毕业设计（论文）-可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计（全套图纸）

摘摘 要要 针对现代自动化流水线设计的一种圆盘类零件自动上料机构，实现 了坯料的自动上料、夹紧以及坯料的放取。整个机构装置主要由料盘， 坯料、夹具，动力输送系统以及控制系统组成。零件的定位、夹紧由料 盘三根导杆通过下面的齿轮传送动力实现，导杆具有初步定位与夹紧的 功能，实现坯料的定位和夹紧。坯料的抓取、回放是由夹具机械手通过 上下伸缩、旋转等运动实现，动力为空气，气缸为执行部件。整个设计， 为了实现工件的自动上料，三个导向杆同时向内或是向外运动，保持三 者的同步性，通过使用链条齿轮传动，能够高效的保证三者同步性。考 虑到所坯料的实际尺寸、质量等因素，整个机构采用了气动、链轮传送 以及电气控制来实现了坯料的抓取，彻底实现自动化过程。 针对今生第一次，也许是今生的最后一次设计任务，我认真的阅读 了老师给的任务书，充分了解了此次的设计任务、要求，与相关的技术 参数。我花费了大量的时间在网海与书海里查找了大量的资料文献。在 书的海洋里，我慢慢的找到了设计的灵感，诸多的各种机械结构在脑海 里闪现。确定了我的上料仓系统的物料为圆柱类零件，要求输送这些物 料到指定的位置。通过逻辑分块方法逐步分部设计各个工位板块。在 solidworks 里逐步的模拟设计每一个工位，然后优化结构，最后确定各 部分机械结构。整个设计中，动力系统采伺服电机做为动力源；料仓是 由圆盘与导杆组成，机构简单，成本低廉。伺服丝杠电机推动支撑座与 料仓圆盘到定位面，实现了零件的定位，之后机械手在该平面进行准确 的抓取；整个系统采用 PLC 控制系统，控制伺服电机的运转，从而控制 提升圆盘料仓到准确位置。 整篇论文中包含设计方案的概述，主体机械机构和部分机械机构动 力的计算，最终选定合适的伺服电机。本设计的目的在于：可调节式链 传动式盘类形状上下料仓设计功能的实现，并且实现了自动化的生产目 的，提高了生产效率，增加了企业的产能，降低工人的劳动强度。整个 料仓的设计响应了国家提出的绿色环保的生产理念。并真实的实现这一 目标！ 关键词关键词： 自动上料；夹具；料盘 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 Abstract According to the automatic feeding mechanism of the disc type parts designed for the modern automatic assembly line, the automatic feeding, clamping and the placing of the blank are realized. The whole mechanism device is mainly composed of a material plate, a blank, a clamp, a power delivery system and a control system. The positioning and clamping of the parts are realized by the transmission power of the three guide rods of the material plate through the gear transmission, the guide rod has the function of preliminary positioning and clamping, and realizes the positioning and clamping of the blank. The grabbing and playback of the blank is realized by the movement of the manipulator of the fixture through the upper and the lower telescopic, the rotation and the like, the power is the air, the cylinder is the executive component. The whole design, in order to realize the automatic feeding of the workpiece, the three guide rods at the same time inward or outward movement, to maintain the synchronization of the three, through the use of chain gear drive, can effectively ensure the synchronization of the three. Taking into account the actual size of the blank, quality and other factors, the whole body using the pneumatic, sprocket transmission and electrical control to achieve the blank grab, complete automation process. For the first time in this life, perhaps the last design task of this life, I carefully read the teacher to the task book, fully understand the design tasks, requirements, and related technical parameters. I spent a lot of time in the sea and sea search book lots of documents. In the book of the ocean, I slowly found the design of inspiration, many of the mechanical structure of the flash in my mind. Identify the bin my system material for the cylinder parts, requires delivery of these materials to the designated position. By using the logical block method, the design of each station plate. Gradually in the SolidWorks simulation design every station, and then optimize the structure, and finally