畢業(yè)論文定稿-自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細(xì)圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763上海電機(jī)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計課 題 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計專 業(yè) 年 級 2009 級 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 學(xué) 院（系）院長（簽字） 年 月 日自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計I摘 要供料及出料具有很多人類所不具有的能力，包括快速分析環(huán)境能力；抗干擾能力強(qiáng)，能長時間工作和工作精度高?？梢哉f供料及出料是工業(yè)進(jìn)步的產(chǎn)物，它也發(fā)揮了在當(dāng)今工業(yè)的至關(guān)重要的作用。如今，供料及出料工業(yè)已成為世界各國備受關(guān)注的產(chǎn)業(yè)。本文闡述了自動化供料及出料的發(fā)展歷史，國內(nèi)外的應(yīng)用狀況，及其巨大的優(yōu)越性，提出了具體的供料及出料設(shè)計要求和進(jìn)行了總體方案設(shè)計具體結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算；在分析國內(nèi)外智能供料及出料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一種新型供料及出料結(jié)構(gòu)將驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合，在兩個電機(jī)的驅(qū)動下，通過一些簡單的傳動機(jī)構(gòu)，使供料及出料可以實現(xiàn)運(yùn)行。建立了供料及出料的準(zhǔn)靜態(tài)模型，進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)分析，從而獲得供料及出料在步態(tài)運(yùn)動時各部件的受力狀況。關(guān)鍵詞：供料及出料，步態(tài)行走，供料及出料；工業(yè)；傳動；強(qiáng)度自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計AbstractFeeding and discharging ability of many humans do not have, including rapid analysis of environmental capacity; strong anti-interference ability, can work for a long time and high precision work. Can be said that the feeding and discharging is a product of industrial progress, it also plays a vital role in todays industry. Now, the feeding and discharging industrial countries in the world has become the concern of the industry.This paper describes the automatic feeding and the development history, application status at home and abroad, and its great superiority, proposed the concrete material feeding and discharging the design requirements and the specific structure design, calculation of overall scheme design;In the analysis of domestic and foreign intelligence information and basic research on the current situation, this paper designed a new type of feeding and discharging structure - will drive system of combined mechanism, the drive two motors, through some simple transmission mechanism, the material feeding and discharging can be implemented to run. Establishment of the feeding and quasi static model material, quasi static analysis is carried out, so as to obtain the feeding and the stress state of material in the gait motion components.Keywords: feeding and discharging, gait, feeding and discharging; industrial; transmission; strength自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計III目 錄摘 要 .IAbstract II目 錄 .III1 緒論.11.1 課題研究意義 .11.2 自動化車床設(shè)備應(yīng)用 11.3 自動化車床設(shè)備 .21.4 自動化車床設(shè)備趨勢 .22 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)方案設(shè)計.32.1 機(jī)構(gòu)方案設(shè)計 32.2 機(jī)構(gòu)方案論述 43 供料及出料四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計.63.1 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 63.2 確定設(shè)計變量 73.3 建立目標(biāo)函數(shù) 73.4 確定約束條件 83.5 寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 94 輸送帶裝置設(shè)計.104.1 同步帶的概述 104.1.1 同步帶介紹 104.1.2 同步帶傳動的主要失效形式 114.2 同步帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則 .134.3 同步帶分類 134.4 同步帶傳動計算 144.4.1 同步帶計算選型 144.4.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 164.5 同步帶的設(shè)計 18自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計4.6 同步帶輪的設(shè)計 195 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計.205.1 凸輪從動件運(yùn)動規(guī)律 205.2 凸輪輪廓線曲線的設(shè)計 .215.3 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 245.4 滾子半徑的選擇 245.4.1 凸輪理論輪廓內(nèi)凹部分 245.4.2 凸輪理論輪廓的外凸部分 245.5 直動滾子推桿盤形凸輪 .265.6 直動平底推桿盤形凸輪 266 氣缸設(shè)計.286.1 供料用氣缸的計算 286.2 下擺動關(guān)節(jié)氣缸的計算 296.3 四連桿關(guān)節(jié)氣缸的計算 307 氣動原理設(shè)計.338 PLC 控制部分設(shè)計 358.1 可編程序控制器的選擇及工作過程 .358.1.1 可編程序控制器的選擇 .358.1.2 可編程序控制器的工作過程 .358.2 可編程序控制器的使用步驟 .368.3 可編程序控制器控制方案 378.