毕业设计（论文）-方磁铁钢槽自动装配机设计

宁毕业论文(设计)方磁铁钢槽自动装配机设计所在学院班级姓名学号指导教师起止时间2019.9～2020.52020年5月4日诚信声明我声明，所呈交的毕业设计作品和论文是本人在经过近四年的基础课程和专业课程学习的基础上，以及指导教师的指导下，经过几个月的集中毕业设计学习、实践和努力工作所取得的成果。据本人查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，设计作品和论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。我承诺，设计作品和论文中的所有内容均真实、可信。学生签名：签名日期：2020年5月4日PAGEII业设计（论文）内容模板目录TOC\o"1-3"\h\u7241摘要 IV29861ABSTRACT V182971引言 166462设计方案的确定 2259892.1设计任务描述 2193492.2方案描述 3224112.3本章小结 4281323XY高精密工作台的设计 5146203.1主轴的确定 5208863.2进给丝杠螺母的分析计算 5273773.3轴承的选择 8171453.4本章小结 8105724上料机械手气缸选择 8232954.1设计参数 9184444.2气缸的选用 9107264.2.1预选气缸的缸径 9151114.2.2预选气缸行程 9160024.2.3验算缓冲能力 10126844.2.4活塞杆长度的验算 1021084.2.5气缸须消耗空气量的计算 1027424.2.6气缸型号的确定 10281204.2.7气缸固定座的设计 11189874.3本章小结 1250515基于Solidworks的三维建模 1331735.1设备三维建模 1339765.2本章小结 1514118结论 161003致谢 173759参考文献 18

摘要AMT-CCTWZP-6D方磁铁钢槽装配设备其主要功能是：将两块方形磁铁涂胶并粘到槽钢指定位置。其中通过给磁铁点胶，用吸笔把钢槽吸住再运放到磁铁上，传送带传送来完成一系列装配工作，其产品多数运用到国外汽车等应用零件上。装配过程采用旋转工作台样式，六个工位包括：1号工位为自动上右侧磁铁；2号工位为自动上左侧磁铁；3号工位为自动点胶工位；4号工位为自动上磁铁工位；5号工位为预留工位，后期可设计为检查工位；6号工位为自动排料工位。所有上下料工位均采用气缸实现横向、纵向移栽，通过笔形气缸吸附零件或产品进行移栽。3号工位点胶机构采用XY高精密工作台实现画圆点胶作业。各工位上下料节拍为2秒，点胶作业工位节拍为3秒，设备生产节拍为3秒/件，每天按照8小工作制，日产能为9600件。通过SOLIDWORKS进行三维建模，对机构进行受力分析、强度校核、得出最优化结构。关键词：方磁铁钢槽；装配；自动化；点胶；优化

