机械设计制造及其自动化专业毕业论文(设计)——φ5.5×4塑封放电管自动上料机构设计

1、目 录第一章 绪论11.1设计机构上料的用途11.2 两种典型的送料机构11.2.1气动送料机11.2.2 利用机械手自动送料31.3 课题研究概况71.3.1 主要任务71.3.2 课题要注意的难点7第二章 机构各部分结构的设计82.1 料斗的设计82.1.1 送料率的确定82.1.2 料槽振动升角的确定82.1. 3料k槽螺旋升角的确定92.1.4 弹簧倾角的确定92.1.5 料斗基本尺寸的决定102.2电磁振动器1123振动料斗的调试142.3.1工件的前进速度142.3.2料斗送料率与机器生产率不相适应，造成重复上料142.3.3工作时的噪音15结束语16致 谢17参考文献18第一章

2、绪论1.1设计机构上料的用途 本次设计的任务是设计一台气体放电管的自动供料机构,自动供料的任务就是把工件从杂论的状态下自动的分离出来,并有序的进入送料机构放电管的工作原理是气体放电。当外加电压增大到超过气体的绝缘强度时，两极间的间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平。五极放电管的主要部件和两极、三极放电管基本相同，有较好的放电对称性，可适用于多线路的保护。随着第三代移动通信技术(3g)在发达国家的逐步推广,作为拥有自主知识产权的我国为了满足市场对于3g的需求必然会建设大量的3g基站。放电管在雷达基站中起到很好的防雷作用,使得气体

3、放电管的市场前景十分广阔。经多年的研发与优化设计,放电管的上料工艺已经基本实现自动化生产,给放电管制造商解决了自动上料的问题。但是,随着市场的不断拓展、竞争日趋激烈,对生产率的要求也越来越高,实现更高的效率,上料成为必然的要求。自动上料机构可以大幅度的提高工作效率，随着国内外自动上料机构市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。了解国内外自动上料机构生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。1.2 两种典型的

4、送料机构1.2.1气动送料机1）冲床自动送料机的技术状态 本文介绍的冲床自动送料机是一种用于冷挤压套圈类零件的送料机器，是冲床进行技术改造的理想附机。该送料机克服了国内外有关冲床送料机的不足。如日本的rf20sd0r11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向(侧面)送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床纵向送料要求。rf20sd0r11结构由冲床上曲轴输出轴，通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构

5、将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动可靠，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构没有将料夹紧，定位不正，废品率较高，使用也不安全。结合国产冲床工作特点，采用机械手与输送机构配合为主要装置，再配合采用自动卸料安全保护，设计了具有较大应用价值和推广意义的自动送料机。2）气动送料机的原理 自

6、动送料机主要适用于物料的自动分配和传送，其基本功能可以完成准确的送料时间，达到精确的送料位置。研制的自动送料机由两个基本应用模块组成：物料分离模块及传送模块。物料分离模块由两个双作用气缸组成，分别实现物料的分离功能和定位夹紧功能。物料分离模块将物料从料仓中分离出来，通过分离气缸将位于料仓底部的物料从料仓中推出，料仓中的物料由于白重下落至料仓底部。定位夹紧气缸在物料推出后伸出将物料定位并夹紧。两气缸的行程位置通过磁电式接近开关检测。传送模块由一个旋转气缸和真空吸盘组成。它实现了气动搬运装置功能，实质上是一个个小型的机械手。真空吸盘将物料吸取，旋转气缸实现0180。的旋转，将物料传送至下一个工位。

7、真空吸盘通过真空压力开关检测物料是否吸住，旋转气缸通过两个微动开关实现位置检测。3）气动系统的设计 自动送料机的气动控制系统的原理图如图1.1所示。在气动系统原理图中，安装在分离气缸和定位夹紧气缸上方的元件x0、x1、x2、x3均为磁电式接近开关；安装旋转气缸两侧的元件x4、x5为微动行程开关；安装在真空系统回路中检测系统真空度(负压)的元件x6为真空开关。这些传感元件分别用于检测气缸的行程位置及吸盘工作情况。图1.1 气动控制系统原理图自动送料机的启动条件：料仓中有物料存在(通过对射式光电传感器检测)。气动系统的初始位置是：分离气缸位于伸出位置x1，定位夹紧气缸位于回缩位置x2，旋转气缸位于

