自动化车床的供料及出料装置设计【全套CAD图纸+Word说明书】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 上海电机学院 毕业设计 课 题 自动化车床的供料及出料装置设计 专 业 年 级 2009 级 姓 名 学 号 指 导 教 师 （签字） 学 院（系）院长（签字） 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 供料及出料 具有很多人 类所不具有的能力，包括快速分析环境能力；抗干扰能力强，能长时间工作和工作精度高。可以说 供料及出料 是工业进步的产物，它也发挥了在当今工业的至关重要的作用。 如今， 供料及出料 工业已成为世界各国备受关注的产业。 本文阐述了 自动化 供料及出料 的发展历 史 ，国内外的应用 状况 ，及其巨大的优越性，提出 了 具体的 供料及出料 设计要求 和 进行了总体方案设计具体结构设计、计算； 在分析国内外智能 供料及出料 研究现状的基础上，本文设计了一种新型 供料及出料 结构 将 驱动系统机构相结合，在两个电机的驱动下，通过一些简单的传动机构，使 供料及出料 可以 实现 运行 。建立了 供料及出料 的准静态模型，进行了准静态分析，从而获得 供料及出料 在步态运动时各部件的受力状况。 关键词： 供料及出料 ，步态行走， 供料及出料 ；工业；传动；强度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of do of a be is a of it a in s in of at of n of on a of - of be to of is so as to of in 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . I . 录 . 绪论 . 1 题研究意义 . 1 用 . 1 动化车床设备 . 2 动化车床设备 趋势 . 2 2 自动化车床的供料及出料装置设计结构方案设计 . 3 . 3 . 4 3 供料及出料四连杆机构设计 . 6 . 6 . 7 . 7 . 8 . 9 4 输送带装置设计 . 10 . 10 步带介绍 . 10 步带传动的主要失效形式 . 11 步带传动的设计准则 . 13 . 13 带传动计算 . 14 步带计算选型 . 14 步带的主要参数（结构部分） . 16 . 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 19 5 凸轮机构的设计 . 20 . 20 轮轮廓线曲线的设计 . 21 . 24 . 24 轮理论轮廓内凹部分 . 24 . 24 动滚子推杆盘形凸轮 . 26 . 26 6 气缸设计 . 28 . 28 . 29 . 30 7 气动原理设计 . 33 8 制部分设计 . 35 编程序控制器的选择及工作过程 . 35 编程序控制器的选择 . 35 编程序控制器的工作过程 . 35 编程序控制器的使用步骤 . 36 . 37 制系统的工作原理及控制要求 . 37 . 37 . 38 总结与展望 . 40 参 考 文 献 . 41 致 谢 . 42 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 题研究意义 市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间 ( ， 产品 (成本 (创新能力 (服务(用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在 20 世纪 50 至 40 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在 70年代竞争力的第一要素为降低生产成本， 80年代为提高产品质量， 90年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。 制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平 的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家 )2000 年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平 :即使在国内市场也面临着严峻的形势 :一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。 动化车床设备 应用 据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工 作时间的 15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言， 自动化车床设备 是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的 自动化车床设备 更是引人注 目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000个 20孔，若以摇臂钻床加工，单单与锪沉头孔就要 外还要划线工时 若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要 线也简单，只要 此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，买文档就 送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 结合 自动化车床设备 不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的 2000多个操作中，有 40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三 轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。 1975年法国巴黎机床展览会也反映了 自动化车床设备 的使用愈来愈多这一趋势。 动化车床设备 自动化车床设备 是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运 动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。 动化车床设备 趋势 自动化车床设备 生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展， 自动化车床设备 的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 2 自动化车床的供料及出料装置设计 结构 方案设计 构 方案 设计 由输送带将坯料送到料架上，供料装置将坯料送入车床主轴的中心，夹紧工件；平端面、端面倒角；加工完后，工件落入出料托盘中，托盘随后向输出斜槽倾斜。由输送带输出。 在加工过程中，工 件托架必须要转到一个离开加工碎屑的位置。 