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压力机
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压力机生产线梁式传送机构的设计,压力机,生产线,传送,机构,设计
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本科毕业设计 (论文 ) 题目 ： 压力机生产线梁式传动机构的设计 I 压力机生产线梁式传送机构设计 摘 要 针对目前国内旧冲压生产线多为手工完成上、下料操作，介绍了一种新型的压力机省察县梁式传送机构，并阐述了该机构的工作原理及结构特点。用此梁式传送机构组成的多机连线自动搬运生产线，抓取和放置工件的工作节拍高达 15次 /料精度可达 实现大型压力机间的上、下料自动化生产，为减轻工人的劳动强度，满足产品的生产，提高生产效率，提供了设备保障。 关键字： 冲压线；移动小车 ；轨道；梁式传送机构 of s in by a by a in 5 a in in of of 用符号表 载荷系数 D 分度圆直径 M 齿轮模数 轴承系数 1 弯曲疲劳寿命系数 T 转矩 Z 齿数 录 1 绪论 . 1 . 1 . 1 . 1 . 2 2 设计方案 . 3 各参数 . 3 . 4 确定方案 . 4 . 4 . 6 . 6 . 6 . 7 . 7 . 7 3 小车旋转部分的设计 . 8 . 8 . 8 校核 . 8 . 8 . 9 . 9 . 10 锥齿轮的安装 . 10 . 11 上锥齿轮设计 . 11 4 小车的设计 . 15 车行走部分的设计 . 15 . 15 . 15 V . 15 . 16 车转动轴的设计 . 17 5 结论 . 19 参考文献 . 20 致谢 . 22 毕业设计（论文）知识产权声明 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 冲压成型作为一门古老而又年轻的制造技术，几乎渗透到国民经济的每一个部门，在许多发达国家从作为支柱产业之一的汽车制造业到农业机械、动力机械、建筑机械、化工机械、精密机械、仪器仪表、医疗器械、日用五金等等，知道航空航天、军事兵器各个门类，冲压制作都占据着相当重要的地位 1。 随着我国工业的发展，冲压制件类型、工艺的复杂化以及人性化生产要求，手工送料的冲压加工生产由于存在着效率、速度、精度、安全等方面的一系列问题，冲压生产的手工送料已逐步由自动送料机构所取代，从而进一步满足了冲 压生产自动化，大幅度提高生产节拍、生产质量等的要求。 目前，世界上冲压成形的大型压机主要向两个方向发展：一是大型多工位压力机，如美国、日本、德国的汽车公司多采用这类；二是侧重于柔性生产的大型压力机生产线（配以自动化上下料机械手），其关键冲压设备的特点是大吨位、大行程、大台面、高效率、高精度。由于国内自身技术不够成熟，又无法全面进口大型多工位压力机，同时国内的旧冲压生产线又无法完全舍弃，所以多以单机连线的压力机生产线为主。这种生产线上多以地面穿梭小车配备常规机械手或机器人作为送料装置。这 种装置的生产线，上下工位压力机的机械手取料和上料各需要一次抓取工件和释放工件，大大降低了压力机的生产节拍，最高生产节拍只有 69次 分 且机械手安装在压力机的前、后壁上，使得压力机的装模和换模都很麻烦。 2 针对目前国内旧冲压生产线多为手工完成上、下料操作，本课题旨在研究并设计一压力机生产线梁式传送机构，以便于组成多机连线自动搬运生产线，抓取和放置工件，实现大型压力机间的上、下料自动化生产，减轻工人的劳动强度，满足产品的生产，提高生产效率，提供设备保障。 