机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）-半轴套工艺及自动上下料机构设计（全套CAD图纸）.doc

摘要本次毕业设计是围绕着CA141型汽车的后桥相配合和连接其内的汽车半轴套筒的工艺工装来展开的。容主要包括以下几个方面：设计零件的加工工艺、一套专用夹具，设计上料和下料机构及其相关的液压、电控系统。自动化早已成为工业生产的主流，在成批大量生产率很高，机动工时很短的情况下，自动上下料机构是一项重复而复杂的工作。为了提高生产率，减轻体力劳动，保证安全生产，所以采用自动上下料机构来代替人类的工作。一个好的上下料装置应达到：(1)提高装备生产率和工人劳动生产率，显著减轻工人的劳动强度。(2)工作稳定可靠，运转噪声小，不会损坏工件，使用寿命长。(3)结构紧凑、简单、最大限度采用标准化零件通用性好、易于制造维修成本低。自动上下料机构是本次设计中的一个重要和特殊的部分，所谓上料、下料机构是指在相关的加工过程中实现自动给料和自动送料的机械装置。它是利用机械传动机构与液压系统、电控系统相配合，实现自动工作循环。液压传动具有许多优点，如结构紧凑，体积小，重量轻，反应快，承载能力大；较易实现无级调速，调速比大；运动平稳；易于实现自动化；特别是采用电液联合传动时，能实现较复杂的自动化工作循环；具有自润滑能力；磨损小，寿命长；液压元件易于实现通用化、标准化，便于大批量生产。液压传动有如此多的优点，因此，本次所设计的自动上下料机构的驱动方式就采用液压驱动，并由PLC来控制。关键词：CA141型汽车、液压传动系统、PLC全套设计，联系QQ153893706AbstractThis graduate design is around the automotive empress in the type of CA141 bridge matches each other to match to pack to launch with the car half stalk a that link the craft work of its inside of.Permit to include primarily below a few aspects:Designing the spare parts processes the craft, a set of appropriations tongs, designing the top anticipate with descend to anticipate organization and its related liquids press, give or get an electric shock to control the system.The automation has become the main current that industry produce early, at criticize to mass-produce the rate very high, the very short circumstance in mobile man-hour is next, the auto anticipates up and down organization is work that a repetition but complicacy. For the sake of increase rate of production, alleviate manual labor, guarantee the safety production, so the adoption anticipates the organization up and down automatically to replace human work. A good anticipate up and down the device should attain:(1) increase the material rate of production labor the rate of production with the worker, showing the labor strength that alleviate worker.(2) the work stability is dependable, revolving the voice of is small, cant damage work piece, the service life is long.