电子行业自动模拟焊接设备设计(DOC53页).doc

自动模拟焊接设备设计自动模拟焊接设备设计 目目 录录 工学院工学院 自动模拟焊接设备设计 吕敏 轴套塑料模具设计 屈斌 阀体蜡模模具设计 林瑞永 微机控制超低速运动下降杆设计 孙国浩 基于遗传算法的车间调度方法 黄颂志 虚拟企业的作业模型构建及其业务流程设计 陈 局 电脑的造型设计 毛盈欢 工业电熨斗的造型设计 张丽娜 弹性板中的表面波分析 潘俏俏 自动模拟焊接设备设计自动模拟焊接设备设计 作者 吕敏作者 吕敏 指导教师 周嵘指导教师 周嵘 摘要 摘要 本论文是对毕业设计 自动模拟焊接设备设计所采用的方案以及所使用的硬件 软件技术和所能达到的效果的描 述 自动模拟焊接设备在动力上采用气动的方式 接近开关提供反馈信号 采用可编程控制器 PLC 实现总的控制 自动模拟 焊接设备能实现手动送料 自动分配焊接机焊接 然后机械手自动地将已加工完毕的工件运走的一系列连续的动作 自动模 拟焊接设备是一套教学设备 能帮助学生学习气动技术 学习可编程控制器 PLC 的使用及传感技术 关键词关键词 可编程控制器 气动技术 接近开关 1 绪 绪 论论 随着时代的进步 社会的发展 气动技术和可编程控制器在工业上的运用越来越广泛 作为机械专 业的学生 学习气动知识和可编程控制知识是必须的 但我们缺少将两者组合在一起使用 形成一个完 整的系统的学习 自动模拟焊接设备是一套教学设备 将气动知识与可编程控制知识综合起来 有助于 学习气动技术和可编程控制的相关知识 自动模拟焊接设备的原理及方法亦能适用于实际生产的系统 它能提高生产效率 而且由于驱动采用气动方式 故几乎不对环境造成污染 因此对于实际生产也有很 大的意义 2 方案设计 方案设计 2 1 硬件部分硬件部分 自动模拟焊接设备是一个完整的系统 包含了动力 执行 检测 控制等部分 由不同的元件来实 现各个部分的功能 达到预期的效果 2 1 1 动力机构动力机构 动力机构采动气动的方式 从贮气罐中出来的压缩空气经过适当的阀的控制 就可满足压强 方向 流量的要求 从而驱动各个执行元件完成规定的动作 虽然动力机构亦可采取伺服电机的形式 但在自 动模拟焊接设备中 由于要实现的动作很多 而且这些动作之间又具有相对独立性 需要多个伺服电机 才能完成规定的动作 并且要完成规定的动作 还必须经过减速箱体等的设计制造 才能将伺服电机提 供的运动形式转化为自动模拟焊接设备所需要的运动形式 这些都会大大地增加自动模拟焊接设备的繁 琐性 故动力机构采用气动的方式 而不采用伺服电机的形式 2 1 2 执行机构执行机构 执行机构采用不同型号的气缸 加以组合来完成规定的动作 由于动力机构是采用气动的方式 故 执行机构采用气缸还完成规定的动作 达到设计的要求是最直接的选择 气缸价格低 便于安装 结构 简单 可靠 不仅能完成直线运动 还能完成旋转运动和侧转 摆动 运动 而且 气缸根据尺寸和有 效行程不同 又有各种形式的气缸 可供选择的范围很大 自动模拟焊接设备中有工件的输送的系统 即将加工完的工件从一端运到另一端 这一输送过程中 包括工件的抓取 提升 移动 旋转这一系列的动作 工作的抓取选择气动手指作为机械手来完成 当 然 抓取的动作亦可由吸盘来完成 但吸盘对工件表面的粗糙度要求较高 而且吸盘亦不及采用机械手 来实现抓取动作的直观性 故选用气动手指来完成抓取动作 而没有选取吸盘来完成抓取动作 提升动 作可以选取顶推气缸来完成 移动动作可由无杆气缸来完成 旋转动作可由旋转气缸来完成 但这些气 缸都是独立的个体 得用塑胶板 螺钉等材料将这些独立的元件组合起来 使之成为一个完整的整体 进而完成各项动作 2 1 3 检测机构检测机构 检测机构主要用来检测工件的位置和无杆气缸的移动情况 并将检测到的信号传送给可编程控制器 由控制机构对信号进行处理 因此要求检测机构要有精确的检测能力和快速传递信号的能力 同时对检 测机构形状 结构 尺寸都有要求 在自动模拟焊接设备中 要使其适合于自动模拟焊接设备 能发挥 其功能 同时不能使自动模拟焊接设备看起来很突兀 因此 选择接近开关作为自动模拟焊接设备的检 测机构 2 1 4 控制机构控制机构 控制机构采用小型的可编程控制器 可编程控制器不仅具有很高的可靠性 而且编程方便 易于使 用 软件方面可编程控制器采用与实际电路接线图非常接近的梯形图 易懂易编 硬件方面只用螺丝刀 即可进行全部接线工作 虽然采用单片机亦能完成所要求的工作 但单片机需要自己设计在可编程控制器中已有的一些安全 性电路 而且需要自己根据需要焊接电路 故单片机的可靠性远不及可编程控制器 此外 单片机语言 比较复杂难懂 完成相同一个动作 单片机的语言要比可编程控制器的繁琐的多 同时 要把单片机语 言写入单片机内 需要专门的软硬件 要比可编程控制麻烦的多 故控制机构采用可编程控制器 而不 采用单片机 2 2 软件部分软件部分 由于控制机构采用小型的可编程控制器 因此必须采用适合于所选择型号的可编程控制器的编程语 言 在自动模拟焊接设备中 采用与实际电路接线图非常接近的梯形图 用梯形图编程 语言显得精简 梯形图语言的易懂易编对于初学者来说是很有帮助的 有助于看懂程序 有助于对可编程控制由浅入深 的学习 此外 不像单片机一样 要将程序写入单片机 需特定的程序写入的硬软件 在可编程控制中 在相应的编程环境中将程序编写完成后 