《自动压盖机传动系统设计（论文）》

自动压盖机传动系统设计研究TOC\o"1-3"\h\u13048摘要 I24050第1章绪论 1685第2章自动压盖机理论综述 5283522.1压盖机理论 5263092.2压盖机的预紧理论 548442.2.1压盖机预紧的重要性 5140822.2.2影响因素 5249802.2.3预紧力不当的后果 6112822.3压盖机设计过程 7492第3章自动压盖机总体设计及结构分析 8257483.1总体方案设计 8172573.2结构分析 8143843.2.1总体机构 8299423.2.2工作流程图 916515第4章自动压盖机功能分析 1178554.1送盖装置的选择 11118754.1.1振动盘的设计 11313814.1.2振动盘的选用 12302734.2送管装置的选择 12112354.3压盖装置的选择 13298854.3.1液压与气压驱动的主要优缺点分析 13291494.3.2压盖动作分析 14298574.4吸料装置的选择 1514936第5章主要零件和构件的设计 1725225.1机架的设计 17228635.2压盖机机头的设计 1744015.3滑轨的设计 175688第6章结论 1925294参考文献 20第1章绪论1.1研究背景随着当今社会自动化科学技术的不断革新，许多企业的生产环节中也在不断的进行着优化与发。由于社会生产发展的需要，有不同学科之间相互交叉渗透，这使得自动化工程技术呈现出快速发展的趋势。由于工业自动化成为企业发展的中重要趋势，自动化机械就现在已经成为现代数字自动化领域的一项新技术，并且自动化机械的应用能够有效显示现代企业生产水平与国家工业生产水平。目前许多企业已经开始实现通过不同的自动化社会来代替人类的繁重劳动，研发新型自动化设备能够有效提升企业生产效率，能够有效的降低基层员工的劳动强度。另外企业效率的提升，也能够减低企业生产成本。同时自动化机械设备能够完成人工难以操作的供需，对于极端环境，比如：高温、高压、辐射等，都能完成工作。在企业中合理运用自动化社会能够有效改善了人类的劳动环境，也使许多人力无法完成的复杂工作得到解决。目前，在各个制造业得到了广泛的推广和应用，在食品加工业、金属加工业中都已经开始广泛的应用自动封盖机。由于科学技术的进步和社会生产的逐步发展，工业中的自动化设备拥有的工作性能将会不断得到改进，并且能够完成的功能也将会增多。社会科学技术不断提升，这也就使得工业自动化的应用领域愈加广泛。压盖机在各行各业的应用历史非常救援，从工业化社会发展之处就已经出现简单的压盖工具，后来的发展中更是被广泛应用与个工业生产中。就如同简易瓶盖被广泛应用于许多日常用品中，这还是因为它们易于安装和打开，非常简单有效。因此，容器的加盖装配技术逐渐成为了机械生产行业中比较受人重视的技术，普遍存在与相关企业中。目前我国许多现代自动化工厂需要高效快速的封装系统，在很多情况下，像桶（或是瓶子）这样的容器需要用应用压盖机进行封盖操作。由于社会对这些容器应用广泛，如桶盖的压盖成为一个必不可少的步骤。国内外市场上自动压盖机的研发工作进展缓慢，人们普遍使用手持式拧紧机，这增加了人们的劳动强度。此外，许多生产中拥有较高风险环境或是环境不适合人员的情况，这些情况限制了手动压盖机的使用。目前，其他生产设备中也存在许多问题，比如说加工精度不高、系统运行不流畅等。基于此，本文对于自动封盖机传动系统的研究就非常的有现实应用价值。1.2研究意义在现今社会中由于材料的多样性，基本上所有的产品都是有多个零件所组成，这也就代表着产品需要通过一些连接方式进行装配组合。在企业大量的连接工序中，压盖连接在产品的运输、安装、制造、对于工作效率的提升帮助作用极大。自从工业生产以来，压盖技术的出现已经得到了广泛的应用和推广。