【《销轴组装机关键机构设计案例》6500字】

销轴组装机关键机构设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u3314销轴组装机关键机构设计案例 120881.1销轴组装机上料装置系统设计 155731.1.1振动盘工作原理 1103991.1.2振动料斗的选型 2206531.1.3振动输送力学分析 3152621.2销轴组装机剔除装置系统设计 46851.2.1剔除方式的研究和选定 4169741.2.2气动剔除设备的喷嘴设计 5326851.2.3电磁阀选型 6252701.3销轴组装机插销装置系统设计 7308091.1.1插销装置工艺路线 727311.1.2销轴供送装置工作原理 7275791.1.3步进电机的选型 1029201.1.4滚珠丝杠的选型 117571.1.5气缸的选型 111.1销轴组装机上料装置系统设计振动盘的主要结构有料盘、电磁铁、减震支脚、基座、板弹簧、料道口以及控制器。为了销轴有次序的排列进入到下一个工序，我们可以利用振动盘的振动。市面上常见的振动料斗有很多，根据其形状可分为螺旋形、线型、筒形、等分线型、锥形等。本文所采用的料斗为螺旋形。图1.1振动盘三维图Fig.1.1Vibrationplatestructurediagram1.1.1振动盘工作原理要想使振动盘其自身的固有频率与控制器在脉冲电流的激励下产生的频率相同，这离不开控制器的控制，当开始通电时，电磁铁开始通磁，工件与振动盘之间发生共振，致使料斗偏离平衡位置，围绕振动盘的轴心线向心振动。在此振动状态下，销轴的运动状态开始发生改变，在振动的过程当中，销轴的振动幅度的大小由电磁铁吸力的大小而决定，当电磁铁的吸力逐渐增大并趋于稳态时，销轴会受到高频振动的影响，在轨道上开始沿着料道运动。在运动的过程当中，由于沟槽的特殊性，会使销轴呈一致性的姿势运动，而后销轴从排料口有序排出，即为销轴上料。每分种进行4500～8000次或更多次数的振动。通过振动料斗下方的减震交隔离给料器的振动，减少对环境的影响。1.1.2振动料斗的选型市面上所见电磁振动料斗的种类有很多，电磁激振式振动料斗、气动激振式振动料斗和机械激振式振动料斗，它们的区别在于激励方式不同，直槽式振动料斗和圆盘式震动料斗它们的结构不同。无论什么样式的振动料斗都有如下的特点：工作时很稳定，可以将工件之间的摩擦降到最低，耗能低，结构简单，不会损伤工件，对于各种工件的包容性强。电磁振动料斗是一种供料方式，主要利用电磁进行圆周型供料，由于电磁产生的微小振动，配合惯性力以及重力，使物料按照其规定的路线由下至上移动，有次序，有方向的进行给料。选择一种斗式电磁振动给料机来自动定向销轴圆柱形物体。最大进料长度为d为40mm，生产能力可调，通常控制在600~1000次。用1.2mm厚度的不锈钢焊接到带圆柱形单内螺旋溜槽的振动料斗边缘上，并与铝合金托盘连接。在上下振动板之间的居中部分布置有励磁电磁铁，并增加了一部分保护罩。此外，还安装了可控的单相半波整流器励磁电路。由于生产能力的调节由电压的输入控制，根据情况的需要我们采用220V的电源电压和50Hz的交流频率。本设计选取供送通道的有效的宽度是B是44mm，取平均螺旋角a=1.8°为了使供送螺旋道导流顺畅，阻止物件产生堆叠和卡滞等情况。一般螺距选取20mm。选定总圈数为3；出料槽的高度为15mm；回收托盘的振幅为a=0.5mm，a是电磁振动给料器的垂直振幅，取0.5~1mm。实际振幅为1.5~3mm，安全裕度为1~1.5mm。为了使操作更可靠，应增加磁极气隙和定位措施。但是总的气隙不要太大，以免由于励磁电流而使铁芯线圈过热甚至烧毁，励磁频率为50Hz，计算出起飞相位角θ为12°。假定振动料盘只跳动一次，则物件没单位相对工作面的位移量，即理论平均供送速度0.3m/s。实际生产能力，有效工作系数取0.7。