直接可写入可编程控制中 进行调试 运行 这样就显得可编 程控制器的编程相当直接 方便 另一方面 由于可编程控制器自身的硬件和由制造者编制的系统监控 程序的优越性能的关系 使得用户程序在运行时很稳定 可靠 3 硬件技术 硬件技术 3 1 气动元件的选择气动元件的选择 动力机构采用气动的方式 空气经压缩机压缩进入贮气罐内 贮气罐内的压缩空气经过压缩空气调 理装置后进入输送管道 然后再通过各种形式的阀 才能最终进入气缸 推动活塞运动 3 1 1 气缸的选择气缸的选择 在自动模拟焊接设备中 需要由气缸来完成的动作有模拟焊接 待加工工件的分配 将待加工工件 送入工作点 将已加工完毕的工件推离工作点 已加工完工件抓取 提升 移动 旋转 需选择合适的 气缸就能完成所有的这些动作 在自动模拟焊接设备中 使用了三个型号为 CDJ2B10 25 B 的有杆气缸 两个用来完成模拟焊接 的动作 一个作为档杆来完成待加工工件的分配工作 两个型号为 CDJ2B10 50 B 的有杆气缸分别作 为送料杆和推料杆来完成将待加工工件送入第二加工点和将加工完毕的工件推离第一加工点的动作 一 个型号为 CDJ2B10 75 B 的有杆气缸作为推料杆来完成将加工完毕的工件推离第二加工点的动作 一 个型号为 CDJ2B10 125 B 的有杆气缸作为主送料杆来完成将待加工工件送入第一加工点和送入分料点 的动作 在加工完工件的输送过程中 选择型号为 ORV16 150 11W 的无杆气缸来完成移动 选择型号 为 SDA25 10 的顶推气缸来完成提升动作 选择型号为 CRQBW10 180 的旋转气缸完成旋转运动 选择 型号为 MHZ 10N 的气动手指作为机械手来完成工件的抓取 释放动作 3 1 2 气阀的选择气阀的选择 阀的种类很多 在自动模拟焊接设备中 阀要根据所接收的输入信号决定气流所取路径 控制气流 的通过 切断 或流动方向 阀的输入信号由可编程控制器输出 因此决定使用电磁控制和弹簧复位的 阀 在自动模拟焊接设备中使用十个型号为 4V210 08 的两位五通既可电磁控制也可手动控制的阀来实 现对七个有杆气杆 顶推气缸 旋转气缸和气动手指的控制 选择型号为 4V230C 08 的三住五通既可电 磁控制也可手动控制的阀来实现对无杆气缸的控制 使无杆气缸不仅能停在左极限和右极限 亦能停在 行程中和任何一个位置 为了控制进入气缸的压缩空气的流量的大小 使活塞杆运动速度达到自动模拟焊接设备所要求的 选择在气缸的一端安装单向节流阀或节流阀 3 2 接近开关的选择接近开关的选择和按钮的安装和按钮的安装 可编程控制器的输入信号由接近开关和按钮产生 在自动模拟焊接设备中 检测机构需要检测是否 有工件待加工 是否有工件加工完需运离 还有顶推气缸是否有动作 无杆气缸处于何位置 检测工作 台部分工件位置的接近开关由于工作台和气缸安装位置及工件移动情况的原因 需将其安装在工作台的 背面才能较好的工作 也使整个工作台看起来比较美观 故这些接近开关需要有较大的检测距离 最后 选用五个型号为 LJ18A3 8 Z BX 的螺纹式的接近开关 其实际检测距离为 4mm 检测顶推气缸是否有动 作及无杆气缸位移位置的接近开关只需采用一般的检测距离较短的接近开关 在自动模拟焊接设备中 选择了四个型号为 LJ177 5Z NKS 的接近开关来满足这些检测需要 这些接近开关的检测距离为 1 5mm 可编程控制器的输入信号除了接近开关所产生的检测信号外 还包括开始 急停 停止三个信号 这些通过三个按钮来实现 3 3 可编程控制器的选择可编程控制器的选择 可编程控制器选用三菱的型号为 FX1N 40MR 001 的小型可编程控制器 可编程控制器接收检测机 构和按钮发出的信号 然后对这些信号进行处理 再将产生的结果信号输出给控制阀的电磁线包 用于 驱动气缸 在所选用的可编程控制器中 有 24 个输入节点和 16 个输出节点 在自动模拟焊接设备中 需要 12 个输入节点和 12 个输出节点 为了安装的方便 选用了 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X013 X014 这 12 个输入节点 选用 了 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 Y016 Y017 这 12 个输出节点 在接输出时 要将其中的 COM3 COM4 COM5 这三个节点联接在一起 电磁线包与可编程控制器都与交流 220V 的电源相连 接近开关的工作电压为 10 36V 由可编程控制器提供的电压为 24V 的电源 在进行可 编程控制器的接线工作时 只需一把螺丝刀就可完成所有的接线工作 相当方便简单 4 软件技术 软件技术 4 1 焊接部分的程序焊接部分的程序 当接近开关检测到有工件待加工时 可编程控制器就会得到相应的输入信号 X002 进行处理后 产 生输出信号 Y014 使负责主送料的气缸动作 在档杆没有落下的情况下 主送料杆会将待加工工件送入 第一加工点 反之 主送料杆将工件送到工件分配处就返回 当工件一离开等待位置 X002 就处于断开 状态 工件一进入分配处 位于分配处的接近开关就产生一个检测信号传送到可编程控制器中使 X003 处于 接通状态 经过短暂的延时 可编程控制器输出一个信号 Y015 使副送料杆动作 将待加工工件送入第 二工作点并返回 