气动式送料机构及关键零件夹具设计毕业设计说明书.doc

毕业设计说明书题 目：气动式送料机构及关键零件夹具设计学 号：姓 名：班 级：专 业：机械设计制造及其自动化指导教师：学 院：机械工程学院答辩日期：摘 要本文主要是对气动式送料机构进行设计说明。该机构主要采用气缸来提供动力，完成送料过程，降低了人工操作要求同时提高了工作效率。相关设计后，进行装配图设计和绘制部分零件图，建立送料机构三维模型并进行仿真分析。而专用夹具设计选择了该机构中连接件的钻孔工序，并绘制零件图和夹具装配图。 关键词：气动式；送料机构；夹具AbstractA pneumatic feeding mechanism was designed in this article. The mechanism provides the power by cylinder to finish feeding process. After the design was finished, assembly drawing and some of the parts figures was drew, also the three-dimensional model of the feed mechanism and simulation analysis was established. Drilling process of connection in the mechanism was chose in this special fixture design. At last, parts diagram and fixture assembly drawings were drew.Keywords: pneumatic; feed mechanism; fixture目 录摘 要IAbstract1第1章 绪论31.1设计的背景和意义31.2设计的内容和思路31.3解决的主要问题3第2章 总体设计方案42.1气缸类型选择42.2结构方案设计5第3章 送料机构设计53.1 气缸的选择53.2 工作台的设计83.3 送料装置的设计93.4 U型支架的设计103.5 压料装置的设计15第4章 运动仿真分析17第5章 夹具的设计225.1 夹具方案设计225.2 定位分析225.3 对刀及导引装置设计22参考文献24致 谢26第1章 绪论1.1设计的背景和意义我国目前是世界缝纫机生产中心和缝纫大国，但还不是强国。缝纫机工业的发展对于我们的工业经济有很大的帮助。从1890中国引进第一台缝纫机到1905年上海首先开始制造缝纫机零配件，到90年代后期对于送料机构的发展，对我们的生产发展起到很大的作用。近年来对送料机构的研究一直是行业内外目的课题，也发表了很多的相关研究论文。气缸是一个引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。气缸的应用领域也很广，包括印刷、半导体、自动化控制、机器人等等行业。而气动这一动力装置也主要是依靠气缸，它的发展研究对于送料机构的发展起到很大的推动作用。气动装置能节省很大的工作时间提高工作效率，对企业的生产发展带来质的飞跃，在我们这样的一个人口大国利用科技的发展来代替我们的人工，对我们的生产经济对我们个人有很大的帮助。1.2设计的内容和思路1.查阅文献资料，完成开题报告、文献综述及外文翻译等工作；2.对送料机构进行方案设计、评价并确定最佳方案；3.进行传动系统总体设计及装配设计；4.绘制部分零件图；5.选择其中某个零件的某一工序进行其加工夹具的设计；6.建立送料机构三维模型并进行仿真分析。1.3解决的主要问题 1、气缸选择:根据第一个气缸和连接件的质量选择大行程气缸的缸径。 2、对2个气缸位置的布置：连接压板的小行程气缸的布置方式；大行程气缸怎么样布置才能不会影响送料工作。 3、大行程气缸的活塞杆在运动过程中的平稳性。第2章 总体设计方案2.1气缸类型选择我们要设计一个气动式送料机构，先介绍一下气动系统，气动系统由下面以下几种元件及装置组成：1. 