(3) the construction tightly packed, simple and biggest limit adoption standardizes the good and easy to manufacturing in general use in spare parts maintains the cost low.The auto anticipates up and down the organization is an importance of this design inside with the special part, it is so-called to ascend to anticipate, descend to anticipate the organization is a machinery to points to realizes in relatedly process process auto give anticipate with send to anticipate automatically.It is to makes use of the machine spread to move the organization press with liquid the system and give or get an electric shock to control the system match each other to match, realizing auto work circulation.The liquid presses to spread to move to have many advantages, such as construction tightly packed, the physical volume is small, the weight is light, responding quick, load the ability is big; Than realizes to have no easily the class adjust soon, adjust to compare soon big; The sport is steady ;Apt to realize automation; Adopt to give or get an electric shock especially the liquid unites to spread to move, can realize complicated automation work circulation; Have from the lubrication ability; Wear away small, the life span is long; The liquid presses a piece apts to realize in general use turn, standardizing, the easy to large quantity measures production. The liquid presses to spread to move such many advantages, therefore, an auto for designing anticipates up and down the organization drives the way and then adopt the liquid presses to drive, and from PLC to control.Key words: CA141 type car , liquid presses system, PLC前 言毕业设计是学生的最后一个教学环节，全国高教机械设计及制造专业教学指导委员会第三次会议记要指出，“毕业设计题目应该以产品（或工程）设计类题目为主，尤其要鼓励去工厂从高真实产品设计”。在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础，专业课全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。我们这次毕业设计题目，是结合老师的具体研制项目设立的，我们在实习厂所参观的并以以往设备为参考，结合所学机械各方面知识，在老师指导下，查阅许多手册，经过不断的改进，最终设计出了此次冲底专用机构，从而避免了加工质量差，生产效率低，设备昂贵的问题。