SCX1221型塑料DVD盒生产线自动堆放机械手设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 分  类  号                密     级                宁宁波大红鹰学院  毕业设计 (论文 ) 塑料 生产线                   自动堆放机械手设计  所在学院  机械与电气工程学院  专    业  机械设计制造及其自动化  班    级  12 机自 2 班  姓    名  於小喻  学    号  1221080240 指导老师  朱火美  2016 年  3 月  31 日  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）    信  承  诺  我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文） 塑料 均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。  承诺人（签名）：             年      月      日  需要购买对应 纸  咨询 14951605 I 摘  要  本课题最终目的在于研制一套自动堆放机械手用于 自动生产线取代人工堆放工作，以实现成型工序参数的稳定性。 设计了一种 自动堆放机械手 ，利用步进电动机带动手臂进行上下移 动和水平垂直旋转，通过气压驱动机械手抓取和松放，能够实现全 自动堆放 放各种型式和材料的  。本次设计的 自动堆放机械手由底座、传送机构、臂部升降机构、臂部摆动机构、 吸盘 等构成。  本次设计首先，通过对 自动堆放机械手 结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过 图软件绘制了 自动堆放机械手装配图及主要零部件图。  通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。  关键词：  ， 堆放机械手 ，滚珠丝杠，齿轮，轴  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）  is to a of VD to in to of a to of of of VD of VD of a VD is on of to of VD of of of of of be to in is of 要购买对应 纸  咨询 14951605   录  摘  要  . I .  1 章  绪论  . 1 究背景及意义  . 1 内外现况  . 1 第 2 章  方案设计  . 3  计要求  . 3 能要求  . 3 数要求  . 3 体方案  . 3 能分析  . 3 案拟定  . 3 部升降机构方案  . 4 部摆动机构方案  . 5 第 3 章  臂部升降机构的设计  . 6 动机的选择  . 6 据 脉冲当量和最大静转矩初选电机型号  . 6 动矩频特性校核  . 7 珠丝杆副的选型与校核  . 7 号选择  . 8 核计算  . 9 轨的选型与校核  . 9 轨的选型  . 9 动导轨副的计算、选择  . 10 承及键的校核与寿命计算  . 12 第 4 章  臂部摆动机构的设计  . 14 动机的选择  . 14 机轴的转动惯量  . 14 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）   电机扭矩计算  . 15 轮传动的设计  . 16 精度等级、材料和齿数  . 16 齿面接触疲劳强度设计  . 16 齿根弯曲强度设计  . 18 何尺寸计算  . 19 转轴及轴上零件的设计与校核  . 20  寸与结构设计计算  . 20 度校核计算  . 21 的校核与寿命计算  . 23 臂设计  . 23 盘的选择  . 23 总  结  . 25 参考文献  . 26 致  谢  . 27 第 1 章  绪论  1 第 1 章  绪论  究背景及意义  在 生产市场上， 从注塑机加工出来之后，其整形过程几乎都是由人工来完成的，并没有采取一套自动的 自动生产线。与此同时，科研人员也开始了对该生产线的研究。 自动生产线主要有取盒，翻折、堆放、冷却、传输等几道重要工序。刚由注塑机注塑成型的一个 塑料制品形状扁平，经过 气动折叠合盖装置的自动折叠合盖，并由堆放机械手将  子转移到输送带上，并同时在输送带上完成冷却定型过程。该生产线基于 制，以单相可逆电机和气动系统作为动力，实现 整形生产过程自动化，为企业带来良好的经济效益。  在 生产市场上， 从注塑机加工出来之后，其整形过程几乎都是由人工来完成的，并没有采取一套自动的 自动生产线。与此同时，科研人员也开始了对该生产线的研究。 自动生产线主要有取盒，翻折、堆放、冷却、传输等几道重要工序。刚由注塑机注塑成型的一个 塑料制品形状扁平，经过 气动折叠合盖装置的自动折叠合盖，并由堆放机 械手将 子转移到输送带上，并同时在输送带上完成冷却定型过程。该生产线基于 制，以单相可逆电机和气动系统作为动力，实现 整形生产过程自动化，为企业带来良好的经济效益。  用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或堆放的自动机械装置。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合下进行的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制 造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手的发展正在日益为人们所认识，很多国家也都开始重视，投入大量的人力物力来研究和应用。