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【JX18-97】中性笔自动装配机设计(二维+三维+论文)

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【JX18-97】中性笔自动装配机设计(二维+三维+论文)
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CAD
中性笔自动装配机.DWG
中性笔自动装配机2.bak
中性笔自动装配机2.dwg
旋盖头组件.bak
旋盖头组件.DWG
笔帽上料机构.bak
笔帽上料机构.DWG
笔芯上料机构.DWG
笔身上料机构.DWG
三维建模
COT-F2020.sldprt
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COT-F2026.sldprt
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COT-F2033.sldprt
COT-F2034.sldprt
COT-F2039.sldprt
COT-F2060-JIANSUJILIANJIEFALAN.sldprt
COT-F2060-MV-400120S.sldprt
COT-F2060-WS030-010-F.sldprt
COT-F2060WM030-120W-010_ASM.sldasm
HLF20X30SA+(0).sldasm
HLF20X30SA+(0)_dummy.sldprt
HLF20X30SA_BODY.sldprt
HLF20X30SA_ROD.sldprt
TN20-125 - 125_b.sldprt
TN20-125_fp.sldprt
TN20-30 - 30_b.sldprt
TN20-30_fp.sldprt
TN20X125S(0)+().sldasm
TN20X30S(0)+().sldasm
TN20X30S.SLDASM
中性笔自动装配机.DWG
中性笔自动装配机.SLDASM
中性笔自动装配机.SLDDRW
主动磁力旋盘.SLDPRT
压紧座.SLDPRT
带轮2.SLDPRT
护套.SLDPRT
抽板.SLDPRT
挡板.SLDPRT
料盒.SLDPRT
旋盖头组件.SLDASM
旋盖头组件.SLDDRW
旋转轴.SLDPRT
气缸角铁1.SLDPRT
气缸角铁2.SLDPRT
气缸角铁3.SLDPRT
气缸角铁4.SLDPRT
滑动底板.SLDPRT
电机.SLDPRT
电机角铁.SLDPRT
笔头.SLDPRT
笔头料斗.SLDPRT
笔帽.SLDPRT
笔帽上料机构.SLDASM
笔帽座.SLDPRT
笔帽推杆.SLDPRT
笔帽料斗.SLDPRT
笔芯.SLDPRT
笔芯上料机构.SLDASM
笔芯座.SLDPRT
笔芯料斗.SLDPRT
笔身.SLDPRT
笔身上料机构.SLDASM
笔身座.SLDPRT
笔身料斗.SLDPRT
调整环.SLDPRT
轴承座.SLDPRT
轴承座2.SLDPRT
连接板.SLDPRT
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JX18-97 【JX18-97】中性笔自动装配机设计二维+三维+论文
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【JX18-97】中性笔自动装配机设计(二维+三维+论文),JX18-97,【JX18-97】中性笔自动装配机设计二维+三维+论文
内容简介:
摘 要本文设计了一种中性笔自动装配机。它靠异步电动机带动传送带实现中性笔的输入和输出,中间在传送带上部巧妙地安置了夹具,给装配工作带来很大的便利,也大大提高了效率,该装配机结构简单明了,操作方便,实现了中性笔从输入到输出的全部自动化,具有速度可调、定位准确、旋盖可靠、运行平稳、无噪音和不伤笔口等优点。本文先对SolidWorks软件作出简介,对此三维软件作出一系列的说明,而后对中性笔笔身自动装配设备自动化装配进行介绍,并结合SolidWorks软件,将二者融会贯通。通过SolidWorks软件设计,从二维的AUTOCAD零件图纸,到三维的SolidWorks整个设备,大大地提高了设计的效果和效率,避免了工程师们在现实中出现的错误,切切实实地展现出三维软件的强大性能。关键词:中性笔;自动装配;旋盖机构 AbstractA neutral pen automatic assembly machine is designed in this paper. It relies on asynchronous motor to drive the conveyor belt to realize the input and output of the neutral pen. In the middle of the conveyor belt,a clamp is arranged skillfully,which brings great convenience to the assembly work and greatly improves the efficiency. The utility model has the advantages of adjustable speed,accurate positioning,reliable rotation,smooth operation,no noise and no damage to the pen mouth.In this paper,SolidWorks software is introduced firstly,and a series of explanations are given to the three-dimensional software. Then,the automatic assembly of neutral pen-body automatic assembly equipment is introduced, and the integration of the two is made with SolidWorks software. Through SolidWorks software design,from two-dimensional AUTOCAD parts drawings to three-dimensional SolidWorks equipment,greatly improved the design effect and efficiency,avoided the engineers in the reality of the mistakes, showing the powerful performance of three-dimensional software.Keywords:Neutral pen; automatic assembly; capping mechanism第1章绪 论1.1 课题研究的背景中性笔是目前国际上流行的一种新颖书写笔,是综合应用胶体、表面活性剂、高分子化学等学科原理的高科技产品。由于中性笔兼具自来水笔和圆珠笔的优点,书写手感舒适,因此颇受人们的喜爱,近年来发展迅速,大有取代圆珠笔之势,人们对中性笔的需求也越来越多。由于现在仍然有不少企业生产中性笔采用人工装配,增加劳动力,效率低、成本高,本文设计了一款能自动组装中性笔的机器,机器优点:直线式设计,组成流水线方便美观。采用强电磁左旋盖扭力器,彻底解决了传统机械摩擦片在旋盖时紧时松的弊病。它可以把装配好的中性笔通过传送带运输,快速传送到下一道工序。节省了工作时间和产品成本,大大提高了生产效率。1.2 课题研究的意义装配是整个生产系统的一个主要组成部分,也是机械制造过程的最后环节。