缸体夹紧定位机构的设计

缸体夹紧定位机构设计作 者 姓 名 专 业 机械设计制造及自动化 指导教师姓名 专业技术职务 教 授 目 录摘要1第一章 机构方案概述 21.1 设计方案的提出 21.2 具体设计方案 21.2.1 设计方案一 21.2.2 设计方案二 21.2.3 设计方案三 21.3 最终设计方案的确定 3第二章 工装设计说明 32.1 夹具的设计 32.1.1 夹具的夹紧设计 32.1.2 夹具的定位设计 42.2 发动机缸体定位装置设计 52.3 设备动力设计 62.4 工装的操作说明 9第三章 打标机设备概述 103.1 工业智能打标机发展和工作原理 103.2 缸体在线打标机设备简介 113.3 缸体在线打标机主要技术指标 11第四章 使用注意事项 114.1 设备的检查 114.2 系统正常操作的注意事项 12第五章 小结13 第六章 参考资料 14 摘 要本设计是工业智能标记机中工装部分的设计,该机构可以方便的实现缸体的在线标记的夹紧定位，该设计 主要通过设置挡料机构和压紧装置来实现发动机机缸体的定位，通过设置进 退气缸和移位气缸来控制打印头的移动和定位，通过导向装置的应用来实现工件的输送轨迹的调整。整体动力由压缩空气提供，通过气缸和步进电机共同作用来实现打印工作。该设计工装主要用来实现刚体地在线标记。关键词 ：移动板 气缸 定位 打印 导向板。ABSTRACTThe industrial design is smart suits, marking machine part design, the agency can facilitate the realization of Gangti online marking Jiajin positioning, the design, mainly through the establishment of institutions and turned expected to achieve top device engine plane Gangti positioning through a trapped tanks and killer tanks to control the print head movement and positioning, through guidance devices used to track the delivery of the final adjustment. Overall impetus provided by compressed air through tanks and electrical motors role to achieve common printing. The principal used to achieve rigid body suits designed to online marking.Key words： Mobile board Tanks Positioning Print Steering board.第一章 机构方案概述1.1 设计方案的提出为了满足发动机缸体的在线标记，结合机械设计理论和实际生产情况的需要，在深入了解了工业智能打标机的工作原理和工作过程之后，我对该机构的工装部分设计了如下几个方案。1.2 具体设计方案1.1.1 设计方案一方案一：缸体从生产线上过来进入打印位置时采用托盘机构将发动机缸体放在托盘上，通过轨道输送到打印位置，然后采用定位销将托盘固定进行打印，打印头采用悬吊式，设置行走导轨，采用打印头走而工件不走的方式进行打印。打印完毕后，工件被输送到下一个工位，打印头回到初始位置进入等待下一个循环。该设计执行机构基本可满足工件的打印要求，但是也存在一定问题，首先采用托盘机构要浪费大量托盘，还不利于工件在生产辊道上的传送，其次大量工件在一定位置等待标记，不但要占用大量的生产空间还影响生产效率，另外打印头采用悬吊式，实际设计使用时也存在很大难度，首先打印头在缸体上标记时要承受很大的工作压力，要保证工件的精确打印有很大难度。