槽輪機構(gòu)是由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運動機構(gòu)，又稱馬爾他機構(gòu)，常用于將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動。其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠以及能夠較準(zhǔn)確地控制從動件的運動等優(yōu)點。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)位機構(gòu)和步進機構(gòu)；但在沖壓裝置中應(yīng)用較少。本文設(shè)計了一種基于外槽輪間歇轉(zhuǎn)位的沖壓機構(gòu)裝置，該機構(gòu)裝置能夠拓寬間歇機構(gòu)運動的使用范圍，在機械工程領(lǐng)域具有十分重要的意義。
本裝置以槽輪機構(gòu)為切入點，設(shè)計與其相連的驅(qū)動元件、連接件和執(zhí)行件。槽輪機構(gòu)選用經(jīng)典的槽輪間歇運動機構(gòu)，設(shè)計槽數(shù)為4或6，實現(xiàn)了4個位置的轉(zhuǎn)位運動過程和每個位置的精確定位。間歇轉(zhuǎn)位沖壓機構(gòu)裝置設(shè)計原理圖如圖1所示。圖1中，間歇槽輪機構(gòu)的間歇運動是由手輪驅(qū)動帶輪旋轉(zhuǎn)，從而使傳動軸3轉(zhuǎn)動，傳動軸3上直齒圓柱齒輪和傳動軸2上直齒圓柱齒輪相嚙合，帶動傳動軸2轉(zhuǎn)動，使得緊固于傳動軸2上的直齒齒輪側(cè)邊的連桿和連桿軸做往復(fù)運動，使支架上的雙沖頭完成沖壓動作。傳動軸3另一端的同齒數(shù)錐齒輪相嚙合，帶動傳動軸1轉(zhuǎn)動，使間歇機構(gòu)的主動件銷輪上的銷子帶動從動件槽輪實現(xiàn)間歇運動，為轉(zhuǎn)位盤進行轉(zhuǎn)位定位，然后模型導(dǎo)入件導(dǎo)入沖壓模型至轉(zhuǎn)位盤，最終完成雙沖頭的沖壓動作。
圖1 間歇轉(zhuǎn)位沖壓機構(gòu)裝置設(shè)計原理圖
該機構(gòu)是一種微型的沖壓機構(gòu)模型設(shè)計，主要體現(xiàn)機構(gòu)運動的平穩(wěn)性，為充分保證機構(gòu)的有效運行，各個構(gòu)件都有不同的設(shè)計要求。間歇轉(zhuǎn)位沖壓機構(gòu)裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。關(guān)鍵零部件有槽輪機構(gòu)、連桿、轉(zhuǎn)位盤、沖壓裝置和連桿軸等，本文重點介紹幾種核心零部件的設(shè)計。
圖2 間歇轉(zhuǎn)位沖壓機構(gòu)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
2.1 槽輪機構(gòu)功能及設(shè)計
槽輪機構(gòu)是整個機構(gòu)裝置的核心部件，是將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)殚g歇運動的轉(zhuǎn)換裝置[1-3]。其銷輪是主動件，做等速連續(xù)轉(zhuǎn)動，帶動槽輪作間歇轉(zhuǎn)動。采用凹凸圓弧間的配合間隙小的外嚙合間歇槽輪機構(gòu)，其轉(zhuǎn)位時間與靜止時間之比為定值[4-5]。槽輪機構(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)驗確定)，其他參數(shù)設(shè)計可根據(jù)工作要求來確定。
圖3 槽輪機構(gòu)示意圖
2.2 轉(zhuǎn)位盤功能及設(shè)計
轉(zhuǎn)位盤是落料模具的轉(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)槽輪機構(gòu)中的槽數(shù)確定轉(zhuǎn)位盤中的結(jié)構(gòu)，本機構(gòu)采用圓形結(jié)構(gòu)。
2.3 沖壓裝置功能及設(shè)計
沖壓裝置是將轉(zhuǎn)位盤中定位好的模具進行沖壓，其形狀可由模具形狀確定。因其在沖壓過程中受力，需選擇剛性較好的材料。
2.4 軸承座功能及設(shè)計
軸承座示意圖如圖4所示。其主要對機構(gòu)中各個傳動軸起支承作用。軸承座座體上的孔根據(jù)傳動軸的軸徑來確定。
圖4 軸承座示意圖
2.5 其他零件設(shè)計
本裝置是一種傳動運動的機構(gòu)，組件較多，帶輪、齒輪、傳動軸、活動連桿及連桿軸等在保證機構(gòu)的有效運行狀態(tài)下，可根據(jù)關(guān)鍵零件的設(shè)計和空間而選取標(biāo)準(zhǔn)件，本文不再贅述。
本文設(shè)計了一種以外槽輪機構(gòu)為基本機構(gòu)(除機架和原動件外還具有0個或1個桿組的機構(gòu)稱為基本機構(gòu))的沖壓裝置。外槽輪機構(gòu)是一種步進間歇運動機構(gòu)，其制造容易，工作可靠，能準(zhǔn)確地控制轉(zhuǎn)角，機械效率高；但其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大，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，多用來實現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度的轉(zhuǎn)位運動。