缸的控制下平缓而正确上升；5.顶针定位，机头开始加工，上料动作完成；4.1.2 下料机构的设计下料机构只起到对钢管的支撑和传送的作用作用，采用上倾斜的下料板使钢管落入下料槽中，再通过下料槽中的传送带传送出去即可，结构比较简单，这里不作详细介绍。 只是本设计为使机器结构紧凑把下料装置放在机头与支架连接的中间与一般机器在尾端下料不同。4.2 上下料机构的各种计算4.2.1 上料部分液压缸的计算与选择1.液压缸的工作载荷 钢管：G=1.3989.815=1
41、634.6 N Ft=GCOS45=1156N 惯性力：F=1634.6/9.8=166.8 N2.液压缸的工作压力选为：1 MPa背压取简单系统（回油路有节流阀）为：0.5 MPa3.液压缸的尺寸512：（取机械效力为0.9）工进 F=1284N由= 按压力取 d/D=0.5 =d=32mm D=64mm取标准值得：d=50mm D=100mm根据转环转动的距离选活塞杆长：200mm4.2.2 摆动心轴的轴承校核轴承的型号9：80104。4.2.2.1 寿命计算： 1.径向力：2.轴向力：因为轴向摩擦力 （值：钢与铸铁=0.3）查机械设计手册得：80104 重量 X、Y的值： ， 查机械设计
42、手册得： ，因此 。3.冲击载荷系数：4.当量动载荷5.计算寿命：4.2.2.2 静载荷计算：1.、 查机械设计手册可得： 2.当量静载荷： 因此取最大值得：3.安全系数 正常使用球轴承。查机械设计手册得：4.计算额定静载荷：又 合理。4.2.3 摆动心轴的刚度校核材料： 调制处理 。 轴的结构图为：图4-1 轴的结构图 轴的受力结构图为： 图4-2轴的受力图可得扰度为：由叠加法可得总扰度为：其中代入数值得：又对于一般用途的轴其许用扰度该轴刚度满足要求。4.3 上下料机构的详细设计4.3.1 分料板的详细设计4.3.1.1 分料板的工作原理 当第一根钢管进入分料板上，液压缸拉动分料板，这样分料
43、板的弧形面就能挡住后一根钢管下来，当分料板回到起始位置后，第二根钢管才能够进入分料板上，而分料板所摆动得角度由液压缸的行程来调节。因此这样循环运动，就能完成上料的整个过程。4.3.1.2 分料板的图形设计 1.设计分料板的依据： 由于分料板的弧形面要挡住后一根钢管下来且分料板回到起始位置时第二根钢管要顺利进入分料板的凹槽中，所以分料板弧形面必须与分料板的转轴同轴，且一与凹槽相切的斜面和弧行面相交保证钢管进入凹槽中。2.用Pro/ENGINEER软件为分料板造型 首先选择创建新对象 命令，打开新建对话框，在该对话框的类型选择组中选中零件单选按钮，在子类型中选中实体，并输入新文件fenliaoba
44、n”在新分件选项中选mmns,选中确定按钮。如图4-3和4-4所示：图4-3 新建命令对话框 图4-4单位选择对话框 点击：拉伸工具放置草绘选择top面为基准平面然后点确定。此时即进入草图编辑的页面，按照设计依据画出分料板的草图如图4-5所示：图4-5 分料板的草图点击完成草图如图4-6所示。点确认出现如下的对话框，在深度敲入12,点击对号表示确定： 图 4-6 拉伸的对话框输入终止距离单击确定即出现分料板的三维图如图4-7所示：图4-7分料板的三维图至此分料板的三维设计完成。4.3.2 移动支承托架的详细设计4.3.2.1 移动支承托架的工作原理在传送装置中采用了液压缸和移动支承托架结合方式
45、，托架上有四个可以自由转动的轮，它既能起到夹紧钢管的作用，又能随着钢管转动，移动支承托架的两边可以自由往外扩张，随着钢管尺寸变化而变化。这个移动支承托架结构简单，容易加工，并且拆装方便。移动支撑托架把上料装置中的钢管送到一定的高度，再让加工装置对钢管进行加工。这样的机构既起到传送作用，又能起到支撑作用，当绕制机构接近托架的时候，液压缸的活塞杆会自动下移，使绕制机构顺利通过4.3.2.2 移动支承托架的图形设计1.移动支承托架的设计依据移动支承托架是由几个零件装配起来组成的装配件。对其设计主要要考虑的是四个可以自由转动的轮子两边的挡板。为了保证最大钢管能较好移动支撑托架内，设计挡板时必须按最大直径钢管设计.为了保证钢管能掉入浮动支承托架内且不碰到两边的挡板，挡板设计成圆弧行。具体尺寸可以通过几何关系计算出来。在此不再详叙。2.用Pro/ENGINEER软件设计移动支承托架三维形状首先选择创建新对象 命令，打开新建对话框，在该对话框的类型选择组中选中零件单选按钮，在子类型中选中实体，并输入新文件名为yidongjiati”在新分件选项中选mmns,选中确定按钮。 点击：拉伸工具放置草绘选择top面为基准平面然后点确定。此时即进入草图编辑的页面，按照设计依据画出移动架体的草图如图4-8所示：图4-8移动架体的草图接下来的步骤和分料板的造型差不多也