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 .378.3.2.控制要求 378.4 PLC 控制原理圖設(shè)計 38總結(jié)與展望.40參 考 文 獻(xiàn).41致 謝.42自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計11 緒論1.1 課題研究意義市場的開放性和全球化使產(chǎn)品的競爭日趨激烈。而決定產(chǎn)品競爭力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開發(fā)時間(Time ) ， 產(chǎn)品 (Quality)，成本 (Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在 20 世紀(jì) 50 至 40 年代主要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在 70 年代競爭力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80 年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90 年代為市場響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強(qiáng)競爭力。制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機(jī)械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對市場的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產(chǎn)量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000 年統(tǒng)計資料，在主要的生產(chǎn)國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)品充斥市場。1.2 自動化車床設(shè)備應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時間很少超過全部工作時間的 15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高 85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，自動化車床設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的自動化車床設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 個 20 孔，若以搖臂鉆床加工，單單與锪沉頭孔就要842.5 小時，另外還要劃線工時 151.1 小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計要 171.6 小時，劃線也簡單，只要 1.9 小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標(biāo)軸，使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置，結(jié)合自動化車床設(shè)備不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī) 30 種箱形與桿形零件的 2000 多個操作中，有 40%可以在自動更換主軸箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少 20%的加工時間。1975 年法國巴黎機(jī)床展覽會也反映了自動化車床設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢。1.3 自動化車床設(shè)備自動化車床設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機(jī)床中不必計算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機(jī)床心及自動更換主軸箱機(jī)床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運(yùn)動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。1.4 自動化車床設(shè)備趨勢自動化車床設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，自動化車床設(shè)備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計32 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)方案設(shè)計2.1 機(jī)構(gòu)方案設(shè)計由輸送帶將坯料送到料架上，供料裝置將坯料送入車床主軸的中心，夾緊工件；平端面、端面倒角；加工完后，工件落入出料托盤中，托盤隨后向輸出斜槽傾斜。由輸送帶輸出。在加工過程中，工件托架必須要轉(zhuǎn)到一個離開加工碎屑的位置。1、 圓形工件的料架；2、工件（末加工） ；3、氣缸；4、四連桿機(jī)構(gòu)（雙搖桿）5、出料斜槽；6、加工完的工件；7、供料用氣缸；8、夾具；9、工具滑塊10、供料設(shè)備；11、出料裝置；12、擺動關(guān)節(jié)；13、杠桿圖示所示為自動車床的供料和出料機(jī)構(gòu)。V 形的高度可調(diào)。托架從料架中取出一個未加工的工件，并把工件輸送到機(jī)床主軸的中心，在這個位置，被一個凸輪（未顯示）推進(jìn)到夾具中，加工完后，工件落入出料托盤中，這個托盤隨后向輸出斜槽傾斜。整個設(shè)備是裝在一個基座上的，并與機(jī)器上工具的區(qū)域連接。在加工過程中，工件托架必須要轉(zhuǎn)到一個離開加工碎屑的位置。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計適用元件：標(biāo)準(zhǔn)氣缸 ESN標(biāo)準(zhǔn)氣缸 DNG或 DNC接近開關(guān) SM氣缸安裝腳架 LBG雙耳環(huán) SGS單向流量閥 GR耳軸支座 LNZ安裝附件管接頭2.2 機(jī)構(gòu)方案論述負(fù)載大小的確定主要是考慮沿供料及出料各運(yùn)動方向作用于機(jī)械接口處的力和扭矩。其中應(yīng)包括供料及出料末端的重量、抓取工件或作業(yè)對象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力等。由本次設(shè)計給的設(shè)計參數(shù)可初估本次設(shè)計屬于小負(fù)載。驅(qū)動方式由于伺服電機(jī)具有控制性能好，控制靈活性強(qiáng)，可實現(xiàn)速度、位置的精確控制，對環(huán)境沒有影響，體積小，效率高，適用于運(yùn)動控制要求嚴(yán)格的中、小型供料及出料等特點，故本次設(shè)計采用了伺服電機(jī)驅(qū)動（三）傳動系統(tǒng)設(shè)計供料及出料傳動裝置中應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量和體積小，在傳動鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高供料及出料的運(yùn)動和位置控制精度。在供料及出料中常采用的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)有齒輪傳動、蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動、同步齒形帶傳動、鏈傳動、行星齒輪傳動、諧波齒輪傳動和鋼帶傳動等，由于齒輪傳動具有效率高，傳動比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長等優(yōu)點，且大學(xué)學(xué)習(xí)掌握的比較扎實，故本次設(shè)計選用齒輪傳動。