毕业论文定稿-自动化车床的供料及出料装置设计

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763上海电机学院毕业设计课 题 自动化车床的供料及出料装置设计专 业 年 级 2009 级 姓 名 学 号 指 导 教 师 （签字） 学 院（系）院长（签字） 年 月 日自动化车床的供料及出料装置设计I摘 要供料及出料具有很多人类所不具有的能力，包括快速分析环境能力；抗干扰能力强，能长时间工作和工作精度高。可以说供料及出料是工业进步的产物，它也发挥了在当今工业的至关重要的作用。如今，供料及出料工业已成为世界各国备受关注的产业。本文阐述了自动化供料及出料的发展历史，国内外的应用状况，及其巨大的优越性，提出了具体的供料及出料设计要求和进行了总体方案设计具体结构设计、计算；在分析国内外智能供料及出料研究现状的基础上，本文设计了一种新型供料及出料结构将驱动系统机构相结合，在两个电机的驱动下，通过一些简单的传动机构，使供料及出料可以实现运行。建立了供料及出料的准静态模型，进行了准静态分析，从而获得供料及出料在步态运动时各部件的受力状况。关键词：供料及出料，步态行走，供料及出料；工业；传动；强度自动化车床的供料及出料装置设计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 today's 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自动化车床的供料及出料装置设计III目 录摘 要 .IAbstract II目 录 .III1 绪论.11.1 课题研究意义 .11.2 自动化车床设备应用 11.3 自动化车床设备 .21.4 自动化车床设备趋势 .22 自动化车床的供料及出料装置设计结构方案设计.32.1 机构方案设计 32.2 机构方案论述 43 供料及出料四连杆机构设计.63.1 四连杆机构设计 63.2 确定设计变量 73.3 建立目标函数 73.4 确定约束条件 83.5 写出优化数学模型 94 输送带装置设计.104.1 同步带的概述 104.1.1 同步带介绍 104.1.2 同步带传动的主要失效形式 114.2 同步带传动的设计准则 .134.3 同步带分类 134.4 同步带传动计算 144.4.1 同步带计算选型 144.4.2 同步带的主要参数（结构部分） 164.5 同步带的设计 18自动化车床的供料及出料装置设计4.6 同步带轮的设计 195 凸轮机构的设计.205.1 凸轮从动件运动规律 205.2 凸轮轮廓线曲线的设计 .215.3 凸轮机构基本尺寸的确定 245.4 滚子半径的选择 245.4.1 凸轮理论轮廓内凹部分 245.4.2 凸轮理论轮廓的外凸部分 245.5 直动滚子推杆盘形凸轮 .265.6 直动平底推杆盘形凸轮 266 气缸设计.286.1 供料用气缸的计算 286.2 下摆动关节气缸的计算 296.3 四连杆关节气缸的计算 307 气动原理设计.338 PLC 控制部分设计 358.1 可编程序控制器的选择及工作过程 .358.1.1 可编程序控制器的选择 .358.1.2 可编程序控制器的工作过程 .358.2 可编程序控制器的使用步骤 .368.3 可编程序控制器控制方案 378.3.1 控制系统的工作原理及控制要求 .378.3.2.控制要求 378.4 PLC 控制原理图设计 38总结与展望.40参 考 文 献.41致 谢.42自动化车床的供料及出料装置设计11 绪论1.1 课题研究意义市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间(Time ) ， 产品 (Quality)，成本 (Cost)，创新能力(Creation)和服务(Service)。用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在 20 世纪 50 至 40 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在 70 年代竞争力的第一要素为降低生产成本，80 年代为提高产品质量，90 年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平.是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家.根据德国工业协会(VD W )2000 年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平:即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。