3 2 设计方案 工件的各参数 所选加工工件 汽车顶盖的主要参数，如表 表 汽车顶盖的主要参数 参数 值 材料 结构钢 料厚度 观形状 薄板梯形 化学性能 具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性以及良好的加工性能和可焊性 材料的尺寸范围 1500200大重力 10钢板材料到汽车顶盖的冲压成形工艺过程通常为：拉延，修边冲孔，整形。如图 图 汽车顶盖冲压工艺图 4 参数 济南第二机床厂生产的闭式单点单动压力机 表 表 公称力行程 公称力 滑块行 程长度 滑块行 程次数 最大装 模高度 导轨间距离（左右） 13300005次 00500块形式 打料杆行程 滑块底面尺寸(前后 左右 )力机地面以上高度 压力机外形尺寸 (前后 左右 )力机整机重量 刚性 904001680 74809303015 96700车顶盖冲压成形自动上下料系统的基本要求 ,概括来讲就是要以一定的节拍将原料准确输送到模具冲压拉伸工位 ,冲压拉伸成形完成后快速将制成品输送到下一个机床加工工位 ,具体要求包括如下几个方面 : (1) 要能够准确无误实现对汽车顶盖冲压成形的自动上下料； (2) 该上下料系统要实现节拍为 15次 /分钟； (3) 各运动部件应传动平稳 ,无冲击 ,无噪音 ,传动可靠性好 ,各部分结构要合理； (4) 根据具体情况 ,尽量在不改变工厂原来机床以及输送设备摆放的情况下 ,能够顺利安装该自动上下料 ,降低成本 ； (5) 为保证生产效率 ,该上下料系统中的机械手吸起工件的时间 s； (6) 控制时 ,应设有自动和手动两种工作方式 ,在自动方式下还应尽量设置有点动 ,手动方式下各个部件要能够单独运行 ,便于提高效率和故障的排除与修理； (7) 各部件工作时应该设置指示灯 ,便于监视各部件的运动状态； (8) 在满足以上条件的情况下，应该尽量使操作简单、外型美观以及成本安全、环保等众多方面的考虑。 确定方案 为了便于实现上下料系统的自动化 ,该机构系统能够配合压力 机的工作节拍，将工件逐片准确地放入和取出冲压模具的中心。根据工业机器人的设计方法， 5 汽车顶盖冲压成形自动上下料系统的整体结构由机身，臂部，腕部，手部组成。各组成部分都安装在由方管焊接而成的连接梁轨道架上 2。该机构采用圆柱坐标型机器人，其拥有两个自由度。如图 (a) 小车在上工位压力机上抓取工件 (b) 小车向下工位压力机放置工件 图 压力机间上、下料装置的方案图 各部分结构和任务简述如下 : (1) 机身作为行走机构，完成在上料架连接轨道上的 实现在导轨上的移动， 可以直接采用齿轮齿条传动或链条传动。考虑控制方便，可采用在上料架上安装导轨，采用小车来实现，其驱动方式选用电机，经过减速机构来实现。这种装置不但能精确的完成送料任务，速度可调，通用性高。 (2) 臂部采用回转运动机构，完成绕 Z 方向的转动。采用 “L”型结构，来满足尺寸结构上的需要，而且应具有足够的承载能力和刚度，以及良好的导向性。其驱动方式选用电机驱动 3。设计中的伺服电机控制系统采用接近开关和编码器来实现移动。 (3) 腕部由于要始终保持 以腕部和臂部结合为一体。 (4) 根据与物件接触的 形式不同，手部可分为机械钳爪式手部结构和吸附式手部结构。考虑到工件为冲压钢板，体积大不易抓取，所以采取吸附式中的真空式吸手部，即吸盘式。吸盘式上下板料机械手是一个简单的封闭式结构 , 共由两个自由度组成 , 通过机械手的上下运动和旋转运动实现上下料过程 , 具有结构简单、体积较小、性能可靠和价格低廉等特点 4。真空吸盘是机械手的一个重要部 6 件 ,其总体布局直接影响着被吸工件的稳定性和操作过程中的安全性。吸盘内腔负压产生的方法有三种 :挤压排气式 , 真空泵排气式和气流负压式。 本设计中机械手的手部结构采用真空吸盘组来实 现 ,靠真空发生器形成真空 ,设计时需考虑工件的体积与重量 ,应该避免真空量不足 ,避免效果不佳而产生危险 ,虽然工件较轻 ,但也应该制定防止脱落的措施 ,及安全管理工作。 