8、左侧料仓位置x4，真空发生器关闭(真空开关x6无信号) 。首先，打开气路开关01阀，压缩空气网络中的气压源经过滤调压组件02向系统供气，调节调压阀，将系统压力调整在04mpa左右，再锁定调压阀。其次，将系统上电，紧急停止阀03的电磁线圈y0得电并自锁，阀导通，压缩空气分别向各控制回路供气。其工作过程为：(1)控n31阀的电磁线圈y3得电，旋转气缸从料仓位置右摆180度，y3断电；(2)控制11阀电磁线圈y1得电，分离气缸回缩将物料从料仓中推出；(3)控制21阀电磁线圈y2得电并自锁，定位夹紧气缸伸出将工件定位夹紧；(4)控制32阀电磁线圈y4得电，旋转气缸左摆180。回至料仓位置，y4断电；(

9、5)控制41阀电磁线圈y5得电，真空发生器产生吸力，并吸住物料(x6真空开关产生信号)，y5断电；(6)控制21阀电磁线圈y2断电，定位夹紧气缸在弹簧作用下自行复位， 同时y1失电分离气缸伸出复位；(7)重复步骤(1)；(8)控制41阀y6得电，真空发生器关闭，物料由于自重下落至下一个工位，y6断电；(9)重复步骤(4)(回复到初始位置)。整个气动控制系统回复到初始位置，准备下一次的工作循环。气动系统结构如图1.2所示。该系统设有急停开关，当系统遇到紧急情况时，可按下急停开关，急停阀03的电磁线圈y0断电，从而切断整个气动系统的压缩空气能源供给。图1.2 气动系统结构图气动系统的旋转气缸动作回

10、路中，采用了2个气控单向阀及2个2位3通的单控电磁阀来代替1个3位5通中位0型的双控电磁阀。其实现的功能是：2个气控单向阀的密闭锁紧性能更好，通过2个气控单向阀可以更准确地将旋转气缸定位在0180。旋转角度中的任一位置，且定位更准确可靠。整个气动系统执行元件的速度控制，可调节各单向节流阀来实现。系统中的单向节流阀均采用排气节流安装方式，以保证气缸运行的平稳性。为保证真空系统的气流通畅，以提高真空发生器的真空度，回路4中的真空控制回路不安装节流阀。同时，回路4中的所有连接气管应尽可能的短， 以减小空气流通阻力，提高真空度。1.2.2 利用机械手自动送料 1）该送料机的工作原理和结构特点 机械手是

11、以小车形式通过钢绳同滑块联接起来， 由冲床滑块上升运动牵引小车作前进的水平运动完成送料，由通过钢绳连接的重物使小车作复位运动。机械手的提升、下降是靠安装在小车顶架板上的提升缸推动滑板作往复上下运动来完成；机械手的夹紧、放松是靠安装在滑板上的夹紧缸带动连杆铰链机构来完成机械手的运动程序如下：夹紧一提升一前进至中心一下降一放松一返回节拍是恒定的， 且每一循环均需在3秒钟内完成。供油装置主要给夹紧缸、提升缸提供高压油，由齿轮泵产生高压油 或者用气压驱动卸料机构是通过安装在模具边的鸭嘴管口瞬间高压气吹卸，使冲好的工件离开模具，通过料道进人料斗。安全保护机构由两部分组成：1 滑块上安装一玻璃罩， 防止工

12、件飞出，伤害工人。2安装两只行程开关，一只在小车前，一只装在滑块边， 当小车没有及时退回时， 两只开关断开， 使滑块不再下滑，小车免受损坏。支承脚主要用来调整整机高度，使输送带的水平高度与模具高度相适应；同时也加宽了支承面，提高了稳定性。罩壳主要是防止灰尘侵人，保护安全，防止重物与电机、减速器相碰及美化外观而设计。液压原理如图1.3所示。图1.3 液压原理图电气原理如图1.4所示。图中xk ，xk2为非自动复位式行程开关， 安装在工字钢旁边， 由小车运动来拨动。xk3 xk4为按钮式行程开关，分别安装在夹紧缸夹紧点和松开点e。xk5、xk6为按钮式行程开关，分别安装在提升缸的上顶点和下底点上。