装配对产品的成本和生产效率有着重要影响,研究和发展新的装配技术,大幅度提高装配质量和装配生产效率是机械制造工程的一项重要任务。相对于加工技术而言,装配技术落后许多年,装配工艺已成为现代生产的薄弱环节。因此,实现装配过程的自动化越来越成为现代工业生产中迫切需要解决的一个重要问题。装配自动化在现代制造业中的重要性装配过程是机械制造过程中必不可少的环节。人工操作的装配是一个劳动密集型的过程,生产率是工人执行某一具体操作所花费时间的函数,其劳动量在产品制造总劳动量中占有相当高的比例。随着先进制造技术的应用,制造零件劳动量的下降速度比装配劳动量下降速度快得多,如果仍旧采用人工装配的方式,该比值还会提高。据有关资料统计分析,一些典型产品的装配时间占总生产时间的53%左右,是花费最多的生产过程,因此提高装配效率是制造工业中急需解决的关键问题之一。自动化装配具备如下优点。1. 装配效率高,产品生产成本下降。尤其是在当前机械加工自动化程度不断得到提高的情况下,装配效率的提高对产品生产效率的提高具有更加重要的意义。2. 自动装配过程一般在流水线上进行,采用各种机械化装置来完成劳动量最大和最繁重的工作,大大降低了工人的劳动强度。3. 不会因工人疲劳、疏忽、情绪、技术不熟练等因素的影响而造成产品质量缺陷或不稳定。4. 自动化装配所占用的生产面积比手工装配完成同样生产任务的工作面积要小得多。5. 在电子、化学、宇航、国防等行业中,许多装配操作需要特殊环境,人类难以进人或非常危险,只有自动化装配才能保障生产安全。随着科学技术的发展和进步,在机械制造业,CNC,FMC,FMS的出现逐步取代了传统的制造技术,它们不仅具备高度自动化的加工能力,而且具有对加工对象的灵活性。如果只有加工技术的现代化,没有装配技术的自动化,FMS就成了自动化孤岛。装配自动化的意义还在于它是CIMS的重要组成部分。6. 装配自动化的任务及应用范围所谓装配,就是通过搬送、联接、调整、检查等操作把具有一定几何形状的物体组合到一起。在装配阶段,整个产品生产过程中各个阶段的工艺的和组织的因素都汇集到一起了。由于在现代化生产中广泛地使用装配机械,因而装配机械特别是自动化装配机械得到空前的发展。装配机械是一种特殊的机械,它区别于通常用于加工的各种机床。装配机械是为特定的产品而设计制造的,具有较高的开发成本,而在使用中只有很少或完全不具有柔性。所以最初的装配机械只是为大批量生产而设计的。自动化的装配系统用于中小批量生产还是近几年的事。这种装配系统一般都由可以自由编程的机器人作为装配机械。除了机器人以外,其他部分也要能够改装和调整。此外,还要有具有柔性的外围设备。例如零件仓储,可调的输送设备,联接工具库、抓钳及它们的更换系统。柔性是一种系统的特性,使这种系统能够适应生产的变化。对于装配系统来说,就是要在同一套设备上同时或者先后装配不同的产品(产品柔性)。柔性装配系统的效率不如高度专用化的装配机械。往复式装配机械可以达到每分钟1060拍(大多数的节拍时间为2.54s);转盘式装配机械最高可以达到每分钟2000拍。当然,所装配的产品很简单,例如链条等;所执行的装配动作也很简单,例如铆接、充填等。对于大批量生产(年产量100万件以上)来说,专用的装配机械是合算的。工件长度可以大于100mm,质量可以超过50g。典型的装配对象如电器产品、开关、钟表、圆珠笔、打印机墨盒、剃须刀、刷子等,它们需要各种不同的装配过程。从创造产品价值的角度来考虑,装配过程可以按时间分为两部分:主装配和辅装配。联接本身作为主装配只占35%55%的时间。所有其他功能,例如给料,均属于辅装配,设计装配方案必须尽可能压缩这部分时间。自动化装配机械,尤其是经济的和具有一定柔性的自动化装配机械,被称为高技术产品。按其不同的结构方式常被称为“柔性特种机械”或“柔性节拍通道”。圆形回转台式自动化装配机由于其较高的运转速度和可控的加速度而备受青睐。环台式装配机械,无论是环内操作还是环外操作或二者兼备的结构,都是很实用的结构方式。所以最初的装配机械只是为大批量生产而设计的。自动化的装配系统用于中小批量生产还是近几年的事。这种装配系统一般都由可以自由编程的机器人作为装配机械。除了机器人以外,其他部分也要能够改装和调整。此外,还要有具有柔性的外围设备。例如零件仓储,可调的输送设备,联接工具库、抓钳及它们的更换系统。柔性是一种系统的特性,使这种系统能够适应生产的变化。对于装配系统来说,就是要在同一套设备上同时或者先后装配不同的产品(产品柔性)。柔性装配系统的效率不如高度专用化的装配机械。往复式装配机械可以达到每分钟1060拍(大多数的节拍时间为2.54s。);转盘式装配机械最高可以达到每分钟 2000拍。当然,所装配的产品很简单,例如链条等;所执行的装配动作也很简单了。现代技术的发展使得人们能够为复杂的装配功能找到解决的方法。尽管如此,全自动化的装配至今仍然只是在有限的范围是现实的和经济的。由于装配机械比零件制造机械具有更强的针对性,因而装配机械的采用更需要深思熟虑,需要做大量的准备工作,不能简单片面地追求自动化,而应本着实用可靠而又能适应产品的发展的原则,采用适当的自动化程度,应用现代的计划方法和控制手段。7. 机械装配自动化发展之路展望结合生产实际发展机械自动化技术先进装配技术的全部真谛在于应用。发展机械自动化技术,应以企业的生产和技术发展的实际需要及具体条件为导向。只有对合适的产品采用与之相适应的自动化方式进行生产,才能收到良好的技术经济效益和社会经济效益。我国发展机械自动化技术,应结合实际,注重实用,即对国民经济产生实际效益。发展投资少、见效快的低成本自动化技术发展低成本自动化技术,潜力大,前景广,投资省,见效快,提高自动化程度,可以收到事半功倍的经济效果,适合我国现阶段的发展需要和国情。我国机械装配业各企业有大量的通用设备,在发展现代机械自动化技术时,若以原有的设备为主,合理调整机床布局,添加少量的数控设备,引入CAD/CAM技术,就能充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性,共同构成一个以人为中心、以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统,为我国机械装配业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。注重配套发展机械自动化技术现代自动化技术在机械装配中的应用就是在控制理论的指导下,对生产的物流和人的作用进行综合的研究,涉及到机械技术、微电子技术、自动控制理论和计算机技术等。发展机械自动化技术,必须主要地关注电子学、电子计算机技术、零件检测和机床装料自动化,广泛采用程序数控机床,以及研制高效的和可靠的自动化生产线、计算机应用于生产的信息系统和自动化控制系统等。发展应用机械自动化技术,要扎扎实实地抓好自动化技术应用项目的基础工作和从实际出发的推广应用工作,既要发展主机,也要配套发展自动化元件及控制系统。可编程控制器、微处理机、各种传感器、新型刀具、控制系统及系统软件、电子计算机等,这些都将是今后机械自动化的主要技术基础。1.3 课题研究的内容本论文主要研究运用SolidWorks对中性笔笔身自动装配设备进行设计。在设计过程中,了解SolidWorks的各种功能。本文设计了一种中性笔自动装配机。它靠异步电动机带动传送带实现中性笔的输入和输出,中间在传送带上部巧妙地安置了夹具,给装配工作带来很大的便利,也大大提高了效率,该装配机结构简单明了,操作方便,实现了中性笔从输入到输出的全部自动化,具有速度可调、定位准确、旋盖可靠、运行平稳、无噪音和不伤笔口等优点。33第2章 SolidWorks的详细介绍2.1关于SolidWorkSolidWorks公司成立于1993年,由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起,总部位于马萨诸州的康克尔郡(Concord,Massachusetts)内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处,并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年,Solidworks被法国达索(Dassault Systemes)公司收购,作为达索中端主流市场的主打品牌。