其次打印头采用气压打印，打印部分和控制部分有大量的连接线和供气气管，这不利于在行走导轨上的安装和维护1.1.2 设计方案二方案二：采用吊装机构，在工件进入生产线的指定位置后，通过吊装机构直接将工件吊装到打印位置进行打印。打印位置预先设计好工件的定位装置，打印完毕后工件吊走进入下一个工位。打印机进入下一个循环。该设计方案的优点是可以实现工件的精确打印。但不足之处也很明显。首先工件采用吊装机构不但要占用大量空间还提高了生产成本。另外该方案还存在的问题是难以实现自动化的高速生产，不适合现代生产的需要。1.1.3 设计方案三方案三：采用整体式结构，直接将工装部分连接在辊道上，在生产线上设置工件的挡料机构，工件到位后设置压紧装置，挡料装置和压紧装置均采用气动控制。打印部分设置进退机构和移位机构，进退机构和移位机构亦采用汽缸控制。该方案是在总结前两种方案的基础上提出来得。直接将工装连接在辊道上不但更简洁节约生产空间而切还能节约生产成本，提高了生产加工的自动化程度。打印部分采用进退机构可以方便的调节打印深度和便于工件在生产线上的顺利通过，移位机构亦可控制打印针对不同位置的打印。该设计方案不但简洁美观，而且符合现代自动控制的设计理念。1.3 最终设计方案的确定通过比较各种方案的优缺点，考虑实际工作的需要以及技术协议的要求，我最终选择了方案三作为潍柴道依茨工业智能标记机中工装部分设计的设计方案。第二章 工装设计说明标记机工装部分设计是在参考了技术协议，提出多种设计方案并由公司工程师进行指导后选定的一种相对最优方案。2.1 夹具的设计2.1.1 夹具的夹紧设计工件在夹具中定位后一般应夹紧。使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏。由于工件在加工过程中要受到各种力的作用，会形成变形或者位移，从而影响工件的加工质量。所以工件的夹紧也是保证加工精度的一个十分重要的问题。为了获得良好的加工效果，一定要把工件在加工过程中的位移，变形等控制在加工精度所允许的范围内。图表 1 底角夹紧机构设计一般应满足以下主要原则：1 夹紧时不能破坏工件在定位元件上获得的位置。2 夹紧理应保证工件位置在整个加工过程中不变或不产生不允许的震动。3 使工件不产生过大的变形和表面损伤。4 夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机构夹紧机构应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。5 夹紧机构必须安全，省力，方便，符合人工操作习惯。6 夹紧机构的复杂程度，自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。上述前三条要求是保证加工质量和安全生产的，因此必须无条件予以满足，它是衡量夹紧装置好坏的最基本的准则。其他要求的重要性决定于具体条件，其中有些要求在选择夹紧力的方向和作用点时应有所考虑，有些则在拟定夹紧装置的具体结构时或进行夹具的整体设计时考虑。图表 2 机架工件进行正确的夹紧关键是选择合适的夹紧点，夹紧点的选择是达到最佳最最佳状态的首要因素。只有正确地的选择夹紧点之后。才能估算出所需要的适当的夹紧力。如果选择的夹紧点不当，不但增大夹紧变形，甚至不能夹紧工件。所以夹紧点的选择是夹具设计中所要处理的第一个问题。夹具设计的一般原则：1 尽可能使夹紧点和支撑点对应，使夹紧力作用在支撑上，这样会减少加紧变形，钻有定位支撑的地方对应出都应选择为夹紧点并施以适当的夹紧力，一面在加工过程中工件远离定位元件。2 夹紧点的选择应尽量靠近加工表面，且选择不致引起过大变形的位置。减少变形的措施：有时共建在加工过程中很难找到一个合适的夹紧点，这时可以采用一些措施减少加紧变形。1 增加辅助支撑和扶助夹紧点。2 分散着力点和增加压紧件接触面积。