1、 圆形工件的料架； 2、工件（末加工）； 3、气缸； 4、四连杆机构（双摇杆） 5、出料斜槽； 6、加工完的工件； 7、供料用气缸； 8、夹具； 9、工具滑块 10、供料设备； 11、出料装置； 12、摆动关节； 13、杠杆 图示所示为自动车床的供料和出料机构。 V 形的高度可调。托架从料架中取出一个未加工的工件，并把工件输送到机床主轴的中心，在这个位置，被一个凸轮（未显示）推进到夹具中，加工完后，工件落入出料托盘中，这个托盘随后向输出斜槽倾斜。整个设备是装在一个基座上的，并与机 器上工具的区域连接。在加工过程中，工件托架必须要转到一个离开加工碎屑的位置。 买文档就 送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 适用元件： 标准气缸 标准气缸 或 接近开关 气缸 安装脚架 双耳环 单向流量阀 耳轴支座 安装附件 管接头 构 方案 论述 负载大小的确定主要是考虑沿 供料及出料 各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中应包括 供料及出料 末端的重量、抓取工件或作业对象的重量和规定速度和加速度条件下，产生的惯性力等。由本次设计给的设计参数可初估本次设计属于小负载。 驱动方式 由于伺服电机 具有控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境没有影响，体积小，效率高，适用于运动控制要求严格的中、小型 供料及出料 等特点，故本次设计采用了伺服电机驱动 （三）传动系统设计 供料及出料 传动装置中应尽可能做到结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，在传动链中要考虑采用消除间隙措施，以提高 供料及出料 的运动和位置控制精度。在 供料及出料 中常采用的机械传动机构有齿轮传动、蜗杆传动、滚珠丝杠传动、同步齿形带传动、链传动、行星齿轮传动、谐波齿轮传动和钢带传动等，由于齿轮传动具有效率高，传动比准确，结构紧凑、工 作可靠、使用寿命长等优点，且大学学习掌握的比较扎实，故本次设计选用齿轮传动。 （四）工作范围 工业 供料及出料 的工作范围是根据工业 供料及出料 作业过程中操作范围和运动轨迹来确定，用工作空间来表示的。工作空间的形状和尺寸则影响 供料及出料 的机械结构买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 坐标形式、自由度数和操作机各手臂关节轴线的长度和各关节轴转角的大小及变动范围的选择 （五） 运动速度 供料及出料 操作机手臂的各个动作的最大行程确定后，按照循环时间安排确定每个动作的时间，就能进一步确定各动作的运动速度，用 m/s 或（ ） /s 表示，各动作的时间分配要考虑多方面 的因素，例如总的循环时间的长短，各动作之间顺序是依序进行还是同时进行等。应试做各动作时间的分配方案表，进行比较，分配动作时间除考虑工艺动作的要求外，还应考虑惯性和行程的大小，驱动和控制方式、定位方式和精度等要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 供料及出料四连杆机构 设计 连杆机构设计 连杆机构是最常用的机构，因此连杆机构优化设计在机构设计中十分重要，研究工作开展得也最为广泛。有大量的文献介绍有关平面四杆机构、平面五杆机构、柔性连杆机构、曲柄连杆机构、槽轮连杆机构、凸轮连杆组合机构和齿轮连杆等机构的优化。鉴于四连杆机构的典型性，本节结合四连杆机构的函数再现优化设计问题，阐述连杆机构优化问题的一般方法及流程。 四连杆机构的优化设计就是对四连杆 机构的参量进行优化调整，使得机构给定的运动和机构所实现的运动之间误差最小。因此四连杆机构的优化设计的过程，就是寻找使得四连杆机构运动误差最小的一组机构设计参量。四连杆机构设计参量确定后，就可认为实现了机构的优化设计。 四连杆机构的优化设计包括四连杆机构优化模型建立和优化模型求解二个主要过程。通过对四连杆机构的分析确定优化方案，确定设计变量，给出目标函数，并将机构设计制约条件，如杆长条件、传动角条件等，写成相应的约束条件，即可建立机构优化设计模型。 下面介绍四连杆机构函数再现优化设计模型的建立。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 定设 计变量 根据设计要求，由机械原理知识可知，设计变量有 。将曲柄的长度取为一个单位长度 1，其余三杆长可表示为 倍数。由图 1 所示的几何关系可知 4324232212)(a r c c o 为杆长的函数。另外，根据机构在机器中的许可空间，可以适当预选机架 长度，取 ，经以 上分析，只剩下 个独立变量，所以，该优化问题的设计变量为 221 , 因此。本优化设计为一个二维优化问题。 立目标函数 按轨迹的优化设计，可以将连杆上 M 点 与预期轨迹点坐标偏差最小为寻优目标，其偏差为和 ,2,1 ，如图 2。为此，把摇杆运动区间 2 到 5 分成 S 等分， M 点坐标有相应分点与之对应。将各分点标号记作 i ，根据均方根差可建立其目标函数，即 mi 22 2)1(31 S 为运动区间的分段数 4324232212)(a r c c o 于是由以上表达式便构成了一个目标函数的数学表达式，对应于每一个机构设计方案（即给定 21,，即可计算出均方根差 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2 定约束条件 根据设计条件，该机构的约束条件有两个方面：一是传递运动过程中的最小传动角 应大于 50 度；二是保证四杆机构满足曲柄存在的条件。以此为基础建立优化线束条件。 保证传动角 50 图 3 按传动条件，根据图 3 可能发生传动角最小值的位置图，由余弦定理 r c c (a r c c （见图 3（ a） 所以 322322241 2 4 9 （ a） r c c (a r c c （见图 3（ b） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 所以 322142322 2 4 9 （ b） 式（ a）、（ b）为两个约束条件，将 11L ， 54 L ， 12 ，23 代入式（ a）、（ b），得 0362 4 9 122211 0162 4 9 122212 曲柄存在的条件 按曲柄存在条件，由机械原理知识可知 12 ， 13 ， 3241 4321 ，4231 把它们写成不等式约束条件（将 11L ， 54 L ， 12 ，23 代入上式），得 01 13 01 24 06 215 04216 04127 经过分析，上述七个约束条件式中， 紧约束条件， 为松约束条件，即满足 01 02 X ，必满足不等式 0073 以本优化问题实际起作用的只有 个不等式约束条件。 出优化数学模型 综上所述，可得本优化问题的数学模型为 si 22m 221 , 0362 4 9 122211 0162 4 9 122212 即本优化问题具有两个不等式约束的二维约束优化问题。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 输送带装置设计 步带的概述 步带介绍 同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。 同步带传动（见图 3，传动比准确，对轴作用力小，结构紧 凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度 80， 10=。 