2.2 SolidWorks的发展和荣誉SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势,SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新,公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今,已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起,美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖,以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此,SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明,使用它,设计师大大缩短了设计时间,产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东,以一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司。SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的Para solid内核以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示,目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万,涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上,每年来自全球4300所教育机构的近145000名学生通过SolidWorks的培训课程。据世界上著名的人才招聘网站检索,与其它3D CAD软件相比,SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多,这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件,越来越多的企业需要SolidWorks人才。2.3 Solidworks软件特点Solidworks软件功能强大,易于操作,界面人性化,技术创新,组件繁多是SolidWorks的五大特点。使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案,通过方案的筛选,工程师能从中选择合适的方案,从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中,SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统,同时对每个工程师和设计者,乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。2.4本章小结SolidWorks在现今社会阶段逐渐广泛应用,并且SolidWorks公司对中国市场重点开发,日后SolidWorks应用将会更加完善,更加普遍。通过前文对SolidWorks的深入了解后,往后会对SolidWorks进行个别应用的分析,如建模,装配,工程图,力学分析等。第三章 中性笔自动装配机总体设计3.1总体设计方案本文的中性笔装配机由传送机构,夹紧机构,装笔芯装置,上盖装置,旋盖机构等组成。笔身输送机构是靠三项异步电动机带动链条采用间歇式前进,输送机构下方布置有一个伸缩气缸,上方安装有一个挡块,两者构成了笔身的夹紧机构,当光纤感应到笔身到达时,反馈给PLC,PLC控制电磁阀,从而驱动下方气缸动作,将笔杆顶起,与笔杆上方固定在箱体上的夹具夹紧笔杆;装笔芯装置将笔芯插入笔身中,完成该动作后,气缸下降,笔身重新落到输送机构上,进入下一工序:安装笔头,安装笔头前同样需要将笔身顶起,工作原理同前面的气缸夹紧机构一样,将笔身夹紧后,通过一个旋盖机构完成笔头的装配,旋盖机构是中性笔组装过程中旋紧笔头的专用设备,工作时必须保证适宜的旋紧力矩。力矩过小,笔头旋不紧,力矩过大,易损坏笔口和笔头。笔头安装完成后,进入装配笔帽工序。同样需要有夹紧机构将笔身顶起固定,通过一个气缸将笔帽压入笔身,至此,中性笔的装配就完成了。中性笔笔身自动装配设备自动化装配主要分为以下几个部分:1、机架组件:机架通过焊接的方式做成,主要由性价比高的Q235方钢组成,焊接后喷漆处理。此种结构制作的架子,成本低廉,方便运输,广泛应用于设备上面机架的制作。2、笔身输送组件:此组件通过三相蜗杆涡轮减速电机带动链条输送线实现笔身的输送,该输送线结构简单,造价低廉,适合多种产品的运输。3、笔身夹紧机构:输送机构下方布置有一个伸缩气缸,上方安装有一个挡块,两者构成了笔身的夹紧机构,4、笔芯下料装置:此装置通过振动盘连接钣金焊接而成的下料槽下料,下料槽通过焊接而成,当笔芯从振动盘落下后,光纤感应到笔芯的落下,如是就反馈信号给PLC,PLC控制气缸打开形成,把笔芯推进笔身里面,从而完成装配。4、笔头下料装置:此装置通过振动盘连接钣金焊接而成的下料槽下料,下料槽通过焊接而成,当笔头从振动盘落下后,通过一个旋盖机构完成笔头的装配。5、笔帽下料装置:此装置通过振动盘连接钣金焊接而成的下料槽下料,下料槽通过焊接而成,当笔帽从振动盘落下后,光纤感应到笔帽的落下,如是就反馈信号给PLC,PLC控制气缸打开形成,把笔帽推进笔身里面,从而完成装配。3.2笔身夹紧机构设计夹具的结构设计比较简单,该机构由夹具,伸缩气缸组成。伸缩气缸将夹具顶起向上运动,夹具将链条上的笔杆顶起与笔杆上方固定在箱体上的夹具夹紧,从而完成笔杆的夹紧,该装置简单,提高生产速度。3.3装笔芯装置设计装笔芯装置是由料斗、推料气缸组成的。将方向一致的笔芯放置在料斗中,料斗中呈成笔芯形状,下方呈矩形固定在箱体上,笔芯由于受重力将料斗下方填满,当与工作台接触的笔芯装入笔杆后,上方的笔芯由于受重力下降到工作台上,从而完成装笔芯及上笔芯循环过程。生产时不会造成笔杆内没有笔芯的现象,便于上料,提高了生产线的速度,简化了装笔芯装置,降低成本。3.4旋盖头的结构设计旋盖头是中性笔组装过程中旋紧笔头的专用设备,工作时必须保证适宜的旋紧力矩。力矩过小,笔头旋不紧,力矩过大,易损坏笔口和笔头。总体的设计如图3-1所示,工作时力矩由直流电动机输出,通过皮带传动,传给主动磁力旋盘,被动磁力旋盘6通过轴承与主动磁力旋盘3之间可相对转动,二者间轴向隔距可调,在二者相对的端面上均匀地镶嵌有16块小永磁体。这些永磁体按极性相反相间分布。旋嘴与被动磁力旋盘6相联结,用来卡紧笔头。因此主动磁力旋盘3与被动磁力旋盘6构成一磁力传动器,在磁力作用下,被动磁力旋盘和旋嘴获得力矩,将由旋嘴夹住的笔头旋紧。本旋盖头最显著的特点是能调整旋紧力矩,即通过调整环和被动磁力旋盘6 上的螺母,调整主动磁力旋盘3和被动磁力旋盘6之间的间隙,即调整了磁力传动器间的气隙长度,因而磁力传动器所能传递的极限扭力矩得到了调整。当笔头已旋紧,而主动磁力旋盘仍在回转,致使输入扭力矩超过磁力传动器所能传递的最大扭力矩时,主动磁力旋盘3与被动磁力旋盘6产生滑脱,前者可以继续回转,而后者则与笔头一起静止不转,而旋盖头给笔头施加的旋紧力矩即为磁力传动器所能传递的极限力矩,并不会因传动输入轴4和主动磁力旋盘3的继续回转而增加旋紧力矩,不会因此而损坏笔口、笔头和旋盖头。1、调整环;2、护罩;3、主动磁力旋盘;4、扭力传动轴;5、永磁体;6、被动磁力旋盘图3-1 旋盖头结构图3.5上笔帽机构设计上笔帽装置原理同装笔芯机构一样,也是有下料机构,推料机构组成。