1.2 自动化车床设备应用据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，自动化车床设备是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的自动化车床设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 个 20 孔，若以摇臂钻床加工，单单与锪沉头孔就要842.5 小时，另外还要划线工时 151.1 小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只自动化车床的供料及出料装置设计要 171.6 小时，划线也简单，只要 1.9 小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合自动化车床设备不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的 2000 多个操作中，有 40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。1975 年法国巴黎机床展览会也反映了自动化车床设备的使用愈来愈多这一趋势。1.3 自动化车床设备自动化车床设备是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。1.4 自动化车床设备趋势自动化车床设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，自动化车床设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。自动化车床的供料及出料装置设计32 自动化车床的供料及出料装置设计结构方案设计2.1 机构方案设计由输送带将坯料送到料架上，供料装置将坯料送入车床主轴的中心，夹紧工件；平端面、端面倒角；加工完后，工件落入出料托盘中，托盘随后向输出斜槽倾斜。由输送带输出。在加工过程中，工件托架必须要转到一个离开加工碎屑的位置。1、 圆形工件的料架；2、工件（末加工） ；3、气缸；4、四连杆机构（双摇杆）5、出料斜槽；6、加工完的工件；7、供料用气缸；8、夹具；9、工具滑块10、供料设备；11、出料装置；12、摆动关节；13、杠杆图示所示为自动车床的供料和出料机构。V 形的高度可调。托架从料架中取出一个未加工的工件，并把工件输送到机床主轴的中心，在这个位置，被一个凸轮（未显示）推进到夹具中，加工完后，工件落入出料托盘中，这个托盘随后向输出斜槽倾斜。整个设备是装在一个基座上的，并与机器上工具的区域连接。在加工过程中，工件托架必须要转到一个离开加工碎屑的位置。自动化车床的供料及出料装置设计适用元件：标准气缸 ESN标准气缸 DNG或 DNC接近开关 SM气缸安装脚架 LBG双耳环 SGS单向流量阀 GR耳轴支座 LNZ安装附件管接头2.2 机构方案论述负载大小的确定主要是考虑沿供料及出料各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中应包括供料及出料末端的重量、抓取工件或作业对象的重量和规定速度和加速度条件下，产生的惯性力等。由本次设计给的设计参数可初估本次设计属于小负载。驱动方式由于伺服电机具有控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境没有影响，体积小，效率高，适用于运动控制要求严格的中、小型供料及出料等特点，故本次设计采用了伺服电机驱动（三）传动系统设计供料及出料传动装置中应尽可能做到结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，在传动链中要考虑采用消除间隙措施，以提高供料及出料的运动和位置控制精度。在供料及出料中常采用的机械传动机构有齿轮传动、蜗杆传动、滚珠丝杠传动、同步齿形带传动、链传动、行星齿轮传动、谐波齿轮传动和钢带传动等，由于齿轮传动具有效率高，传动比准确，结构紧凑、工作可靠、使用寿命长等优点，且大学学习掌握的比较扎实，故本次设计选用齿轮传动。（四）工作范围工业供料及出料的工作范围是根据工业供料及出料作业过程中操作范围和运动轨自动化车床的供料及出料装置设计5迹来确定，用工作空间来表示的。