图表 3 槽钢2.1.2 夹具的定位设计工件的定位远离采用六点定位原理，六点定位原理是采用六个按一定规则不值得约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。这里要清除每个店都必须起到限制一个运动自由度的作用，而绝不能用一个以上的点来限制同一个自由度。因此，这六个点决不能随意布置。定位分为完全定位，不完全定位 根据工件表面的加工要求，有时需要将工件的六个自由度全部限制，称为完全定位。有时需要限制的自由度少于六个，称为不完全定位。在技工过程中，有时为了使定位元件帮助承受力，常常也会对无位置要求的自由度也加以限制，只要这种方案符合六点定位原理，是允许的，有时也是必要的。工件定位过程中有时也会出现欠定位和过定位。根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，这就称为定位的正常情况，它可以是完全定位，也可以是不完全定位。根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有被完全限制，或者自由度被两个获两个以上的约束重复限制，称之为非正常情况，前者又称为欠定位，他不能保证位置精度，是绝对不允许的。后者称为过定位，加工过程中一半是不允许的，他不能保证正确的位置精度，但在特殊场合下，如果用得得当，不仅过定位是允许的，而且会成为对加工有力的因素。常用的定位元件有支撑钉，支撑板，定位销，锥面定位销，V 型块，定位套，锥度心轴等等。他们可以根据不同的定位要求，实现各种定位。2.2 发动机缸体定位装置设计该工装的设计就是在遵循以上夹具相关设计理论的基础上，通过优化选择进行的一个设计。该设计工装在满足该型号发动机的在线标记要求的同时，还具有多项技术优势，该工装的优点在于通过导向板 1 的使用，避免了发动机在导轨上运动时的轨迹不统一问题，可以实现工件的粗略定位。导向板 2 采用发黑处理，除了起到导向作用外，还能用来固定工件的上部避免由于工作环境的影响造成的定位误差。保证了打印时的快速精确定位。精确定位采用可以实现高度自动化的气缸进行，工件定位由两个压紧气缸和一个挡料气缸组成。挡料装置由挡料轴座，挡料轴，挡料块以及顶杆组成。挡料轴放在轴座内通过顶杆和气缸相连挡料轴上部连接挡料块，挡料块直接和工件接触，解决了缸体在生产线上的定位。该挡料装置所有零件均经过发黑处理，不但可以满足工件的精确定位要求，还解决了挡料气缸由于直接受力造成的损坏过快和定位不够精确的问题，极大的节约了成本提高了生产效率。该系统可以方便的实现工件的定位，并且具有高速，高效以及安全等优点。设备机架采用 2mm 钢板焊接而成既保证了安全性又能保证其他部分的安装精度，避免由于长时间使用可能造成的定位精度不够现象的发生。图表 4 辊道移动板的应用是本工装最为成功的设计之一，通过移动板的使用解决了方案一，二中遇到的打印部分和工件不能同时进行有效安装的问题。打印部分固定在移动板上，由气缸控制可以方便的实现打印头的 X，Y 方向的快速精确移动。X 轴气缸（移动气缸）可以在大范围实现打印头的移动 即可以实现发动机缸体不同品种的标记要求（标记位置不同）又可消除由于长时间使用造成的打印面不到位现象，还可以方便工件进入下一道工序。Y 轴气缸（进退气缸）可以实现标记头的进退，同时为了消除由于定位，铸造等因素带来得标记面位置的偏差等问题，在标记部分底板的设计上采用了靠板设计，保证了每次标记头进退到标记位置时，标记针到打印面的距离都是相同的。标记头底板主要起到了固定支撑打印部分的作用，同时用来固定 X 轴导轨，该导轨通过滑块和移动板相连，在汽缸的作用下实现 X 方向的快速移动。另外所有导轨都不是和其他工件直接相连，而是通过直轨垫块间接连接，直轨垫块亦采用发黑处理即保证了垫快的平整又防止了工作环境影响造成的垫快生锈问题，正是由于直轨垫块的使用间接消除了由于各种原因造成的导轨不平现象。极大的保证了设备的总体性能。