双臂式自动送料机器人结构设计论文[带图纸].doc

目录第1页目录第一章绪论.11.1选题的目的意义.11.2本课题在国内外的研究状况及发展趋势.11.3常用自动送料方式.21.3.1采用双作用缸实现物料的分离功能和定位夹紧功能的自动送料.21.3.2利用机械手进行送料.21.3.3采用伺服电机控制工作台进行送料.21.4本课题主要研究内容及设计任务.2第二章对课题的分析.42.1现在企业的要求.42.2两种典型的送料机构.42.2.1气动送料机.42.2.2利用机械手自动送料.52.3本课题采用送料方式及其创新.7第三章双臂式自动送料机器人原理分析及计算.83.1液压缸的原理和计算.83.1.1主要尺寸的计算.83.1.2强度校核.93.1.3活塞杆稳定性校核.93.2电磁吸附手原理及计算.103.2.1基本公式和一般概念.103.2.2参数计算过程.143.3立柱的尺寸计算.163.4驱动电机的选择.183.4.1直流电机与步进电机比较.183.4.2步进电机的选择.183.5螺钉的选择.20第四章实体设计.224.1设计软件介绍.224.2液压缸结构的设计.234.3取料手结构的设计.234.4立柱的设计.244.5M6螺母接收装置设计.254.6螺母摆正槽设计.264.7送料机构设计.274.8整体装配图.28第五章设计总结.29致谢.31参考文献.32附录.33本科毕业设计（论文）第1页第一章绪论制造业是社会可持续发展的基石，是创造社会财富的直接源泉，作为制造业的一部分，钣金件在制造业中非常重要起着的作用。当今市场，钣金零件占全部金属制品90%以上1，钣金加工业在国民经济和军事诸方面占有的位置极其重要，钣金类零件的应用涉及到汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等生活中的各行各业。钣金类零件已成为金属制品的灵魂，没有钣金类零件，制造业就无法正常的运行。钣金类零件的种类繁多2，按厚度分类，可分为薄板、中板、厚板和特厚板；按生产方法分类，可分为热轧钢板和冷轧钢板；按表面特征分类，可分为（热镀锌板、电镀锌板）、镀锡板、复合钢板和彩色涂层钢板；按用途分类，可分为桥梁钢板、锅炉钢板、造船钢板、装甲钢板、汽车刚板、屋面钢板、结构钢板、电工钢板（硅钢片）、弹簧钢板和其他使用的一些钢板。真可谓种类齐全，涉及到机械领域的各个行业。机械领域总是在不断的发展着的，随着现代工业化和大众化生产的不断需求，新型的、特种的、专用的板金类零件正在不断地开发生产出来，从而使钣金件的应用更加的广泛，也使制造业的机械化生产更加满足人们的要求。1.1选题的目的意义铆接技术作为金属结构零件相互连接的方法，适用于铆钉连接、零件翻边、永久连接等，在五金工具、飞机制造维修、精密机械、汽车制造等行中应用广泛。优点是：连接强度高，密封性好，节约能源无污染。随着铆接技术的不断发展，在现代化应用中大大提高了劳动效率。但送铆方式上目前主要是人工送铆为主，而手工送铆常常导致工业事故发生，造成悲剧。为了避免事故发生同时提高劳动效率，自动送铆装置应时代发展而产生。现在自动送料机构中多为简单的送料机构，生产效率虽然可以满足部分需要。但是随着现在工业生产的日益集中化、高效化、国际竞争日益激烈，这些简单的自动送料机构逐渐显示了它的弊端。所以设计一种灵活性高、使用安全的送铆设备是非常有现实意义的。本课题研究双臂送料机构，将克服普通送料机构的弊端，大大提高自动送料机构的生产效率，减少劳动成本，提高人身安全，保障生产质量。1.2本课题在国内外的研究状况及发展趋势铆接是一种古老的连接方法，早在千年前就有应用，主要是手工操作，工艺粗糙，效率低。但是在当时已经是一种较先进的连接方法。在铆接技术的发展中，除了手工铆接，近代发展到了冲压铆接。其工艺方法为：铆头在垂直方向作上下运动，利用其产生的巨大压力将被铆件铆合在一起。在汽车车身的制造中需要轻金属与非金属联结处应用较多。20世纪7O年代出现了摆碾铆接技术3。与此同时自动化送料由简单的人工配合机械操作开始转向复杂的电气自动化系统控制及高级全自动智能控制发展，并广泛的应用到各个领域，带来了全自动送铆机的大规模革新自动化。20世纪90年代出现了TOX圆点连接铆接技术4，自动铆接设备得到了更多的认同及迅速发展,在自动铆接技术的基础上，对应在我国和国外的生产和研究中，自动送料方式有很多种。其中有一：采用双作用缸实现物料本科毕业设计（论文）第2页的分离功能和定位夹紧功能的自动送料；二：利用机械手进行送料；三：采用伺服电机控制工作台进行送料。但是在这些产品中，存在着一些问题。如日本的RF20SD-OR11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向(侧面)送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求5。为使自动送料技术更有利于生产，现阶段及将来自动送料设备主要朝着以下几个方向发展：提高劳动安全性，提高成产效率，消除积累误差，减少生产成本等。为了解决这些问题，结合国内外送料机构的特点，开发双臂自动送料机器人装置，设计具有推广意义的自动送料机符合生产自动化的要求。