13、1dt,2d3dt4dt为电磁阀。dl为输送电机，d2为液压泵电机。图1.4 电气原理图动作程序如下：闸刀hk闭合，三相动力线接通。按qa按钮，接触器c通电闭合，辅助触点自锁，、电机起动运转。用、防止过载，熔断丝1rd，2rd、3rd防止大电流通过。机械手动作控制过程：当小车后退时， 接触、1dt得电，机械手夹紧， 触到；得电，1dt失电， 夹紧停止； 同时3dt得电，机械手提升到位触及，3dt失电，提升停止， 液压自动锁紧。此时小车已前进到处， 触，复位。小车继续前进，触，4dt得电，机械手下降到位触及，4dt失电， 下降停止， 同时2dt得电，机械手放松（把工件放在模具中心)触，2dt失电

14、，放松停止，小车后退触xk2，复位，小车继续后退，再次触xk1 如此循环来完成送料的。2）主要机构的设计1挡料机构 为了使料能停留在输送带上某一特定位置，采用活动挡板，即设计两块由扭簧作用挡料的挡料板。这机构在输送带运动下，料不能撞开挡板，但在小车推力作用下、又会打开，使料能向前运动，甚至可以不提升，而直接送至模具中心。这机构的设计要点主要是扭簧设计 为了挡住料，不使料冲开挡板，扭簧的初始扭矩应不小于m，扭簧产生的扭角为。2隔料机构 主要由隔料销、拨叉、导块等组成，如图1.5。只要隔料销伸到中心就能起到很好的隔料作用设计中需确定拨叉转角及检验隔料销跟导块是否自锁，隔料机构可根据工件直径调整。图

15、1.5 隔料机构图3）输送机构输送带速度由节拍时间和捎料机构到隔料机构阐的距离决定。如速度变换，用改变带轮直径来达到。输送带用薄形高强度夹布输送胶布制造，运动平稳，使用可靠。料道根据料的直径调节。4）卸料机构一个鸭嘴高压气管安装在上下模分模面两边，进行瞬时吹气卸料。此动作是由一个行程开关和一只一位二通电磁阀来完成的 当冲床滑块上升至行程时，碰触行程开关， 电磁阀动作，做瞬间吹气，使工件离开模具，通过料道落在料斗中。5）安全保护机构(1)通过落在料斗中的工件产生的振动，发出信号由传感器继电联锁使冲床连续工作，如果工件未进入料斗， 冲床就停留在上死点，这样可避免工件粘在上模而产生危险事故。(2)在

16、小车处于最前处装一行程开关，在滑块上死点略低处又装一只行程开关。当滑块下滑时，小车因运动部件发生故障，仍没有离开危险区域，则两只行程开关同时动作，则切断离合器，同时曲轴柄上的刹车动作，使滑块不再下滑，直至排除故障，重新起动时才下滑。(3)在冲床滑块上安装有机玻璃罩，随同滑块下降，可以防止冲压零件飞出伤人。1.3 课题研究概况1.3.1 主要任务本次的毕业设计任务是针对5.54放电管打印工序,设计自动上料装置。实现半导体放电管打印工序自动化,要求供料时不能有污染,供料率90只/分钟。 上料步骤:1、上料 2、剔除不定向的放电管 3、自动供料1.3.2 课题要注意的难点由于这种放电管单个质量重,长

17、径比趋向1,振动时常常出现两种体态卧式和立式.因此本次毕业设计的自动上料机构要求上料定位准确、上料平稳,具备自动剔除功能.主要问题、难点(1)防止料斗不能起振或达不到预期的上料速度,工作前进速度不均匀稳定；(2)在振动送料过程中要剔除和纠正不符合要求的物料,同时要求上料的速度达到每分钟90只；(3)防止工作时有严重噪音；(4)防止机座振动过大。第二章 机构各部分结构的设计2.1 料斗的设计2.1.1 送料率的确定振动上料器的送料率取决于送料器的给料速度；给料速度一般用工件在料道上移动的平均速度vp来估算，它与料槽的倾角、振动升角、工件物理特性、电磁振动参数等有关。 料斗结构确定之后，上料器的供

