自动送料装置结构设计

毕业设计说明书毕业设计说明书 题题 目 自动送料装置结构设计目 自动送料装置结构设计 学学 号 号 姓姓 名 名 班班 级 级 专专 业 机械设计制造及其自动化业 机械设计制造及其自动化 指导教师 指导教师 学学 院 机械工程学院院 机械工程学院 答辩日期 答辩日期 毕 业 设 计 说 明 书 摘 要 本毕业设计设计了一台用于传送皮革面料的自动送料装置 以高精准高效率为送 料目的 设计该装置使用气缸为动力源 结合合适的直线导轨 真空吸盘等零部件 通过不同气缸的相互配合来完成整个送料过程 将皮革面料输送到加工区 关键词 关键词 自动化 气缸 送料 毕 业 设 计 说 明 书 I Abstract An automatic feeding device is designed for transporting leather Cylinders are used in this equipment as the power source with high precision and high efficiency for the purpose combined with linear guide and vacuum chuck Put the leather transports to the processing area Key words Automation Cylinder Feeding 毕 业 设 计 说 明 书 II 目目 录录 第 1 章 绪论 1 1 1 设计的背景和意义 1 1 2 设计的内容和思路 1 1 3 解决的主要问题 2 第 2 章 总体设计方案 3 第 3 章 结构设计部分 5 3 1 托料板的设计 5 3 2 气缸的选择 5 3 3 吸盘的选择 11 3 4 导轨的选择 12 3 5 脚座的设计 14 3 6 其他主要部件的设计 14 第 4 章 基于 UG 软件的仿真分析 15 4 1 UG 介绍 15 4 2 UG 三维仿真分析 16 结论 23 参考文献 24 致谢 26 毕 业 设 计 说 明 书 0 第 1 章 绪论 1 1 设计的背景和意义 1 1 1 设计的背景 机械自动化的发展已经有几百年的历史 其高速发展 已经在工业 农业 军 事 科学研究等众多领域得到了广泛的应用 因其高效 方便等众多优点 已经深 入到生产生活的各个方面 同时由于社会需求的不断提高 各种新型领域的出现 自动化发展也随之不断完善及细化 而自动送料装置正是其最基础的部分 其结构 也因工作环境类型的不同 也表现出不同的多样性 在庞大的工业环境推动下 各 种符合实际生产的自动化机械也随之被设计推广 1 1 2 设计的意义 本课题主要是设计机构用于传送指定的皮革面料 实现自动送料 消除积累误 差 把人从繁重的体力劳动 部分脑力劳动以及恶劣 危险的工作环境中解放出来 极大地提高劳动生产率 而传统式手动送料 不但效率低 同时又浪费劳动力 为 降低生产成本 本次设计的是以气动方式输送 输送材料为有特殊性质的皮革面料 结合国内外送料机构的特点和运送材料的特质 采用气动式运送与送料机构为配合 的主要装置 从而设计出具有推广意义的自动送料机 此次设计意义不仅是对实际生产生活提供快捷方便 更实际的意义是对自己来 说也是一次很好的锻炼 巩固了很多旧知识 也了解学习更多的新知识 能把平时 学到的知识有效的结合 我想通过这次设计 对以后的学习工作会有很多的帮助 1 2设计的内容和思路 1 2 1 设计的内容 1 装置设计主要由不同的气缸 吸盘 导轨和连接件通过合理的组合连接而成 2 根据所要输送的皮料设计出合理的托料板 3 选择合适的气缸 吸盘 导轨完成各个配合 3 设计连接件和固定装置把各部合理链接 5 要求完成装配图设计 绘制部分零件图 毕 业 设 计 说 明 书 1 6 建立送料机的三维模型并进行仿真分析 1 2 2 设计的思路 本次设计的主要思路是先拟定出所要运送皮料的基本运送路径 以及大致的送 料基本构思 把该装置整个连贯的送料过程可分成三个基本的直线运动 先通过气 缸把所要运送的皮料托举到一定高度 然后通过吸盘吸取皮料 平移到工作台面放 下皮料 最后通过压板压住皮料 运送到加工区域 