使用压盖联接的方式能够具有装拆方便的优点，同时连接点拥有非常大的联接力，这种连接方式基本能够满足大部分的情况，另一个关键点就是压盖连接鞥能够通过行业的标准化从而完成大批量生产。在社会工业化之后，人们对社会生活中工业产品质量保证的所提出的要求越来越高，同时产品封装技术与需要得到提升，压盖技术在近些年中也因此受到越来越多的关注。根据企业发展角度近些分析，产品的生产成本和经济效应具有重要意义，而压盖环节在整个产品中所占的比例很小，同时此项工序的成本价值也非常低。在工业生产过程里面，存下非常多半成品或废品残留情况，当这些工业用品被放置于桶形容器里面时，其中就有可能含有化学工业中的有毒液体或是核工业中的放射性废物。日常生活中，我们见到的桶和桶盖之间通常采用螺栓固定接头的方式进行连接，因此，螺栓紧固件就成为了调节桶和桶盖之间密封的关键部件。对于我们经常看到的工业产品而言，工人只需要使用扳手、扭矩扳手或是利用基本的压盖机通过手动操作就足以完成作业。但这种情况不包括容器中存在毒性、放射性，若是工作人员仍然没有办法通过自动化的设备进行作业，直接参与到作业里面将会对工作人员自身健康造成很大影响，这也就表明普通的取盖与封盖方法己不再适用。1.3自动压盖机的发展现状一台设备或一台机器是许多组件的完美组合。据有关统计，用于设备紧固件的生产占金属加工总量的一半以上。从社会工业化开始算起，压盖连接和螺纹紧固件已经应用于几乎所有的设备，现在基本上不可能找到完全不包含这两种连接方式的工业产品或是机械设备。自动压盖机技术看起来工作原理非常简单，但已经开始慢慢发展成为机械行业的基础技术之一，这种情况是工业生产的自然选择，符合经济学原理。压盖粘结方式具有因其性能简单可靠、拆装方便而广泛应用于机械装配连接中。在关键的机电产品中，拧紧螺钉时必须严格控制扭矩和角度等参数。这些产品通常对紧固件效果有很高的要求，包括发电设备、紧密机床、汽车、仪表等。自动压盖机具有高效的优点，在不同的工作环境中工作并有效地提高自动组装水平的优点。组装工具通过精确控制螺纹加工，扭矩或角度来满足高组装标准。自动封盖技术从国外引进，如今，领先的自动封盖技术公司来自瑞典的Atlas，法国的IngersollRand，法国的GeorgeReynolds和德国的Bosch。在1980年代后期，扭矩，角度控制和性能控制安装工具被广泛用于国外的电动机和汽车。这些公司制造的工具可以更好地满足某些要求，并有效改善产品链接的质量。随着时间的推移，随着扭矩和发动机转速控制等紧密耦合控制技术的发展，商务装配工具将逐渐从具有手动，气动或低噪音，低功耗，精确的智能离合器设备中完成了技术改造升级。同时，这些设备非常适合在生产线中使用，许多公司都在竞争以改进其产品，企业在自动化社会的研发中投入了大量资金。当前，现代社会正在实现基于计算机的装箱真空，以自动调节电压并监视扭矩，角度或实时性能。从目前我国的机电行业、食品行业自动化社会的应用现状进行观察，自动压盖工具和国外企业所使用的设备相比还是有一定差距，无法做到成体系的生产出适应各种需求压盖工具和设备。另外值得关注的是，在自动化社会的关键领域所使用的设备大部分都需要部分或者全部进口。然而，根据近年来我国企业发展方向进行分析，随着中国汽车工业和重型机械工业的快速发展，这使得出现要求更高的标准来收紧装配质量和生产效率，从而提高我国制造产业的整体质量，提升我国自动化社会的国际竞争力。为了使企业和产品更接近规模和自动化的方向，以满足现代社会的发展需求，对于自动化压盖技术的效率和质量也有较高的要求，目前的发展现状从另一方面促进了现阶段我国压盖技术研究的投资和发展。我国对自动化设备的研究始于1970年代。从目前的发展状况分析，我国工业生产的研发水平相对较低，这与我国研究起步晚、基础薄弱有着较大的关联。