1.3常用自动送料方式1.3.1采用双作用缸实现物料的分离功能和定位夹紧功能的自动送料气动送料机由两个基本应用模块组成：物料分离模块及传送模块。物料分离模块由两个双作用气缸组成，分别实现物料的分离功能和定位夹紧功能6。为保证真空系统的气流通畅，以提高真空发生器的真空度，回路中的真空控制回路不安装节流阀。同时，回路中的所有连接气管应尽可能的短，以减小空气流通阻力，提高真空度。采用气缸的优点：减少了物料的运送步骤，缩短了加工时间，操作简单。缺点：对物料的放置有很高的精度要求，造价高昂，一般的小型企业不采用。1.3.2利用机械手进行送料机械手是以小车形式通过钢绳同滑块联接起来，由冲床滑块上升运动牵引小车作前进的水平运动完成送料，由通过钢绳连接的重物使小车作复位运动。由小车机械手将工件送至冲床下进行冲孔，提高了生产效率，保证了质量，改善了劳动强度，确保了人生安全。采用机械手送料的优点：送料与冲床节拍相同，可以连续生产。缺点：首先由于整个过程均由机械手实现，所以对机械手的要求度很高，其次，如果工件大小不一要经常更换。1.3.3采用伺服电机控制工作台进行送料由单片机产生驱动脉冲信号，步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后，步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度，将电脉冲转化成交位移。电机的转速由脉冲信号频率来控制决定，再由电机控制工作台进行送料冲压7。优点：1）可以连续生产，并且能实现一人控制几台机器2）可靠性高，由于送料机构外部由步进电机控制，所以每次的行程都是固定值。3）低功耗，低电压。在许多没有电力供应的应用场合，较低的功耗和工作电压是生产便捷化的必要条件。4）维护方便，经济实用。1.4本课题主要研究内容及设计任务本课题通过了解压铆机的工作原理及主要功能，分析目前常用送铆方式，提出双臂自动送铆机器人的自动送铆方案。中一臂主要为物料的抓取功能；另一臂本科毕业设计（论文）第3页主要完成送料功能。根据系统功能，设计各机构的结构形式；根据设计要求，确定设计参数。并且用三维软件进行三维实体建模，实现了运动仿真。这种双臂送料机构将克服普通送料机构的弊端，大大提高自动送料机构的生产效率。主要研究设计内容：1）液压缸的主要尺寸包括缸筒内径D、活塞杆直径d和缸筒长度L；2）电磁吸附手各个参数计算；3）立柱尺寸设计，包括截面形状选择、长度设计、内外径设计；4）驱动电机选择；本科毕业设计（论文）第4页第二章对课题的分析2.1现在企业的要求制造业生产加工的产品总是趋向于批量化和大量化的，生产效率总是加工能力的标志。要提高生产效率，减小加工的辅助时间是最有效的手段。在过去的生产加工中，劳动者总是生产加工的主角，他们基本上要人工来完成生产加工的全部任务,存在着很多的安全隐患，浙江的丛化机械厂就是一个很好的例子，根据生产计划，该厂每年都要生产大量的板金类零件，而在加工中仍然使用人工送料，这就使得操作员经常进行长时间工作，毕竟人的体力和耐力都有限，再加上生理和安全的需求，这就使得企业中加工事故连连发生，这样不仅使得操作人员受到身体伤害，而且使企业的生产能力得不到提高，也使得经济效益降低。要改变加工中存在的问题，最直接的方法是改进送料方式。当今世界机械领域发展的趋势是自动化、高效化和安全化，在这个时代中，机械化生产进一步促进了世界经济的发展，针对板金螺母的加工，压铆机的出现是提高机械化生产的一重大标志，它减轻了人的劳动程度和劳动，也大大降低了辅助时间，从而提高生产效率，有利于机械化的生产。随着压铆机的发展，压铆机自动送铆机构的出现更进一步的促进了生产效率的发展，它基本上使人得到解放，大大的缩短了加工时间，使得送铆加工和压铆加工基本全部趋于自动化，与压铆机的人工送铆压铆机相比，自动送铆压铆机首先可以提高送铆的质量，使送入铆钉的位置更加的精确；其次可以连续送铆多个，从而减少了送铆次数和辅助时间，提高了加工的效率；再次，它的加工基本完全趋于自动化，从而保证了操作员的安全，减轻了劳动量，更趋向人性化；最后，它能把加工生产与质量控制有机的结合起来，不仅安全，也提高了经济效益。2.2两种典型的送料机构2.2.1气动送料机1）冲床自动送料机的技术状态本文介绍的冲床自动送料机是一种用于冷挤压套圈类零件的送料机器，是冲床进行技术改造的理想附机。该送料机克服了国内外有关冲床送料机的不足。如日本的RF20SD0R11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向(侧面)送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床纵向送料要求8。RF20SD0R11结构由冲床上曲轴输出轴，通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床9。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动可靠，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构没有将料夹紧，定位不正，废品率较高，使用也不安全。