18、料率为： q=) (2-1)式中 -充满系数,即在料槽全长中工件占据实际位置的百分数.形状简单而表面光滑的工件,=0.7-0.9,形状复杂而有毛刺的工件,=0.4-0.5; l-沿移动方向上工件的长度(mm): v平均-工件沿料槽移动的平均速度(mm/s). 由实验知 v平均=vmaxkv =awkv =2akv (2-2)将式(2-2)代入式(2-1),得送料率: q= (2-3)由式(2-3)可见,送料率q与振动频率、振幅a、充满系数、速度损失系数kv成正比,与工件长度l成反比。由于l是常数, 不会变更,所以,要想提高送料率主要是通过增大振幅(如采用较大功率的电磁铁,使振动系统处于共振状态

19、灯)以及提高速度损失系数kv来实现。由于放电管形状简单且表面光滑,故取=0.9;本次设计要求放电管沿料槽滑移前进,取kv=0.6;本次设计要求送料率q=90个/min,拟取a=0.6mm(可以通过调节线圈电流改变a的大小);所以 q= 而q实=90个/min(812) 式中 为工件长度(mm) 。 但同时需要考虑到现场的应用情况,因此取d外=202mm 。 (3)、料斗高度 h 在保证一定容量的情况下h 尽量取小些,以减轻工件间相互挤压,便于工件分离并滑向料槽,一般取 h=(0.20.4) d外 (2-10)而式中d外=200mm,则 h=(0.20.4) 202=40.480.8mm。故取h

20、=40 mm。料盘示意如下图6所示: 图6 料盘侧面展开示意图这是料盘侧面的展开示意图,从这两张图上可以看出,料槽螺旋角3。工件在料盘的争振动中被迫沿螺旋槽向上滑动。正确的零件可以通过料槽上的出料口流入下个环节中，而方向不正确的工件则被其他的工件从料槽的前端被挤回料盘；通过这样的方式只有正确方向的零件才可以通过料孔。达到定位的要求。为了降低整体的系统重量以及料盘的重量,但同时又要保证料斗的基本性能,于是决定采用铝合金zl101作为料盘的材料。2.2电磁振动器 1） 电磁振动器的选用 电磁振动器主要是由动铁（衔铁）、静铁（铁芯）和线圈组成，如图2-10所示。它与气动式、机械式等其他振动源相比，具

21、有结构简单、调节方便等优点，因此被经常使用。电磁振动器的工作原理是：当线圈两端接以交流电压时，线圈中便产生磁场，磁通通过铁芯1，经气隙及衔铁2，形成闭合回路。同时建立磁势，产生一定的吸力，衔铁2被吸向铁芯1，是气隙达到最小值。当吸力降到一定值时，衔铁2便在弹簧力的作用下恢复原状。气隙对料斗的工作影响很大，值太大，则电磁吸力不足，影响送料；反之，若气隙太小或等于零，会使衔铁与铁芯相撞产生噪音，破坏振动节奏，影响正常工作。总之，最好是使得衔铁被吸后，仍然保留最小的气隙，一般取 。 图2-10 电磁振动器工作原理2） 电磁振动器的安装方式 1铁芯 2衔铁料斗所需的振动器，常分为单个的和三个的两种。单

22、个垂直安装在基座的中央，如图2-11（a）所示；三个的可以倾斜，即垂直于支撑轴弹簧轴线安装，如图2-10（b）所示，也可以水平装，如图2-10（c）所示。 (a) （b） (c) (d)图2-11 电磁振动器的安装方式（a）单个振动器垂直安装（b）三个振动器垂直安装（c）三个振动器水平安装（d）总激振力计算图对于不同的安装方式中，其电磁铁所需的总激振力（吸力）分别为因，故在电路中，水平或倾斜安装的三只电磁铁必须并联，保证其工作同步进行，三个气隙的大小也必须相等，否则会影响料斗的正常工作。在激振器的安装中我们也会看到另一种垂直安装的形式如下图2-12所示。图2-12 单个振动器的垂直安装这类激振

23、器安装的不同在于，把激振器安装在托盘上，激振器工作时，也可以借助激振器的自重，不同于其它垂直安装的激振器，这种安装的方式可以减少激振的线圈降低激振器的尺寸。这种激振器的安装方式不在本文的讨论范围之列。故不在赘言。下表2-1所列为电磁振动器不同安装方式的性能比较。表2-1 电磁振动器不同安装方式的性能比较项目安装方式垂直安装倾斜、水平安装所需电磁吸力较大较小安装测试方便较难结构与体积简单、紧凑较复杂、庞大造价较低较高适用范围输送较小的工件，上料速度不快需要功率不大等场合料斗较大，上料速度较快，需要吸力较大，而单个电磁铁又不能满足等场合因此本设计选取单个振动器垂直安装方式。3）电磁铁的设计计算电磁