压力机生产线梁式传送机构的总体方案已经确定，针对之前方案选择中存在的问题进行了优化。其中包括，传送机构机器人行走的方式，即小车在架空轨道上的运动方式，考虑到运动的可靠性、可控制性，最终小车的行走部分动力由电机提供，依次经过减速机、主动前轮轴最后传到小车主动轮。小车旋转臂部分旋转动力也由电机提供，依次经过减速机、锥齿轮、旋转吊臂最后 传到水平旋转小臂上，小车的传动方案如图 图 小车传动方案 根据查阅相关资料，首先根据所夹持的工件参数，确定所要达到的夹紧力，为满足其要求，确定了吸附式机械的类型以及各个参数，选取第一汽车制造厂车身分厂的气流负压吸盘吸附式机械手，而且其一个完全能够到达所要求的夹紧力。由此开始具体确定了机械手各零件尺寸，以及它与水平旋转小臂的连接方式。 参数 汽车顶盖的主要参数：材料厚度， 观形状，薄板梯形；材料的尺寸范围， 1500200大重力， 10 针对所加工的零件类型属于轻小片状零件、光滑薄板材料，所以采用负压吸 7 盘吸材。 设计制造及使用单位：第一汽车制造厂车身分厂。其基本参数为：吸力， 30公斤力。 采用气流负压吸盘吸附式机械手与工字钢末端的连接方式选择，依据生产需要，满足不同工件的生产最终选择，选取螺母组连接方式，以达到机械手位置可调节。 架的设计 小车车架采用 8号槽钢和钢板焊接，选用型材焊接车架比铸造等其它方法制造车架的优点有以下 3个方面 5： (1) 强度高、重量轻。型材比铸造车体的强度要高出很多倍，当承受的载荷和条件相同时，用钢型材支撑的机构自重较轻，所需截面较小，运输和架设比较方便。 (2) 钢型材具有良好的塑性。 在一般情况下，不会因偶然超载或局部超载，造成突然断裂破坏，而是事先出现较大的变形预兆，以利人们采取补救措施。钢型材还具有良好的韧性，使得结构对经常作用在机械上的动载荷的适应性强，为金属结构的安全使用提供了可靠保证。 (3) 制造方便。 小车架采用型材焊接，可以将型材运至现场拼接，故制造简便，施工周期短，效率高。 8 3 小车旋转部分的设计 接下来根据压力机上下模的大小和车间压力机生产线中各压力机之间的间距尺寸（如图 示），确定水平旋转小臂的整体尺寸，根据所受弯矩选择其结构形式为工字钢。在水平旋转小臂与旋转吊臂连接方式中，选择螺母固定。 图 压力机生产线的现场布置 由于机械手完成水平工作，所以采取 的机械手与手臂连接方式。考虑到压力机外形尺寸为 3930015加工工件外形 1500200取小臂的长度为 1000据加工工件的最大重力 10取工字梁的规格为255 旋转吊臂的结构形式为轴，根据轴的基本结构的设计计算，最终完成了，轴上各轴肩、轴径，以及上面轴承、锥齿的设计计算。根据所要的功率和转速，查取相关手册，得到了驱动电机的型号及它的安装方式。 由于旋转吊臂的结构形式为轴结构，而且传功由旋转吊臂直接传给水平旋转小臂，所以之间直接采用轴套 连接，由键进行之间的周向约束。根据工字梁的结构和其所受载荷的情况，取轴套厚度为 15为 859 在各电机的选型时，要考虑所要达到的功率和转速，必须选取合适的电机。并且针对各个传动方式的不同，及电机到输出轴的转速比，选取相应的减速机，选取过程要考虑到传动链和传动的效率以及输出输入的方式等各因素 6。 由于小车旋转部分连着机械手要求能够精确定位，速度可调，所以小车旋转部分电机选取杭州德伺麦斯科技有限公司所生产的 130系列交流伺服电机，示。通过计算小车旋转所需功率和旋转臂旋转所需功率，选取旋转部分电机型号为 结构尺寸如图 示。 流伺服电机的各参数如下：电机功率 1000W；额定转速 2000r/定力矩 6Nm。 图 130系列交流伺服电机的外形结构 10 图 130系列交流伺服电机的结构尺寸 为了缩短传动链，提高传动效率，小车旋转部分的减速机选用选取上海玺创精密机械有限公司所生产的 减速机型号为 图 7。 