图表 5 移动板2.3 设备动力设计本设计采用气压传动，气压传动是指以压缩空气为介质来传递动力和实现控制的一门技术，它包含传动技术和控制技术两个方面的内容。气压传动有防火，防爆，节能，高效，无污染等优点。因此应用极其广泛。图表 6 挡料轴座气压系统的组成气压系统有以下五部分组成：1 能源装置 将原动机提供的机械能转变为气体的压力能，为系统提供压缩空气，作为气动系统的动力源。2 执行元件 将压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换元件，并对外做功。根据做功的方式不同，主要有直线运动和回转运动量中执行元件，如作直线运动的气缸，做回转运动的摆动缸。气马达等。3 气动控制元件 在气动系统中以调节和控制压缩空气的压力，流量，方向的阀类，如各种气动压力阀，流量阀，方向阀，逻辑元件等。4 辅助元件 是对压缩空气进行净化，润滑，消声以及由于元件之间连接等所需的辅件，如各种过滤器，油雾器，消声器，管件等。5 工作介质 经除水，除油，过滤后的洁净压缩空气。图表 7 压紧气缸支架气动系统的分类按选用的控制元件类型的不同，气动系统可分为气阀控制系统，逻辑元件控制系统，射流元件控制系统或混合控制系统。气缸传动的优缺点气缸传动之所以能够迅速的发展和广泛被应用，是因为它具有如下优点：1 工作介质是空气，他来源方便，取之不尽，用之不竭，使用后直接排入大气而无污染，不需要设置专门的回收装置。2 空气的粘度很小，所以流动时压力损失较小，节能，高效，适用于集中供气和远距离输送，3 动作迅速，反应快，调节方便，维护简单，系统有故障时，容易拍出，无神秘感。4 工作环境适用性好，特别适合在易燃，易爆，潮湿，多尘，强磁，振动，辐射等恶劣条件下工作，排气不污染环境，在食品，轻工，纺织，印刷，精密检测应用更具有优势。5 成本低 具有过载保护功能。气压传动虽然具有很多优点，但也有以下缺点：1 空气具有可压缩性，不易实现准确的速度控制和很高的定位精度，负载变化是对系统的稳定性影响较大。2 压缩空气的压力较低，因此一般用于输出力较小的场合。当负载小于1000N 时，采用气压传动较为适宜。3 排气噪声大，高速排气时应加消声器，以降低排气噪声。气动执行元件图表 8 气缸连接块气动执行元件的作用是将压缩空气的压力能转化为机械能的兵对外做功的元件。它包括气缸和气动马达。气缸分类 按活塞两侧端面受压状态，气缸分为单作用气缸和双作用气缸。按结构特征，气缸可分为活塞式气缸，柱塞式气缸，薄膜式气缸，叶片摆动式气缸等。按功能，气缸可分为普通气缸和特殊气缸。普通气缸是指一般活塞式气缸，用于无特殊要求的场合。特殊气缸用于有特殊要求的场合，如气-液阻尼气缸，冲压气缸，伸缩气缸等。图表 9 气缸气动系统回路设计思想一个复杂的气动控制系统，往往是由若干个气动基本回路组合而成。设计一个完整的气动控制回路，除了能够实现预先要求的程序动作外，还要考虑调压，调速，手动，自动等一系列问题。因此，设计，分析和使用比较复杂的气动控制系统必须了解基本的气动控制回路。气动基本回路种类很多，其应用范围很广，其中包括压力控制，速度控制和方向控制回路等。压力控制回路在一个气动控制系统中，进行压力控制主要有两个目的。第一是为了提高系统的安全性，一般主要指控制一次压力。如果系统中压力过高，除了会增加压缩空气输送过程中的压力损失和泄漏外，还会使配管或元件破裂而发生危险。因此，压力应始终控制在系统的额定值以下，一旦超过了所规定的允许值时，能够迅速溢流降压。第二是给元件提供稳定的工作压力，使其能充分发挥元件的功能和性能，这主要指二次压力控制。方向控制回路方向控制回路又称换向回路，它是通过换向阀的换向，来实现改变执行元件的运动方向的。因为控制换向阀的方式较多，所以方向控制回路的方式也较多，其中有单作用气缸的换向回路，双作用气缸的换向回路，差动控制回路，多运动控制回路以及其他回路。调速控制回路调速控制主要是通过对溢流阀的调节，达到对执行元件的运动速度的控制。