笔帽由于受重力将料斗下方填满,当与工作台接触的笔帽装入笔杆后,上方的笔帽由于受重力下降到工作台上,从而完成装笔帽及上笔帽循环过程。生产时不会造成笔杆上没有笔帽的现象,便于上料,提高了生产线的速度,简化了装笔帽装置,降低成本。第4章 中性笔自动装配设备中用到的设计计算4.1电机的设计计算1、已知电机速度曲线本次设计加速时间 负载速度(m/min)有速度可知每秒上升50mm,2.电机转速3.负载转矩式中:4.负载惯量上下垂直运动5.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数,这里取2.0根据以上得出数据,我们选用步进电机型号为ACH-11120D,此步进电机厂家为深圳步科电机,电机基本参数如下:电机额定功率为1.2KW,额定转矩为4.0N.m,最大转矩为12N.m,额定转速为 3000r/min转子惯量为 ,选用法兰规格型号为110。电机大致图如下:2.1.2减速器选择 电机转速3000r/min,链条运动速度3m/min,由公式总传动比一般同步带传动一般为2-2.5,我们算得减速器的减速比为大致为1:30-1:50之间。本次设计选用减速器我们选用蜗轮蜗杆减速器,厂家为珠江减速器。珠江减速器蜗轮蜗杆减速器大致外形图如下:由于电机的输出功率为1.2Kw,根据珠江减速器电机功率与减速器相配的表格中如下:步进电机我们已经选得转速为3000r/min,根据上表查得,我们选择蜗轮蜗杆减速器RV050型号,减速比为1:40。根据已经选好的减速器的型号RV050,减速器外形尺寸图如下:我们选择FB这种类型的减速器样式,有减速器输出轴的,为了能和输出同步带轮连接。以下为该减速器详细尺寸,我们选用的RV050减速器外形尺寸为144x210x85mm,减速器输出轴轴径14mm,减速器输入轴径与所选电机的输出轴径相同,即为19mm。4.2气缸的选型计算气缸的选型应根据工作要求和条件,正确选择气缸的类型。下面以单活塞杆双作用缸为例介绍气缸的选型步骤。(1)气缸缸径。根据气缸负载力的大小来确定气缸的输出力,由此计算出气缸的缸径。(2)气缸的行程。气缸的行程与使用的场合和机构的行程有关,但一般不选用满行程。(3)气缸的强度和稳定性计算(4)气缸的安装形式。气缸的安装形式根据安装位置和使用目的等因素决定。一般情况下,采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时(如车床、磨床等),应选用回转气缸。在活塞杆除直线运动外,还需作圆弧摆动时,则选用轴销式气缸。有特殊要求时,应选用相应的特种气缸。(5)气缸的缓冲装置。根据活塞的速度决定是否应采用缓冲装置。(6)磁性开关。当气动系统采用电气控制方式时,可选用带磁性开关的气缸。(7)其它要求。如气缸工作在有灰尘等恶劣环境下,需在活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需选用无给油或无油润滑气缸。2.气缸直径计算气缸直径的设计计算需根据其负载大小、运行速度和系统工作压力来决定。首先,根据气缸安装及驱动负载的实际工况,分析计算出气缸轴向实际负载F,再由气缸平均运行速度来选定气缸的负载率q,初步选定气缸工作压力(一般为0.4 MPa0.6 MPa),再由 F/q,计算出气缸理论出力Ft,最后计算出缸径及杆径,并按标准圆整得到实际所需的缸径和杆径。气缸推动分离销来实现箱包纽扣零件的分离。已知工件等运动件质量为m3kg,工件与下料槽间的摩擦系数m0.25,气缸行程 s为30 mm,经1.5s时间工件运动到位,系统工作压力p = 0.4 MPa,试选定气缸直径。解:气缸实际轴向负载Fmg0.25*250*9.8613.13 N气缸平均速度选定负载率q0.5则气缸理论输出力双作用气缸理论推力气缸直径 按标准选定气缸缸径为20mm。第5章 中性笔笔身自动装配设备的设计5.1 中性笔笔身自动装配设备的情况和特点三维装配图5.2应用Solidworks软件进中性笔笔身自动装配设备零件图设计5.2.1关于中性笔笔身自动装配设备机框架建模设计根据中性笔笔身自动装配设备自动化装配机分析可知该框架主要是由Q235方钢组成的,我们要将各零件先一一画好,再用装配体的形式将框架装配好。 (1)Q235方钢制作,作步骤如下:这样框架的整体方管部分零件我们就很快完成。(4)所有的子零件绘制完后,就需要利用SOLIDWORKS的装配体功能对所有零件装配成装配体,首先第一个插入装配体中的零件为固定不可动的,我们选择框架中的其中一个方钢零件。装配各部零件时需要利用配合菜单命令,主要有选择重合配合、距离配合等将所有子零件装配成框架整体。5.2.1关于中性笔笔身自动装配设备笔身输送组件的建模设计由主装配体图可知此子装配体主要是由蜗杆涡轮减速电机带动滚筒实现转子的自动化输送,该子装配体中除了轴承,轴用外卡环等这类属于标准件,可以从标准库中直接生成,其余各零件均需要建模,大多零件都属于简单的实体拉伸、实体切除拉伸、实体旋转拉伸、孔向导等功能都可一一画出,这里不再累述。这里只以其中一个连接板作为建模步骤分析:按照类似方法将进给组件的各部分零件一一画出,使用SOLIDWORKS装配体的功能将各部分零件一一组装起来,组装起来后的子装配体图形如下:由于组件中的各子零件结构比较简单,与上面组件的类似,在这里以气缸安装版为例,来进行建模:5.2.6中性笔笔身自动装配设备建模设计 各子装配体完成后现在就将各子组件一一使用SOLIDWORKS的装配体功能将各装配体组装起来,如下:5.4本章小结通过工作原理,建模,装配,工程图,力学分析五部分的讲述,对SolidWorks应用和中性笔笔身自动装配设备有了进一步认识,清楚明白了总的设计思路,灵活地运用各SolidWorks命令实现中性笔笔身自动装配设备自动化装配机的建模,以便设计出可行,实用的设备投入到现代化大生产中。第6 章三维建模的概述6.1零件图设计要点(根据已有AutocAD图纸,出三维图要点)进行零件建模前,一般应进行深入的特征分析,搞清零件是由那几个特征组成,明确各个特征的形状,他们之间的相对位置和表面连接关系,然后按照特征的主次关系,按一定的顺序进行建模。一个复杂的零件,可能是许多个简单特征经过相互之间的叠加、切除或相交组成。所以零件建模时,特征的生成顺序十分重要,不同的建模过程虽然可以构造出同样的实体零件,但其造型过程及实体的构型结构却直接影响到实体模型的稳定性、可修改性、可理解性及实体模型的应用。尤其在二维图纸上,我们能看到的只是零件的平面图,而内部特征则以虚线给予表示,另外还有零件的相贯线,这表示了各个特征相交时出现线段。在零件的草图绘制过程中,必须要选好第一个草绘平面,这很关键,这个平面决定了往后建模的所用到的命令,简单的说,一个圆柱可以作一个圆形然后拉伸,也可以作一个长方体旋转,虽然他们的结果都一样,但所用的草绘平面和命令就截然不同。如果我们要的是一条轴,那我们就应该选择第二种方法为好了。由于此设计的零件都是比较规则的零件,所用到的命令大部分是拉伸命令和旋转命令,而且很多零件都是拥有对称关系,所以为了节省时间,提高效率,经常会用到镜向特征命令。6.2零件图出工程图要点一张完整的工程图应具备以下4方面的内容。(1) 一组视图:用一组视图(其中包括视图、剖视图、断面图、局部放大图)正确、完整、清晰地表达零件各部分的结构形状。(2) 尺寸:确定零件各部分形状的大小和位置(3) 技术要求:表明零件在制造和检验是应达到的一些要求,如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料热处理方式和指标等。(4) 标题栏:注明零件名称、材料、数量、图样比例以及图号等内容。6.3装配图安装要点零件的装配步骤如下:(1) 单击【新建文件】图标,系统显示新建SolidWorks文件对话框,双击该对话框中得装配体选项,即可进入装配体工作模式。(2) 调入第一个零件模型并放置在装配体的原点处,即零件原点与装配体原点重合。(3) 调入一个与第一个零件模型有装配关系的零件模型。