当待加工工件进入第一加工点 位于第一加工点接近开关就产生一个检测信号传送到可编程控制器 中 可编程控制器接收到输入信号 X000 进行处理后输出两个信号 Y011 Y010 使档杆落下 模拟焊接 开始 同理 工件进入第二工作点 可编程控制器接收到输入信号 X001 进行处理后输出信号 Y012 使 位于第二工作点的模拟焊接的气缸动作 两个工作点的模拟焊接动作各持续 10 秒钟 使用延时程序来完 成 当两个工作点都处于模拟焊接状态时 即使接近开关检测到有工件待加工 送料杆也不动作 一直 到两个工作点中至少有一个处于不工作状态 主送料才会动作 当第一工作点的工件加工完成后 可编程控制器就会断开 Y010 并经过 1 秒的延时后 发出一输出 信号 Y012 使负责将加工完工件推离第一工作点的气缸动作 当主推料杆返回后 可编程控制器就会断 开使档杆落下的信号 使主送料杆能够将工顺利送入第一工作点 同理 当第二工作点的工件加工完成 可编程控制器断开 Y012 并经过 1 秒的延时时间 产生一输 出信号 Y013 使副推料杆动作 将已加工完毕的工件推离第二工作点 4 2 运输过程的程序运输过程的程序 当工件加工完毕 推料杆会将工件推到同一个位置 然后 再将其运离 当工件进入这一固定位置时 位于这一位置的接近开关就有一个检测信号 可编程控制器接收输入 信号 X007 并进行处理 这时机械手位于无杆气缸行程的中位 即 X010 处于接通位置 并且用于测顶推 气缸有无提升动作的接近开关亦有检测信号 即 X011 处于接通状态 可编程控制器先产生一个输出信号 Y004 使机械手打开 接着经过一个短暂的延时时间 产生一个输出信号 Y005 使无杆气缸向右移动 无杆气缸移动后 X010 处于断开状态 当无杆气缸向右移动到一定位置后 位于右极限的接近开关产生 检测信号 X014 当可编程控制器接收到这一信号后就会立即发出指令使无杆气缸停止 无杆气缸停止后 经过一个短暂的延时时间 可编程控制器就会断开 Y004 使机械手收缩 完成工 件的抓取动作 接着经过一个短暂的延时时间 可编程控制器产生一个输出信号 Y007 使顶推气缸完成 工件的提升动作 工件一提升 可编程控制器的输入输入信号 X011 就呈断开状态 再经过一个短暂的延 时时间 可编程控制器就产生一个输出信号 Y006 使无杆气杆带着顶推气缸 旋转气缸 机械手和工件 一起向左运动 无杆气缸向左运动 可编程控制器的输入 X014 呈断开状态 一直运动到中位 位于中位的接近开关 产生一个检测信号并送入可编程控制器中 可编程控制器接收到这一信号后 就立即断开 Y006 使机械 手等位于中位 然后可编程控制器产生一个输出信号 Y017 使旋转气缸完成机械手和工件的旋转动作 接着经过一个短暂的延时 可编程控制器接通 Y006 使无杆气杆带着顶推气缸 旋转气缸 机械手和工 件一起继续向左运动 一直到位于左极限的接近开关检测到信号为止 位于左极限的接近开关与可编程 控制器的输入 X013 相连 可编程控制器接收到这一信号后 就会产生输出信号 Y004 使机械手打开 完 成工件释放的动作 工件释放后 再经过一个短暂的延时时间 可编程控制器发出一个输出信号 Y005 使无杆气杆带着 顶推气缸 旋转气缸 机械手和工件一起向右运动 运动到中位时 位于中位的接近开关产生一个输入 信号 X010 可编程控制器接收这一信号后 使无杆气缸停止动作 接着可编程控制器断开输出信号 Y007 Y017 使顶推气缸和旋转气缸不再动作 回到初始状态 这时检测顶推动作的接近开关就会产生 一个输入信号 Y011 若检测机构检测到有工件等运离 那么自动模拟焊接设备将继续进行运输动作 4 3 其它部分的程序其它部分的程序 要使整个自动模拟焊接设备顺利的运行 还需要一些程序将三个按钮的作用与程序联系起来 焊接 部分的程序和运输过程的程序也得连接起来 当输入信号 X007 呈现接通状态时 即使两个工作点有工件加工完待推离 负责推料的气缸也不动 作 一直到 X007 断开时 才动作 只有当开始按钮按下后 各种动作才进行 否则 即使有工件待加工 自动模拟焊接设备也不运行 同理 按下停止按钮后 自动模拟焊接设备亦一再运行 按下急停按钮后 加工动作停止 再按下开始 按钮 继续正常运行 此外 按下开始按钮后 若顶推气缸 机械手等不在中位 那么将进行一个回复动作 使顶推气缸 机械手等位于中位 第五章第五章 结论和展望结论和展望 在自动模拟焊接设备中 由压缩空气提供动力 经过各种阀的调节控制作用 使执行机构能将各种 动作比较漂亮的完成 加上可编程控制器总的控制作用 使自动模拟焊接设备能完成手动送料 自动分 配焊接机焊接 加工完毕后自动运离的一系列动作 这一自动模拟焊接设备中 还存在一些不足之处 第一 压缩空气从贮气罐内出来到达气缸推动活 塞前要经过管道 阀 这一过程中很容量存在着漏气情况 一个螺钉没拧紧或一个接口没拧紧 就会出 现漏气情况 第二 存在着较大的噪音 应采用消声器将其减弱 自动模拟焊接设备作为一套教学设备 对学习气动技术和可编程控制的相关知识很有帮助 通过对 其从部分动作到整体动作的编程练习 可基本掌握可编程控制器的基本编程方法及能编写一些简单实用 的程序 自动模拟焊接设备还具有实际应用价值 采用其工作原理和方法能用于实际生产系统的设计中 有助于提高生产效率 而且对环境造成的污染非常小 