从而完成整个连贯的送料过程 对所运送的皮料尺寸大小设计合理的放置皮料的托皮装置 然后选择合理的气缸 导轨来配合送料 最后把三个基本运动的装置通过合理的链接组合成一个整体 三 维仿真如图 1 1 所示 图1 1 三维仿真实物 1 3 解决的主要问题 1 设计合适的送料路径 2 气缸 吸盘 导轨类型的选择 3 解决装置各个部件之间的配合 以便精确的完成一整套连贯的自动送料过程 毕 业 设 计 说 明 书 2 第 2 章 总体设计方案 通过上面所描的设计思路 设计出各个符合实际的机构 送料的第一部分是把所需要运送皮料放置在托皮板上 托皮板安装在滑块导轨 上 通过安装在底部的气缸把整个托皮板和皮料向上托举一定高度 使其可以和下 一步运动配合 设计如图 2 1 所示 图2 1 送料第一部分 送料的第二部分是把已经托举到一定高度的皮料 通过直接安装在真空气缸上 的吸盘吸取一张皮料 然后通过另外一个水平安装的气缸 推动平移 把皮料运动 毕 业 设 计 说 明 书 3 到加工台面正上方 吸盘放下皮料 设计如图 2 2 所示 图2 2 送料第二部分 送料的第三部分是把已经放置在台面上的皮料 通过特殊制定的压脚气缸 链 接压皮板 再运用安装在台面的气缸 水平运动 把皮料送到加工区域 设计如图 2 3 所示 图2 3 送料第三部分 通过这三个送料过程 就可以完整的把皮料送到加工区域 毕 业 设 计 说 明 书 4 第 3 章 结构设计部分 3 1 托料板的设计 托料板是来盛放皮料 根据所要求运送的皮料尺寸 200 250mm 来设计其实 际形状 周围用导杆固定 防止皮料在升起时滑落 导杆通过过盈配合固定于另外 一个托板上 托料板安装在导轨上 下面安装气缸 如图 3 1 所示 图3 1 托板处结构设计 3 2 气缸的选择 气动是 气动技术 或 气压传动与控制 的简称 气动技术是以空气压缩机 为动力源 以压缩空气为工作介质 进行能量传递或信号传递的工程技术 是实现 各种生产控制 自动控制的重要手段之一 本次设计的自动送料装置使用的驱动方 式为气动式运输 所以装置中多处使用到气缸 气缸是气压传动中将压缩气体的压 毕 业 设 计 说 明 书 5 力能转换为机械能的气动执行元件 其驱动系统结构简单 容易获得稳定的速度 能控制比较精确的位置 器件价格低廉且易维护等优点在工业生产生活中等到广泛 的使用 尤其体现在工业机械中 与其他元件配合 完成稳定的直线运动 本次的气缸全部选用 SMC 气缸 主要由缸筒 端盖 活塞 活塞杆和密封件组 成 其作用是将压缩空气的压力能转换为机械能 驱动机构作直线往复运动 摆动 和旋转运动 气缸的分类有多种 主要是作往复直线运动的和作往复摆动的两类 作往复直线运动的气缸又可分为单作用 双作用 膜片式和冲击气缸 4 种 气缸的实际选择 对比 SMC 所生产的气缸 选用了综合性能较合适的 CM2 系 列气缸 有寿命较长 安装简便 结构紧凑 质量轻便 精度高等优点 规格如图 3 2 所示 图 3 2 SMC CM2 气缸规格 1 气缸类型的选择 根据实际设计需要选用单杆双作用无磁性开关气缸 2 气缸缸径的选择 根据 UG 软件三维模型计算所设计的托料板质量 以及所 要运输皮料的质量 共质量为 10kg 根据所选的 THK 直线导轨的 LM 滑块的质量 单个为 0 54kg 总质量 m 11 08kg 该处气缸主要使用到推力 所以根据以下公式算出所要气缸的缸径 F nPS 2 mg nP r 毕 业 设 计 说 明 书 6 2 D 2 mg nP 0 25nP D 2 mg D 0 25nP 11 08kg 10N kg D 12 88mm 0 250 851Mpa3 14 其中 F 是推动所需要的推力 n 是工作效率系数 一般系数选择在 0 80 0 95 P 是最高使用压力 由图 3 2 得 P 1 0Mpa S 是气缸横截面积 r D 是 S 所对应的半径 直径 所以气缸 1 合适的气缸缸径为 20mm 3 气缸行程的选择 计划运送皮料 50 张 估计厚度为 100mm 根据实际设计需 求选用气缸行程为 200mm 如表 3 1 所示 表 3 1 气缸 1 的标准行程 4 气缸安装方式的选择 SMC CM2 型气缸的安装种类非常丰富 根据气缸 