分析两个零件之间的装配约束关系,然后选取相应的约束选项进行零件操作。(4) 调入其他与已装配零件有装配关系的零件模型并进行装配。(5) 全部零件装配完毕后,将装配体模型存盘。总 结一、三维软件机械设计总结通过此次设计,又一次提升了运用三维软件的水平,并吸收了不少经验,总结为一下几点。(1) 有零件图纸作图与空想设计作图不同,零件尺寸已经给出,作图时先不考虑尺寸是否真的合适,根据尺寸作出零件的三维图,但到装配时必须要考虑尺寸是否合适,由于AutoCAD图纸效果不好,导致尺寸会有出错,甚至有出现欠定义尺寸,所以,此时必须通过配合后在衡量尺寸,再进行修改,直到满足配合要求。(2) 工具集的确方便了作图,通过选择零件类型,输入数据,就能生成出标准零件,但有时需要用到的零件在工具集上也未必能找到,所以此时要随机应变,运用其他零件代替并通过修改或添加零件使其满足要求。(3) 作三维图时要灵活变通,解决问题的方法总比问题多,当一种方法不能正常作图时,试试另一种方法,这不但能完成零件制作,同时也可以培养出更好的作图思路,和打破规矩的新想法。(4) 规则的零件,要学会使用一些能够节省时间的命令,如镜向,阵列等,“能省则省”。(5) 关于装配,曾经带给我很大的阻碍,花了很多时间才弄清原因所在。在一可活动子装配体上,即使活动范围会产生干涉,也不能对其设定活动范围,如高级配合里的距离范围,和角度范围,即使在该活动范围并不影响父装配体,也不可设定。因为一旦设定范围后,在父装配体上会将子装配体视为完全定义的模型,这样会对子装配体之间的配合产生矛盾,将不能完成装配。(6) 看懂图是作图的首要任务,看图就是了解零件的工具,没有工具则无法制出零件,所以画图不能急于下笔,想透了零件的结构,想透图中的虚实线,这才是高效作图的重中之重。致 谢时光飞逝,岁月如梭,转眼之间大学生活已经接近尾声,回首大一刚入学的场景依然历历在目,仿佛还是昨天的事情。再从头到尾看一看这篇毕业设计,每一个环节都离不开老师的帮助,从题目的拟定,到结构框架,资料搜集,整理提炼,以及最后的反复斟酌。在具体的写作过程中,我遇到了许多这样或那样的预料之外的困难,让我感到困惑和焦虑,但最终在老师的指导和帮助下,还是独立完成了单拐曲轴的机械加工工艺规程及夹具设计。论文的最终完成,是一波三折的过程,在不断完善和修改的过程中让我更加懂得“一分耕耘一分收获”的道理。除了要衷心的感谢我的指导老师以外,我还要感谢在校期间所有传授过我知识的老师们,他们孜孜不倦的教诲是我完成这篇论文的基础。作为一个机械工程及自动化专业的学生,在一些其他课程上遇到过许多问题,多亏老师们在百忙之中抽出时间为我答疑解难,给予我耐心的指点,让我少走了许多弯路。在此我对他们无私的爱心表示由衷的感谢。同时也感谢大学生活中与我朝夕相处的同学们,他们给我留下了最难忘的回忆。在一起走过的日子里,我们一同欢笑,一起悲伤,相互鼓励,共同进步。我要感谢在这漫长而短暂的四年里陪我一同走过的同学们,因为有了你们,我的生命中多了很多欢乐的瞬间和美好的回忆,愿我们的情义地久天长。最后感谢我的家人,是他们一直站在我身后,做我坚强的后盾,无论我成功与否,他们都默默地给予我支持与鼓励,让我感到我不是一个人在战斗。谢谢你们,我一定会更加努力,不辜负你们对我的期望。四年时光,说长不长说短不短,不知不觉中我们已经共同经历了许多,我们手拉着手一同走过了快乐与悲伤,收货了属于我们的成长与坚强。也许在今后的日子里还有更多的困难等待着我们,但是我不会害怕,我会勇敢的迎接挑战,我要用自己的努力搏一个美好的未来。最后我想说:毕业,是终点,亦是起点。 参考文献1 李育锡.机械设计.北京.高等教育出版社2魏峥,赵功,宋晓明.SolidWorks设计与应用教程.北京.清华大学出版社3 赵罘,杨晓晋,刘玥.SolidWorks2012中文版机械设计实例入门与应用.北京.电子工业出版社 4罗伯特迪尔林英.你不可不知道的世界乐器.北京.中国旅游出版社5徐先玲,李相状.现代乐器指南.北京.中国戏剧出版社6李琳,李杞仪,机械原理M.北京:中国轻工业出版社,2009.7陈锦昌.计算机工程制图M.广州:华南理工大学出版社,2006.8崇凯,李楠,郭娟,机械制造技术基础课程设计指南M.北京:化工工业出版社,2010.9刘登平.机械制造工艺及机床夹具设计M.北京:北京理工大学出版社,2010.10濮良贵,纪名刚,机械设计.北京.高等教育出版社11梁耀能.机械工程材料.广州.华南理工大学出版社 12 机械设计手册编委会.机械设计手册:单行版.零部件设计常用基础标准M(第四版).北京:机械工业出版社,2007.13 朱辉,曹桄,唐保宁,陈大复等.画法几何及工程制图M (第五版).上海:上海科学技术出版社,2002.14 陈伟珍,韦余苹.机械制图与CADM.湖南:华南理工大学出版社,2006.15 王先逵.机械制造工艺学M.北京:机械工业出版社,2006.1. 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)毕业设计(论文) 题 目 专 业 学 号 学 生 指 导 教 师 答 辩 日 期 摘 要如今产品的外形复杂化,种类多样化,对包装机械提出更高要求,以往的自动包装机往往是一箱内仅装一种产品,因此造成的运输及包装线条数往往需与产品种类数大体相当,由此造成巨大的成本浪费和能源浪费。本课题主要依此展开对一箱多样自动装箱机的机械结构及控制系统设计。本文重点叙述了机械结构方面采用的模块化设计:定位模块,搬运模块,抓取模块,支撑模块,说明了PLC以及传感器的选型以及控制程序的编写。设计过程采用了理论及软件模拟的研究方法,一箱多样包装方式的实现可广泛应用于各种产品包装流程,将多条包装线减少为一条,节省空间的同时也方便机器的维护,从而节省能源及空间。设计具有高效率,面对产品多样化灵活性高的特点,对新的产品包装模式或有重要作用。关键词:模块化;二自由度;一箱多样;自动装箱机;机械结构;控制程序;PLC;传感器;高效率;灵活性AbstractNowadays, the appearance of products is complicated, the variety of products is diversified, and higher requirements are put forward to packaging machinery. The vintage automatic packaging machines often contained only one kind of product in a box, so the number of lines of transportation and packaging often had to be roughly equal to the number of product types. This results in huge cost waste and energy waste. According to this fact, the design of mechanical structure and control system of one box of various products automatic packing machines is carried out. This paper focuses on the modular design of mechanical structure: positioning module, moving module, grab module, support module, and explains the selection of PLC and sensor and the programming of control program. The research method of theory and software simulation is used in the design