因此该设备存在着实际推广的价值 参考文献 1 彭侃 钟肇新 可编程控制器原理及应用 华南理工大学出版 2002 年 1 月第 2 版 2 谭建荣 张树有 图学基础教程 高等教育出版社 1999 年 10 月第 1 版 3 邵明 谢存禧 机电一体化生产系统设计 机械工业出版社 1999 年 10 月第 1 版 4 郑堤 唐可洪 机电一体化设计基础 机械工业出版社 2004 年 1 月第 1 版 5 帕 克罗斯 气动技术 中国上海同济大学出版社 1990 年 8 月 6 王丹利 可编程序控制器原理及应用 西安 西北工业大学出版社 1997 7 郑洪生 气压传动及控制 北京 机械工业出版社 1987 8 何存兴 张铁华 液压传动与气压传动 武汉 华中理工大学出版社 1998 9 钟肇新 彭侃编译 可编程序控制器原理及应用 武汉 华中理工大学出版社 1991 10 chneider Ditmar Otto voo Guericke Pneumatic TIPS No 87 1994 FESTO Pneumatic Esslingen 11 FESTO FIS No 46 1998 Tron X An Electropneumatic Human Being 541 H Tnguyen Servopneumatischen Zylinderantrieb user Positioneranfgaben J 1984 6 轴套塑料模具设计轴套塑料模具设计 作者 屈斌作者 屈斌 指导老师 李红林指导老师 李红林 摘要 本文是基于 Pro Engineer 进行塑料注射模具设计 使用 Pro Engineer 软件设计出塑件三维实体 然后使用 Pro E 中的模 具模块生成模具的凸模板和凹模板三维实体图 接着将凸 凹模板转换到 AutoCAD 中生成二维图 并进行尺寸标注 再通过 考虑其他因素选择注射机和设计出导柱 顶杆等其他零件 最终设计出一副完整的塑料注射模具 主要进行的设计过程包括 塑料制品原料的选择 分型面的设计 浇注系统的设计 冷却系统的设计 脱模机构的设计 模架 的选择 注塑机的选择 关键词 Pro Engineer ABS 分型面 脱模机构 模具冷却系统 标准模架 在现代化工业生产中 60 90 的工业产品需要使用模具加工 模具工业已经成为工业的基础 许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生产 特别是汽车 轻工 电子 航空等行业尤为 突出 塑料成型是生产塑料制件最常用的制造方法 采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用 品 也可以生产大型的汽车配件或建筑构件 在家电行业 汽车工业 机械工业等都有广泛应用 且生 产的制件具有精度高 复杂度高 一致性好 生产率高和消耗低的特点 有很大的市场需求和良好的发 展前景 本次毕业设计的任务就是基于 Pro E 进行塑料成型生产中的注射成型模具设计 1 1 注射模设计流程简介注射模设计流程简介 通过明确制品的几何形状和使用要求 计算制品的体积 重量及确定成型总体方案明确注射成型机 的型号和规格 检查制品的工艺性 以确定制品的各个细小部分均符合注射成型的工艺条件 确定以上 参数后其设计流程为 第二章第二章 塑料成型的介绍及设计方法塑料成型的介绍及设计方法 塑料其成型方法采用注塑成型法 即将受热融化的原料由高压射入模腔 经冷却固化后 得到成形 品的方法 该方法适用于形状复杂部件的批量生产 是重要的加工方法之一 有效地利用这个成型方法 的关键在于模具 第三章第三章 塑料的工艺性能塑料的工艺性能 塑件在常温下是玻璃态 若加热则变为高弹态 进而变为粘流态 从而使其具有优良的 可塑性 可以用许多高生产率的成型方法来制造产品 这样就可节约原材料 节省工时 简 化工艺过程 且对工人技术要求低 易于组织大批量生产 本次的毕业设计所涉及到的原料 为热塑性塑料 而该种塑料所具有的工艺性能又包括 收缩率 流动性 结晶性 吸湿性等 几个方面的内容 第四章第四章 塑料选择及性能分析塑料选择及性能分析 通过以上的分析和比较 最终选择了塑件原料为 ABS 其相关参数如下 第五章第五章 分型面的确定及型腔数目的确定分型面的确定及型腔数目的确定 通过实体测绘 并在 Pro Engineer 中造型 确定成型零件的实体模型 并合理布局型腔数目并选择 成型零件的分型面 在选择型腔数目上考虑到设计要求 采用一模两件 在分型面的设计上要考虑 要 便于脱模 保证成型零件的质量和表面质量 要使成型零件便于加工同时要有利于排气和防止溢料 第六章第六章 浇注系统设计浇注系统设计 浇注系统是指塑料熔体从注塑机喷嘴进入模具开始到型腔为止所流经的通道 它的作用是将熔体平 稳地引入模具型腔 并在填充和固化定型过程中 将型腔内气体顺利排出 且将压力传递到型腔各个部 位 以获得组织致密 外形清晰 表面光洁和尺寸稳定的塑件 因此 浇注系统设计的正确与否直接关 系到注射成型的效率和塑件质量 而浇注系统的设计又包括主浇道 分浇道和浇口的设计 第七章第七章 冷却系统设计冷却系统设计 热塑性塑料在注射成型后 必须对模具进行有效的冷却 使熔融塑料的热量尽快地传给模具 以便 使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模 