Q=6×104式中IW物件沿供送方向的长度(mm），K系统工作系数，这是对理论平均供送速度的计算误差以及供送滑道上产生短流。回流等复杂情况所做的总修正，并根据条件通过实验测定，设计时粗略取K=0.5~0.7。对消极定向宜偏低些，实际生产中还要综合考虑物件的大小、形状、性质以及料斗的尺寸结构、振动角、振幅对供送过程中的各种影响，力求导流通畅、速度适中、调节方便、工作可靠。1.1.3振动输送力学分析根据电磁料斗的工作特性，料斗的扭转振动是因为电磁铁的吸引力，从而使销轴沿着既定的螺旋轨道由下至上有次序的缓慢移动，按照行进路线，最后到达出料口。由出料口再进入输料槽，销轴在此等待机械手或是运输机构将其移至下一工位。要想使销轴由低至高的移动，就需要振动盘的振动，其工作离不开支撑弹簧和电磁铁的共同作用，在他们的共同作用下，料槽才会产生符合要求的频率、速度以及微幅振动。（1）销轴在轨道上的受力分析影响销轴的力分为很多种，最主要的有：销轴自身重力、销轴和轨道之间的摩擦力、销轴行进时的惯性力、轨道对销轴的支撑力等。能影响电磁铁电流的力有两种，分别是分别是摩擦力和惯性力。料槽由于支撑弹簧的作用会发生右上方的复位，当电流为0时，销轴处于加速的状态，也会产生相同方向的运动，影响其的因素是销轴和轨道之间的摩擦力。在电磁铁的引力作用下，料槽会产生复位动作，方向是左下方，当电流大于0时，销轴会产生不同方向的运动，影响其因素是销轴自身的惯性力，使其依旧向右上方移动。如此反复，销轴就可以沿着轨道按部就班的向上移动。当电流I为0时，销轴以加速度a1在轨道上做向右上方的加速运动，如图1.2。ma1ma1sin当电流I>0时，销轴以加速度a2在轨道上做向右下方的加速运动，如图1.3。ma2cosma2sin图1.2I≤0销轴受力分析图图1.3I>0销轴受力分析图Fig.1.2I≤0ForceanalysisdiagramofpinshaftFig.1.3I>0Forceanalysisdiagramofpinshaft（2）目标销轴在轨道上的运动状态分析根据图1.2和图1.3的受力分析可得销轴的运动状态有两种情况:因为销轴本身的惯性沿轨道出现下滑，此时I=0，而且ma1a1销轴沿轨道下滑是因为销轴的加速度满足a1的情况，即向右上方的运动状态。这样的情况与我们所需要的销轴向上运动的状态不符。在电磁铁的作用销轴可以沿着既定路线向上走，可得下列公式：Ι=0,a（1.9）要想使销轴由下至上沿轨道运动，右上方向的加速度a1和左下方向的加速度a2必须满足前面的公式，从而实现振动盘的给料。1.2销轴组装机剔除装置系统设计1.2.1剔除方式的研究和选定剔除系统包括机器视觉检测和剔除机构，二者共同作用才能将不合格件剔除。通过限位轮限制销轴的进给方向，让机器视觉检测先对销轴进行检测，如检测到了不符合标准的工件，这样检测出的不合格件在会下一工位进行剔除。机器视觉检测系统和剔除机构系统二者密不可分，缺一不可。检测系统就相当于我们的眼睛，而剔除机构就相当于我们的手，两者互相配合才可以将不合格件精准的剔除，如不合格件无法剔除，混入到了下一工序，那么视觉检测系统也就没有了意义。市面上常见的剔除方式有很多种，可以根据自身需求进行选择，大多数都是根据所要剔除的事物的自身特点来决定剔除方式。比如提出西红柿的不合格件时所采取的就是通过视觉识别在下落过程中[]，用电磁阀控制拨片进行剔除，因为西红柿的本身质量过重，而且可以受到轻微的撞击并不影响其本质。我们可以将气动剔除的方式用于检测一些体积比较小且质量比较轻的物体，比如用高速气流的剔除方式来剔除质量不好的烟叶[]。通过研究分析我们采用高速气流来准确快速的剔除不合格件，其原因是销轴的形状小且轻便。由于限位轮的位置已经确定，将喷嘴固定在限位轮的一侧，当视觉检测出不合格件时,PLC控制电磁阀打开,将不合格件吹出,吹出的不合格件将落入不合格件收集区,剔除方式如图1.4所示。