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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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三维建模
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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
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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
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滑动底板.SLDPRT
电机.SLDPRT
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笔头.SLDPRT
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笔帽.SLDPRT
笔帽上料机构.SLDASM
笔帽座.SLDPRT
笔帽推杆.SLDPRT
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笔芯.SLDPRT
笔芯上料机构.SLDASM
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笔芯料斗.SLDPRT
笔身.SLDPRT
笔身上料机构.SLDASM
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JX18-97 【JX18-97】中性笔自动装配机设计二维+三维+论文
资源描述:
【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:
毕业设计(论文) 题 目 专 业 学 号 学 生 指 导 教 师 答 辩 日 期 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)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目 录摘要. 3Abstract . 3第1章 绪论.11.1 课题研究的背景.11.2 课题研究的意义.11.3 本文的主要研究内容.7第2章 中性笔装配机总体设计.82.1 总体设计方案.82.2 笔芯夹紧机构设计.92.3 装笔芯机构设计.102.4 旋盖头结构设计 .112.5 上笔帽机构设计 .12第3章 中性笔自动装配机中用到的设计计算. .143.1 电机的设计计算 .143.2 减速器的选择 .153.3 气缸的选型计算 .19结论.20参考文献.21致谢. 22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 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。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 本文的主要研究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。第二章 中性笔自动装配机总体设计 本次设计的中性笔自动装配机要求可以应用于企业的生产,能释放工人的双手,降低用工成本,提高生产效率。由于企业中,压缩空气是最常用的,所以本次设计拟采用各种气缸作为执行元件,拟设计的装配机装配速度能达到40支/分钟。2.1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。中性笔装配机的总体结构如图2-1所示:图2-1 中性笔自动装配机三维模型图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。2.2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。夹紧机构三维模型如图2-2所示。图2-2 笔身夹紧装置2.3装笔芯机构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。三维模型如图2-3所示。图2-3 装笔芯机构2.4旋盖头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2-4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2-4 旋盖头结构图图2-5 旋盖机构三维模型图2.5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。三维模型如图所示。图2-6 上笔帽机构三维模型图第3章 中性笔自动装配设备中用到的设计计算3.1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:3.2 减速器的选择 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。3.3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。 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。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=0.4MPa,试选定气缸直径。解:气缸实际轴向负载Fmg0.25*3*9.87.35 N选定负载率q0.5根据气缸轴向负载,查询气缸手册 按标准选定气缸缸径为20mm。结 论 1.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。 2.本文设计的中性笔自动装配机对提高装配效率和装配质量也有重大意义。参考文献1 李育锡. 机械设计M.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M.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M.北京: 电子工业出版社.4 李琳,李杞仪.机械原理M.北京: 中国轻工业出版社,2009.5 陈锦昌.计算机工程制图M.广州: 华南理工大学出版社,2006.6 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,2010.7 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,2010.8 濮
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