我此次毕业设计的任务是汽车半轴套自动上下料机构，在崔广臣老师的辅导下，对原有的结构进行了改进，从而可以减少劳动强度。计算正确，五张零号图纸，符合工作量的要求。通过这次毕业设计，我在计算，制图，公差与技术测量，机械原理，机械设计，金属材料与热处理，机械制造工艺，液压传动系统，电气控制系统方面的知识都受到全面的综合训练，在机电液的结合方面使我受益匪浅。特别是崔广臣老师在工作中对我的耐心辅导，他对学生强烈的责任感和严谨的治学态度，无不给我以深刻的影响。由于类似的大型课题第一次接触，经验能力方面的欠缺，错误之处一定存在，恳请各位老师给予批评指正。目录摘要1Abstract.2前言4第一章 半轴套加工工艺.11.1 零件的分析.11.1.1 零件的作用 . 11.1.2 零件的结构特点.11.1.3 零件的材质.11.2 毛坯的确定.11.2.1毛坯加工方法的确定.11.2.1毛坯加工方法的确定. .11.2.2毛坯尺寸及加工总余量的确定11.2.3 毛坯的重量计算.11.3工艺规程.21.3.1定位基准的选择.21.3.2不同工艺路线的分析比较.21.4 选择机床设备及工艺装备31.5 确定机械加工余量，工序尺寸及其公差31.6 填写工艺卡片和机械加工工序卡5第二章 机床夹具设计.6 2.1 机床夹具概论.62.1.1 机床夹具概论.62.1.2 工件的安装.62.1.3 机床夹具的功用62.1.4机床夹具的组成 .62.2 夹具设计的基本要求 .62.3 夹具设计方法和步骤.72.3.1研究原始资料，明确设计任务72.3.2夹具结构方案的设计 .72.4夹具总图的绘制.7第三章 自动上下料机构的设计83.1上料架的作用.93.2下料架的作用.93.3上料架的设计.93.4下料架的设计.93.5上下料机构的安装.93.6上下料机构的工作过程.9第四章液压系统的设计.114.1 液压传动系统的特点.114.2明确设计要求.114.3液压系统主要参数的确定.114.4液压缸的结构设计144.5拟定液压执行元件运动控制回路.154.6 液压源系统.154.7 绘制液压系统图.154.8辅助装置的选择164.9画液压系统图.16第五章 电气系统设计.175.1可编程控制器简介.175.1.1 可编程控制器的工作原理.175.1.2 PLC的选择原则.215.2电气设备概述.225.2.1PLC的基本组合.225.2.2电气控制的变压系统部分设计.225. 2.3 OMRON,CPM2A系列PLC功能.225.3 选用和确定I/O设备.235.3.1 选择PLC的型号及I/O点数的分析.235.4控制程序设计.23结 论.26谢 辞.27参 考 文 献28第一章 半轴套加工工艺1.1 零件的分析1.1.1 零件的作用 汽车的半轴套筒安装在CA141汽车的后桥中，并且套在汽车半轴的外面。汽车半轴安装在汽车半轴套筒的内孔里，二者之间有较为精密的配合。汽车半轴套筒的作用是通过承受来自车身的常驻扭矩和弯矩来保证汽车的半轴免受损害。1.1.2 零件的结构特点零件的主要表面为同轴度较高的内外圆旋转表面，其尺寸精度直接影响到半轴套与汽车后桥的配合。零件壁厚较薄容易变形、零件的长度较长。1.1.3 零件的材质零件的材质为45Mn，有较高的强度和耐磨性，适合较大的引力。 1.2 毛坯的确定1.2.1毛坯加工方法的确定根据零件加工工艺性及零件尺寸精度，在选择毛坯的加工方法时，要综合分析零件的轮廓、尺寸精度、形状、位置、加工表面技术要求、最终确定了采用模锻来制造毛坯，精度等级2级。1.2.2毛坯尺寸及加工总余量的确定经查阅工艺手册确定零件的毛坯尺寸，详见表1.2-1表1.2-1，毛坯尺寸及加工总余量：加工表面锻件毛坯尺寸零件尺寸总余量外表面8576.578.43两端面703695.67.4内孔5870121.2.3 毛坯的重量计算经查零件的比重为7.9g/cm,经计算毛坯体积X密度可得毛坯重量为17Kg.M=3.14X4.25X70.3X7.9-3.14X2.9X70.3=16.81.3工艺规程1.3.1定位基准的选择说明(1)粗基准的选择粗基准的选择应满足以下要求：保证加工其他面时有足够的加工余量。保证精加工时定位面有一定的精度。为满足上述要求，应选外圆表面作为粗基准。(2)精基准的选择为了保证阶梯轴的外圆精度，采用中心孔为精基准，符合基准重合原则和基准统一原则。1.3.2不同工艺路线的分析比较工艺方案1工序1：备料工序2：铣圆柱端面以及中心孔。