销轴销轴销轴销轴相机剔除气嘴触发光源图1.4剔除系统简图Fig.1.4Schematicdiagramoftheeliminationsystem1.2.2气动剔除设备的喷嘴设计由PLC、电磁阀以及高压气动喷嘴三个部分组成了不合格件剔除装置，由视觉识别系统检测过后，在下一工位进行不合格件的剔除。销轴在限位轮上行进，当有不合格件混入时，由PLC接受检测到了不合格件的信号，然后控制电磁阀的开启，通过电磁阀的开闭控制气动喷嘴发出的高压气流进行剔除不合格件。现在市面上的喷嘴都是单个的喷嘴，经计算可知单个喷嘴即可满足本设备的需求。由于不合格件的体积与重量的关系，对于喷嘴的选择我们主要考虑两个方面，其一是喷嘴气流的面积，其二是喷嘴气流的强度。根据销轴的条件，我们选择口径为5mm的喷嘴，由实验可得大于销轴自身质量30倍的气流才可以将不合格件吹走，我们测得单个销轴的质量为4g。即：F=30mg=1.2已知喷嘴的面积S为2.5×10-5m2，所以喷嘴的压力为P=FS1.2.3电磁阀选型电磁阀的作用是用于液路和气路的控制调速以及通断，作为自动化控制中很重要的执行元件，电磁阀起着至关重要的作用。由电路中给电磁阀一个电信号，电磁阀自己将电信号转变为磁信号，这样相对应的阀门就可以开启和关闭，这就是电磁阀工作原理。市面上可供选择的电磁阀种类有很多，最主要的两种是先导式和直动式。它们的工作原理大相径庭，让先导孔打开是运用电磁阀通电时的电磁力，阀门的打开是利用自身的流体作用，关闭先导孔是运用弹簧的弹力，阀门的关闭也是利用自身流体作用，这是先导式电磁阀的工作原理。而直动型的电磁阀工作原理就是简单的利用通电时的磁力和弹簧的弹力来控制阀门的开启和关闭。要剔除不合格件需要采用切换频率高且体积小巧的电磁阀，高压气流的通断主要用电磁阀来控制，通过气流的通断来剔除不合格件，考虑以上的因素，我们选择两位两通的连体阀，连体阀是指一根总气源与阀体相接即可控制全部的电磁阀，主要用底座阀板将所有电磁阀连接起来，作为一个整体。我们选用的电磁阀相关技术参数如表1.1所示。表1.1电磁阀相关技术参数Table1.1Relevanttechnicalparametersofsolenoidvalve型号2V025-06使用流体空气动作方式直动式型式常闭式流量孔径1.2mm2使用压力范围0~8kgf/cm2切换频率50秒/次允许电压范围±10%本文选用的电磁阀型号为2V025-06型，其工作频率为50秒/次，换算成速度为7.85m/s，而我们销轴的进给速度为0.3m/s，由于电磁阀的切换频率可以决定不合格件剔除机构的工作速度，由分析可知，剔除机构的工作速度可以达到剔除的效果。1.3销轴组装机插销装置系统设计销轴的插销装置也是最为重要的一环，主要包括输送装置、暂存装置以及压入装置。压入装置配合视觉识别系统完成销轴的插销动作。1.1.1插销装置工艺路线图1.5销轴供送装置工艺路线Fig.1.5Processrouteofpinfeedingdevice从工艺路线中我们可以得到四个部分，销轴供送装置的机架和上料机构、销轴的插销装置、以及动力机构。根据设计情况，我们选取电机作为供送装置的动力源。销轴供送装置穿销机构，通过气缸推动推料板将卡槽内的销轴送入推料装置进行定位，再由气缸将定位好的销轴推入治具固定板上的工件内完成穿销加工。销轴供送装置上料机构，通过振动盘的振动将料斗内的销轴送入限位轮，利用限位轮两端高中间低的结构使销轴呈竖直方向进料，最终送入穿销机构中。机架设计也是必不可少的，好的机架设计会更利于操作以及设备的运行。1.1.2销轴供送装置工作原理销轴插销装置是销轴组装机的重要一环，如图1.6所示，其主要包括1-X/Y调节机构，2-销轴治具、3-销轴压料系统、4-振动上料系统、5-销轴振动直线导向进给系统、6-销轴过渡推料系统以及准备工作中销轴分拣识别系统，为了防止不合格的销轴混入装置而进行分拣剔除。