对于气动控制系统来说，其承受的负载较小，如果对执行元件的运动速度平稳性要求不高，那么，选择一定的速度控制回路，以满足一定的调速要求是可能的。对于气动系统的调速来讲，较易实现气缸运动的快速性，是其独特的优点，但是由于空气的可压缩性，要想得到平稳的低速难度很大。对此，可采取一些措施，如通过气液阻尼或气液转换等方法，就能得到较好的平稳低速。在了解了气动系统的设计原理后即可以进行气动系统设计，设计一个气动系统时，如负载大小，调速要求，自动化程度和对环境的要求等。然后进一步考虑用什么控制方法来实现最为合理。此时要多多比较，择优选择后再进行具体设计，设计时应注意以下方面问题：1 了解执行元件的传动方式，动作循环过程，负载大小，运动速度和调速范围，定位精度，连锁要求和自动化程度等。2 了解设备的工作环境，如温度，灰尘，腐蚀，振动，防燃，防爆等要求。3 了解是否要和其他控制定位系统相结合。4 其他方面，如外形，气动控制的安装位置，价格等。本工装设计在遵循气动设计原理的基础上进行了独立设计，工装设计整体动力均通过压缩空气源实现，压缩空气压力 0.4-0.6Mpa：气缸、气动元件为日本“SMC”公司的产品.该产品具有良好的性能，可以保证在自动化生产线上的长时间不间断工作，保证了生产的持续性和不间断性。极大的提高打标效率。2.4 工装的操作说明该工装部分工作过程首先由人工根据标记工件的品种，操作按钮盒上的型号选择开关，选择相应的标记位置。当发送机缸体被推到标记工位时。人工操作启动按钮，压紧装置动作，工件被压紧。压紧完毕，打印部分自动进到位置。标记头按照设定的内容开始标记，标记完毕，标记头回到初始位置，标记部分回到原位。压紧装置放松压紧，挡料装置退回。工件被送到下一个工位，人工操作挡料位置按钮，进入下一个循环图表 10 工装操作示意图第三章 打标机设备概述缸体在线打印工装的设计是在深入了解工业智能打标机的工作原理和工作过程的基础上设计开发的一种专用工装，因此为了能对该工装有更深入地认识，必须先对工业智能打标机有一定了解，为此我简单介绍一下工业智能打标机的工作原理和工作过程。3.1 工业智能打标机发展和工作原理工业智能打标机的发展是在二次世界大战后，随着汽车工业的高速发展，人们需要对大量的汽车零部件进行标记，传统的手工标记已经远远不能满足标记工作的需要，人们迫切需要一种简洁，高效的标记方法。这时自动控制技术和计算机技术已经有了长足发展。先进控制技术的发展使人们的想法变成现实，工业智能打标机就是结合自动化控制和软件技术等各项先进技术而开发的一种专用设备，按打印方式可分为刻化式，点阵式等。其工作原理是根据要完成的打印任务，预先在控制部分设置打印内容或者由计算机远程输入打印内容，亦可通过接收 PLC 传送的数据进行控制。 ，通过打印程序控制打印头部分进行打印，打印机的执行部分就是打印头，标记工作最终的完成是通过打印头来实现。控制部分一般由控制机柜，计算机，单片机或者 PLC 等组成。打印部分由打印针，同步带，步进电机，电磁阀等组成，设备外接动力一般由压缩空气提供。打印头工作过程是通过两个（X，Y）方向的步进电机控制打印针在平面内移动，到达打印位置直接接通通压缩空气打印针开始工作，完成打印工作。工业智能打标机可广泛应用于汽车，摩托车发动机及机械制造等行业产品的自动标记，特别适用于技术性能要求高的发动机，尤其是在汽车和船用复杂发动机的缸体打印方面，更能显现工业智能标记机的经济，快捷，精确和安全等优越性.3.2 缸体在线打标机设备简介该缸体在线智能标记机由一套工件定位装置、一套电器控制系统、一套智能标记控制软件、设备机体及其它附属设备构成。打印轨迹行走机构采用（X，Y）行走方式。打印头机械传动系统采用高性能专用步进电机、同步齿型带组成，打印头的重复打印精度为不大于 0.02mm，可实现各种数字，字符，商标图形，汉字的精确打印。该型号打标机具有结构紧凑、重量轻、高刚度的特性。在复杂表面的打印方面具有高速，高精度的卓越性能。该打标机具有多种打印速度、打印范围和工作方式，能满足客户的多种工况使用要求。