24、铁由铁芯、线圈、衔铁等组成。电磁铁的频率和电压：小而轻的工件、小型料斗（d100mm），f=100hz或50hz、u=220v，也有用36v的；中等尺寸工件、中型料斗（d300mm），f=50hz、u=220v，也有用36v的；大型料斗，f=50hz、u=220v 。4)激振力由上可知，线圈,由此可以知道，电流过大。若把线圈改成则电流则为。从而求的激振器的截面积，因此，激振器的外径，如下图2-13所示图2-13 激振器激振器的内径是根据线圈的匝数的厚度来决定，激振器的内径是按照线圈的标准件的厚度设定。同时激振器下表面与基座紧密的固定在一起，使用三根螺钉固定。激振器中心的小铁芯是产生电磁场最强，

25、但是考虑到线圈骨架的内径，所以小铁芯的直径为22mm。23振动料斗的调试由于影响振动料斗有很多的因素，因此，实际情况难免与原设计要求有一定的出入，必须经过适当的调试后，才可以应用。需要的调试的项目有以下几个：2.3.1工件的前进速度若工件不能起振或达不到预期的上料速度，工件前进速度不均匀稳定，会出现两边上料的速度快慢不同或是无法前进，以及后面的工件挤推前面的工件等现象。其主要的原因是弹簧振幅不等，而是料斗各部分振动加速度不一致的结果。影响振幅不等的因素有：（1） 弹簧的材料成分、性能及其尺寸不一致；（2） 弹簧安装位置不对称；（3） 各电磁铁的气隙大小不相等；（4） 连接处螺帽、螺钉有松动。至

26、于工件的出现只跳步前的原因，主要是振幅或弹簧倾角过大造成的。2.3.2料斗送料率与机器生产率不相适应，造成重复上料由于自动生产线上加工和装配的工作节拍是一定的，故料斗送料率与机器生产率必须适应。因送料率与振幅及激振动电源频率成正比，故其调节方法可分为以下两点：（1）、改变振幅值调节送料率 因振幅与激振力成正比，而激振力与外加电压平方成正比，以及与线圈匝数平方成反比，故改变外加电压及线圈匝数就能调节振幅值。（2）、改变激振器电源频率调节送料率 因频率提高后，工件的跳跃次数增多，即使在振幅固定，也能提高料斗的送料率。但这种方法不经常用。2.3.3工作时的噪音工作时的产生的噪音的原因如下：（1）、电

27、磁铁气隙太小，铁芯与衔铁发生碰撞。进行激振力调整时，调压时将吸合后的最小气隙调至0.10.3mm保证料斗在“悬浮状态”下工作。（2）、电磁铁铆合不行，产生了漏磁，发出了嗡嗡的叫声，应重新铆合或更换电磁铁；（3）、连接处的螺栓、螺帽存在松动，必须拧紧；结束语经过历时3个月的努力，到目前为止，本设计已基本上完成。虽然设计相对比较简单，但理论与实践毕竟不一样，对于一位缺乏实践的在校大学生来说，这也有一定的困难，使我在设计过程中遇到了许多阻力，但在老师和同学的帮助下，通过自己的努力，最后克服了一个又一个困难，使设计取得了成功。在设计准备阶段，我精读了教材，查阅了许多参考书和专业期刊，又在网上查找相关知

28、识，使我的知识一天天充实着，同时又有了一份成就感，使我的设计信心大增；在设计后期，看完书查完资料以后，再来看课题，感觉与以前就不相同了，能了解课题要做些什么，怎么来做。虽然还有许多不懂的地方。毕业设计是一项系统工程，既要熟悉课题的要求，又要读书查资料，还要撰写论文,最后还要答辩，在这一系列的环节中，任何细节都不能马虎，唯有脚踏实地。因此，通过这一次毕业设计，我感觉学到了许多许多，以前虽然学习了机械课程，但书本知识都只学了一点皮毛，更谈不上熟悉。但这次毕业设计以后，我感觉我对机械设计类的知识已有了更深的认识，同时，电力专业方面的其他知识我也有了一定的增长。致 谢到目前为止，我已经在三江文理学院度过了两个春秋，回