提高塑件定模质量和生产效率 冷却介质有冷却水和压缩空气 现 在普遍用的是冷却水 因为水的热容量大 传热系数大 成本低且低于室温的水也容易取得 用水冷却 在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道 利用循环水将热量带走 维持恒温 初步估计冷却水道的直 径不会很大 一般的直径已经足够了 为了简便起见 冷却水道的直径采用国标中的 5 通过试模 若 直径小了 再对冷却水道的直径进行扩大 第八章第八章 脱模机构设计脱模机构设计 由于顶出机构的动作是通过装在注塑机合模机构上的顶杆来驱动的 所以设计模具时 应尽量使塑 件留在动模上 同时要保证塑件不因顶出而变形或损坏 保证塑件良好的外观顶出机构应工作可靠 动 作灵活 制造方便 更换容易 且本身具有足够的强度和刚度 本次毕业设计根据成型产品的要求选用顶杆顶出机构 选择的截面形状为圆形 优点是它加工 更 换都很方便 脱模效果好等 为避免塑件变形 顶杆的位置选在脱模阻力大及塑件刚度较大的地方 第九章第九章 模架的选择模架的选择 为了满足实际生产的需要和提高生产效率 缩短制造周期 标准模架成为首选 本次毕业设计通过 使用 Pro e 中的模具专家系统通过参照实际设计的模型选择适合本次毕业设计的标准模架 其相关参数如 下 其尺寸为其尺寸为 mm 规格 BO L250 250 宽度 BO250 长度L 250 模板 厚度A B50 20 宽度 B1300 定模 H125 座板 动模 厚 度 H225 宽度 B348 垫块 厚度 C75 支撑板 H320 推板 H220 推板固定板 厚度 h115 厚度 h220 推板 宽度 B2150 导柱 d12 导套 d118 复位杆 直 径 d210 六角螺钉 d36 M10 内六角螺钉 d44 M10 b1194 b2200 b3110 b4130 中心距 L1192 L2108 L3200 L4230 最后通过对选定的模架中型腔凹模的强度 支撑板的强度 推板的强度进行强度的校核 进过合理 的计算 所选用模具中的凹模 支撑板及推板的强度均满足强度要求 达到使用标准 主要参考文献主要参考文献 1 唐志王编著 塑料挤塑模与注射模优化设计 北京机械工业出社 2000 2 许发樾主编 实用模具设计与制造手册 北京机械工业出版社 2001 3 宜凯得科技 张祥杰 黄圣杰编著 Pro E 模具设计 中国铁道出版社 2004 4 林清安编著 Pro ENGINEER 2 0 模具设计 第一版 清华大学出版社 2004 5 钱荣冕 陈格编 机械制造工艺学 M 福建科学技术出版社 1988 6 屈华昌主编 塑料成型工艺与模具设计 北京 机械工业出版社 2000 7 杨峰编著 Pro Engineer wildfire 模具设计 北京 人民邮电出版社 2004 8 德 K Stoeckhert G Mennig 编 模具制造手册 化学工业出版社 2003 阀体蜡模模具设计阀体蜡模模具设计 作者 林瑞永作者 林瑞永 指导教师 赵恒义指导教师 赵恒义 宁波大学 工学院 浙江 宁波 315211 摘要摘要 熔模铸造又称为失蜡铸造 它的产品精密 复杂 接近于零件最后形状 可不加工或很少加工就直接使用 是一 种近净形成形的先进工艺 本论文表述了一个三通阀体的蜡模模具设计过程 先从零件的结构分析开始 确定铸件的分模面 再设计型体和型芯和整个模具其他部分 包括其上下模的联接 定位和型芯组装等 关键词关键词 模具 熔模铸造 阀体 型芯 型体 1 1引引 言言 现代产品生产中 模具由于其加工效率高 互换性好 节约原材料 所以得到了很广泛的应用 在 现代化工业生产中 模具工业已经成为工业的基础 成为国民经济的重要基础 世界上许多国家 特别 是一些工业发达国家都非常重视模具技术的开发 大力发展模具工业 积极采用先进技术和设备 提高 模具制造水平 已经取得了显著的经济效益 近几十年来 熔模铸造有了很大的发展 其在工业生产中 占着越来越重要的角色 而蜡模模具在熔模铸造中有重要作用 为此 本文选择蜡模模具设计作为设计 题目 阀体是常用的一种零件 设计其蜡模模具有较大的实际意义 本毕业设计将采用 PRO E 1 与 AutoCAD 相结合来做 先分析阀体的结构 用 PRO E 画出立体图 做模具设计 再在 AutoCAD 中进行修整 2 2 熔熔 模模 铸铸 件件 2 12 1 铸件结构分析铸件结构分析 铸件结构是否合理 对铸件质量 生产工艺的可行性和简易性以及生产成本等影响很大 熔模铸件 的结构工艺性是指 从熔模铸造生产工艺角度出发 对零件结构提出的要求 也就是在满足工作要求的前 提下 希望零件结构能兼顾到熔模铸造的工艺特点 使之尽量与熔模铸造的工艺要求相吻合 本设计的阀体是个三通阀体 见图 1 在内腔下端 有个 M52 的螺纹孔 从 FTMJ14 01 设计图纸上 我 们可以发现整个铸件的最小壁厚为 8mm 在整个铸件 图图 1 铸件成品立体图 中 没有工艺肋结构和铸孔铸槽结构 在图 1 左侧有两个小凸台 其是为了两个螺纹孔加工而增加的 熔模铸件的内腔螺纹孔 因为有配合要求的 故采用机械加工成形 铸件上所有的通孔和螺纹孔也都是 由机加工得到的 而非直接铸造出来 这大大降低了铸件铸造难度 2 2 铸件工艺设计铸件工艺设计 熔模铸件的螺纹孔铸造易产生变形 