速比 20；背隙 出轴形式 定输入转速 3500r/ 图 柱齿轮行星减速机 锥齿轮的安装 根据减速机的输出轴径 ，由相关普通平键的型式和尺寸表 146 ，键槽用键槽铣刀加工，长为 同时为了 11 保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为67 根据减速机的输出轴径 ，参考文献机械设计 8小锥齿轮在轴向的固定选取轴端挡圈，其螺钉紧固轴端挡圈为 且上面的螺钉选取 2（ 旋转吊臂主要完成回转运动，通过电机带动，经过锥齿轮传动来实现 9。 上锥齿轮设计 由于该旋转吊臂的运动方式是绕着竖直方向的转动，故采用标准直齿锥齿轮， 已知 机功率 1000W；额定转速 2000r/定力矩 6Nm。 速比 20；额定输入转速 3500r/小齿轮的转速 200r/数比 u=作寿命 15年（设每年工作 300天），两班制。记小齿轮为齿轮 1,大齿轮为齿轮2。 以下根据参考文献机械设计进行齿轮设计： (1) 选定齿轮类型、精度等级材料及齿数 1) 根据旋转吊臂要实现的移动，选用直齿圆锥齿轮传动。 2) 该机构为一般工作机器，故选取 7级精度。 3) 材料选择。查表得选择小齿轮的材料为 40质），硬度为 280齿轮的材料均为 45钢（调质），硬度为 240者材料硬度差为 40 4) 选小齿轮齿数 151z ，大齿轮齿数 取 462 z 。 (2) 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算 10，即 3 21 )( (1） 确定公式内的各计算数值 a) 试选载荷系数 K 。 b) 计算小齿轮传递的转矩，由式 ( 35 (c) 选取锥齿轮传动的齿宽系数 R 。 12 d) 由表查得材料的弹性影响系数为 Z e) 由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 。 f) 计算应力循环次数，由式 ( 式 ( 错误 !未找到引用源。 (882 N (g) 由图取接触疲劳寿命系数 h) 计算接触疲劳许用应力。 取失效 概率 1%，安全系数 S=1，由式 ( M P 1l i ( M P 2l i 2） 计算 a) 试算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值， 由式 ( 231 b) 计算 圆周速度 v， 由式 ( m /1 (c) 计算锥距 ， 由式 (式 ( 1 ( 1 2 (d) 由式 (算模数 (宽与齿高之比。 (m 4 0 7 ( 7 e) 计算载荷系数 K。 根据 ， 7级精度，由图查的动载系数 025.1齿圆锥齿轮，1 K ；由表查得使用系数 ;由表 用插值法查得 7级精度、小齿轮相 13 对支承非对称布置时 11， 662.3图得 故 由 式 (载荷系数 3 8 (f) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径。 由式 ( 311 。 (g) 计算模数 m，由 式 ( 3 (3) 按齿根弯曲强度设计。 3 22121 F ）（(1) 确定计算参数 a) 由图查得小齿轮的弯曲疲劳极限 001 ；大齿轮的弯曲疲劳极限801 ； b) 由图取弯曲疲劳寿命系数 c) 计算弯曲疲劳许用应力 12。 取弯曲疲劳安全系数 S=式 ( M P ( M P d) 查表得 轴承系数 则 8 7 ; 1 K。 计算载荷系数， 由 式 ( 9 2 (e) 查取齿形系数。 由表查得 f) 查取应力矫正系数。 由表查得 g) 计算大、小齿轮的 加以比较， 由 式 ( 0 1 2 9 1 F Y ( 14 0 1 4 6 2 F Y 比较得，大齿轮的数值较大。 