determine the various parts of the mechanical structure. The whole design, power system production servo motor as a power source; storage bin is composed of a disc and a guide rod mechanism is simple and low cost. Screw servo motor drive supporting seat and hopper disk to locate the face, to achieve the positioning parts, mechanical hand in the plane of accurate grasp; the whole system adopts PLC control system, operation control of a servo motor to control upgrade disk bin to the accurate position. The whole paper includes an overview of the design of the project, the main body of mechanical mechanism and the calculation of the power of mechanical structure, the final selection of the appropriate servo motor. The design objective is: implementation of silo design function on regulating chain type transmission type disc shape, and the realization of the automation of production, improve production efficiency, increase the production capacity of enterprises, reduce the labor intensity of the workers. The whole design of the hopper in response to the state of green production concept. And to achieve this goal Keywords: Automatic feeding、fixture、Material tray 目 录 引言 . 1 第一章概述 2 1.1 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计概述 . 2 1.2 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计组成及其作用 . 2 1.2.1 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的组成 2 1.2.2 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的作用 . 3 第二章总体方案设计 4 2.1 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的关键参数 . 4 2.2 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的传动方案设计 . 4 2.2.1 传动方式的设计 4 2.2.2 料盘整体的设计方案 5 2.2.3 动力提升的设计方案 6 2.3 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计伺服电机的选择 . 8 2.3.1 料仓设计伺服电机功率的选择 . 8 2.3.2 料仓设计滚珠丝杠行程的选择 . 12 第三章可调节式链传动式盘类形状上料仓的主体结构设计 13 3.1 可调节式链传动式盘类形状上料仓设计的工装结构设计 13 第四章 基于料仓设计的建模及装配 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1solidworks 软件建模与装配概述 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1.1 结构设计的基本概念 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1.2 Solidworks 软件在结构设计中的作用 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2 运用 Solidworks 软件进行零件设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.3 运用 Solidworks 软件进行零件的装配 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 4-8 整个装配体总装图 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结论 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 23 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 引言 1 引 言 毕业设计的关键是结束的大学生在学校四年期间的学习生涯,这是一个综合考 试的知识,也是我们学以致用设计过程,模拟真实的环境,这使得本专业设计工作我 们有一个更深刻的理解,因此,为未来的工作奠定了坚实的基础。 为了有效地完成毕业设计,我们把之前的生产现场的实际情况,并通过查找大量 的资料和其他教科书和参考书,写这个夹具设计规范。它通过程序的设计,进一步机 车阀导块的过程。通过编写夹具、电动机、感应器、设计规范,进一步说明了设计理 念,巩固学到各种各样的知识。这个设计编译一组批生产过程规划。简单实用的夹具 设计更多的反映了经济技术指标在设计中的重要地位。 设计工作是一个细致、困难、复杂,涵盖非常广泛,它不仅巩固了所学的知识,更 多的提高和锻炼我们的综合能力,如计算能力、图形功能和软件的使用能力。但是因 为我的学校和水平有限,难免有缺点和错误的设计,请在这里老师评论。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章概述 2 第一章 概述 1.1 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计概述可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计概述 随着时代科技的发展，人工成本的增加，为了减少人的劳动强度，自动化应运 而生。