精度较低 但且有配合要求 故采用应机械加工成形且留较大的 加工余量 本铸件最大高度为 185mm 我们可以查出熔模铸件加工余量 在 180 260 之间的加工余量为 2mm 2 考虑到各加工因素 将铸件各配合面的加工余量设为 3mm 其余的加工余量为 2mm 如图 2 所示 2 3 综合线收缩率综合线收缩率 K 的确定的确定 在熔模铸造中影响铸件总收缩率的因素有三个方面 即合金 收缩率 模料收缩 型壳的膨胀和变形 曾有人将这三方面的影 响分别考虑 然后叠加并用下式表示 3 321 KKKK 式中 K 总收缩率 K1 合金的收缩率 K2 模料的收缩率 K1 型壳的膨胀和变形 但是 实践证明这种计算方法不全面 因为这三方面的因素都首先与铸件结构有关 同时它们之间 也相互制约 而且每个因素都受具体的工艺操作过程的影响 当压型和模料确定后 他们还取决于压注 工艺参数以及取模后的环境和处置情况等 4 在本阀体设计中 采用低温模料 涂料为水玻璃硅石粉 多层型壳 对于本铸件 由于其最小壁厚 为 8mm 而其它大部分的壁厚都要大于 10mm 故选用铸件壁厚大于 10 20mm 的线收缩率 选定蜡模收 缩为 1 铸钢的收缩为 2 3 在设计中 型体内腔所有尺寸都要进行收缩补偿 其补偿量为 其中 a 补偿量 L 内腔尺寸 在设计过程中 为求计算简便 将补偿01 1 02 1 la 量进行简化计算 其结果与上式结构并没有多大区别 03 1 la 2 4 模料选择模料选择 制造熔模的材料称为模料 为了得到优质的熔模 必须要选择合适的模料 由于熔模铸造的工序较多 因 此对模料性能的要求也是多方面的 制模材料在以下几 个方面要满足一定的要求 熔点 热稳定性 流动性 收缩率 强度 焊接性 涂挂性和灰分 3 石蜡 硬脂酸模料的性能随着石蜡及硬脂酸配比 不同而变化 提高石蜡含量 可使模料的强度增加 并 能防止产生裂纹 但模料的热稳定性降低 如果提高硬 脂酸含量 则模料的流动性 涂挂性及热稳定性均有所 提高 但降低模料的强度 除模料配比外 石蜡熔点亦 影响石蜡 硬脂酸模料的性能 在石蜡 硬脂酸模料中 添加少量的蜂蜡 地蜡及松香等 能改善模料的某些性 能 本设计采用 1 1 的石蜡 硬脂酸模料 3 3 模模 具具 压压 型型 设设 计计 3 1 压型选择压型选择 压型是用来制造易熔模的重要工艺装备 压型型腔的尺寸精度和表面粗糙度直接影响易熔模的尺寸 精度和表面粗糙度 压型的结构会对易熔模的生产效率和压型制造成本产生影响 压型的设计和制造是 熔模铸造向少切削和无切削发展的重要环节 必需给予充分的重视 图图 2 铸件的工艺图 细剖面都是待加工余量 表表 1 石蜡 硬脂酸模料 1 1 的性能 检 测 项 目单 位性 能 指 标 熔 点 50 51 热稳定性 31 收缩率 自由浇注 2 05 抗拉强度公斤 厘米 2 12 75 流 动 性毫 米110 2 表面硬度毫 米2 2 涂 挂 性毫 米0 59 焊 接 性公斤 厘米 2 6 5 灰 分 0 09 压型要满足以下要求 2 1 保证制出的熔模能达到要求的尺寸精度和表面粗糙度 2 装拆方便 轻巧 耐用 便于起模 3 压型各个零件均应加工方便 经济 合理 4 小件一型多腔以提高熔模生 产率 常用压型可分为四大类 机械加工压型 铸造压型 塑料压型及塑料镀铜压型和石膏压型 5 本阀 体的生产批量很大 但在尺寸精度要求上不高 相比较采用机械加工压型相对的要好一些 所有的型芯 和型体都采用铝合金制造 3 2 分模面确定分模面确定 分型面是指压型型体之间的界面 选择不同的分型面会导致压型结构不同 并直接影响到压型加工的 方便程度 使用性以及易熔模的生产率 因此分型面选择是压型设计的关键问题之一 通过对阀体铸件 的分析 我们可以轻易确定分型面 而图 2 就是以分型面剖掉的截面图形 设置这个分型面 观察图 1 我们可以发现上下型体的内腔是对称的 在型体和型芯设计加工中就会大大地提高效率 3 3 型体设计型体设计 3 3 1 型体外形与壁厚型体外形与壁厚 在保证强度和刚度的前提下 为了减轻重量 便 于操作 压型壁厚尽量可能小 一般为 8 12mm 3 更薄的可达 5 毫米 厚大的铸件 压型厚度也可达 15 20mm 大铸件压型用铝合金铸造成箱体结构 小铸件压型用机械加工切削 也要尽量做到外形仿形 于内腔 切掉多余金属以减轻重量 在本设计中 型体壁厚选择 10mm 且上下型体 的尺寸都比较的大 型体采用铸造出来后再对内腔进 行机加工 型体的壁厚尽量保持一致 保证易熔模在 冷却过程中保持一致的冷却速度 降低因型体壁厚的 影响而使熔模各部导热的不同出现不同的收缩率 从 而使熔模的精度更精确 由图 3 和图 4 可见型体的壁 厚和外形 3 3 2 型体定位型体定位 上下型体之间的定位面一般需要 设置两个以上定位销才能限制其自由 度 但过多的定位销会引起过定位 定位销之间的间距越大 定位精度越 高 在本设计中 采用 M10 的定位销 其一在中心线上 另一个在其的右下方 距离两侧边缘分别为 25mm 和 20mm 具体的请见设计图 FTMJ14 07 两型 体与圆柱销的配合原则是 上型体与圆柱销采用间隙配合 下型体与圆柱销采 用过盈配合 本设计中上型体与圆柱销采用 H8 f7 的配合 6 下型体与圆柱销 采用H8 s7 的配合 6 3 3 3 型型体锁紧体锁紧 