ABSTRACTThemainfunctionofamt-cctwzp-6dsquaremagnetsteeltroughassemblyequipmentistogluetwosquaremagnetsandstickthemtothedesignatedpositionofthechannelsteel.Bydispensingthemagnet,holdingthesteeltroughwithasuctionpenandtransportingittothemagnet,theconveyorbeltisusedtocompleteaseriesofassemblywork,andmostofitsproductsareusedinforeignautomobileandotherapplicationparts.Theassemblyprocessadoptstherotarytablestyle,anddesigns6stationstorealizetheautomaticoperation.Amongthem,station1istheautomaticupperrightmagnet;station2istheautomaticupperleftmagnet;station3istheautomaticdispensingstation;station4istheautomaticuppermagnetstation;station5isthereservedstation,whichcanbedesignedastheinspectionstationlater;station6istheautomaticdischargingstation.Allloadingandunloadingstationsadoptaircylindertorealizehorizontalandverticaltransplanting,andadoptpencylindertoadsorbpartsorproductsfortransplanting.Thedispensingmechanismofstation3adoptsXYhigh-precisionworktabletorealizethedispensingoperation.Theloadingandunloadingrhythmsofeachstationare2seconds,thedispensingstationrhythmsare3seconds,andtheequipmentproductionrhythmsare3seconds/piece.Thedailyproductioncapacityis9600piecesaccordingtothe8-hourworkingsystem.ThroughSolidWorkstocarryoutthree-dimensionalmodeling,mechanicalanalysis,strengthcheck,andgettheoptimalstructure.Keywords:Squaremagnetsteeltrough;assembly;automation;dispensing;optimizationPAGE71引言随着工业自动化的发展，原有的生产模式已经不能满足人们的需求，人们需要更加有效率、更加安全、更加智能的设备来辅助生产[1]。信息产业的发展，使得机械发展越来越自动化、智能化[2]。通过将不同的机构组装起来，通过使用控制系统控制不同的机构完成不同的作业，更加智能化成为了发展趋势，在市场经济的今天，谁掌握了自动化和智能化谁就掌握了先机，更加顺应时代的发展[3]。自动化的概念是上世纪末提出的，虽说发展的时间不是很长，但是发展的进程和发展的速度非常快，最初的技术不是很成熟，应用的领域和行业也很有限，但是随着工业生产的发展和进步，科技的发展和应用，自动化的技术越来越成熟，也越来越精密，灵活度也非常高，可以应用的领域和行业也越来越多，其在工业行业的应用效果使得人们更加感受到其在生产效率，生产安全和产品标准化方面的优势，也越发探索在工业企业中还有哪些工序是可以应用工业自动化来减少和降低人员工作强度和人工成本的[4]。自动化的发展不仅仅得益于机械行业的不断发展，还和计算机技术，材料科学等学科的发展密不可分。同时自动化的应用也不仅仅是加工制造型企业，在很多高精度要求的领域也在应用。在医疗行业的应用即医疗自动化是自动化技术发展的重要方向之一。自动化是一种高精度的机电一体化生产装备，通过气动、液压等进行控制可以实现自动化的高精密度及自动化性能[5]，在自动化的设计和开发中需要有力矩，材料,强度，传动等机械相关的知识，除此之外，还需要综合应用很多学科的知识，包括液压、电子、电路、材料力学等各学科，是综合学科运用的产物。将各学科先进的技术和前沿的发展结果应用在自动化的设计和开发中，可以使自动化更智能化，可以完成的作业项目越多，可以完成的动作更加精准和标准化[6]。标准化的生产可以减少不良产品的发生，提高产品的质量水平。自动化可以完成的动作和操作很多，在很多工作和工位上可以替代人工的操作。减少了人力成本的消耗，同时可以提高生产的效率，提高企业的生产竞争力[7]。近年来，我国机械行业对于我国的经济发展情况会产生一定影响，并且会涉及到工业的许多个领域。从目前我国工业的发展情况来看，要通过合理的手段对信息技术进行应用，在机械装配工艺中，实现自动化装配，进而使机械的质量能够得到进一步的提高，满足具体应用需求[8]。

2设计方案的确定2.1设计任务描述AMT-CCTWZP-6D方磁铁钢槽装配设备是一种专门把正方体磁铁装配到一个凹形钢槽里的一台装配机器，其中通过给磁铁点胶，用吸笔把钢槽吸住再运放到磁铁上，传送带传送来完成一系列装配工作，其产品多数运用到国外汽车等应用零件上。其中磁铁尺寸如图2-1所示，长度40mm、宽度40mm、厚度15mm。槽钢尺寸如图2-2所示，槽内宽度为42mm。具体的装配要求是两个磁铁分别放置于槽钢左右端，如图2-3所示，左侧右侧分别对齐，磁铁与槽钢长边100mm一端对齐。磁铁和槽钢粘贴前需要点胶到磁铁上，具体胶水轨迹如图2-3中虚线所示。图2-1磁铁尺寸图图2-2槽钢尺寸图图2-3磁铁槽钢装配图2.2方案描述装配过程采用旋转工作台样式设计6个工位。其中1号工位为自动上右侧磁铁；2号工位为自动上左侧磁铁；3号工位为自动点胶工位；4号工位为自动上磁铁工位；5号工位为预留工位，后期可设计为检查工位；6号工位为自动排料工位。所有上下料工位均采用气缸实现横向、纵向移栽，通过笔形气缸吸附零件或产品进行移栽。3号工位点胶机构采用XY高精密工作台实现画圆点胶作业。各工位具体布局如图2-4所示。各工位上下料节拍为2秒，点胶作业工位节拍为3秒，设备生产节拍为3秒/件，每天按照8小工作制，日产能为9600件。图2-4装配方案布置图结合磁铁和槽钢设计定位治具，上料机械手直接将磁铁放置于治具方孔中，直到组装完成再拿出成品，定位治具如图2-5所示。图2-5定位治具图2.3本章小结对AMT-CCTWZP-6D方磁铁钢槽装配设备的设计任务进行了详细阐述，装配过程采用旋转工作台样式设计6个工位。其中1号工位为自动上右侧磁铁；2号工位为自动上左侧磁铁；3号工位为自动点胶工位；4号工位为自动上磁铁工位；5号工位为预留工位，后期可设计为检查工位；6号工位为自动排料工位。