自动化几乎涵盖所有的机械相关行业，自动化的迅速发展加快机械乃至社会 的发展。在自动化生产行业，各种新型的装置竞相出现，快速推动行业的发展。节 约时间，缩短工时，减轻劳动强度，节约成本，提高生产率。工厂没有自动化生产 线，生产制造就没有核心竞争力，可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计大大的 降低了生产成本。 1.2 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计组成及其作用可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计组成及其作用 1.2.1 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的组成可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的组成 本次设计可调节式链传动式盘类形状上下料主要包含以下组成部分： 1.底板：底板承载整个料盘，底板呈水平放置状态，底板可安装螺杆螺母，上 下调节底板高度。 2.料盘：料盘主要由一个圆盘与 3 根杆组成,3 根杆处于圆盘的滑道中，形成料 仓，本设计的亮点在于料盘大小可调，适应不同的产品需求以达到设计目的，圆盘 导向槽设计目的有两个，一是来调节料盘的大小，而是用来导向杆的运动，在电机 齿轮的驱动下，3 根导杆同时向内或是向外运动，而且 3 者的运动能够保持同步性。 3.动力组件：料盘的导杆运动需要用电机齿轮传动，电机运转带动齿轮，齿轮 通过链条带动轴转动，轴的转动传动到直齿轮，直齿轮与导杆通过紧固零件固定在 一起，从而带动导杆的向内或是向外运动。3 个链轮链条组形成一个封闭的内环，这 种设计能够确保 3 者同步稳定性。选择齿轮传动的优点在于传动效率高，稳定性好。 4.动力提升部分：动力推升部分采取电机链条传动，考虑到负载较重，又是在 竖直方向的负载，电机功率的选择上有很多的考虑因素。同时，物料在上升的过程 中， 每次行程都是一样， 使得物料每次都在同一位置， 在 顶部增加一个光电传感器， 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章概述 3 以达到控制电机的 Z 轴行程，光电开关的应用彻底的解决了物料不在同一空间 位置的问题，同时，光电开关性能高，控制效果好。能够精准的保证位置的准确性。 每次零件都能提升到固定的同一位置，不会有任何偏差。 1.2.2 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的作用可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的作用 随着工商业制造业的飞速发展，自动化行业也是在快速的向前发展，目前我我 们的祖国在制造业方面与欧美的国家日本有着很大的差距，国家也是在大力的扶持 制造业的发展，这对制造的发展起了相当大的作用，自动化也是在国家推出新的政 策环境下，提出创新的高科技理念的前提下也得到快速的发展。目前，经济全球化， 促进了制造的高速发展这对我国制造业的发展有着良好的机会。工业 4.0 时代的到 来，科技的竞争更是激烈。自动化的流水线，自动化的生产线已经成为时代的主人， 机器人时代的到来，人力被大大的削弱，高度自动化的生产制造商将会占据更大的 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计适应着市场的变化应运而生。其优势 不明而喻。上料仓的工作效率大大高于人力，机械手的取料位置精度也大大的提高 的，零件的加工误差也是大大的减少，并且在很大的程度上降低了人的劳动强度， 大幅度的提高了生产线的产能。采用链轮链条的传动方式大大的降低了能源的消耗， 极大的符合了国家节能环保，能源节省的理念。符合国家的绿色环保的新理念要求。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章总体方案设计 4 第二章 总体方案设计 2.1 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的关键参数可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的关键参数 1.回转型可调节式盘类形状零件上下料仓设计的回转移动最大运行速度为：0.3m/s。 2.每个工件的质量假定为： 2kg工件4kg 3.单个料盘的所容纳零件的总重量为：50Kg 4.横向移动的料盘的数量为 16 个,其中在端部的一个为上料工位，另一个为下料工 位。 5.零件的形状： 零件的直径范围：80-300mm 高度范围为：30-70mm 2.2 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的传动方案设计可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的传动方案设计 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计的主要有两个重难点，一是传动电机 的选择与传动方式的设计，二是料盘机构的设计。 2.2.1 传动方式的设计传动方式的设计 传动机构的设计中，料盘的导杆要向内或是向外运动，同时，需要他们 3 者保 持同步性。导杆在运动的过程还不能发生偏移，还要保持向内或是向外精度，能够 保证 3 根导杆能够夹住物料。传动机构的简易图如下 2-1 所示，电机转动方向如图 箭头方向。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章总体方案设计 5 1. 齿轮 1； 2.齿轮 2 ； 3.齿轮 3； 4.电机； 5.齿轮 4 图 2- 1 传动机构的简易原理图 由上图可以看出整个传动系统的原理，齿轮 1，齿轮 2，齿轮 3，通过同一根链 条连在一起形成一个封闭的内环，齿轮 1，齿轮 2，齿轮 3，各个轴上分别还有令一 个齿轮，各个齿轮分别与直齿轮发生传动，直齿轮的转动带动导杆的运动。电机转 动带动链条上的齿轮传动，齿轮传动继而传动给同一个轴上的齿轮，顺而传动到整 个系统中。电机选用的是伺服电机，PLC 电气控制系统电机的运转。 2.2.2 料盘整体的设计方案料盘整体的设计方案 在料盘的整体设计中，需要充分考虑几点因素，料盘中物料的定位，料盘中物 料的夹紧， 不同的物料共用同一料盘， 料盘导杆动力的来源， 3 个导杆运动的同步性。 圆盘下有 3 个支撑底座起支撑底板的底板的的作用， 3 根导杆分别与导轨滑块支撑座 连接在一起，支撑座与底板通过螺钉紧固连接。物料放在 3 根导杆的料盘中间，导 杆只在水平方向受到力的作用，竖直不承受任何力的作用，圆盘上有三个导槽起导 向作用。圆盘结构的设计保证了导杆在水平方向的运动精度，不发生偏移、振动， 运动过程确保平稳。支撑座与导杆连接以限制导杆在空间的某一运动方向。