我国最开始所实行的经济体制就与国外相差较大，后来由由于国际社会环境等因素的制约，这些因素都导致我国在自动化社会领域发展相对缓慢。当过进入改革开放之后，我国学术界针对自动化社会的研究也正式进入到快速发展时期，但这是国外所拥有的技术已经较为成熟，再多个领域中都远远领先于我们。1985年，自动化社会已经在发达国家得到了广泛的应用和推广，同时在工厂生产中展现出非常惊人的经济效益。中国将工业自动化机械设备纳入“七五”发展规划，通过一步步解决关键科技问题来发展我国自身的自动设备技术。虽然在发展发展过程中存下基础零件制造能力差、缺乏自有品牌、起步晚、理论研究落后等不利条件下，但我国的自动化设备仍然拥有非常良好的发展势头。富士康科技集团的做进行的百万机器人项目就是自动化机械社会智能化应用的一个重要例子。此外，在点焊机器人、服务机器人、搬运机器人、AGV自动导航机器人和医疗机器人等方面取得了显著的成绩，为公司创造了社会效益总的来说，中国与国外在自动化工业社会应用技术及其工程研发应用水平方面仍有很大差距。例如，自动化应用工程的研究起步时间就已经落后，并且我国在自动化社会的应用领域非常狭窄，基本都是面对于小规模生产线系统，与国外的大型生产社会研发相比仍然相对较差。虽然同一产品的成本相对较低，不过社会所具有的可靠性着没有国外产品高。同时从应用规模角度进行观察，以中国经济总量为基础的自动化水应用仅占世界装机量的0.5%左右。第2章自动压盖机理论综述2.1压盖机理论压盖机被广泛应用于实际生产之中，在压盖设备中是必不可缺的，压盖机的效率必然要影响到整个机械的效率。随着社会经济的发展，生产水平的不断提高，而且市场的竞争日趋激烈，手动压盖机工作效率低、生产力落后，因此对其的改进可以有效的提高工作效率和生产能力，从而提高经济效益。故将手动压盖机改造成自动压盖机是十分有必要的，从而实现压盖机的自动化控制，实现机器换人的功能。本课题主要针对管件自动压盖机的设计，项目由两人负责，本人主要负责对管件自动压盖机机械部分的设计，合伙的同伴主要是负责机构控制部分的设计。2.2压盖机的预紧理论在压盖联接安装过程中，几乎必须拧紧所有接头以在加载工件（称为预加载）之前施加力。预紧的目的是为了避免切片安装后打滑和产生间隙，这提高了压盖联接的紧密度和可靠性。2.2.1压盖机预紧的重要性螺纹接头的张力会影响端盖承受侧向载荷的能力，承受总载荷的能力以及接头表面的拧紧程度，预紧力的大小直接影响连接的质量，太大或太小都会在正确范围之外产生负面影响，因此预紧力是重要的链接质量衡量指标。另外，作为通用工业零件的压盖联接件的形状很复杂，使得难以控制和理解未知变量，例如表面粗糙度，接触条件和润滑条件。由于这些变化，如果同一个人使用同一工具，则同一附件将以相同的拧紧扭矩和一批物料同时拧紧，从而产生不同的夹紧力。这种差异通常称为预加载判断力，并且这种力是不能消除的。2.2.2影响因素（1）控制的准确性。压盖连接拧紧过程中使用的控制方法直接影响最终预紧力的准确性，好的控制方法直接导致预紧力分布具有相对较小的分散性。通过用控制扭矩的方法压盖部件而获得的预紧力的精度较低，因为控制方法和目标量之间存在许多不确定性，并且会有很大的偏差。（2）操作者的准确性。使用相同的工具通常会导致不同的结果，表明用户的能力和经验是影响预紧力的因素之一。一种改进的方法是通过持续培训来提高产品质量并减少用户操作错误。（3）工具的准确性。刀具本身的精度反映在地面预紧力的结果上，这也可以改善零件原有的离散度。（4）零件质量。在实际生产活动中，使用压盖进行连接的操作基本上都是塑料。这也就对塑料的质量提出了要求，使用材料的硬度、尺寸、力学特性等等将能够对获得正确的拧紧力具有直接关系。（5）应力松弛。