型体锁紧机构是为了在压蜡前 将压型所有组成块牢固的锁紧成一体 保 证压蜡时不涨开 不错位 不跑蜡 型体锁紧有固定式和活动式两种 其中中 最常见的活节螺栓锁紧 图图 3 上型体立体图 图图 5 活节螺栓 锁紧机构 图图 4 下型体剖面图 2 3 5 4 1 6 7 本设计中采用碟形螺母活节螺栓锁紧 选择 M8 的活节螺栓和碟形螺母 2 活节螺栓的长度为 132mm 螺纹长度为 22mm 图 5 为设计图中的活节螺栓锁紧图 在整个模具中共有四副此锁紧机构 采 用直径为 6mm 的圆柱销 将活节螺栓固定在型体上 其中圆柱销与凸耳的配合采用过盈配合 H7 s6 6 3 3 4 型体工艺肋设计型体工艺肋设计 由于型体比较大 由铸造出来后再进行内腔加工 因而有必要对型体进行简单的铸造工艺设计 首 先一点要保证型体壁厚 这是考虑到提高熔模尺寸精度 其次 由于型腔比较的深 有必要进行工艺肋 设置 否则在型体的生产过程中 容易产生裂纹 变形等缺陷 在本设计中 我们在小型体的两个法兰盘处采用了加强肋 并在型腔外侧采用了十字防变形肋 加强肋 2 防变形肋 2 式中的为肋设置处的铸件2 7 0 6 0 21 mm 8 2 21 厚度 在设计中 均为 10mm 所以取加强肋的厚度为 6mm 而防变形肋的厚度也取为 6mm 21 3 4 型芯设计型芯设计 3 4 1 型芯类别型芯类别 构成熔模内部形状的构件叫做型芯 熔模在冷却过程中收缩时 会把型芯紧紧的抱住 因此开型前 要首先将型芯拔出 为了拔芯方便 型芯上均作出手柄部分 型芯可分为金属型芯 尿素型芯 陶瓷型 芯和石英玻璃型芯 2 本设计采用金属型芯 3 4 2 型芯分块方案型芯分块方案 型芯的分块在以下三种情况下 采用 1 为了改善加工工艺性而 分块 此种分块应用很多 2 由 于型芯抽取困难而分块 如本设计 中的阀体就是采用七块分块 3 有深腔的型芯 在抽取时 端部往 往形成负压 熔模在该处形成凹陷 或破裂 因而必须将型芯分块 本阀体是三通结构 不可能从单边就可直接将型芯取出 整个阀体抽芯比较困难 这属于第二种型 芯分块情况 型芯的具体分块方案如图 6 首先 可以将孔直径为 40mm 的那一端的型芯直接分成一块 剩余型芯再分成分割成如图 7 的轴和圆环 再将圆环切割成五份 型芯都将从直径为 70 4mm 的孔那端 拔出 这种设计方案在取模的时候 圆环的五块型芯在两边都可同时施力 使其更易与熔模的脱离 3 4 3 型芯定位和结构确定型芯定位和结构确定 型芯在压型中必须有确定的位 置 并且在压蜡过程中不得松动移 位 首先是 7 型芯 其在轴方向上 图图 8 1 至 6 型芯组合装配图 图图 6 型芯分块组合的图 图图 7 1 型芯 由销钉来定位的 通过销钉将型芯和上下型体的位置固定住 多出来的 32mm 是抽芯的把柄 其销钉与 型芯及上型体的配合都为间隙配合 配合关系 H8 f8 与下型体的配合为过盈配合 配合关系 H8 k8 同 时 为防止在压蜡的过程中 7 型芯受力轴向偏转 故需加工出一段直径为 20mm 的轴与 6 2 装配 如图 6 所示 2 至 6 型芯都固定在 1 型芯上 如图 8 所示 在左侧 2 至 6 型芯被圆螺母所拧紧 在右 侧 其是镶嵌在 1 型芯的圆环槽里面 1 至 6 型芯组成一个整体 其由右侧的销钉孔定位在型体上 销 钉的装配关系跟 7 型芯跟型体的装配关系一样 右侧设计 50mm 的短轴 当作把手使用 另外 设计 2 至 6 型芯时 多出一段距离 以便抽取型芯 1 至 6 型芯都将从型体大孔端抽出 1 型芯与 2 6 型芯 在圆柱面上的配合面选在最大的轴径上 1 型芯其它段的轴径依次缩小 2mm 的直径 防止发生装配过定 位 在端面上装配定位选在 1 型芯的圆环端面上 1 型芯其它的端面依次缩小 1mm 同时在 1 型芯上圆 环上留一段 3mm 宽 3mm 高 长为 5mm 的凸块 相应的在 5 型芯上加工出相应的槽 使其装配在一起 阻止了各型芯的圆周转动 其中 5 型芯的两侧边有 8 度的斜度 以方便其在取模时径向的移动 3 4 4 抽芯次序抽芯次序 对于手工操作的压型 为了使其结构简单 操作轻便 好维修 往往不设置取模机构 本设计的取 模次序为 先是拧开圆螺母 再拔掉型芯与型体之间的固定销 其次取出 1 与 7 型芯 再去掉两个型体 之间的定位销 然后将 5 型芯往径向移动 抽出 5 型芯 之后依次取出 4 3 2 6 型芯 3 6 型 芯如图 9 如图 10 所示 3 5 注蜡孔设计注蜡孔设计 熔模铸造中 注蜡孔的位置对蜡模质量有极大影响 在本设计中 由于两个 法兰盘在整个阀体的对角上 且其在型体中的深度都是相同的 不管将注蜡孔放 置在任一个法兰盘的外侧面上 则另一个法兰盘的填充性能都较差 在蜡模上容 易出现缺陷 而将孔放置在 110110 方体的外侧面的中间部分 能兼顾到两侧 的法兰盘 图 11 是注蜡孔的示意图 4结论与展望结论与展望 通过本次毕业设计 让我感触最深的是要做好设计需有严谨的态度 坚韧的毅力 在本次设计中 经常发生因一个因素没有考虑到而重新设计的情况 浪费了很多时间 这就需要有严谨的态度 全面地 认真考虑每一个因素的影响 同时 对于达不到要求的设计 要反复修改 直到满足设计要求 这就要 求有坚韧的毅力 对于模具设计和模具制作 我之前是一无所知 经过这次毕业设计 我学到了很多东西 至少让我 