3XY高精密工作台的设计3.1主轴的确定主轴的材料：选择主轴材料为主轴材料为经过调质到HB240左右的45号钢。经查表45号钢的许用扭转切应力为，有(3-1)即(3-2)那么，可取轴的最小直径为。结合主轴选取轴承，具体见表3-1表3-1轴承参数轴承类型轴承型号小径d/mm大径D/mm厚度B/mm深沟球轴承6206306216推力球轴承51206305216根据最小轴颈选择花平键，经查表知，在轴的直径为17mm至22mm时可以选取普通平键的尺寸参数为根据选择的平键对普通平键进行校核，有(3-3)=143MPa经查表，得，故符合设计要求。3.2进给丝杠螺母的分析计算结合公式对摩擦力进行计算，由于主轴箱的重量被平衡，故压力为零，代入公式，故摩擦力也为零。对滚珠丝杠的转动惯量进行计算，查《机械设计手册》可初选。则有(3-4)查阅资料可知，滚珠丝杠的制造材料为钢；初步选择滚珠丝杠的直径为d=20mm,长度为300,根据已知条件，则可对其转动惯量进行粗略计算，即(3-5)通过查阅资料，可以知道步进电机型的转动惯量为，根据该型号的步进电机说明书的电动机轴的转动惯量的转换公式，有(3-6)因为本设计中，并未使用到齿轮的传动，故，即(3-7)代入相关参数，得因为本设计中使用的是滚珠丝杠与螺母的配合，查资料知道，此时滚珠丝杠的摩擦力矩基本为零，可忽略不计[9]。本设计中的进给最大的速度为，由上述的已知条件结合公式，故负载转矩有(3-8)(3-9)同理，取极限环境下Δt=0.5,对空载时的转矩分析计算，有(3-10)(3-11)(3-12)则总的转矩为(3-13)综合考虑，取其电机的传动效率为，安全系数为，则他的实际的总扭矩约为(3-14)由初选电动机型号的相关参数可以知道该型号的电动机的最大扭矩为，，故电动机的启动转矩为(3-16)由于，说明所选电动机合适本设计的要求。根据国家标准,初步选取丝杠型号为，与之配对的螺母型号则为,经查可知，此型号的丝杠螺母的螺纹大径为,导程为，循环圈数，动额定载荷为，静额定载荷负载为,刚性为，螺母长度为，选择精度为。下面对滚珠丝杠进行验证校核计算查相关资料和上述已知条件，则那么，滚珠丝杠的寿命系数为(3-17)其中(3-18)查阅相关资料，取,故滚珠丝杠的载荷为(3-19)因为，故符合本设计的承载要求。本设计采用的是直线导轨双杆支承，直线导杆的直径为D=32mm,故，查相关资料可以知道钢的弹性模量为，经查知丝杠的最小直径为，压杆的安全系数为，由上述可知，本设计的丝杠的长度为，故丝杠的惯性矩为(3-20)根据支杆的承载能力验证计算公式，有(3-21)(3-22)由于,故能满足本设计的设计要求。3.3轴承的选择表3-2进给轴承的型号参数轴承类型轴承型号小径/mm大径/mm厚度/mm承载能力深沟球轴承6004204012径向力根据设计的要求，预计轴承使用寿命为：10年×300天×16小时=48000h深沟球轴承选用两对，两对都是6004，由经查表得6004的C=12.8kN，已知Fr=758NP=Fr=758N，ft=1，ε=3，结合《机械设计》公式（13-5a），有=121401h＞48000h(3-23)所以选用的深沟球轴承的寿命能够满足本设计机器的工作要求。推力球轴承选用一对，两个都是51104，经查表30204的C=13.5kN，已知Fr=830N，P=Fr=830N，ft=1，ε=3，有=110652h＞48000h故所选用的推力球轴承的寿命能够满足本设计的机器的工作要求。由于,根据本设计的要求，所有轴承都采用脂润滑。3.4本章小结针对XY高精密工作台的轴、丝杠、螺母、轴承等进行了详细的选型、设计计算、以及强度校核。