process. The realization of this new packaging methods in which one box contains various products can be widely used in various product and packaging processes, reducing the number of packaging lines to one, saving space and facilitating the maintenance of the machine, thus saving energy and space. Design with high efficiency and high flexibility facing the challenge of product diversification, may play an important role in the new product packaging mode.Keywords: Modularity, Two degrees of freedom, One carton for a variety of products,Automatic packing machine,Physical construction,Control program,PLC,Sensor,High efficiency,Flexibility II目 录摘要.Abstract .第1章 绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义.1 1.1.1 课题背景.1 1.1.2 研究的目的和意义.11.2 国内外在自动装箱机方面的发展概况.21.2.1 国内发展现状及分析.21.2.2 国外发展现状及分析.31.3 本文的主要研究内容.4第2章 机械结构总体设计.52.1 引言.52.2.1 自动装箱机的性能指标.52.2.2 自动装箱机的总体结构.52.3 装箱步骤说明.6 2.3.1 模块作用说明.6 2.3.2 工作流程划分.62.4本章小结.7第3章 机械结构模块说明.83.1 引言.83.2 定位模块设计.83.2.1 边界条件的设定.83.2.2 定位模块工作原理.83.2.3 定位模块组成及其设计.103.3 搬运模块设计.103.3.1 搬运模块用.103.3.2 搬运模块运动原理.103.3.3 搬运模块组成及其设计.113.4 抓取模块设计.133.4.1 抓取模块作用及创新特色.13- 0 -3.4.2 抓取模块基本原理.143.4.3 抓取模块设计选型.153.5 支撑模块计.163.5.1 支撑模块作用.163.5.2 支撑装配外形及组成.163.5.3 支撑架主体设计.163.6 本章小结.164章 控制系统设计.184.1 引言.184.2 自动装箱机控制系统的基本要求.184.3 控制系统总体设计.184.3.1 工作流程时间划分.18 4.3.2 控制系统总体方案.194.4 控制系统元件选型.194.4.1 PLC输入输出端口分配表(见附录1).194.4.2 元器件选型.194.5 PLC程序梯形图.194.6 本章小结.20结论.21参考文献.22附录. 23致谢. 27第1章 绪 论1.1 课题背景及研究的目的和意义1.1.1课题背景 装箱机用于完成运输包装,它将包装成品按一定排列方式和定量装入箱中,并把箱的开口部分闭合或封固。装盒机是用于产品销售包装的机械,它将经过计量的一份 定量物料装入盒中,并把盒的开口部分闭合或封固。装箱机和装盒机均有容器成形(或打开容器)、计量、装入、封口等功能。在自动包装流水线中,装箱机是整线系统运行的核心。作为现代大批量生产的必须环节,产品的计数和包装意义同生产一样对生产效率的提高意义重大,随着单片机的普及及plc系统的广泛应用,产品生产效率的提升和产品样式的增多对自动化包装线提出了新的要求。如今产品的外形更加复杂,零件种类数量增加,近年来模块化的兴起,更使得越来越多的产品由许多小件构成,而以往的自动包装机往往是一箱内仅装一种零件,因此造成的运输及包装线条数往往需与零件种类数大体相当,许多家具厂商因此宁愿聘请工人也不会去花大价钱购买数条包装线,由此造成巨大了成本浪费和能源人力浪费。因此研发新的多件多样式包装线对提高包装效率具有重要意义。1.1.2 研究的目的和意义将plc控制应用到对夹取件立体空间坐标的控制上,手动将夹紧单元调整至多种高度,由plc设定控制工作状态,实现多件多样式零件同时吸起,同箱包装,实现立体化集中装箱,减少包装线的条数,对提高包装效率,节省能源和宝贵的生产空间具有重要意义。与此同时,产品的运输过程中也避免了纸箱有大有小的情况,从而以另一种角度节省了人力物力。1.2 国内外在自动装箱机方面的发展概况1.2.1 国内发展现状及分析当前,我国包装机械行业正受到国际金融危机的影响和国际市场竞争的挑战,以价格竞争的销售策略已经不能显现企业的优势。抓住机遇,调整产品结构,以高科技产品提升企业竞争力是未来我国包装机械行业应对危机和挑战的唯一出路。面对我国装箱机的市场需求,包装机械企业应重点开发一批具有国际先进水平的全自动、多功能、节能、环保的现代化装箱机,提高国产装箱机的市场竞争力。专家指出,在开发装箱机产品中一定要充分体现出高效、高精、智能化、标准化、模块化、弹性化且具有多种切换功能、可拆卸以及节能、环保的设计理念。在引进、消化、吸收的基础上,开发出具有自主知识产权的国产品牌。模块化设计是未来包装机械设计的方向。模块化设计就是在一定范围内,在对不同功能或相同功能下的不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块,通过模块的选择和组合可以构成不同的产品,换用一个或几个单元,即可应对包装产品的变化,满足不同产品装箱的需求。另外在设计中还要体现零件的可拆卸性。良好的可拆卸性可以使装箱机便于维护,所用易损件要便于回收和可再生利用,从而达到方便用户、节省成本和保护环境的目的。均衡寿命设计是近年来提出的科学、环保设计理念。它要求在设计中尽量使每个零部件具有相同或相似的使用寿命。就装箱机而言,某种重要组成模块应具有较长的寿命,而易于损坏的模块要易于更换,对于一些关键部件和涉及到安全性的模块在设计时应考虑设计成可维修、便于检测的结构。人机工程设计在现代化的装箱机设计中也具有重要的意义。人机工程设计的目的是为减少装箱机使用中人的差错,发挥人和机械各自的特点以提高装箱机整体的可靠性。利用人机工程学原理设计装箱机的人机系统,包括要适于人的使用习惯,便于识别操作,保证安全问题和不易出错的防误操作设计等。这些都要通过机电一体化控制,利用计算机实现自动操作、自动数据收集、自动检验以及自动诊断来实现。智能化、多功能是现代化全自动装箱机的特点。智能化全自动装箱机采用高速分配装置,适用于各种容器,如塑料扁瓶、圆瓶、不规则形瓶,各种大小玻璃圆瓶、椭圆形瓶,方形罐及纸罐等,同时也要适用于带隔板的包装箱。一般都是由瓶夹(内置橡胶,以防损伤瓶体)夹住瓶体(每组数量为一箱或者两箱),放入打开的纸箱或者塑料箱中,当抓头抬起时,将纸箱推出,送至封箱机。装箱机还应设有缺瓶报警停机、无瓶不装箱等安全装置。整体上要体现如下的特点:(1) 根据装箱要求,能自动实现产品整理排列 (2) 设计简洁,结构紧凑 (3)适用范围广,可适用于多种产品装箱 (4) 适合与包装流水线配套使用,移动方便 (5) 电脑程控,操作简单,动作稳定 (6) 瓶类、盒类、袋类、桶类等各种包装形式经过调整可以通用。1.2.2 国外发展现状及分析近年来,国外一些厂商通过对技术的不断改进,使装箱机性能更好地适应了自动化、多功能及高效率的要求。SWF公司推出的DP320装箱机,具有高速、适应性广、用户界面友好等特点。该设备的装箱速度达到每分钟25箱,可以连续包装不同规格的玻璃、塑料或金属容器,适用的包装方式与容器尺寸范围很广。 