1 实 际所需要的安装 这里选用基本型 B 气缸 无杆侧法兰型 G 安装类型如图 3 3 所示 图 3 3 SMC CM2 气缸安装类型 经过选择出气缸 1 的型号为 SMC CM2G20 200 详细型号表示方式 具体尺寸 毕 业 设 计 说 明 书 7 及安装尺寸如图 3 4 3 5 所示 及表 3 2 所示 图 3 4 SMC CM2 气缸型号表示方法 图 3 5 SMC CM2G20 200 表 3 2 SMC CM2G20 200 具体尺寸 其他同类型选择 根据气缸 1 的选择方式 气缸 2 型号 SMC CM2L25 300 气缸 3 型号 SMC CM2L25 400 具体尺寸及安装尺寸如图 3 5 所示 及表 3 3 所示 毕 业 设 计 说 明 书 8 图 3 5 SMC CM2L25 300 SMC CM2L25 400 表 3 3 SMC CM2L25 300 SMC CM2L25 400 具体尺寸 其他气缸的选择 根据实际设计需求 装置需要使用到真空气缸 选用直接安 装吸盘无磁性开关类型 气缸型号 ZCUKD20 50D 规格 型号表示 行程 详细 规格及安装尺寸如图 3 6 3 7 3 8 所示 及表 3 4 3 5 所示 图 3 6 真空气缸规格 毕 业 设 计 说 明 书 9 图 3 7 真空气缸型号表示方式 表 3 4 真空气缸行程 毕 业 设 计 说 明 书 10 图 3 8 SMC ZCUKD20 50D 表 3 5 SMC ZCUKD20 50D 具体尺寸 3 3 吸盘的选择 真空吸盘 又称真空吊具 是真空设备执行器之一 吸盘材料采用丁腈橡胶制 造 具有较大的扯断力 吸盘容易使用 无污染 在吸取工件是不会造成任何损伤 等优点 因而广泛应用于各种真空吸持设备上 吸盘选用 SMC 吸盘 其品质较高 价格低廉 且寿命也较长 该吸盘可以直接 安装在真空气缸上配合使用 吸盘型号 SMC ZP32UN 具体尺寸如图 3 8 所示 及表 3 6 所示 毕 业 设 计 说 明 书 11 图 3 8 SMC ZP32UN 表 3 6 SMC ZP32UN 具体尺寸 型号 A B C D EFY ZP32U 32354151014 54 5 3 4 导轨的选择 导轨 金属或其它材料制成的槽或脊 可承受 固定 引导移动装置或设备并减 少其摩擦的一种装置 导轨表面上的纵向槽或脊 用于导引 固定机器部件 专用 设备 仪器等 导轨又称滑轨 线性导轨 线性滑轨 用于直线往复运动场合 拥 有比直线轴承更高的额定负载 同时可以承担一定的扭矩 可在高负载的情况下实 现高精度的直线运动 本次设计选用 THK 直线导轨 SHS 型 基本结构如图 3 9 所示 毕 业 设 计 说 明 书 12 图 3 9 THK 直线导轨 SHS 型 实际送料装置中多处使用导轨配合气缸使用 为了统一性 综合实际结构合理 的选用同一款导轨 导轨型号 SHS25 V 在实际运用中选择不同的导轨长度 导轨 型号 尺寸规格如图 3 10 所示 及表 3 7 所示 图 3 10 THK 直线导轨 SHS V 型 表 3 7 THK 直线导轨 SHS V 型具体尺寸 毕 业 设 计 说 明 书 13 3 5 脚座的设计 脚座通过螺栓安装于工作台面下方 所设计的脚座能通过螺栓来调节台面高度 设计效果如图 3 11 所示 图 3 11 脚座 3 6 其他主要部件的设计 通过以上气缸 导轨的选择 根据其实际安装尺寸 设计出实际安装该气缸 导轨的主体机架结构 实际设计尺寸参考零件图纸 TZC00501 TZC00502 TZC00503 TZC00505 TZC00506 毕 业 设 计 说 明 书 14 第 4 章 基于 UG 软件的仿真分析 4 1 UG 介绍 UG 是 Unigraphics 的缩写 是美国 EDS 公司著名的 3D 产品开发软件 这是一 个交互式 CAD CAM 计算机辅助设计与计算机辅助制造 系统 它功能强大 可以轻 松实现各种复杂实体及造型的建构 它在诞生之初主要基于工作站 但随着 PC 硬 件的发展和个人用户的迅速增长 在 PC 上的应用取得了迅猛的增长 目前已经成 为三维设计的一个主流应用 同时逐步成为当今世界最为流行的 CAD