在我国近几年也有较快的发展，并且取的一定的效果，受到机械工业的重视。  随着现代工业自动化的不断发展，生产环境中的生产线不断地改造并优化是十分必要的。在 自动生产线，自动堆放机械手的设计是一项必不可少的流程。自动堆放机械手的优化，可以促进生产的发展以及提高生产的效率。同时使得企业在同行的竞争中处于有利的低位。  内外现况  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）  2 目前工业机械手主要用于流水线传送、焊接、装配、机床加工 、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面都能满足工业生产发展的需要。  在国内主要是发展各方面的机械手，逐步扩大应用范围，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件还要研制示教机械手、组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及用于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型部件，即可组成不同用途的机械手，即便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以更好 地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。  在机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。如果机械手发生某些偏离时，会引起零部件甚至机械本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械手就可以根据反馈自行调整。对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术 在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在八十年代的水平。  第 2 章  方案设计  3 第 2 章  方案设计  计要求  能 要求  自动生产线主要有取盒，翻折、堆放、冷却、传输等几道重要工序。刚由注塑机注塑成型的一个 塑料制品形状扁平，经过 气动折叠合盖装置的自动折叠合盖，并由堆放机械手将 子转 移到输送带上，并同时在输送带上完成冷却定型过程。本课题即要求完成对堆放机械手的设计。堆放机械手主要工作是将翻折机械手完成的 子转移到输送带上，一次转移两个，一堆 8。  数要求  1）注塑机的生产节拍最小为 ；   2）定型时每叠光碟盒数目为 8；  3）单个盒子的 厚度范围： 7 体方案  能分析  堆放机械手初步机械臂简图如下图 2自动堆放机械手为中心，自动定型输送带和自动折叠合盖装置分别处于两侧 ,成 90 度角。并且两个装置处于不同的 高度，自动堆放机械手需拿起 且不损坏物件，将其转移到自动定型输送带上。注塑机的生产节拍最小是 ，定型时每叠光碟盒数目为 8，单个盒子的 厚度范围：7放机械手主要工作是将翻折机械手完成的 子转移到输送带上，一次转移两个，一堆 8。如此不断的循环操作。  案拟定  根据以上工作要求，综合考虑机械手的功能实现和通用性，确定采用 两 自由度关节型结构。整体方案初步确定自动堆放机械手通过方形底座固定，接着利用 齿轮 的旋转带动机械手做 90 的 回转运动 。机械手臂由 一 个关节相连，通过 两个单独的步进电机 带动手臂上下移动 及回转 。 手臂末端 连接着两个 吸盘 ，通过这两个 吸盘 的动作，将 利用气缸吸附在机械手上，然后将其移动到输送带上，如此往复的循环。  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）  4 图 2放机械手初步机构简图  部升降机构方案  升降机构通常有采用液压缸的液压式、采用气缸的气动式，也有采用丝杠 /螺纹传动的机械式。但是通常液压式、和气动式需要比较庞大的液压 /气动系统 来提供动力源 ，并且液压式对工作环境污染较严重，而气动式则冲击较大，均不适合用于本次摆 机的臂部升降机构。  因此本次采用丝杠 /螺 纹传动的机械式降机构，为了提高工作效率本次采用滚珠丝杠副作为升降机构，其结构如下图示：  图 2部升降机构方案  第 2 章  方案设计  5 部摆动机构方案  摆动机构，通常可以通过齿轮传动、四杆机构（曲柄摇杆机构）等实现，但是为了保证摆动机构的稳定性以及减小机构 尺寸确保机构的紧凑性，本次采用齿轮传动，结构如下图示：  图 2部摆动机构方案  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）  6 第 3 章  臂部升降机构的设计  动机的选择  步进电动机又称为脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行元件 。具有以下四个特点： 转速（或线速度）与脉冲频率成正比； 在负载能力允许的范围内，不因电源电压、负载、环境条件的波动而变化； 速度可调，能够快速起动、制动和反转； 定位精度高、同步运行特性好。  摆  机臂部升降机构 要求电动机电位精度高，速度调节方便快速，受环境影响小，且额定功率小，并且可用于开环系统。而 列步进电动机为反应式步进电动机，具备以上的所有条件，我们选用了型号 90反应式步进电动机作为主运动的动力源，该机功率为 用时主要有以下几个步骤：  据脉冲当量和最大 静转矩初选电机型号  (1)步距角  初选步进电机型号，并从手册中查到步距角 b ,由于   3600  综合考虑，我初选了 4, ，可满足以上公式。  (2)距频特性  步进电机最大静转矩 指电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩 关系是：   步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩按下式计算：  0MM k fM k aM k q  式中： 空载启动力矩； 空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度折算到电机轴上的加速力矩； 空载时折算到电机轴上的摩擦力矩； 0M 为由于丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩。  第 3 章  臂部升降机构的设计  7 而且初选电机型号时应满足步进电动机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即：   算 各项力矩如下：   加速力矩  255522521 08.1 a xm a x  k a 0002)0602 2112m a x 空载摩擦力矩       附加摩擦力矩  J 2 2 40)1(2 22000  7 7     a  动矩频特性校核  步进电机有三种工况：启动，快速进给运行，工进运行。  前面提出的 M ，仅仅是指初选电机后检查 电机最大静转矩是否满足要求，但是不能保证电机启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进行校核。  步进电机启动有突跳启动和升速启动。  突跳启动时加速力矩很大，启动时丢步是不可避免的。因此很少用。而升速启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载启动力矩 的加速力矩 会很大。一般不会发生丢步现象。  珠丝杆 副 的选型 与 校核  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）  8 滚珠丝杆已由专门工厂制造，因此，不用我们自己设计制造，只要根据使用工况选择某种类型的结构，再 根据载荷、转速等条件选定合适的尺寸型号并向有关厂家订购。此次设计中滚珠丝杆被三次选用，故本人只选取其中最重要的主轴传动中的滚珠丝杆加于设计和校核。其步骤如下：  首先对于一些参数说明如下：  轴向变载荷 )(其中 i 表示第 i 个工作载荷， i=1、 2、 3 n ；  第 i 个载荷对应的转速 r/ 第 i 个载荷对应的工作时间 (h) ; 丝杆副最大移动速度 mm/ 丝杆预期寿命 )(  号选择  （ 1）根据使用和结构要求  选择滚道截面形状，滚珠螺母的循环方式和预紧方式；  （ 2）计算滚珠丝杆副的主要参数   根据使用工作条件，查得载荷系数 数   计算当量转速 m i n/2 0 0 02/)( m i nm a x d   计算 当量载荷 m  3 3 33/)2( m   初步确定导程 h  0 0/1 0 0 0 0/ m a xm a x   4 计算丝杆预期工作转速 12000060 dn 第 3 章  臂部升降机构的设计  9 计算丝杆所需的额定载荷   5 11 2 0 0 0 0102 3 3 3110312312' （ 3）选择丝杆型号  根据初定的 计算的 ，选取导程为 4定载荷大于 的丝杆。所选丝杆型号为 为外循环双管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式系列滚珠丝杆。  核计算  （ 1）临界转速校核  4 7 7  0 0m i n/5 9 7 0630 a 校核合格。  （ 2）由于此丝杆是竖直放置，且其受力较小，温度变化较小。所以其稳定性、温度变形等在此也没必要校 核。  （ 3）滚珠丝杆的预紧  预紧力 )( 般取当量载荷的三分之一或额定动载荷的十分之一。即：  7831  其相应的预紧转矩   7 7 810)1(2 3232  轨的选 型与校核  轨的选型  导轨主要分为滚动导轨和滑动导轨两种，  直线滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。相对普通机床所用的滑动导轨而言，它有以下几方面的优点：   定位精度高  直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的 1/50。由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少 90%，因此，可将机床定位精度设定到超微米级。  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）  10 降低机床造价并大幅度节约电力  采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低90%，具有大幅度节能的效果。   可提高机床的运动速度  直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率 20 30%。   可长期维持机床的高精度  对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易了。所以在结构上选用：开式直线滚动导轨。 参照南京工艺装备厂的产品系列。  动导轨副的计算、选择  根据给定的工作载荷 估算的  算导轨的静安全系数 0/P，式中： 导轨的基本静额定载荷， 作载荷 P=z+W)；  般运行状况 )， 动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：  因系统受中等冲击 ,因此取   ,0 . 