DP320具有一系列的独特性能,包括垂直纸箱输送、PLC控制、安全保护自锁、拥堵自动截至传感器等。还配有规格更换辅助装置、NEMA 12电控系统,下游还设有一个光电控制器以实现自动启动或停机。该机器采用纸箱带式输送,配备低压气动装置和塑料带以实现平稳输送。Douglas设备公司最新推出的Axiom系列新型装箱机通过采用伺服系统间歇运动控制纸箱包装过程,使生产速度提高50%,而运动范围则缩小30%。Axiom系列采用第三代伺服设计,通过动态增强位置重复精度以及简化失误检测与恢复,使生产效率大幅提升。该设备的不锈钢网板以及零部件数减少了50%,可有效减少设备维护和配件更换等所需时间。ABC公司推出的新型装箱机在装箱同时,可以在高速生产线上直接完成纸箱表面印刷。通过这台设备,客户可以在生产线上直接完成企业商标、产品批号、产品说明等信息的印制。这种新型设备具有良好的适应性,当装箱完成时,相关的图案、文字就同时出现在纸箱的各个部分,如顶部、侧面、角部或端部。包装制造商不再需要购买多色印刷头、纸箱旋转与定位设备,这些设备不但价格昂贵而且会影响生产线速度。该机可实现纸箱双侧打码以及在包装与封箱两端加注运输标志,即采用一个印刷头能够完成纸箱的双侧印刷,或采用两个印刷头完成四面印刷。如果纸箱干净、平整,可以获得最佳的印刷清晰度。印刷控制系统可以安装于纸箱控制板旁边,易于纸箱规格更换或印刷数据切换。它每分钟可以完成35箱的包装。1.3 本文的主要研究内容本文主要研究了一种能根据产品尺寸调整抓取模块构造,完成一次性装箱多种多件产品的自动装箱机的设计,分别详细说明了机械结构方面采用的模块化设计:定位模块,搬运模块,抓取模块,支撑模块,描述了控制系统的设计,其中重点是PLC以及传感器的选型以及控制程序的编写。第2章 机械结构总体设计2.1 引言 装箱机基本工作原理是将产品从进料区有序排列后抓起并装入装箱区的包装中,工作过程要求连贯高效,为适应不同形状,大小,尺寸的产品,设计在装箱机的抓取及定位方面作了改进,在提高传统装箱机装箱对象的灵活性方面进行了研究。机械结构总体采用模块化设计,以便于后续的维护和局部调整,在不同的生产工作环境下能较好的适应。本章对机械结构所要达到的设计指标及其总体设计方案作了大体介绍,每个模块详细的设计过程见第3章。2.2 装箱机的性能指标与总体结构2.2.1 自动装箱机的性能指标根据常见瓶类产品包装线流水量及速率,设计需达到如下性能条件: (1) 载荷:总载荷(产品工作载荷)14kg(2) 最大工作频率:8箱/min(件数=箱数*每箱件数)(3) 单箱产品数目:3*4=12瓶(4)能进行三种高低大小尺寸不同的产品的高效装箱工作2.2.2 自动装箱机的总体结构 总体分四个部分以模块形式设计:定位模块,搬运模块,抓取模块,支撑模块。定位模块将产品定位只与夹取单元位置相同的状态,为抓取模块一次抓取多行多列产品创造条件;搬运模块用伺服电机驱动丝杠,配合气缸保证抓取模块的空间二自由度;抓取模块采用气动驱动及紧螺栓连接,以适应不同尺寸的抓取对象;支撑模块负责支撑其余模块;以上四个模块由控制系统控制完成各自功能,保证系统整体的协调有序运作。其总体结构组成如图2-1所示。2.3 装箱步骤说明2.3.1装箱过程说明产品进行装箱时,先由传送带输送到装箱机位置,由定位模块的定位气缸伸出的挡板进行阻挡,配合导槽挡板,完成位置定位,而后由搬运模块的主气缸伸出,携抓取模块到达预设指定位置,加紧气缸夹紧已排列整齐的瓶子。主气缸缩回,伺服电机运转,然后主气缸伸出,搬运模块将瓶子放入另一侧由定位气缸定位好的箱体中,加紧气缸缩回,然后搬运模块将抓取模块复位到起始位置,接着进行下一个循环。装箱步骤连续进行,循环时间为8秒一次,每次搬运12箱,每分钟可装箱90瓶。图2-1 装箱机包装线总装三维图2.3.2 工作流程划分(1) 主气缸下行150mm(1s)(2) 夹紧气缸伸出15mm(0.5s)(3) 主气缸上行150mm(1s)(4) 电机逆时针转,丝杠螺母右行460mm(1.5s)(5) 主气缸下行140mm(1s)(6) 夹紧气缸缩回15mm(0.5s)(7) 主气缸上行140mm(1s)(8) 电机顺时针转,丝杠螺母左行460mm(1.5s)(9) 进行下一循环完成一个循环,共用时8s2.4 本章小结 本章对自动装箱机的总体设计进行了说明,包括性能指标,总体机械结构设计,以及机械结构运行的过程时间安排。机械结构中四大模块共同连贯动作,以时间点为标准进行一步接一步的行动,一次一箱地把产品装入箱子中。为了解决产品尺寸不同及后续新产品的变化,设计了可调整高度的抓取机构,具体在下一章中进行介绍。第3章 机械结构模块说明3.1 引言上一章对设计的总体框架进行了较为详细的解释,总体方案由局部模块协同动作完成,其中局部模块的设计尤为重要,各模块间的配合决定了总体工作的协调性及效率,而模块自身也需要有足够了可调整灵活性,来满足后续的产品尺寸更变。本章对四大机械模块的设计过程及作用进行了详细说明。3.2定位模块设计3.2.1模块作用说明为保证抓取装置一次性准确牢固抓取多行多列产品,酒瓶必须定位至与泡沫包装孔位相符的位置,这样只需抓取后整体进行搬运即可完成装箱,定位模块的作用即将酒瓶全部准确定位到预设位置。本文称此定位为X-Y轴方向定位。其次,由于包装箱体的底面厚度影响,在酒瓶提起和放下及主气缸伸出和缩回时,气缸应行进的行程是不同的,而且在产品尺寸发生变化时,主气缸两次动作的行程也会发生变化,因此对主气缸上下动作进行定位也是非常重要的。这遍由定位模块结合传感器来实现。本文称此定位为Z轴方向定位。定位模块为后续动作创造前提条件,保障整个流程的可行性。3.2.2定位模块工作原理定位气缸连杆端部连接定位挡板,模块通过气缸的伸缩控制酒瓶及箱体的阻挡状态,决定酒瓶和箱体是否能继续随传送带继续向前。为保证每次定位的可靠性,确保全部酒瓶是在定位完成后才进行抓取及释放动作的,加装光电传感器进行检测,通过传感器的输出信号为PLC控制系统提供必要的信号输入,判断是否进行下一动作。定位模块原理图见图3-1。规定图3-1中横向为x轴向,纵向为y轴向。传送带导槽结构设计图如图3-2。(1) Y轴向定位:方案采用定位气缸操控定位板对酒瓶及泡沫包装定位,每种产品(酒瓶)最靠前(Y轴坐标最大处)的弧面须定位后与定位板相切,箱体的Y轴坐标最小处与定位挡板重合。当时间点到达后,气缸缩回,挡板移开,产品及箱体随传送带继续前进。 图3-1 定位模块原理图(2) X轴向定位:在传送带上固定导槽,确保酒瓶列与列间排列整齐。导槽外形图见图3。导槽顶部部开两道槽,中部四块隔离板通过螺钉连接固定在顶部板上,此结构可实现根据产品尺寸不同,横向调整四块隔离板的位置,适应不同尺寸的产品包装要求。隔离板的厚度由包装箱的设计决定,其厚度应恰好将瓶与瓶间距控制在与包装箱中间距相同的状态。图3-2 传送带导槽图(3) 对于抓取模块的Z轴方向定位,同样加装传感器,通过传感器的信号输出,为PLC提供输入信号,然后PLC输出信号给主气缸电磁阀,此处电磁阀选用三位五通阀,当主气缸伸出到合适位置时便会触发传感器,停止动作。所谓合适位置即产品尺寸决定的能被抓取单元稳定加紧的位置,这个高度由传感器的高度调整来实现同步,保证产品尺寸变化时抓取单元能到达合适位置。3.2.3定位模块组成及其设计定位模块由机械部分和控制元件(传感器)部分组成,其中机械部分有:传送带导槽、定位气缸(后称1.2.3.4号定位气缸)。控制元件为光电传感器、接近传感器。传送带导槽通过螺栓连接固定在传送带上,传感器用螺纹连接连接在可调整高度的支架上。定位气缸选型:根据整体结构设计确定行程200mm,供给压力1Mpa,负载质量由于仅受径向力,且径向力不大,选定0.5kg,安装角度0度,全程作用时间越短越好,暂定0.2s,通过SMC气缸选型软件,输入参数后选定气缸型号为CM2L-32-200S,电磁阀二位三通阀即可完成简单快速的伸缩动作,选用NVFS11-D1T型号电磁阀。选定后,其全行程时间为0.18s,所需空气量为646.4。传感器选型如下:光电开关为欧姆龙公司的E32-ZD200.2M型反射光纤传感器,其头部螺母尺寸为6mm。