4上料机械手气缸选择4.1设计参数（1）伸缩长度：75mm，根据产品磁铁中心距为60mm，预留治具间隙、选择75mm。（2）单方向伸缩时间：2S以下；（3）为避免出现刚性冲击，故将机械手安装在前端。4.2气缸的选用4.2.1预选气缸的缸径分析运行时气缸的负载情况，计算出气缸的轴向负载力F。取（4-1）再通过负载的运动状态分析，选出气缸的负载率η。取理论上来说，在确定使用压力p时，最好保证其压力在减压阀进气压力的以内，其大小由分析供气情况确定[10]。已确定F,η和p，杆径与缸径之比（双作用气缸）[11]，通过式至式计算得到缸径D，并查表选出缸径D的标准尺寸。(4-2)（4-3）(4-4)算出D=9.6,为保证有足够的强度，故其缸径取12。可由薄壁筒的公式算出缸桶壁厚：(4-5)上式：为缸筒内径，p为缸筒极限气压，[σ]为缸筒材料的需用应力。确定壁厚：在设计时，实际壁厚取计算值的2倍[12]，而且实际生产中，缸筒尺寸都为整数，所以将取为2mm。4.2.2预选气缸行程分析气缸的操作距离、传动机构的行程比，确定出气缸的行程为75mm。4.2.3验算缓冲能力已知气缸的运动状态：输出推力、负载率、气缸行程L=55mm和气缸运动时间,在《气动手册上查得，气缸的理论基准速度。再由表查得，气缸的最大速度与理论基准速度之比a值为，从而求的气缸的最大速度。从图上可看出气缸两项指数：M和的交点处于确定的缸径缓冲曲线下方，即其负载的动能在气缸允许吸收的最大动能范围之内，所以确定的缸径符合设计各项要求。4.2.4活塞杆长度的验算通过翻阅相关资料，了解到在负担有轴向压力的情况下，MXW12型气缸活塞杆只有在极限行程小于，才能在工作时保证可靠的稳定性，而设计要求的行程为75mm，所以该项验算通过。4.2.5气缸须消耗空气量的计算该气缸消耗空气的量为4.2.6气缸型号的确定气缸选择SMC的MXW12-75型气动滑台气缸，该型号气缸的具体参数如下表4-1所示。表4-1MXW12-75型气动滑台气缸参数序号项目参数1缸径（mm）122行程（mm）753活塞杆位移（mm）04配管螺纹M8x0.55可选项标准（两端橡胶缓冲）6磁性开关型号M9NV7导线长度（m）1m8磁性开关数量2个9螺纹on/offon图4-1MXW12-75型气动滑台模型4.2.7气缸固定座的设计气缸采用固定到上方，通过固定座连接，滑台上固定Z向移栽机构和吸盘装置，具体结构如下图所示。图4-2固定座图纸4.3本章小结上料机械手伸缩长度75mm，产品磁铁中心距为60mm，预留治具间隙、选择75mm；单方向伸缩时间：2S以下。气缸选择气缸选择SMC的MXW12-75型气动滑台气缸，经验算符合设计要求。

5基于Solidworks的三维建模5.1设备三维建模Solidworks是目前机械行业的主流软件，相比较于平面二维设计软件，Solidworks更加直观。工程师使用Solidworks进行机械结构设计时，操作简单便捷，因为在Solidworks中自带一些模型和结构，可以在设计的时候直接调用，也可以通过简单的数字修改使其变更自己需要的模型，同时用户还可以将自己平时经常使用的模型等保存在数据库中，备平时的调用。设计出的零部件，在加工的过程中就不会因为结构的不良，反复反复不断的回去确认产品的设计，提高零部件的加工效率。零件设计生产的符合要求，也会在很大程度上方便产品的组装和加工，使得产品的设计和生产周期大大的缩短[17]。同时在设计图完成以后也方便业务人员与客户方进行沟通，更加直观的展示产品的结构和外观，还可以通过给客户演示产品的运行，确认是否满足客户的需求。做客户满足的产品，才能增强企业的竞争力，提高企业的经济效益[18]。通过Solidworks对每个零件进行三维建模，然后将每个零部件组装起来，具体如下图所示。图5-1三维总装配图图5-2上下料部分结构图5-3点胶部分结构图5-4旋转工作台部分装配Solidworks最受欢迎的一个原因就是可以三维立体的展示产品，设计师设计完结构后可以在Solidworks通过计算和演示操作，确认机械结构合理性，通过演示实际的操作确认是否有设计的不够完善的地方，是一个可以自检的工具[19]，通过使用Solidworks软件，设计师可以提早的发现在设计过程中考虑不周到的地方，及时的发现问题并解决问题，这样可以有效的的减少产品的生产周期[20]。5.2本章小结采用Solidworks软件对设备进行三维建模，通过三维模型更加直观表达了设备结构，更容易发现不足，便于改进。