工序3：仿形粗车一端外圆柱面工序4：仿形粗车另一端外圆柱面工序5：中间检验外观检验 尺寸检验以中心孔为基准，各个轴径跳动不大于0.1 工序6：仿形精车一端外圆柱面工序7：仿形精车另一端外圆柱面工序8：磨削凸外圆柱面，保证外圆表面粗糙度0.6工序9：车一端螺纹工序10：镗内孔至尺寸，保证内孔表面粗糙度1.6 工序11：铣凹槽，保证表面粗糙度1.6工序12：清洗 苏打水溶液工序13：最终检验 工艺方案2工序1：备料工序2：铣端面工序3：镗内孔至尺寸工序4：粗车外圆柱面工序5：中间检验外观检验 尺寸检验以中心孔为基准，各个轴径跳动不大于0.1 工序6：精车外圆柱面工序7：磨削凸外圆柱面工序8：车一端螺纹工序9：铣凹槽工序10：清洗 苏打水溶液工序11：最终检验 方案二用普通车床加工工件的外圆柱面，加工难度大。综合对比可得，工艺一优于工艺二。最终选择工艺路线一为本次设计的加工工序。1.4 选择机床设备及工艺装备为了适应中批量生产的要求，通常选择以通用机床为主，辅以少量专用机床的流水线，刀具量具围绕相关机床而具体定夺。详见工艺卡片。(1)铣端面及内孔时，考虑到生产效率及装夹方便，采用专用组合机床，一双面镗床。铣端面时根据金属切削原理与刀具刀具采用D为100mm的镶齿套式面铣刀。采用专用夹具和量规。倒角时因倒角要求为60采用专用倒角刀具，量具采用游标卡尺。(2)粗车外圆轴径如工序简图1.2.3.4.5.时，根据被加工零件的直径和长度选用加工设备为CET120型半自动液压仿形车床。所用刀具采用机械夹固式重磨车刀，根据切削深度，选用弹性刀槽式夹固车刀，夹具先用专用夹具，选用游标量具。另外采用测量轴径的专用卡规。(3)粗车6.7.8.9.10个轴径时，选用设备与上面的车床选用同一型号，刀具也为机夹式车刀，专用夹具，专用卡规和游标卡尺。依次精车1.3.5.7.9五个轴时，参采用多刀半自动车床，选用加工设备为C7620型车床。机夹车刀，专用夹具。(4)精磨1.3.5.7.9五个轴径时的工序，选用加工设备为型号MQ1320型的外圆磨床，磨削用刀具选用砂轮，夹具为专用夹具，量具为专用量具。(5)车螺纹时选用加工设备为CA6140车床，刀具为螺纹车刀，量具采用专用量具，夹具采用专用夹具。(6)铣凹槽时采用加工设备为铣床选用X6042型卧式铣床，刀具为专用铣刀，夹具为专用夹具，量具采用专用量具。1.5 确定机械加工余量，工序尺寸及其公差本次设计的工序是由毕业设计导师指定的工序，根据金属机械加工工艺人员手册中表5-58，分别确定本次工序（粗车外圆轴径1.2.3.4.5）的机械加工余量，以及尺寸及其公差，如加工工序图表所示：结合毛坯图和零件图可知各轴径的总余量分布如下表1.5-1各轴径总余量表所示：1.5-1轴径12345总余量5.26.234.326.22.99 粗车轴径2.4外圆尺寸后，在以后各工序中不需要再加工，所以粗车后这两个轴径的余量为零，其余三个轴径的余量见列表1.5-2 1.5-2135多刀同时精车1.3.5轴径222精磨1.3.5轴径0.20.20.2粗车后各轴径总余量2.22.22.2由表1.5-1和表1.5-2相结合可得本次工序各轴径加工总余量，如表1.5-3所示1.5-3轴径总余量mm17.426.2336.5246.255.19 1.6 填写工艺卡片和机械加工工序卡第二章 机床夹具设计2.1 机床夹具概论2.1.1 机床夹具概念 在机械制造厂的生产过程中用来安装工件使之固定在正确位置上，完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作，所使用的工艺装备称为夹具。2.1.2 工件的安装 在机床上加工工件时，为了保证工件被加工表面的尺寸，几何形状及相互位置精度方面的要求，事先必须将工件正确地安装到机床加工位置上去。工件的安装一般包括定位和夹紧两个过程：即首先应使工件相对于机床及刀具占有一个正确的位置，这就是工件的定位，然后将工件固紧在这一既定位置上，使之不因受切削力、重力、离心力或惯性力作用而发生位置改变，这就是工件的夹紧。工件的安装一般有两种方式：直接在机床工作台或通用夹具上安装；采用专用夹具安装。2.1.3 机床夹具的功用(1)保证产品加工精度，稳定产品质量；(2)提高生产率，降低加工成本；(3)改善工人劳动条件；(4)扩大机床的工艺范围 。2.1.4机床夹具的组成机床夹具因被加工工件的加工表面不同或使用机床种类的不同而有各种不同的结构形式，但就机床夹具具体结构而言，大致可分为以下几个部分：定位元件、夹紧装置、导向对刀元件、连接元件、其它装置和元件、夹具体。2.2 夹具设计的基本要求 (1)稳定地保证工件的加工技术要求；(2)提高机械加工的劳动生产率，降低工件的成本；(3)结构简单，便于制造和维修；(4)操作安全、方便。2.3 夹具设计方法和步骤2.3.1研究原始资料，明确设计任务本次是对汽车半轴套进行外圆表面机加，根据任务说明书，采用CE7120车床加工。