1-X/Y调节机构2-销轴治具3-销轴压料系统4-振动上料系统5-销轴振动直线导向进给系统6-销轴过渡推料系统图1.6销轴上料装置示意图Fig.1.6Schematicillustrationoffeedingdeviceforpinshaft其动作原理为：人工将销轴导入4振动上料系统，销轴通过4振动上料系统调整好姿势，将销轴导入到5-销轴振动直线导向进给系统，从而实现自动定向和自动上料，当销轴送达6-销轴过渡推料系统时，其气缸将销轴推送到2-销轴治具中，将1-X/Y调节机构和2-销轴治具局部放大如图1.7所示，此状态可根据芯体来料的位姿进行在X方向和Y方向进行相应的调整，当调整到芯体的销孔，锁片的轴孔和销轴的轴心处于同心状态时，2-销轴治具中的气缸会将销轴推出进行组装。图1.7X/Y轴调节机构和销轴治具Fig.1.7X/Yshaftregulatorandpinshaftfixture销轴由震动料斗供料，从输料槽中出来后送入限位轮，利用限位轮两端高中间低的结构使销轴呈竖直方向进料。如图1.8所示。当从限位轮过来的第一个销轴进入到槽里，后面的销轴停留在纵向缺口那里，同时气缸推动销轴向前运动，进入下一步。销轴通过限位轮的限制，先进入暂存装置中等待。待前一个销轴插入芯体后，由气缸带动推料板，推料板便推着销轴前进，使其进入压入装置中。如图1.9所示。图1.8销轴供送装置Fig.1.8Pinfeedingdevice图1.9销轴暂存装置Fig.1.9Pinshafttemporarystoragedevice要想成功的完成组装，那么插销装置就是必不可少的一环，本文设计的插销装置是由电机、气缸、推料板、丝杠和一些支撑部件组成的。销轴供送装置穿销机构的作用是通过气缸推动推料板将卡槽内的销轴送入推料装置进行定位，再由气缸将定位好的销轴推入治具固定板上的工件内完成穿销加工。为了使销轴供送装置能够适应不同的穿销加工，将推料装置和治具固定板安装在滑块上，使其可以在丝杠的带动下前后移动，从而达到调节间距的目的。当从限位轮过来的第一个销轴进入到槽里，后面的销轴停留在纵向缺口哪里，同时气缸推动销轴向前运动，进入下一步。压入装置能够适应不同的穿销加工，将推料装置和治具固定板安装在滑块上，使其可以在丝杠的带动下前后移动。由于滚珠丝杠的工作原理，进行细微的调节，这样可以使组装更为准确。压入装置我们采取倾斜角的设计，一定的倾斜角度可以让销轴进入压入装置时移动更为平缓，不会损伤销轴。在进入压入装置后，通过滚珠丝杠的导轨进行X轴方向的移动，通过视觉识别系统定位后，由气缸推动销轴进行组装，如图1.10。图1.10压入装置及导轨装配Fig.1.10pressingdeviceandguiderailassembly1.1.3步进电机的选型交流电机以及直流电机是生产实际中较为多见的两种电机装置。（1）直流电机它具有较好的调速性能好，电机装置在启动的时候能够相对较快的进行响应，能够产生较大的转矩，故在航空、电力机车等诸多方面得到广泛应用；但该种电机装置的生产加工工艺相对较为复杂，生产制造装置的成本费用相对较高，装置的维护保养较为困难，故使得电机装置的应用范围严重受限。（2）交流电机同步电机以及异步电机是最为常见的两种交流电机装置类型，该类电机具有相对较为简单的结构，设备的可靠性相对较高，但电机装置在启动的时候能够产生的转矩相对较小，故需相对较大的电流对其进行启动。电机选型是否合理会直接影响销轴供送机装置设备的性能，选用低价格电机装置，它的转速和稳定性很难满足实际使用需求；若选用过高价格的电机装置，又会在一定程度上增加设备的制造成本，故需要结合实际合理选择电机。电机的选型设计需要考虑的因素有很多，主要原因如下：（1）需要考虑电机供电源的类型，交流电、直流电、三相电以及单相电等均需要合适的电机装置与之匹配。（2）需要考察电机装置的实际工况，结合实际情况进行选型。（3）电机选型需结合电机装置的工作方式。（4）电机选型需结合电机装置的的安装方式。通过查阅可知0.02m/s为该机构的额定速度，设备需负载的质量,计算可得该机构正常运行所需功率大小：P1=FV=500×0.02=10W