槽輪機(jī)構(gòu)是由槽輪和圓柱銷(xiāo)組成的單向間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，又稱(chēng)馬爾他機(jī)構(gòu)，常用于將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠以及能夠較準(zhǔn)確地控制從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中，其廣泛地應(yīng)用于較少工位的間歇轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和步進(jìn)機(jī)構(gòu)；但在沖壓裝置中應(yīng)用較少。本文設(shè)計(jì)了一種基于外槽輪間歇轉(zhuǎn)位的沖壓機(jī)構(gòu)裝置，該機(jī)構(gòu)裝置能夠拓寬間歇機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的使用范圍，在機(jī)械工程領(lǐng)域具有十分重要的意義。
本裝置以槽輪機(jī)構(gòu)為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)與其相連的驅(qū)動(dòng)元件、連接件和執(zhí)行件。槽輪機(jī)構(gòu)選用經(jīng)典的槽輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)槽數(shù)為4或6，實(shí)現(xiàn)了4個(gè)位置的轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)過(guò)程和每個(gè)位置的精確定位。間歇轉(zhuǎn)位沖壓機(jī)構(gòu)裝置設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。圖1中，間歇槽輪機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動(dòng)是由手輪驅(qū)動(dòng)帶輪旋轉(zhuǎn)，從而使傳動(dòng)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸3上直齒圓柱齒輪和傳動(dòng)軸2上直齒圓柱齒輪相嚙合，帶動(dòng)傳動(dòng)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，使得緊固于傳動(dòng)軸2上的直齒齒輪側(cè)邊的連桿和連桿軸做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使支架上的雙沖頭完成沖壓動(dòng)作。傳動(dòng)軸3另一端的同齒數(shù)錐齒輪相嚙合，帶動(dòng)傳動(dòng)軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，使間歇機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件銷(xiāo)輪上的銷(xiāo)子帶動(dòng)從動(dòng)件槽輪實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，為轉(zhuǎn)位盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)位定位，然后模型導(dǎo)入件導(dǎo)入沖壓模型至轉(zhuǎn)位盤(pán)，最終完成雙沖頭的沖壓動(dòng)作。
圖1 間歇轉(zhuǎn)位沖壓機(jī)構(gòu)裝置設(shè)計(jì)原理圖
該機(jī)構(gòu)是一種微型的沖壓機(jī)構(gòu)模型設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，為充分保證機(jī)構(gòu)的有效運(yùn)行，各個(gè)構(gòu)件都有不同的設(shè)計(jì)要求。間歇轉(zhuǎn)位沖壓機(jī)構(gòu)裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。關(guān)鍵零部件有槽輪機(jī)構(gòu)、連桿、轉(zhuǎn)位盤(pán)、沖壓裝置和連桿軸等，本文重點(diǎn)介紹幾種核心零部件的設(shè)計(jì)。
圖2 間歇轉(zhuǎn)位沖壓機(jī)構(gòu)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
2.1 槽輪機(jī)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)
槽輪機(jī)構(gòu)是整個(gè)機(jī)構(gòu)裝置的核心部件，是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)殚g歇運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換裝置[1-3]。其銷(xiāo)輪是主動(dòng)件，做等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)槽輪作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。采用凹凸圓弧間的配合間隙小的外嚙合間歇槽輪機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn)位時(shí)間與靜止時(shí)間之比為定值[4-5]。槽輪機(jī)構(gòu)示意圖如圖3所示。其中，R=Lsinφ，S=Lcosφ= Lcos(π/z)，h≥S-(L-R-r)，d1≤2(L-S)，d2≤2(L-R-r)，r0=R-r-b，b=3～5 mm(由經(jīng)驗(yàn)確定)，其他參數(shù)設(shè)計(jì)可根據(jù)工作要求來(lái)確定。
圖3 槽輪機(jī)構(gòu)示意圖
2.2 轉(zhuǎn)位盤(pán)功能及設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)位盤(pán)是落料模具的轉(zhuǎn)位裝置，完成被沖壓件轉(zhuǎn)位位置的準(zhǔn)確定位，可根據(jù)槽輪機(jī)構(gòu)中的槽數(shù)確定轉(zhuǎn)位盤(pán)中的結(jié)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)采用圓形結(jié)構(gòu)。
2.3 沖壓裝置功能及設(shè)計(jì)
沖壓裝置是將轉(zhuǎn)位盤(pán)中定位好的模具進(jìn)行沖壓，其形狀可由模具形狀確定。因其在沖壓過(guò)程中受力，需選擇剛性較好的材料。
2.4 軸承座功能及設(shè)計(jì)
軸承座示意圖如圖4所示。其主要對(duì)機(jī)構(gòu)中各個(gè)傳動(dòng)軸起支承作用。軸承座座體上的孔根據(jù)傳動(dòng)軸的軸徑來(lái)確定。
圖4 軸承座示意圖
2.5 其他零件設(shè)計(jì)
本裝置是一種傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，組件較多，帶輪、齒輪、傳動(dòng)軸、活動(dòng)連桿及連桿軸等在保證機(jī)構(gòu)的有效運(yùn)行狀態(tài)下，可根據(jù)關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)和空間而選取標(biāo)準(zhǔn)件，本文不再贅述。
本文設(shè)計(jì)了一種以外槽輪機(jī)構(gòu)為基本機(jī)構(gòu)(除機(jī)架和原動(dòng)件外還具有0個(gè)或1個(gè)桿組的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為基本機(jī)構(gòu))的沖壓裝置。外槽輪機(jī)構(gòu)是一種步進(jìn)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其制造容易，工作可靠，能準(zhǔn)確地控制轉(zhuǎn)角，機(jī)械效率高；但其動(dòng)程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時(shí)的加速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速，多用來(lái)實(shí)現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度的轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)。