CAM CAE 软 件之一 广泛应用于通用机械 模具 家电 汽车和航天等领域 本次所使用的方 针缝隙是 UG NX6 是 UG NX 的较稳定版本 具有更好的绘画界面以及形象生动 简介快捷的设计环境 UG NX 软件为企业提供了无约束的设计 体现了更多的灵活 性 并将主动数字样机引入到行业中 是工程师能够了解整个产品的关联关系 提 高工作效率 UG NX6 还能保证与低版本完全兼容 如今制造业所面临的挑战是 通过产品开发的技术创新 在持续的成本缩减以 及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡 为了真正地支持革新 必须评审更 多的可选设计方案 而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做 出关键性的决策 NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统 它可以通过过程变更来驱动产 品革新 NX 独特之处是其知识管理基础 它使得工程专业人员能够推动革新以创 造出更大的利润 NX 可以管理生产和系统性能知识 根据已知准则来确认每一设 计决策 NX 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上 这些解决方 案可以全面地改善设计过程的效率 削减成本 并缩短进入市场的时间 通过再一 次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新 NX 的成功已经得到了充分 的证实 这些目标使得 NX 通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具 把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架 中 然而 所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易 这是因为组合所有这 些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识 最终软件的实现变得越来越复杂 以 毕 业 设 计 说 明 书 15 至于超出了一个人能够管理的范围 UG 的目标是用最新的数学技术 即自适应局部网格加密 多重网格和并行计 算 为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础 4 2 UG 三维仿真分析 根据要求使用 UG NX6 对机构的三维模型进行仿真分析 主要模拟连接在滑块 导轨上托皮板在气缸的作用下向上升起 然后安装有真空吸盘的气缸向下吸取布料 后向上抬起 此过程为整个送料过程的前段 具体仿真方法如下 1 使用已经装配好的自动送料装置 在建模的状态下 点击开始 运动仿真 如图 4 1 所示 图 4 1 运动仿真 2 右键点击所所需要的装配图 新建仿真 如图 4 2 所示 图 4 2 新建仿真 3 出现环境对话框 选择动态 确定 如图 4 3 所示 毕 业 设 计 说 明 书 16 图 4 3 选择动态 4 定义连杆 点击连杆 先定义一个固定连杆 就是装置中不用运动的部分 选择连杆对象 包括台面 脚座 支架板等连接件 标明固定连杆 确定 如图 4 4 所示 图 4 4 定义固定连杆 继续定义连杆 选择连杆对象 包括 托皮板 滑块 气缸的滑杆等 名称 默认 L001 点击确定 如图 4 5 所示 毕 业 设 计 说 明 书 17 图 4 5 连杆选择 5 定义运动副 点击运动副 在类型中选择滑动副 操作中选择连杆 L001 指定该运动副原点和方向 默认名称为 J001 如图 4 6 所示 图 4 6 定义运动副 6 驾驶员设计 完成定义后 点击驾驶员进行设置 如图 4 7 所示 由于该运 动为多个不同组件的相互配合运动 所以在平移选项中选择函数 函数数据类型选 择位移 再选择函数管理器 毕 业 设 计 说 明 书 18 图 4 7 设置驾驶员 页面自动跳转到如图 4 8 所示页面 选择新建函数 图 4 8 新建函数 毕 业 设 计 说 明 书 19 