气源装置：压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。2. 执行元件：将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸马达。3. 控制元件：控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类（电磁阀、速度控制阀）。4. 气动辅件：气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。这里我们要重点介绍气缸。气缸的组成包括缸体、活塞、密封圈、磁环，如图2.1所示。它的工作原理为压力空气使活塞移动，通过改变进气方向，改变活塞杆的图2.1气缸结构图移动方向。所以我们这里要设计的气动式送料机的动力源就是气缸，由气缸提供力完成送料工作。如图2.2所示，气缸的分类主要有以下3种：1. 按驱动方式分有单作用、双作用两种。单作用气缸只利用在一个方向上的推力,活塞杆的回缩依靠装装入气缸的弹簧力或者其他外部的方法如载荷等。双作用气缸是指可以在活塞的两个面上施力以控制其主动运动可以双向作用的气缸。2. 按活塞杆分有单出杆和双出杆两种。3. 按缓冲方式分有无缓冲、垫缓冲、带缓冲、气缓冲和缓冲器。图2.2CM2系列气缸分类所以，本结构在设计过程选择单杆双作用带垫缓冲的气缸。2.2结构方案设计本装置采用2个气缸，一个气缸带动压板垂直工作台运动，另一个气缸带动压板水平方向运动。在小气缸和大气缸之间主要有一个U型的支架来连接。U型架上端连接小气缸，下端连接大气缸。第3章 送料机构设计3.1 气缸的选择3.1.1 CM2系列的气缸介绍在气缸型号选择时，我们首先选择CM2系列如图3.1所示，相对CM系列它有以下几大优点：1. 1.5倍以上的长寿命：由于提高了气缸的安装精度及零件的加工精度，改进了密封件的形状和材质，因而提高了耐磨性。与CM系列相比，实现了1.5倍的长寿命。2. 安装作业简单：杆侧缸盖和无杆侧缸盖上的平面宽，便于挂上扳手，使安装作业简单。3. 紧凑、轻：缸筒使用不锈钢、缸盖及活塞使用铝，设计紧凑。比CM系列轻30-40%，缸盖宽度约缩小10%，这样安装空间也变小。4. 缸筒耐外部冲击：为防止外部冲级造成缸筒变形和损伤，增大了不锈钢缸筒的厚度和强度，安装件的强度也提高了。5. 防尘效果好：由于采用了特殊形状的活塞杆密封圈，在粉尘多的恶劣环境下也能使用。6. 活塞杆的下弯减少：由于导向套和活塞杆、缸筒和耐磨环之间的间隙减小、配合精度提高，活塞杆的下弯量比CM系列约减少一半。7. 活塞杆密封圈可更换：影响气缸寿命的活塞杆密封圈可以更换，故气缸能经济长久的使用。另外，气缸在安装状态便可快速更换密封圈。8. 安装精度提高：缸径和安装件的一段保持高精度，安装精度高，易安装，气缸寿命就增长。9. 能高速驱动：根据实际的驱动速度选择缓冲机构，故能高速驱动。图3.1CM2系列气缸示意图气缸还有一个重要知识点就是安装方式，因为机构的不同，在选择怎么样的气缸时它的安装方式也各不相同。气缸的安装方式有基本型（B）、轴向脚座型（L）、杆侧法兰型（F）、无杆侧法兰型（G）、单耳环型（C）、双儿环型（D）、杆侧耳轴型（U）、无杆侧耳轴型（T）、耳环-体型（E）、平端基本型（BZ）、平端杆侧法兰型（FZ）和平端杆侧耳轴型（UZ）这几种，如图3.2所示。图3.2气缸的主要几种安装方式的简化图3.1.2 气缸型号确定对于小行程气缸的选择，首先其行程不长，压板抬起和下压的距离不长，根据标准行程选择50mm的，气缸缸径根据标准缸径选择20mm的小型气缸就行，考虑到支架的设计，选择无杆侧法兰型。最终可以先确定其型号为CM2G20-50J。而对于大行程的气缸的选择要根据小气缸和支架总质量只和来选择气缸的类型。接下来计算下小气缸和支架的重量。