在压盖机工作中的另一个不可避免的过程就是应力松弛，这也就得代表着压盖联接中将会接受相近包括预紧力。但是随设备工作时间的延长，设备的预紧力也会出现各不相同的状况。最常见的情况就是松弛，这种情况基本上会出现在大部分的压盖连接里面，特别是新的的盖件和装置中存在垫片的联接情况，这将会出现不同程度的松弛量。而自动化压盖设备工作出现松弛导致的结果是联接的预紧力不足，这将造成其他零件的损坏。通过对上述五种因素分别进行研究，这表现自动化压盖机无法完全保证压紧过程中消除或者减小各种影响，不过也需要认识到，针对压盖机工作效果的营销因素是研究越深刻越有利于达到效果。2.2.3预紧力不当的后果（1）社会疲劳破坏实际中应用中会不断有压盖异常损坏，造成这种情况的主要原因就是因为设备疲劳失效。这也就表明自动化社会中存在不当的预紧力将会导致联接件中所需要承受的载荷幅度提升到一个非常大的程度，这种较高符合增加了社会疲劳损坏的几率。从疲劳破坏角度进行分析也可以看出，适当的预紧力对于增大疲劳寿命也是很有帮助的。（2）增大设备质量与成本在企业生产过程中，为了使两个连接部件满足连接和装配的要求，如若是在压盖过程中施加的预紧力不过，这就代表着其他区域所需要用于加固的连接零件数量或质量将会增加。零件的过度使用或强度的不适当增加会增加产品的成本。从这一点中就可以看出，预紧力不当将会导致装配、制造成本和维护成本的提升。2.3压盖机设计过程采用自动送料自动压盖，适应了流水线自动化生产，精度高质量稳定，生产效率高，可显著节约劳动力成本。管件自动压盖机传动机构设计，根据多种相关参考资料结合实际，使用Proe软件对压盖机进行三维设计，并完成了管件自动压盖机各个零件进行三维实体造型、装配及三维转AutoCAD二维图。对管件压盖工作过程进行调研分析，确定管件自动压盖机的设计思路；根据管件压盖质量与效率要求，设计整机结构及送料机构、固定机构；完成机架、送料机构、固定机构的Pro/e三维图纸；完成整机装配图及各零件的AUTOCAD二维图纸绘制。第3章自动压盖机总体设计及结构分析3.1总体方案设计管件自动压盖机由送盖装置、压盖装置和送管装置三个基本职能部分及操纵控制装置组成，此管件自动压盖机是一台用于在不锈钢管两端面孔上，自动压装闷盖的自动化专机。解决方案的基本前提是使用不同的传动方式，不同类型的机构，不同的顺序和布置来实现给定的机器运动，以满足该要求。因此，您应该分析和比较不同的传输模型，并选择最适合您的特定情况的传输方法。合理的运输图不仅可以满足机器的预期功能，而且要求设计简单，体积小，操作可靠，构造方便，成本低，运输效率高，操作和维护方便。在许多情况下，很难同时满足这些要求。因此，您必须首先检查重大需求。总体设计步骤方案如图3-1所示：图3-1总体设计步骤方案图3.2结构分析3.2.1总体机构管件自动压盖机主要由机架、工作台面、压紧油泵、制动气缸、滑轨气缸、吸料气缸、振动盘、传感器、控制箱、各支撑元件等部分构成，该设计闷盖通过振动盘自动排序整齐、送料，管件通过进料斜板依次送料，以及PLC控制气缸、控制开关等元件，加之传感器的配合使用，进而完成自动过程。（1）在产品设计过程中主要考虑的功能及创新点：（2）产品成本低，效率高，产量高，是普通加工的2到3倍（3）使用气缸的运动实现压盖机正常压盖适用范围广，该设计巧妙地将振动盘、气缸、PLC联合使用，流水线自动化实现自动送料和压盖，动作流畅且精度高质量稳定。管件自动压盖机结构简图如图3-2所示：图3-2管件自动压盖机结构简图1.控制箱2.制动气缸3.工作台面4.工件5.吸料气缸6.进料斜板7.滑轨气缸8.振动盘9.压紧油缸10.框架11.电动机12.油箱3.2.2工作流程图作流程如图3-3所示：图3-3工作流程图工作流程解释：开机运行后，当闷盖和管件都到位，制动气缸带动闷盖定位快开始向上运动以确保闷盖的位置。