页面自动跳转到如图 4 9 所示 在插入中选择运动函数 在不同的运动函数中 选择最后一个函数 STEP x x0 h0 x1 h1 次函数是时间 x 和位移 h 的 关系 双击后把函数参数改为实际需要的运动参数 STEP x 0 0 10 100 实际 意思是 0 10s 中位移变化为 0 100mm 使用 UG 导出函数图表如图 4 10 所示 连 续点击确定回到主页面 完成托料板的运动仿真 图 4 9 确定函数 毕 业 设 计 说 明 书 20 图 4 10 托皮板的位移曲线图 7 用相同方法定义第二个连杆 L002 以及运动副 J002 其中 J002 的驾驶员函 数如图 4 11 所示 运动函数 STEP x 10 0 20 40 STEP x 0 20 30 40 0 10s 时 连杆 L002 不运动 10 20s 时 连杆 L002 向下运动 40mm 实际为吸 盘吸料 20 30s 时 连杆 L002 向上运动 40mm 导出函数图表如图 4 12 所示 图 4 11 新建函数 毕 业 设 计 说 明 书 21 图 4 12 吸盘的位移曲线图 8 完成定义两连杆及运动副后 点击解算方案 出现对话框如图 4 13 所示 设置时间为 30s 点击确定 然后点击求解 观看动画效果 完成模拟仿真 图 4 13 求解方案 毕 业 设 计 说 明 书 22 结 论 本次毕业设计设计了一个自动送料装置 将皮料准确的运送到加工区域 实现 一个高效平稳的全自动送料过程 提高了自动化水平和程度 消除了累计误差 把 人从繁重的体力劳动 部分脑力劳动以及恶劣 危险的工作环境中解放出来 极大 地提高劳动生产率 同时也提高了生产过程和设备的可靠性及运行效率 从而然我 体验到了自动化技术带来的方便 此次设计的送料装置 主要使用气缸为驱动方式 所以运用到多个类型不同的 气缸 以及吸盘和导轨 所以选择合理的气缸 及其他标准件是设计中遇到的主要 问题 然后根据标准件的安装尺寸设计连接件 合理安置连接件的位置 最后组装 成一个完整的送料装置 总结本次设计主要涉及到一些标准件的选择及相互配合 三维模型的绘制 和 运动仿真 毕 业 设 计 说 明 书 23 参考文献 1 高文龙 现代制造技术 第 l 版 M 北京 机械工业出版社 2004 2 马志平 机械自动化的未来与现状 M 北京 机械工业出版社 2006 3 4 孙恒 陈作模 葛文杰 机械原理 M 北京 高等教育出版社 2007 5 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 2004 6 濮良贵 机械设计 M 北京 机械工业出版社 2007 7 机械设计手册编写组 机械设计手册 M 北京 化学工业出版社 2002 8 张瑞平 孙晓红 UG NX 6 中文版标准教程 M 北京 清华大学出版社 2009 9 刘延俊 液压与气压传动 M 北京 机械工业出版社 2011 10 张宏友 液压与气动技术 M 大连 大连理工大学出版社 2008 11 朱家诚 机械设计课程设计 M 合肥 合肥工业大学出版社 2005 12 蔡茂林 现代气动技术理论与实践 J 现代控制工程 2007 6 56 58 13 14 15 16 17 18 19 20 高丽茹 气缸套常见缺陷及鉴定方法 J 农机使用与维护 2012 1 83 21 贾瑞斌 新型低摩擦气缸的特性及其应用 J 装备制造技术 2012 8 205 208 22 徐文灿 现代实用气动技术 M 北京 机械工业出版社 2009 23 范萌 彭光正 薛阳 赵彤 单出杆低摩擦气缸位置伺服控制系统的分析与研究 J 机床与液压 2003 2 72 73 24 王雄耀 低速气缸与高速气缸 J 机械工程师 2000 1 34 35 25 郎平 周启舟 直线导轨安装底座几种尺寸标注方法的比较与分析 J 机械工业 毕 业 设 计 说 明 书 24 专用设备 2012 213 59 63 26 李薇 滚动直线导轨磨削方法研究 J 工艺与监测 2010 4 110 112 27 李培珍 尹玉亮 顾总磊 气动技术的应用及其元件发展趋势 J 科技资讯 2007 19 28 28 吴剑 气压传动系统节能的重要性 J 江西能源 2