（四）工作范圍工業(yè)供料及出料的工作范圍是根據(jù)工業(yè)供料及出料作業(yè)過程中操作范圍和運(yùn)動軌自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計5跡來確定，用工作空間來表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響供料及出料的機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式、自由度數(shù)和操作機(jī)各手臂關(guān)節(jié)軸線的長度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動范圍的選擇（五） 運(yùn)動速度供料及出料操作機(jī)手臂的各個動作的最大行程確定后，按照循環(huán)時間安排確定每個動作的時間，就能進(jìn)一步確定各動作的運(yùn)動速度，用 m/s 或（ ）/s 表示，各動作的時間分配要考慮多方面的因素，例如總的循環(huán)時間的長短，各動作之間順序是依序進(jìn)行還是同時進(jìn)行等。應(yīng)試做各動作時間的分配方案表，進(jìn)行比較，分配動作時間除考慮工藝動作的要求外，還應(yīng)考慮慣性和行程的大小，驅(qū)動和控制方式、定位方式和精度等要求。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計3 供料及出料四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計3.1 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)是最常用的機(jī)構(gòu)，因此連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在機(jī)構(gòu)設(shè)計中十分重要，研究工作開展得也最為廣泛。有大量的文獻(xiàn)介紹有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)、平面五桿機(jī)構(gòu)、柔性連桿機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、槽輪連桿機(jī)構(gòu)、凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)和齒輪連桿等機(jī)構(gòu)的優(yōu)化。鑒于四連桿機(jī)構(gòu)的典型性，本節(jié)結(jié)合四連桿機(jī)構(gòu)的函數(shù)再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計問題，闡述連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化問題的一般方法及流程。四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計就是對四連桿機(jī)構(gòu)的參量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使得機(jī)構(gòu)給定的運(yùn)動和機(jī)構(gòu)所實現(xiàn)的運(yùn)動之間誤差最小。因此四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的過程，就是尋找使得四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動誤差最小的一組機(jī)構(gòu)設(shè)計參量。四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計參量確定后，就可認(rèn)為實現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計包括四連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化模型建立和優(yōu)化模型求解二個主要過程。通過對四連桿機(jī)構(gòu)的分析確定優(yōu)化方案，確定設(shè)計變量，給出目標(biāo)函數(shù)，并將機(jī)構(gòu)設(shè)計制約條件，如桿長條件、傳動角條件等，寫成相應(yīng)的約束條件，即可建立機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型。下面介紹四連桿機(jī)構(gòu)函數(shù)再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計模型的建立。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計73.2 確定設(shè)計變量根據(jù)設(shè)計要求，由機(jī)械原理知識可知，設(shè)計變量有 L1、L2 、L3、L4 、 。將曲柄的長度取為一個單位長度 1，其余三桿長可表示為 L1 的倍數(shù)。由圖 1 所示的幾何關(guān)系可知 43221)(arcosL為桿長的函數(shù)。另外，根據(jù)機(jī)構(gòu)在機(jī)器中的許可空間，可以適當(dāng)預(yù)選機(jī)架 L4 的長度，取 L4=5，經(jīng)以上分析，只剩下 L2、L3 兩個獨立變量，所以，該優(yōu)化問題的設(shè)計變量為 TTLX321,因此。本優(yōu)化設(shè)計為一個二維優(yōu)化問題。3.3 建立目標(biāo)函數(shù)按軌跡的優(yōu)化設(shè)計，可以將連桿上 M 點 與預(yù)期軌跡點坐標(biāo)偏差最小為尋miyx,優(yōu)目標(biāo)，其偏差為 和 ，如圖 2。為此，把搖桿運(yùn)iMixiiyn,21動區(qū)間 2 到 5 分成 S 等分， M 點坐標(biāo)有相應(yīng)分點與之對應(yīng)。將各分點標(biāo)號記作 ，根據(jù)i均方根差可建立其目標(biāo)函數(shù)，即 min2/12iMiyxXf sn3Lyicoiiix2，S 為運(yùn)動區(qū)間的分段數(shù))1(3si 43221(arcosL于是由以上表達(dá)式便構(gòu)成了一個目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對應(yīng)于每一個機(jī)構(gòu)設(shè)計方案（即給定 ） ，即可計算出均方根差 。21,XXf自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計圖 23.4 確定約束條件根據(jù)設(shè)計條件，該機(jī)構(gòu)的約束條件有兩個方面：一是傳遞運(yùn)動過程中的最小傳動角應(yīng)大于 50 度；二是保證四桿機(jī)構(gòu)滿足曲柄存在的條件。以此為基礎(chǔ)建立優(yōu)化線束條件。保證傳動角 50圖 3按傳動條件，根據(jù)圖 3 可能發(fā)生傳動角最小值的位置圖，由余弦定理6428.05cos（見圖 3（a） ）6428.0arcos)(ar3221L所以（a）322324149.)(L自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計9（見圖 3（b） ）6428.0arcos2)(arcos3214L所以（b）32214239.)(L式（a） 、 （b）為兩個約束條件，將 ， ， ， 代入式（a） 、 （b） ，L5412xL23得 069.121211 xg42x曲柄存在的條件按曲柄存在條件，由機(jī)械原理知識可知， ，12L13 324L，443把它們寫成不等式約束條件（將 ， ， ， 代入上式） ，得1512x2303xg24615042xg17經(jīng)過分析，上述七個約束條件式中， 和 為緊約束條件， 為松Xg2 Xg73約束條件，即滿足 和 的 ，必滿足不等式 ，所01Xg2 0g以本優(yōu)化問題實際起作用的只有 和 兩個不等式約束條件。123.5 寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型綜上所述，可得本優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型為 si iMiyxXf0 2/12minTTL321,ts.03649.1211 xxg22 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計即本優(yōu)化問題具有兩個不等式約束的二維約束優(yōu)化問題。4 輸送帶裝置設(shè)計4.1 同步帶的概述4.1.1 同步帶介紹同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。同步帶傳動（見圖3-1）時，傳動比準(zhǔn)確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-2080，v后，不論選擇多大的滾子，都能做出工作輪廓。