接着，两端压盖机机头开始压盖，同时制动气缸向下运动，机头利用吸气的方式将闷盖吸附在机头，两端压紧油泵向中心进给至传感器设置位置，直至压盖结束。压盖结束后，两端压盖机机头开始返回，同时制动气缸再次向上运动以确保闷盖完全脱离压盖机机头，直至压盖机机头回到起始位置，制动气缸再次向下运动。滑轨气缸带动出料台向前方向推出，吸料气缸动作，将压盖后的管件吸附在真空吸盘。出料台返回后，吸料气缸停止动作，管件沿着斜板送料成功。第4章自动压盖机功能分析4.1送盖装置的选择管件自动压盖机采用自动送盖方法。送盖进给基本上完成了盖子的运动，盖子通过薄膜进给到盖子装置的凹槽中以方便压盖过程的进行。使用自动闭环分类和自动送料，而不是复杂的手动分类。特别是，手工分拣小盖头并不容易。通过将未处理的零件通过薄膜分类来加快生产，能够提高效率。具有相应自动机的胶片可以代替部分或全部手册，以提供快速，准确和稳定的自动送盖过程。图4-1显示了送盖的原理示意图。图4-1送盖原理图1.闷盖位置快2.闷盖进料前挡板3.振动盘斜滑轨道4.振动盘闷盖通过振动盘自动输送至闷盖进料挡板口，闷盖的轴向位置依靠两侧的闷盖挡板连接块确定，下落至闷盖位置块U型槽中，自行径向对中，即完成送盖动作。4.1.1振动盘的设计图4-2为闷盖实物，振动盘的结构如图4-3所示，设计时主要考虑以下几个方面：（1）自动件分类和自动送入装配机适合手动操作，能够代替传统的手动分类，特别是对于放置小件和非常小的物件排列时非常方便。（2）挑拣出不合格的工件。（3）提高生产速度，加强生产效率。（4）使用振动盘可以减少工作量，提高工作效率并减少故障。（5）对于具有较高卫生要求的产品，振动盘污染的可能性低于手工制造，并可能改善工厂的整体外观。隔膜装有相应的自动机械装置，该机械装置可以部分或完全代替手动操作，以在生产过程中实现高速，精确和稳定的自动装料和自动组装。图4-2闷盖实物图4-3振动盘结构简图4.1.2振动盘的选用振动盘料斗是放置散列的闷盖头，闷盖一端大，一端小，需要将其大端靠向压盖机机头有序排列。料斗内部是一个螺旋形斜面，螺钉沿着这个斜面向上行走，速度较为均衡，圆弧外侧还有一个筛选槽孔，将排列不合理的工件剔除，从而掉入回料轨道，姿势正确的螺钉继续走，直到姿势正确。结合实际使用需要，本台压盖机采用振动盘型号为ZUH-08。4.2送管装置的选择自动送管主要完成对管子的输送，将管子通过进料斜板送至闷盖压盖机机头的槽口，以便进行压盖。送管装置原理图如图4-4所示：图4-4送管装置原理图1.出料台2.进料斜板支撑杆（短）3.闷盖进料后挡板4.进料斜板5.进料斜板支撑杆（长）管件的轴向定位依靠固定在工作台面上进料斜板的宽度来确定，管子沿着上图中箭头方向，通过进料斜板下落至进料台圆弧凹槽位置处，完成径向对中，即完成送管动作。4.3压盖装置的选择4.3.1液压与气压驱动的主要优缺点分析（1）液压驱动的主要优点a、与其他传动方式相比，该液压系统紧凑，轻便，设计紧凑，易于启动和制动，并具有相同的输出功率和相同的强度，从而可以提供更大的动力。b、液压运动可以轻松实现自动化。通过将液压控制与电气和电子控制相结合，整个变速箱可以实现极其复杂的连续运行以及远程控制和过载保护。c、由于这三个液压组件中的大多数都是标准化，序列化和通用化的，因此设计，制造和操作液压系统更加容易。d、液压油具有良好的润滑性和防锈性，可用于延长液压部件的使用寿命。e、由电引起的热量通过液压油释放。即使设备长时间运行，系统也不会过热。对于其他传输设备，这是不可能的。（2）液压驱动的主要缺点a、在工作期间，特别是对于长距离作业，由于能量损失通常很高，因此降低了整体效率。b、对油温变化敏感，会极大影响其性能。