该打标记控制系统采用易恒公司研制的基于 windows 操作系统的信息标记软件 V6.01。标记软件除具有各种标记功能和流水号的生成编辑外，还能对不同图号零件的标记内容，标记位置标记参数等内容具有记忆功能，可以方便的进行调用。标记软件采用窗口操作，易学易用。可按产品要求编辑流水号，自动存储。极大的提高工作效率。本设计是使设备在软件系统和单片机的控制下，实现工件定位、打印及安全保护等自动控制。该设备关键部件均从日本，德国进口，保证了设备的总体性能，电器元件安装在控制柜内，设有电源总开关。本设备整体动力均通过压缩空气源实现。系统安全主要由软件提供，软件系统采用两级密码管理权限，操作员密码权限（二级密码）可以对标记内容及对应参数作简单调整，操作员不能进行除标记操作外的操作.系统管理员权限(一级密码)可对系统参数进行修改，设置以及检阅打印报表。没有密码将不能对计算机进行操作。该安全系统可以充分保证了设备和人员的安全。该型号打标机工作过程,首先根据打印得发动机缸体型号的不同设定好打印内容，打印过程可以采用手动和自动方式。通过型号选择开关选择不同的打印内容。进行缸体的在线标记。3.3 缸体在线打标机主要技术指标：刻印深度：0.1-0.5mm打印速度：10-100 字符/分重复打印精度：不大于 0.02mm。工件硬度：HRC45标记范围：80140mm标记内容：各种数字，字符，商标图形，汉字，适用环境参数：电源：交流 22010%V，505%HZ。压缩空气：压力 0.4-0.6Mpa温度：5-45湿度：90%RH第四章 使用注意事项4.1 设备的检查1 开机前的检查在每次开机操作前，操作者应按下列步骤检查设备：1.1 检查气源开关是否打开,气源压力是否大于 0.4Mpa,气压过低,压力检测报警,设备将不能正常工作.1.2 检查打印头上气源压力是否在设定值上。1.3 检查设备工装各连接部位是否有松动，以免设备工作时出现异常影响工作效率和人员安全。1.4 检查设备电源是否连接正确和牢固,设备输入电压 220V,50Hz.1.5 检查控制柜的 19 芯航空电缆和打印头是否连接正常，在开机前确保开关处于打开状态。2 开机后检查2.1 在仔细做好开机前检查后,打开设备总电源开关,设备电源指示灯亮.2.2 按下打印按钮,系统对打印针进行原点校对,打印针到达原点后停止,设备进入待机状态.2.3 如设备打印针不能回到原点位置,指示有报警,需对设备进行检查，直到打印针能回到原点待命，方可进行下一步操作。2.4 转动压紧气缸开关，察看压紧汽缸是否能正常工作，压紧是否到位2.4 转动挡料气缸开关，检查挡料气缸是否能正常工作，挡料装置工作是否正常2.5 转动进退气缸开关，检查打印头能否实现 Y 轴的灵活运动。2.6 转动移位气缸开关，察看打印头 X 轴运动是否正常。3 正常关机后的检查3.1 正常关机后，检查个部件是否回到待命位置。3.2 每日下班正常关机后，将马达气源关闭，以免在设备停止工作时气压过高对设备造成损害。3.3 正常关机后检查各连接部位是否有松动或气管是否有漏气现象，保持系统的良好工作性能。3.4 打印头在出厂前已经调试完毕，定期检查打印头各连接部位是否有松动，保持个部分的连接牢固。警告！严禁调整打印头在设备上的安装位置，否则将严重影响打印质量！4.2 系统正常操作的注意事项打标机电气系统由控制面板、电磁阀和计算机等组成。其中计算机控制部分，实现系统的控制；打印头、电磁阀为执行机构。1 系统的初次上电：初次上电前首先检查总电源空气开关在“断开”位置，接通电源（控制电源开关，在操作面板上）和打印电源在“关”的位置。打印头与控制柜19 芯航空电缆连接是否牢固可靠。控制柜内电气元件外观无损坏，接线应牢固可靠。熔断器在接通状态；接触器手动应顺畅，不能有卡死现象。检查电源电压是否正确；如果正确再检查气源是否正常，气压是否符合要求，如符合继续。如果气压系统和其它机械系统也正常，可以通电。系统通电；电源灯亮，再检查电源空气开关的电压是否符合，是否有异常现象；如符合再接通控制电