根据公式 F=F，系统压为最低 虑，可得 压侧的输出力为 ；拉侧的 输出力为 ，显然满足要求。 参照（ 气缸 1选用缸径为 20程为 25号为 25 。 同理，下压气缸 4选用亚德客笔型气缸，代号为 30。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 参照供料用传动方案设计，又下摆动关节的冲压力 ，选择的气缸类型分别为（表 气缸名称 上模板气缸 下压气缸 品牌及类型 径 5 40 活塞杆外径 14 行程 0 40 受压面积 侧 /拉侧 ) 421/298 1057/756 理论输出力 N(押侧 /拉侧 ) 摆动关节气缸的规格 气缸的运动时序表如下： 气缸名称 速度 /mm s T（伸出） /s T（收回） /s 上模板气缸 21 压气缸 23 摆动关节气缸的运动时序表 连杆关节气缸的计算 对四连杆关节连接滑块进行受力分析（在最大压力角2 19 处），图示如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 31 图 接滑块的受力分析 连接滑块受力来自两个部分，第一是气缸给的动力，第二是连接滑块和滑销之间的摩擦阻力。 连接滑块的摩擦阻力又来自两个部分，其一是滑块上方零部件的重量和自重引起的一个是由 送料凸轮给的力 中，1钉、垫圈、弹簧垫片、送料夹滑块、连接螺钉、送料夹、送料夹固定螺钉在送料滑销上的压力之和，跟据 置材料 37 . 8 2 1 0 m m 公 斤 /，可分别得出各零件的质量。 经分析，得总质量 M=(连接滑块质量 +六角螺钉质量 +垫圈质量 +弹簧垫片质量 +连接螺钉质量 ) X 2+送料夹 X 3 +送料夹固定 螺钉 X 6 + 送料夹滑块质量。 即 M=（ X 2 + 3 + 6 + g 故，g= 10 = 又查得刚和刚（粗糙度 间的 3摩 擦 系 数 u= 0 . 3 1 1u F u M g N （ 1） 12s i u F u F （ 2） 根据连接滑块 知2c o f F （ 3） 联立（ 1）（ 2）（ 3）解得 F= 根据要求，四连杆关节气缸选用笔型气缸（ 理论出力计算公式是： F=纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 式中： F 气缸理论输出力（ N） P 工作压力 (A 活塞受力面积（ 2 0F 弹簧复位力（ N） 系统压力为 用复动型气缸时，0F=0 N， 取系统压力极小值时 ， 可得 ： 20 . 5 1 . 6 6 70 . 3FA m 气缸活塞面积大于 可。 1 . 6 6 72 2 1 . 4 5 73 . 1 4Ad m = =即气缸缸径大于 行。 参照（ 选用缸径为 12程为 40用亚德客气缸，代号为 40。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 33 7 气动 原理 设计 气动原理图如图 4示。整个气动系统就是要对 供料 气缸、 摆动 气缸 、 四连杆 气缸动作进行控制。 图 4动原理图 气路元件表如图 4示： 图 4路元件表 序号 型号规格 名称 数量 1 向节流阀 6 2 24三位四通电磁滑阀 3 3 动截止阀 1 4 压力组件 1 5 力继电器 1 6 两位三通电磁滑阀 1 各执行机构的调速，凡是能采用排 气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快起动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径，是根据 各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 35 8 制部分设计 考虑到气缸的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器 (气缸进行控制 需改变 常方便快捷。 编程序控制器的选择及工作过程 编程序控制器的选择 目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的 C,德国西门子公司的 5系列 本 石 )公 司的 虑到本气缸的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了 28 编程序控制器的工作过程 可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为四个阶段。 第一阶段是初始化处理。 可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连， 入输出状态暂存器也称为 I/0状态表 储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器 ;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时， ，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。 第二阶段是处理输入信号阶段。 在处理输入信号阶段， 获得的各个输入端子的状态信息送到 I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在 I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。 第三阶段是程序处理阶段。 当输 入状态信息全部进入 I/0状态表后， 这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各 I/0状态和有关指令进行运买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 算和处理，最后将结果写入 I/0状态表的输出状态暂存器中。 第四阶段是输出处理阶段。 将运算结果写入到 I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后， 编程序控制器的使用步骤 在可编 程序控制器与被控对象 (机器、设备或生产过程 )构成一个自动控制系统时，通常以七个步骤进行 : (1)系统设计 即确定被控对象的工作原理，控制要求，动作及动作顺序。 (2)I/0分配 即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号 ;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号 用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。 (3)画梯形图 它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器 (则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。 (4)助记符机器程序 相当于微机的助记符程序，是面向机器的 (即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同 )，用简易编程器时，应将梯形图转化成