图3.3质量表根据质量表，型号为CM2G20-50J的小气缸质量为：0.2+0.045050=0.24（kg）而支架的质量可以大概估算为3kg ,因此整个压料装置大概受到的摩擦力为：（3+0.24）100.5=16.2N大气缸活塞推杆带动整个压料装置往复运动，它所接触的面积为：S=15510所以所需要的提供的压强为：=FS0.1MPa而气缸的最高使用压力为1MPa，最低使用压力为0.05MPa，所以满足要要求。而大气缸的行程可以选择300mm,因此可以确定大气缸的型号为CM2L40-300J。3.2 工作台的设计首先确定工作台的长、宽、高。因为要送的布料为180250mm，且大气缸的行程为300mm，所以可以确定一个1000800mm这样一个台面，而工作台的高度要考虑的方便人工操作这么一个因素，可以在台面下面设计一个可以调整高度的支架。这个底脚支架通过零件3和零件4的相对位置来调整高度，然后用螺栓来固定，如图3.4所示。图3.4可升降的工作台图3.5底脚支架零件3和零件4连接关系3.3 送料装置的设计首先大气缸型号已经确定，选择轴向脚座型，通过螺钉固定在工作台的下方如图3.6所示。图3.6气缸固定后效果图而大气缸的活塞杆要带动压料装置做往复运动，要保持活塞杆的平稳性，要加一个浮动接头。接下来要确定浮动接头的型号。因为大气缸的型号为CM2L40-300J，因此大气缸活塞杆的螺纹连接处为M14，所以选择型号为JAL40-14-150的浮动接头，如图3.7所示。浮动接头的M14内螺纹孔和大气缸的活塞杆通过螺纹相连接。图3.7浮动接头3.4 U型支架的设计U型支架的上端连接着压料装置一端和滑块相连，通过大气缸提供的动力在导轨上做往复的运动。首先选择导轨的型号，SRS型LM导轨的轨道标准长度和最大长度如图3.8和图3.9所示。图3.8长度示意图图3.9LM导轨长度SRS 型LM导轨其结构参数如图3.10和图3.11所示。图3.10SRSLM型导轨参数图3.11SRSLM型导轨参数这里导轨的安装和大行程气缸将有一个位置关系。可以选择型号为SRS9M型导轨，导轨型号确定之后，可知道导轨的高度为5.5mm，滑块和导轨装配后的高度为10mm，又因为活塞杆的中心线离工作台的距离为30mm，而U型支架可以通过一个如图3.12所示的连接块和浮动接头相连接，连接块的上端通过2个螺栓和U型支架相连接，浮动接头的M14外螺纹端和连接块的M14内螺纹孔相连，所以可以确定连接块大的螺纹孔M14的中心线到滑块表面的一个距离为20mm，考虑到浮动接头的缘故可以取滑块的高度为25，M14螺纹孔的中心线到滑块上表面的距离为15mm，U型支架的下端的厚度就为5mm。图3.12连接块图3.13连接块二维图连接块的厚度可以设计为15mm，和支架相连接的螺纹孔可以设计为M8，2个M8的螺纹孔水平相距20mm,左端M8螺纹孔中心线和M14螺纹孔中心线的水平相距15mm，右边的M8螺纹孔的中心线和连接块的又端面水平距离为20mm。而M14螺纹孔的中心线距离连接块底面为10mm，距离滑块的左端面也为10mm。综上所述，U型支架、滑块、导轨和连接块可以设计成如图3.14所以的一个位置关系。图3.14U型支架和连接块、滑块、导轨的装配位置关系U型支架的和送料装置的装配位置关系已经设计好了，接下来我们要设计U型支架和压料装置的装配位置关系。首先考虑到是U型支架的2端的距离，我们已经知道U型支架的厚度为5mm,而小气缸的行程为50mm，所以我们可以将U型支架2端的距离设计为225mm。而小气缸的型号为CM2G20-50J，它可以通过2个M6的开槽沉头螺钉固定在U型支架的上端，这样我们可以将U型支架的上端设计成如图3.15所示的结构。最终我们设计出来的U型支架形状结构如图3.16所示。图3.15U型架上端三维图图3.16U型支架3.5 压料装置的设计而对于压板的设计，我们考虑到运送的布料大小为180250mm，所以我们将压板也设计为相应的大小，而压板的设计考虑到螺钉链接时为了不碰到桌面的布料，所以压板设计成有一个小的台阶，如图3.17所示，材料为塑料制品，为了增加和布料的摩擦力，可以在压板的底下粘帖一层橡胶。