整体机 构传动方案结构图 2-2 如下： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章总体方案设计 6 1.底板，2.圆盘，3.支撑底座，4.支撑座组，5.动力组件，6.导杆，7.物料 图 2- 2 料盘机构的简易图 2.2.3 动力提升的设计方案动力提升的设计方案 在考虑到物料自身的重量以及整体总重的前提下，我们采用滚珠丝杠电机带动 的传动方式来提升物料。此设计的优点在于能够有效的控制物料提升到固定点位置 处，通过光电开来检测物料的位置，运用 PLC 电气控制系统控制速伺服电机的转动， 从而到达控制物料提升的高度，这种传动系统装置能够精准的保准物料每次都能提 升到同一位置，能够确保机械手每次取料位置相同。其次在于伺服传动系统传动效 率比较高，负载能力也比较强，可以在空间的任意位置停住。电机与丝杠采用同步 轮同步带传动大大提升了伺服电机的工作效率。光电开关在此处的应用也是恰到好 处，光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的 遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有 能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出， 接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用 的是波长接近可见光的红外线光波型。图 2-3 为动力提升的设计方案机构简图： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章总体方案设计 7 1.同步轮 2.同步带 3.电机 4.侧板 5.滑块 6.丝杠 7.底板 8.电机安装板 9.轴承安装板 图 2-3 动力提升的设计方案机构图 这个动力提升装置通过一个安装底座固定在大板上，滑块上有一个支撑板，支 撑板用来支撑料盘，伺服电机转动，通过带轮带动丝杠转动，丝杠转动使得滑块向 上或是向下运动，从而使得料盘向上或是向下运动。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章总体方案设计 8 2.3 料仓设计伺服电机的选择料仓设计伺服电机的选择 2.3.1 可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计伺服电机功率的选择可调节式链传动式盘类形状上下料仓设计伺服电机功率的选择 伺服电机主轴所受的外载荷，主要由物料的自重，料盘的质量，摩擦阻力以及 惯性载荷等组成。 根据零件尺寸确定零件的重力为： 22 22 1 () 4 1 (0.10.08 ) 7800 0.05 9.828.095 4 GMgDdLg N = = =1616 28.095449.52GGN= 总 惯力载荷 a F 2 /s g= t=0.10.5 , 449.52 0.522.93 9.8 a a GV F g t V g ts FN = = 总 速度变化量（m ）; 重力加速度，9.8m/s 启动或是制动时间，一般机械 由于滑块与丝杠之间的摩擦力相当于其他的力比较很小，所以可以忽略不计。 1. 电机力的计算： 1.1 负载力矩和惯量的计算 计算负载力矩，加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出： f 2 : :gf = mf m Fl TT T F =+ 加到电机轴上的负载力矩（Nm） 沿坐标轴移动一个部件（滑块）所需的力（K） l :电机转-转电机轴端距离 T ：滚珠丝杠螺母或是轴承加到电机轴上的摩擦力矩 2Nm 计算力矩时，要注意一下几点： 考虑由锁紧力(f)引起的摩擦力矩 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章总体方案设计 9 根据运动部件的重量和摩擦系数计算的力矩通常相当小。锁紧力和滑动表面的 质量对力矩有很大影响。 滚珠丝杠的轴承和螺母的预加负荷，丝杠的预应力及其它一些因素有可能使得 滚动接触的 Fc 相当大。 小型和轻型机床其摩擦力矩会大大影响电机的承受的力矩。 当计算切削时的力矩时要考虑由负载引起的摩擦力矩。 2. 计算负载惯量 与负载力矩不同，负载惯量可以精确地算出。由电机的转动 驱动的物体的惯 量形成电机的负载惯量，无论该物体是转动还是沿直线运动。对各运动物体分别计 算其惯量，然后按一定规则将各物体的惯量加在一起，即可得出总惯量。总惯量可 按下述方法计算。 柱体绕中心轴的回转惯量可由下公式计算： 42 2 3 a 33 62 a 642 (.) 32 980 :. kg cm cm cm kg cm (.) 16500mm 0.78 101.65000.00255. A a A Aa A K JD L kgf Cms Jkgf Cms L D L kgf Cms DL Jkgf Cms = = 转动惯量（） K:物体的比重（/） D ：直径（） ：长度（） 物体的材料为铁（比重为7.8 10/），则惯量的近似值为： J=0.78 10 滚珠丝杠的为 ，为，则其惯量为： 3. 对负载惯量的限制 负载惯量对电机的控制特性和快速移动的加/减速时间都有 很大影响。负载惯 量增加时，可能出现以下问题：指令变化后，需要较长的时间达到新指令指定的速 度。若机床沿着两个轴高速运动加工圆弧等曲线，会造成较大的加工误差。 负载 惯量小于或等于电机的惯量时，不会出现这些问题。若负载惯量为电机的 3 倍以上， 控制特性就会降低。实际上这对普通金属加工机床的工作的影响不大，但是如果加 工木制品或是高速加工曲线轨迹，建议负载惯量要小于或等于电机的惯量。 4.电机的选择 根据加于电动机上的负载，快速运动速度，系统的分辨率等 条件选择电机如 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章总体方案设计 10 下表中有几组电机大的参数表 表 3.1 电机的参数及特性曲线图 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章总体方案设计 11 根据力矩-时间图可以得到一个运行周期的加于电机上力矩 的均方根值。对该 值进行核算，确保要小于或等于电机的额 定力矩。 Ta ：加速力矩 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章总体方案设计 12 Tm ：摩擦力矩 To ：停止时的力矩 如果 Trms 小于或等于电机静止时的额定力矩（Ts） ，则选 择 的电机可以使用。 （考虑到发热系数，核算时静止力矩应为 实际静止额定力矩的 90%。 在下列条件下选用3/3000（Ts=31 kgf.cm）=3.0Nm 的电机： Ta=12.1 Nm,； Tm=To=0.9 Nm； t1= 0.1 s； t2=1.8s； t3=7.0s。 Trms = 20.2 Nm Ts0.9=2.90.9=2.61 Nm 因此，200v，200w 电机可以满足上述运行条件。 2.