了解了我国熔模铸造目前的发展状况 让我明白了熔模设计的基本过程和要注意的工艺问题 在整个设 计过程中 我将机械制造设计 Pro E 三维制图以及 CAD 二维制图等知识有效统一起来 从中学到了许 多新的知识和能力 但是在这过程中也发现了很多不足 特别是对于基础知识的掌握力不够 使得在做 设计的过程中走了不少弯路 不过 通过此次毕业设计 使我对模具设计知识及其相关的知识有了更深 入了解和掌握 分析问题 解决问题和独立工作的能力有了较大的提高 对于大学里学过的知识也有了 一个比较全面和系统的回顾 在感受学业不精的同时也让我收益非浅 参参 考考 文文 献献 图 10 6 型芯图 9 3 型芯 图 11 注蜡孔 1 张沛颀 裴建昌 黄圣杰编著 Pro ENGINEER 200 高级攻略 北京 人民邮电出版社 2002 2 中国铸造协会编 熔模铸造手册 北京 机械工业出版社 2000 10 3 上海交通大学 浙江大学和内蒙古工学院主编 熔模精密制造 国防工业出版社 1981 12 4 佟天夫 陈冰 姜不居编著 熔模铸造工艺 北京 机械工业出版社 1991 11 5 中国机械工程学会铸造专业学会编 铸造手册北京 机械工业出版社 1990 5 6 甘永立主编 几何量公差与检测 上海 上海科学技术出版社 2001 4 7 陈志刚主编 塑料模具设计 北京 机械工业出版社 2002 1 8 谭建荣 张树有 陆国栋 施岳定编 图学基础教程 北京 高等教育出版社 1999 10 9 李发致编著 模具先进制造技术 北京 机械工业出版社 2003 10 王树勋 苏树珊主编 模具实用技术设计综合手册 广州 华南理工大学出版社 2003 11 ICI Investment Casting Handbook USA ICI 1997 微机控制超低速运动下降杆设计微机控制超低速运动下降杆设计 作者 孙国浩作者 孙国浩 指导教师 郑堤指导教师 郑堤 宁波大学 工学院 浙江 宁波 315211 摘要摘要 本设计主要介绍了超低速运动下降杆的设计 用于单晶生长 设计包括机械设计和控制设计两大块 在机械设计中 本文主要说明了机械结构的方案选择和设计计算 在控制部分中 文章重点阐述了单片机的外围电路开发 电机的控制电路 设计和电源设计三大部分 关键词关键词 低速 机械结构 单片机 电路 1 1 引引 言言 为满足晶体生长而设计出超低速下降机构 本设计适用于下降法生长晶体 设计主要满足下降过程 中的精度和速度变化的要求 目前 下降法晶体生长的机构大多是要人工操作来实现速度的改变 并且 速度的变化范围很小 本次设计采用单片机控制步进电机来实现下降速度的变化 设计的速度变化范围 广 精度高 使晶体生产过程实现自动控制 操作简单 大大提高了生产效率 并且本设计采用的零部 件加工和采购成本底 能够降低小型企业生产成本投入 2 2结构设计 总装图参见附录二 结构设计 总装图参见附录二 2 12 1 结构方案的比较与选择结构方案的比较与选择 设计要求的速度变化范围为 0 5 100mm 24h 变化范围比较大 因此下降采用步进电机驱动 步进 电机相对于普通电动机能够满足大范围速度变化的要求 同时转速控制简单 精度高 由于速度变化范 围比较大同时速度非常低 因此设计要求的传动比非常大 通过计算 传动比在 30000 左右 对于一般 的减速机构达到这样大的减速比比较困难 采用谐波减速器可以实现单级减速比在 2000 左右 这样可以 使结构紧凑 传动机构的体积大大减小 上升部分由于没有精度和速度要求 可以选用单相交流电动机 以节约设计成本 设计方案如下 方案比较 由于运动速度要求比较低 并且范围比较大 所以设计需要很大的减速比 在一级减速 中选用谐波减速器并采用步进电机驱动 名称 编号 参考图传动比特点 丝杠 蜗杆式 方案一 图 a 蜗杆 10 40 最大可 达到 80 谐波减速器 可达到 2000 蜗轮与蜗杆啮合 润滑方便 一般用于速度 小于 4 5m s 的情况下 滑动丝杠自锁性能 好 V 带传动工作平稳 允许线速度不超过 25m s 齿条 齿轮式 方案二 图 b 圆柱齿轮 一般小于 5 最大为 8 谐波减 速器可达到 2000 齿轮可以做成直齿和斜齿 直齿用于低速或 轻载荷的传动传动 齿条传动不能自锁 齿条 锥齿轮式 方案三 图 c 圆锥齿轮 一般为 3 最大为 5 谐波减速 器可达到 2000 圆锥齿轮 用于输入轴和输出轴线相交的传 动 齿条传动不能自锁 从以上传动方案可知 方案一 设计较为合理 蜗杆传动比较大能适合设计需要的低速要求 并且结构紧凑 传动平稳 虽然传动效率不高 但仍然可以满足设计的小功率要求 并且滑动丝杠有很好的自锁性能 能够保证设 计的精度要求 由于电机尺寸比较大 因此设计采用 带传动将电机固定在下方 方案二 由于采用齿轮传动来达到减速要求 其减速比不如方案一中的蜗杆传动 并且齿条不能自 锁对于设计精度会产生影响 方案三 由于锥齿轮加工比较困难 一般用于改变轴的方向时使用 在此设计中没有改变的要求 综上所述 选用方案一作为传动方案 2 22 2 零件设计与选用零件设计与选用 2 2 12 2 1 电机选用电机选用 交流电机驱动 交流电机驱动 载荷 F 1500N 速度初定 810 3m s 因载荷平稳 电动机额定功率 Ped略大于 Pd即可 通过计算得 Pd 85 7 W 选用电动机的额定功率 Ped为 90