图3.17压板为了让压板保持平稳，我们在压板和小气缸之间也设计一个连接件，一端连接小气缸，一端和压板连接。3点可以确定一个平面，因此可以将连接件设计成如图3.18所示的一个零件，为了降低压料装置的质量可以选择铝做为材料。图3.18连接件图3.19连接件的二维图压料装置中各个单独零件装配之后的位置关系如图3.20所示，压板和连接件通过2个M6的螺钉连接。图3.20压料装置第4章 运动仿真分析打开送料机构三维装配图，首先进入运动仿真操作模块，我们先要确定一个固定连杆，点击连杆图标，选择工作台作为固定连杆，在固定连杆的框内打上勾，如图4.1所示。图4.1固定连杆选择除此固定连杆外，还有2个连杆，一个为压板、连接块和小气缸活塞杆组成的连杆，标记为连杆2，另一个为大气缸的活塞杆、浮动接头、滑块、连接块、U型支架和小气缸组成的连杆，标记为连杆3。然后要确定运动副，对于固定连杆工作台，它将自动生成一个固定的运动副。在压料装置中，主要是通过小气缸的活塞杆带动连接块和压板在垂直工作台的方向上做往复的运动，所以在第2个运动副中我们选择类型为滑动副，连杆选择连杆2，运动方向为垂直工作台向下,如图4.2所示。图4.2运动副选择对于连杆2的运动过程，考虑到他有一个往复运动还存在一个时间差的关系，在驾驶员的操作界面中我们选择函数，函数类型选择平移，如图4.3所示,并且新建一个STEP函数,如图4.4所示，在公式框里手动输入以下数据：STEP(time，0，0，5，40)+ STEP(time，5.001，0，10，0) + STEP(time，10.001，0，15，-40) + STEP(time，15.001，0，20，0)。图4.3函数类型图4.4函数编辑对于连杆3的运动，他也有一个往复运动还存在一个时间差的关系，连杆3是在大气缸活塞杆的带动下迎着水平方向做往复的运动，所以运动副类型也选择滑动副，在驾驶员的操作界面中我们选择函数，函数类型选择平移，,并且新建一个STEP函数,在公式框里手动输入以下数据：STEP(time，0，0，5，0)+ STEP(time，5.001，0，10，300) + STEP(time，10.001，0，15，0) + STEP(time，15.001，0，20，-300)。这样2个滑动副都能独立的运动了，但是他们之间有一个配合的关系，所以要让2个滑动副联系起来，打开第1个滑动副，我们在咬合连杆的方框里点上勾，然后连杆选项里我们选择第3个连杆，在装配图里把连杆3点上，如图4.5所示,如此以来2个运动副将有配合的运动起来。图4.5咬合连杆然后点开解算方案图标，在图4.6所示的操作框里输入时间和步数，点确定，再点开求解图标，最后生成动画。图4.6解算方案 图4.7所示为运动仿真中生成的连杆2时间与位移曲线图，图4.8为连杆3生成的时间与位移曲线图。可以从图中看出，在0到5秒时间里连杆2走过的位移为40，连杆3位移为0。在5秒到10秒之间连杆2走过的位移为0，连杆3走过的位移为300。在10秒到15秒之间连杆2走过的位移为-40，连杆3走过的位移为0.在15秒到20秒之间连杆2走过的位移为0，连杆3走过的位移为-300。图4.7连杆2时间位移曲线图图4.8连杆3时间位移曲线图第5章 夹具的设计针对图3.19所示的零件做一套专用夹具，这套夹具用来钻2个相同的M6螺纹孔。5.1 夹具方案设计采用心轴定位，螺母夹紧，使用铰链式钻模板。5.2 定位分析平面限制3个自由度，心轴2个，圆柱销1个，完成6个自由度的限制。 5.3 对刀及导引装置设计此夹具采用铰链式钻模板来确定孔位置，固定钻套来引导刀具。夹具装配图主视图、俯视图和右视图分别如图5.1、图5.2和图5.3所示。图5.1主视图图5.2俯视图图5.3俯视图参考文献1 SMC(中国)有限公司. 现代实用气动技术M. 北京: 机械工业出版社, 2006.2 濮良贵. 机械设计M. 北京: 高等教育出版社, 2007.3 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