5 ( )O S L X  Z X YC f  Wx Z   S L  S L  0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 7 1 . 5 8 ) = 1 3 3 5 . 7 9  0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 5 5 . 2 ) = 1 3 2 7 . 6  f P = 4 1 3 3 5 . 7 9 = 5 3 4 3 . 1 6  f P = 4 1 3 2 7 . 6 = 5 3 1 0 . 4 N根据计算额定静载荷初选导轨 : 选择汉江机床厂 列滚动直线导轨 ,其型号为 : 本结构及参数如下 : 第 3 章  臂部升降机构的设计  11 导轨的额定动载荷 17500 N 依据使用速度 v（ m/初选导轨的基本动额定载荷 (算导轨的工作寿命  额定行程长度寿命 : ()H T C f f CS        20004 500  1 , 2 , 0 . 8 1 , 1 ,50 C f f 331 1 0 . 8 1 1 7 5 0 02 5 0 0( ) 5 0 ( ) 1 4 2 4 0 9 . 5 8H T C f f CS  k m 导轨的额定工作时间寿命 :  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）  12 3102S 3 31021 4 2 4 0 9 . 5 8 1 0 4 9 4 4 7 7 1 5 0 0 02 0 . 6 4 6 0h T h 导轨的工作寿命足够 . 导轨的静安全系数：  0 4 . 2 1 . 1 63 . 6f P 安全系数；0C：基本静额定负载； P ：工作载荷  导轨寿命计算：  3( ) 5 0 7 4 8f  m K 承及键的校核与寿命计算  （ 1）轴承  1） 支承跨距不大，故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承，轴承的预期寿命取 为： L'h 29200h 由上面的计算结果有轴承受的径向力为  轴向力为  2）初步选择深沟球轴承 6202，其基本额定动载荷为 本额定静载荷为  3）径向当量动载荷  221211  222222  第 3 章  臂部升降机构的设计  13 动载荷为 查得  ，则有  NP r  由 a 式 13  31066 满足要求。  （ 2）键  1）选择键联接的类型和尺寸  小带轮处选用单圆头平键，尺寸为 866  2)校核键联接的强度  键、轴材料都是钢，由机械设计查得键联接的许用挤压力为 20  键的工作长度 3263621 P 087021021311，合适  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）  14 第 4 章  臂部摆动机构 的设计  动机的选择  步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。  机轴的转动惯量  a、 旋转轴 的转动惯量  328  上式 中： d 直径 ,旋转 外径 d=8 长度 =30 钢的密度 =7800 2kg/m  经计算得 b、 齿轮的转动 的惯量  328  上式中： d 直径 ,齿轮 外径 d=30 长度 =14 钢的密度 =7800 2kg/m  经计算得 2  c、联轴器的转动惯量  查表得  20004.0    第 4 章  臂部摆动机构的设计  15 因此 28-  0 0 2 8 k  0  机扭矩计算  a、折算至电机轴上的最大加速力矩  m   上式中： 500m a x   J=m2 加速时间  系统增量，取 15 计算得 b、折算至电机轴上的摩擦力矩  20f 上式中： 导轨摩擦力， f，而 f=摩擦系数为 2N P 丝杆螺距（ m） P= 传动效率， = 传动比， I=1 经计算得 f c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩  000  上式中 滚珠丝杆预加载荷 1500N 0 滚珠丝杆未预紧时的传动效率为 计算的  则快速空载启动时所需的最大扭矩  f a x  根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为  额定转矩为  宁波大红鹰学院毕业设计（论文）  16 轮传动的设计  前述算得  步进电机工作 转速 能在较大范围变化本次计算取102  ， 传动比 22 i  精度等级、材料和齿数  采用 7 级精度由表 择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240 选小齿轮齿数 181 Z  大齿轮齿数 40220122  402Z  齿面接触疲劳强度设计  由设计计算公式进行试算，即  3 211 )(1）  确定公式各计算数值  （ 1）试选载荷系数 3.12）计算小齿轮传递的转矩   （ 3）小齿轮相对两支承非对称分布，选取齿宽系数 d（ 4）由表 得材料的弹性影响系数 2/  （ 5）由图 齿面硬度查得  小齿轮的接触疲劳强度极限 001  大齿轮的接触疲劳强度极限 502  （ 6）由式 算应力循环次数  811 83 0 08(17 1 06060 782 N  第 4 章  臂部摆动机构的设计  17 （ 7）由图 得接触疲劳强度寿命系数     （ 8）计算接触疲劳强度许用应力  取失效概率为 1，安全系数为 S=1，由式 10   M P  4860011l i   M P  i  （ 9）计算  试算小齿轮分度圆直径 代入 H 中的较小值  t 16  231  计算圆周速度 v t / 0 0 0 0 1  计算齿宽 b