2) 设计计算， 由 式 ( 22 3 ）（ 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 m 小于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关 13，可取弯曲强度算得的模数 就近圆整为标准值m=接触强度算得的分度圆直径 出小齿轮的齿数： 则取 131z ，则大齿轮齿数 z ,取 402 z 。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 (4) 几何尺寸计算 图 轴的结构与装配 15 4 小车的设计 车行走部分的设计 移动小车的各部件的选 型及结构设计。小车驱动轮的轮轴根据所选减速机为孔输出，为了安装方便将其设计成两个半轴，为了简化结构，小车被动轮的轮轴设计成一根通轴 14。小车驱动轮和被动轮根据架空轨道的结构形式，踏面设计成 V 型。为了防止机械臂旋转时所产生的力将小车倾覆，小车与轨道间必须设有约束装置，约束装置主要由约束轮轴承和带有法兰盘的约束轮轴等组成；为了减轻重 量，节省材料，小车旋转机械臂设计成变截面工字梁 15，工字梁的小端焊接一块开有若干个孔和槽的气缸布置板，这些孔和槽可根据生产需要来调节气缸位置，以满足不同工件的生产；气缸活塞 杆的端部装有吸盘，当要吸取工件时，带吸盘的气缸伸出，吸盘便可接触到工件，将工件吸起；小车旋转部分的小锥齿轮直接安装在减速机输出轴上，这样不但结构简单，而且还使得小车的结构尺寸减小。小车车架采用槽钢和钢板焊接。 同小车旋转部分的旋转吊臂驱动处的电机选型一样，由于移动小车要求能够精确定位，速度可调，所以小车行走部分的电机也选取杭州德伺麦斯科技有限公司所生产的 130系列交流伺服电机 16。 通过计算小车行走所需功率，选取行 走部分电机型号为 流伺服电机的各参数如下：电机功率 1000W；额定转速 2000r/定力矩 m。 为了缩短传动链，提高传动效率，小车行走部分减速机选择河北乔鑫减速机厂生产的 减速机为轴输入和孔输出 ,减速机型号为 结构形式如图 入转速 1400r/出转速范围 70r/定功率 1速比 20。其与 130系列交流伺服电机的连接方式如图 16 图 图 架空轨道不但要能承受移动小车和工件的重量，还要能够使小车在两台压力机之间直线行走，所以架空轨道采用矩形钢管和等边角钢焊接。这种采用型材焊接的轨道，不仅结构简单、承载能力强，而且经济实用。为了很好的利用厂房空间，轨道的侧壁焊有吊耳，并借助吊杆固定在厂房的顶梁上 17。根据小车的自重 30000取矩形钢管的规格为 11010边角钢的规格为 366空轨道的结构形式，如图 17 图 架空轨道的形式 车转动轴的设计 (1) 求轴上的功率 速 I 若取每级齿轮传动的效率 = 2 依据减速机的额定输出转速范围 7015r/及压力机工作节拍为 15r/小车行走部分的转动轴的转速 n ， 则 计算 转矩，由式 ( 29923430 (2) 初步确定轴的最小直径 先按轴的扭转强度条件设计轴的最小直径 18。选取轴的材料为 45钢，调质处理。根据表得， 1200 A，于是得： 30m i n 。 轴的最小直径是连接 轴式蜗轮蜗杆减速机输出孔处轴的直径。所以同时可确定 (3) 轴的结构设计 1) 拟定轴上零件的装配方案 装配方案如图 18 图 轴的结构与装配 图 约束装置的结构 19 5 结论 本课题所设计压力机间连接梁传输装置，行走和旋转部分动力都由伺服电机提供，很容易运用电子技术来实现速度可调，定位（启动和停止）准确。在结构上轨道和车架采用钢型材焊接，质量轻，承载能力强，制造简单方便，并且抓取工件的机械臂布置在小车上，使得冲压线上的压力机装模和换模方便、简单。 20 参考文献 1 南雷英，戚春晓，孙友松冲压生产自动送料技术的现状与发展概况 J锻压装备与制造技术， 2006， 41（ 2）：
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