c、为了减少泄漏，液压元件非常精确，具有很高的密封要求和成本。（3）气压驱动的主要优点a、空气可以直接从大气中抽出，用过的空气可以直接引入大气中。工作介质的收集和处理极为方便，并且不会污染环境。b、气动控制比液压控制更快，反应更灵敏。通过气动信号可以轻松完成系统的自动控制。c、气动元件设计简单，易于操作且使用寿命长。它们适合于标准化，序列化和通用化。（4）气压驱动的主要缺点a、由于空气的压缩速度很高，因此调节空气供应以控制速度会降低移动速度的稳定性。b、目前，气动系统的压力不高，总输出功率也不大。c、气动设备发送电信号和较慢的信号（仅在声音振幅时）。不适合需要高信号速度或远程控制生产过程的复杂系统。d、低传输功率和高排气噪音。综合以上的对比，选择液压作为压盖装置的驱动。4.3.2压盖动作分析安装构件由作为动力的电动机驱动。根据转移系统的一些规定，用压盖机进行压盖，用手动套筒代替盖子的机构，大大减少了员工的劳动力市场整合，并提高了生产率。压紧油缸型号采用HOB，最大压力为2000N。具体闷盖压盖原理图见图4-5和图4-6：两端油泵进给两端油泵进给不锈钢管Φ38长300mm厚1mm不锈钢管Φ38长300mm厚1mm两端闷盖 图4-5闷盖压盖原理图4-6闷盖压盖实物4.4吸料装置的选择吸料动作主要针对压盖动作结束后的运送，当管件压盖完成后，就会从管件通过送料台推出后吸料气缸上下运动，然后将会利用真空吸盘将管件吸附，在经由送料台返回。之后，吸料气缸将会停止工作，管件掉落在斜板，完成吸料动作。吸料环节完成自动送管，这将有效代替了繁琐的人工操作方式。吸料气缸采用型号为TDA25-40，图4-7为吸料装置原理图。图4-7吸料装置原理图由于真空吸尘器的特殊设计，室内空气被吸入或稀释。这将创建一个临时外壳，与要举起的物体接触。密闭空间中的气压低于使用管道或其他设备的外部气压。在这种情况下，压力差在内部和外部之间。此时，在外部气压的作用下，将物体牢固地推入SMC真空支撑中。您会看到SMC真空吸尘器吸取了物体，当它到达目的地时，它将密封空间连接到外部气压并将SMC真空吸尘器与物体分离。计算吸盘的吸力，技术参数如下：1、吸力=S*P/μ。2、其中：S为吸盘面积，以cm2表示。3、P为气压，以kg/cm2表示。4、μ为安全系数>=2.5。计算一个直径为20毫米的吸盘，根据样品所能承受的力。对于真空片材，在60%的真空度下，吸盘的吸力为1500g，管重量为750g。计算对象的条件如下：1、真空度为-750mbar，等于0.75kg/cm2。2、吸盘水平吸持物体。3、管件表面光滑不透气。4、实际应用中要考虑到安全系数S，一般S≥2。第5章主要零件和构件的设计5.1机架的设计管件自动压盖机的主体由Q235钢制成。随着材料厚度的增加，Q235钢的屈服值降低。但是由于其碳含量适中，出色的整体性能，出色的功率控制，可塑性和焊接性能而被广泛使用。此次机架考虑到机架重量和成本因素，在满足强度和刚性的前提下，选用方钢焊接成型，机架结构图如图（图5-1）所示：图5-1机架结构图5.2压盖机机头的设计压盖机机头工作时，是将闷盖压入管件的移动过程。压盖机除了传动原理与结构要设计的合理外，最关键的是压盖机机头。相比传统的压盖头，经过改进的新型压盖头加入了吸盖的功能，能有效的将闷盖吸附在压盖机机头位置。5.3滑轨的设计轴的结构设计就是确定州的合理外形和结构，即确定各轴段长度、直径及其它细小尺寸在内的全部结构尺寸。轴是机械传动中必不可少的非标准零件之一，主要用于传递运动和动力，所以轴的材料应具有足够的强度、刚性和韧性，对应力集中敏感性小，既有良好的工艺性，与轴上零件有相对滑动处还应具有足够的耐磨性，压盖机的轴即滑轨。进行轴的设计时，应综合考虑的因素有：1、轴的毛