工作空间的形状和尺寸则影响供料及出料的机械结构坐标形式、自由度数和操作机各手臂关节轴线的长度和各关节轴转角的大小及变动范围的选择（五） 运动速度供料及出料操作机手臂的各个动作的最大行程确定后，按照循环时间安排确定每个动作的时间，就能进一步确定各动作的运动速度，用 m/s 或（° ）/s 表示，各动作的时间分配要考虑多方面的因素，例如总的循环时间的长短，各动作之间顺序是依序进行还是同时进行等。应试做各动作时间的分配方案表，进行比较，分配动作时间除考虑工艺动作的要求外，还应考虑惯性和行程的大小，驱动和控制方式、定位方式和精度等要求。自动化车床的供料及出料装置设计3 供料及出料四连杆机构设计3.1 四连杆机构设计连杆机构是最常用的机构，因此连杆机构优化设计在机构设计中十分重要，研究工作开展得也最为广泛。有大量的文献介绍有关平面四杆机构、平面五杆机构、柔性连杆机构、曲柄连杆机构、槽轮连杆机构、凸轮连杆组合机构和齿轮连杆等机构的优化。鉴于四连杆机构的典型性，本节结合四连杆机构的函数再现优化设计问题，阐述连杆机构优化问题的一般方法及流程。四连杆机构的优化设计就是对四连杆机构的参量进行优化调整，使得机构给定的运动和机构所实现的运动之间误差最小。因此四连杆机构的优化设计的过程，就是寻找使得四连杆机构运动误差最小的一组机构设计参量。四连杆机构设计参量确定后，就可认为实现了机构的优化设计。四连杆机构的优化设计包括四连杆机构优化模型建立和优化模型求解二个主要过程。通过对四连杆机构的分析确定优化方案，确定设计变量，给出目标函数，并将机构设计制约条件，如杆长条件、传动角条件等，写成相应的约束条件，即可建立机构优化设计模型。下面介绍四连杆机构函数再现优化设计模型的建立。自动化车床的供料及出料装置设计73.2 确定设计变量根据设计要求，由机械原理知识可知，设计变量有 L1、L2 、L3、L4 、 。将曲柄的长度取为一个单位长度 1，其余三杆长可表示为 L1 的倍数。由图 1 所示的几何关系可知 43221)(arcosL为杆长的函数。另外，根据机构在机器中的许可空间，可以适当预选机架 L4 的长度，取 L4=5，经以上分析，只剩下 L2、L3 两个独立变量，所以，该优化问题的设计变量为 TTLX321,因此。本优化设计为一个二维优化问题。3.3 建立目标函数按轨迹的优化设计，可以将连杆上 M 点 与预期轨迹点坐标偏差最小为寻miyx,优目标，其偏差为 和 ，如图 2。为此，把摇杆运iMixiiyn,21动区间 2 到 5 分成 S 等分， M 点坐标有相应分点与之对应。将各分点标号记作 ，根据i均方根差可建立其目标函数，即 min2/12iMiyxXf sn3Lyicoiiix2，S 为运动区间的分段数)1(3si 43221(arcosL于是由以上表达式便构成了一个目标函数的数学表达式，对应于每一个机构设计方案（即给定 ） ，即可计算出均方根差 。21,XXf自动化车床的供料及出料装置设计图 23.4 确定约束条件根据设计条件，该机构的约束条件有两个方面：一是传递运动过程中的最小传动角应大于 50 度；二是保证四杆机构满足曲柄存在的条件。以此为基础建立优化线束条件。保证传动角 50图 3按传动条件，根据图 3 可能发生传动角最小值的位置图，由余弦定理6428.05cos（见图 3（a） ）6428.0arcos)(ar3221L所以（a）322324149.)(L自动化车床的供料及出料装置设计9（见图 3（b） ）6428.0arcos2)(arcos3214L所以（b）32214239.)(L式（a） 、 （b）为两个约束条件，将 ， ， ， 代入式（a） 、 （b） ，L5412xL23得 069.121211 xg42x曲柄存在的条件按曲柄存在条件，由机械原理知识可知， ，12L13 324L，443把它们写成不等式约束条件（将 ， ， ， 代入上式） ，得1512x2303xg24615042xg17经过分析，上述七个约束条件式中， 和 为紧约束条件， 为松Xg2 Xg73约束条件，即满足 和 的 ，必满足不等式 ，所01Xg2 0g以本优化问题实际起作用的只有 和 两个不等式约束条件。123.5 写出优化数学模型综上所述，可得本优化问题的数学模型为 si iMiyxXf0 2/12minTTL321,ts.03649.1211 xxg22 自动化车床的供料及出料装置设计即本优化问题具有两个不等式约束的二维约束优化问题。4 输送带装置设计4.1 同步带的概述4.1.1 同步带介绍同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。同步带传动（见图3-1）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v后，不论选择多大的滚子，都能做出工作轮廓。