结论AMT-CCTWZP-6D方磁铁钢槽装配设备是一种专门把正方体磁铁装配到一个凹形钢槽里的一台装配机器，其中通过给磁铁点胶，用吸笔把钢槽吸住再运放到磁铁上，传送带传送来完成一系列装配工作，其产品多数运用到国外汽车等应用零件上。其中磁铁尺寸长度40mm、宽度40mm、厚度15mm。槽钢槽内宽度为42mm。具体的装配要求是两个磁铁分别放置于槽钢左右端，左侧右侧分别对齐，磁铁与槽钢长边100mm一端对齐。磁铁和槽钢粘贴前需要点胶到磁铁上。装配过程采用旋转工作台样式设计6个工位。其中1号工位为自动上右侧磁铁；2号工位为自动上左侧磁铁；3号工位为自动点胶工位；4号工位为自动上磁铁工位；5号工位为预留工位，后期可设计为检查工位；6号工位为自动排料工位。所有上下料工位均采用气缸实现横向、纵向移栽，通过笔形气缸吸附零件或产品进行移栽。3号工位点胶机构采用XY高精密工作台实现画圆点胶作业。各工位上下料节拍为2秒，点胶作业工位节拍为3秒，设备生产节拍为3秒/件，每天按照8小工作制，日产能为9600件。使用Solidworks进行机械结构设计时，操作简单便捷，因为在Solidworks中自带一些模型和结构，可以在设计的时候直接调用，也可以通过简单的数字修改使其变更自己需要的模型，同时用户还可以将自己平时经常使用的模型等保存在数据库中，备平时的调用。设计出的零部件，在加工的过程中就不会因为结构的不良，反复反复不断的回去确认产品的设计，提高零部件的加工效率。

致谢在我刚开始做毕业设计的时候不太熟悉而无从下手，和在做毕业设计的过程中遇到过很多问题，都在老师和同学朋友的帮助下得到了解决。让我对设计有了比较清晰的思路，才能顺利将此次设计完成。时光如梭，转眼间四年紧张而又愉快的大学要接近尾声了。在此，我用此毕业设计来总结四年来我所学的知识。在设计的过程中不但需要运用大学学到的专业知识，还需要通过查询文献和通过网络了解最新的需求和现状。在此过程中也有迷茫的时候，遇到了一些问题，但是我一直在努力在坚持，不断解决了各种难题，最终完成了此次设计。通过此次的毕业设计，使我懂得了好好学习的重要性，以及对所学知识巩固的必要性，使我从中得到了一些启发。通过这次设计，让我对自己又有了新的认识，知道了自己的长处和缺点。在此，首先我要先感谢我的指导老师给我指明了方向，理清了思路，遇到的问题都详细的给解决。我还要感谢学院给与我帮助过的班主任和老师们，是他们给我进行疑难解惑，和四年以来的培养。另外我还要感谢我的同学们，在设计时大家相互鼓励与支持，一起讨论在设计中遇到的难题，让我感觉到了集体的温暖！最后感谢所有给予过我帮助的人。四年的学习生涯过去了，漫漫人生路，在今后迎接我们的将会是更大的机遇和挑战，在以后的工作中我定会更加努力！在此祝愿所有毕业的芊芊学子都可以找到理想的工作！

参考文献[1]周健.工程机械自动化装配工艺的重要性与发展趋势[J].城市建设理论研究(电子版),2019(07):51.[2]朱青,李艳萍.基于物联网的工程机械装配生产线感知系统设计[J].信息技术与信息化,2018(12):128-131.[3]张丽娜,吕坛.分析工程机械液压系统的可靠性[J].世界有色金属,2017(19):276-277.[4]秦立山.防呆防错在工程机械装配中的创新应用[J].设备管理与维修,2017(12):136-137.[5]韦睿轩.