接近开关同样选用欧姆龙公司的E2B-M18KN10-M1-B1型接近开关,检测头螺纹规格M18,检测距离10mm。3.3 搬运模块设计3.3.1搬运模块作用搬运模块用于将定位模块及被整齐排列的产品搬运至另一位置,准确装入包装孔位,完成装箱的关键动作,要求其具有x轴向,及z轴向运动自由度,且运动快速准确,能精准控制两端位置的运动及停止。结构原理图见图3-3所示。3.3.2 搬运模块运动原理 X轴方向运动动力由伺服电机提供,电机转动带动丝杠转动,丝杠螺母发生x轴向位移。主气缸及抓取模块固定在丝杠螺母上,随螺母运动,将酒瓶从定位区搬运到装箱区。电机的运动控制:接近传感器检测到丝杠螺母位置后,判断X轴运动是否到位,到位后将信号传送给PLC,完成到位判定,而后PLC传出信号给电机驱动器,驱动电机运转和停止。 Z轴方向运动动力由主气缸提供,主气缸的伸出和缩回由定位模块的Z轴定位传感器控制。在抓取模块的夹紧单元夹紧后,主气缸缩回,把模块整体提升,待X轴运动到位后主气缸伸出,将抓取模块和产品整体放下,产品准确装入定位好的箱体孔位中。主气缸的控制:定位模块的接近开关判定抓取模块的Z轴高度是否到位,到位后输出信号给PLC,PLC完成到位判定,输出信号给主气缸电磁阀,控制主气缸的伸出,收缩,停留。图3-3搬运模块原理图3.3.3搬运模块组成及其设计3.3.3.1搬运模块组成搬运模块由一下几部分组成:主气缸、伺服电机、丝杠、光杠、联轴器、丝杠螺母、轴承支座、滚动轴承、气缸法兰盘底座。3.3.3.2主气缸选型主气缸选型:依然用SMC专业气缸选型软件选型。输入参数:行程200、运行时间1s、载荷22kg、负载率0.7、供气压力1Mpa。选型结果为CM2B32-200T型气缸,加装AS2311F-01-04节流阀,电磁阀型号NVFS13-01T。运动参数:全行程时间0.88s,平均速度228mm/s,最大加速度3.6m/。主气缸气动原理图见右图3-4。 3.3.3.3伺服电机选型丝杠须在0.5s内产生460mm位移,导程选取10mm,则须电机旋转速度1840r/min,机械传动效率,联轴器效率、轴承效率、丝杠传动效率均取0.96,则总传递效率=9.6=0.88。运动分析:先做0.2s匀加速运动,再以速度v做1.3s匀速运动,列方程 3-4 主气缸气动原理图S=0.2v*+1.3v=460,解得v=329mm/s,取v=0.33m/s,大体估计电机转速至少为1980r/min,根据常见电机转速,取额定转速2000r/min。扭矩T=,其中=0.0468N*m,=0.007N*m,则T=0.0538N*m,安全系数取4,则T=0.2152N*m。功率PT*n*2=45.07W由以上数据,选取台达电机型号为:ECMAE10601FS。3.3.3.4丝杠选型及光杠尺寸的确定考虑到结构合理性,将夹取装置的宽度计入行程考量,在460mm的行程上增加到640mm,选取misumi公司定制的BSS1510-700s型号丝杠,有螺纹长度640mm。光杠尺寸直径选取26mm光杠,长度取643mm。光杠校核:两端支点间距659mm,整个过程中最可能形变最大的点位于中间,则弯矩M=mg*l/2=22*9.8*0.3295=71.0402N*m,此时光杠处于纯弯曲受力状态,由材料力学教材知,纯弯曲的正应力公式为=,W称抗弯截面系数,因截面为圆,所以W=,=20.575Mpa,光杠材料取最常用的45号钢,安全系数取4,则最大应力为82.3Mpa,远小于45号钢的屈服应力355Mpa,满足要求。3.3.3.5滚动轴承选型根据载荷及转速情况,选中型角接触球轴承S7201 C P5/DF GB292-94。3.3.3.6联轴器选型沟槽夹持型联轴器,CPSSC32-10-10,铝合金材质加阳极氧化处理。3.3.3.7轴承制作设计轴承支座外形如图3-5所示,后部加装焊接肋板,增强结构稳定性及强度。轴承孔为阶梯孔,提供轴承的轴向固定。3.3.3.8气缸法兰盘底座设计气缸法兰盘底座外形图如图3-6所示,其底端开螺纹孔,用于与主气缸进行连接,侧面开与丝杠自带法兰盘相同的孔位,连接法兰盘,实现轴向传动。a) b)图3-5轴承支座外形图 图3-6气缸法兰盘底座外形图3.4 抓取模块设计3.4.1抓取模块作用及创新特色抓取模块作用相当于阵列排布的机械手,用气缸驱动对酒瓶进行夹紧动作,来完成整体的搬运动作。相对传统机械手及吸盘抓取方式,抓取机构做了较大创新设计。利用紧固螺栓连接的连接方式,实现x,y,z轴三轴向位置的可调和固定,为抓取尺寸高度不同的产品部件创造条件。抓取模块装配图如图3-7。3.4.2抓取模块基本原理(1) 夹紧原理夹紧气缸通过滑块杠杆机构推动挡板,此处杠杆将推动力力放大为3倍,运动减少为三分之一,以此增加夹紧运动的稳定性和夹紧力,挡板和滑块杠杆机构以螺栓方式连接。接着挡板推动推动杆,将力传递给主动侧抓手,主动侧抓手和被动侧抓手(橡胶缓冲)闭合,进而夹紧物件。图3-7抓取模块装配图为实现小位移大力度夹紧,设计了曲柄滑块机构组成的杠杆,以此放大驱动力,同时使夹紧更平稳。杠杆机构简图如图3-8所示。(2)产品尺寸变化,为保证抓取的位置准确,每个抓手单元的位置可调整,先将螺栓连接放松,调整到合适位置后通过紧螺栓连接固定位置。x,y,z轴三向均可调,三向位置均加装调整标尺,作为调整参考,标尺上开导槽,用螺栓连接将标尺所在的杆 (夹紧方向的杆为推动杆)同连接件(夹紧方向为抓手)紧固连接。(3)紧定螺钉连接如图3-9: 图3-8杠杆机构简图图3-9 紧定螺钉连接图施加预紧力,用摩擦力固定抓手,x,y,z轴的位置同样以这种方式固定。3.4.3 抓取模块设计选型3.4.3.1 夹紧气缸选型气缸夹紧力的确定:查阅相关表格资料可知橡胶与玻璃表面摩擦系数为0.8,则14kg重物至少需要横向夹紧力F,根据公式,:应力安全系数取2,则F350N,气缸压紧力至少为350N。气缸行程:由结构设计的装配效果看,抓取时抓取手的主动侧移动距离为5mm,由3:1的力放大比,气缸行程应取15mm,最小形成气缸25mm的即已足够。输入条件:工作条件为压紧,压紧力350N,供气压力1Mpa,负载率0.5,安装角度0度,行程时间0.5s。选型结果:气缸为CM2L-25-25S,电磁阀VFS11-01,节流阀AS1210-M5,配管T0425,管接头KQ2L04-01S。所需空气量292.3dm/min(ANR)。3.4.3.2 推动杆螺栓尺寸选定及与应力校核查资料后,玻璃与橡胶,金属与金属间摩擦系数分别取0.8、0.7,单个酒瓶质量最大的为1.5kg,则有公式,安全系数取2,则螺栓受拉应力7.5788Mpa,远小于45号钢的屈服应力355Mpa,满足校核。3.5 支撑模块设计3.5.1 支撑模块作用支撑模块主要起支撑作用,在空间上对其他三个模块进行定位和连接。其设计需结构稳定,零件便于安装及拆卸,易于运输。3.5.2 支撑装配外形及组成 支撑模块外形如图3-10所示 ,主要由四部分组成:上部支撑架、下部支撑架、定位气缸支撑架、传送带支撑架。图3-10支撑模块外形图3.5.3支撑架主体设计支撑架主体分为上下两部分设计的原因是为了在利于拆装的前提下保证结构的稳定度,同时便于维护。上、下部支撑架均采用板材热轧工艺,然后焊接肋板加固的方法加工。件与件之间用螺钉螺栓连接,其装配图见图3-11所示。3.6 本章小结 本章对机械设计部分进行了详细的说明,每个模块的零件设计,配件选型及力学校核等,其具体装配尺寸可在成产过程中根据产品情况的变化进行灵活调整,装配图中的装配尺寸不是一成不变的。在四大模块配合工作的过程中,不仅需要机械设计合理,更需要一个与生产节奏相配合的控制系统,对于控制系统的设计将在第四章中详细介绍。a) 上部支撑架装配图 b)下部支撑架装配图 图3-11 支撑架装配图第4章 控制系统设计4.1 引言 本章将对控制系统的设计及整个系统的运作时间顺序进行详细说明,每个
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