所以，夹具是安装在工作台上的。2.3.2夹具结构方案的设计 确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置计算内涨夹紧工件所需要的夹紧力：弹性夹盘直径 ： d=Dg=1200-10=1190卡盘悬伸长度： H=(0.25-0.5)D,这里取400mm卡爪斜角： =30弹性盘厚度： h=(0.05-0.08)r每个卡爪所需的径向夹紧力 : Wk=2KMp/npL1000这里，K=1.5，=0.10.15，n=8根据径向所需径向夹紧力卡爪所需张量： 2C=WknH /h 100000K薄壁盘所需推力： Q = 4x3.14KcK3S10000/r2HL(r2/r1)（N） Kc-抗弯刚度 = Eh/12(1-u) E = 2.1X10 MPa2.4夹具总图的绘制(1)夹具总图应遵循机械制图国家标准绘制，图形大小的比例尽量取1：1，为求使绘制的夹具总图有良好的直观性，如工件过大时选用1：2等缩小比例，过小时取2：1的比例；(2)在总图中应以最少数量视图清楚地表示出夹具的工作原理和结构，表示各种元件或装置之间的位置关系等；(3)绘制总图的顺序：先用点划线绘出工件的轮廓外形及定位基准，并用网状线显示出加工余量；把工件轮廓为视透明体，然后按着工件的形状及位置依次画出定位、导向、夹紧及其它元件或装置的具体结构；最后绘制夹具体，形成一个完整的夹具；(4)在夹具总图上标注出零件编号，按规定要求填写标题栏和明细表；(5)确定并标注有关尺寸和夹具技术要求。如图所示。第三章 自动上下料机构的设计3.1上料架的作用上料架是存放未加工毛坯的支架，工作时，将工件挡在挡铁的后面，当上料机构抓缺一个工件后，后一个工件沿斜面导轨向下滚，再被挡铁挡住，然后进行下一个工作循环。3.2下料架的作用 下料架是用来引导已加工件沿导轨滚落到指定存放处。上料架和下料架之间滑轨组成一个间隙，此间隙起到上料和下料过程中的限制作用，使工件不会脱手。3.3上料架的设计根据上料架需要实现的作用，以及参考机床中心高度1230mm,确定上料架的最高高度为1580mm，倾角4.5导轨的下面是钢板底座，为了防止工件在下滑的过程中脱离轨道两边，在底座上焊接角钢，起到导向的作用。导轨就焊接在底座上，底座用四个支管支撑，其中较短的两个支撑在机床铁制箱座上用螺钉钉于箱体上，较长的两个支撑用螺钉固定于地基上。上料架整体采用焊接件。3.4下料架的设计根据下料架的作用，参考机床中心高度1230mm以及上、下料动作的实现，设计下料架最高的高度为1258mm，下料架的底座也采用焊接件。其导轨的形状与上料相似。在连接方面，前端是用螺钉固定与机床的箱座上，另一端较长的两个支撑用螺钉固定于地基上。上料架整体采用焊接件。3.5上下料机构的安装安装时，先将液压机构固定于机床的铁制底座上，然后参考装配图，将上下料机构安装。3.6上下料机构的工作过程将毛坯存放于上料架上，可同时放多件。工件被焊接在导轨上的挡铁挡住。抓料手和推料手通过液压机构传动上升，将工件推过挡铁。工件沿导轨滚到抓料手中部。通过行程开关，抓料手托着工件下行到机床中心，待加工结束后，抓料手和推料手托着工件上升。由于此机构中的弹簧张开时只能支撑抓料手和一个工件的重力，当抓料手接触到挡铁前面的待加工工件时，弹簧开始压缩，推料手则继续上升将已加工完的工件推过抓料手的中间分隔部分，此时，弹簧张开，将待加工工件推过挡铁,进行下一工作循环。第四章液压系统的设计4.1 液压传动系统的特点液压传动具有许多优点，如结构紧凑，体积小，重量轻，反应快，承载能力大；较易实现无级调速，调速比大；运动平稳；易于实现自动化；特别是采用电液联合传动时，能实现较复杂的自动化工作循环；具有自润滑能力；磨损小，寿命长；液压元件易于实现通用化、标准化，便于大批量生产。4.2明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进行进一步液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与设计内容有关的其它方面的情况了解清楚。(1)主机的概况：用途，性能，工艺流程，作业环境，总体布局等；(2)液压系统要完成那些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；(3)液压缸驱动机构的运动形式，运动速度；(4)各动作机构的载荷大小及其性质；(5)对调速范围，运动平稳性，转换精度等性能方面的要求；(6)自动化程度，操作控制方式的要求；(7)对防尘，防燥，噪音，安全可靠