自動送料裝置結構設計

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1、 畢業(yè)設計說明書 題 目：自動送料裝置結構設計 學 號： 姓 名： 班 級： 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師： 學 院：機械工程學院 答辯日期： 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 摘 要 本畢業(yè)設計設計了一臺用于傳送皮革面料的自動送料裝置。以高精準高效率為送料目的，設計該裝置使用氣缸為動力源。結合合適的直線導軌，真空吸盤等零部件，通過不同氣缸的相互配合來完成整個送料過程，將皮革面料輸送到加工區(qū)。 關鍵詞：自動化；氣缸；送料 II

2、Abstract An automatic feeding device is designed for transporting leather. Cylinders are used in this equipment as the power source with high precision and high efficiency for the purpose combined with linear guide and vacuum chuck. Put the leather transports to the processing area. Key words

3、: Automation; Cylinder; Feeding 目 錄 第1章 緒論 1 1.1設計的背景和意義 1 1.2設計的內容和思路 1 1.3解決的主要問題 2 第2章 總體設計方案 3 第3章. 結構設計部分 5 3.1托料板的設計 5 3.2氣缸的選擇 5 3.3吸盤的選擇 11 3.4導軌的選擇 12 3.5腳座的設計 14 3.6其他主要部件的設計 14 第4章 基于UG軟件的仿真分析 15 4.1 UG介紹 15 4.2 UG三維仿真分析 16 結論 23 參考文獻 24 致謝 26 畢 業(yè) 設 計 說 明

4、書 第1章 緒論 1.1設計的背景和意義 1.1.1設計的背景 機械自動化的發(fā)展已經有幾百年的歷史，其高速發(fā)展，已經在工業(yè)、農業(yè)、軍事、科學研究等眾多領域得到了廣泛的應用。因其高效，方便等眾多優(yōu)點，已經深入到生產生活的各個方面。同時由于社會需求的不斷提高，各種新型領域的出現，自動化發(fā)展也隨之不斷完善及細化。而自動送料裝置正是其最基礎的部分，其結構也因工作環(huán)境類型的不同，也表現出不同的多樣性。在龐大的工業(yè)環(huán)境推動下，各種符合實際生產的自動化機械也隨之被設計推廣。 1.1.2設計的意義 本課題主要是設計機構用于傳送指定的皮革面料，實現自動送料，消除積累誤差，把人從繁重的體力勞動、部分腦

5、力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，極大地提高勞動生產率。而傳統(tǒng)式手動送料，不但效率低，同時又浪費勞動力。為降低生產成本，本次設計的是以氣動方式輸送，輸送材料為有特殊性質的皮革面料。結合國內外送料機構的特點和運送材料的特質，采用氣動式運送與送料機構為配合的主要裝置。從而設計出具有推廣意義的自動送料機。 此次設計意義不僅是對實際生產生活提供快捷方便，更實際的意義是對自己來說也是一次很好的鍛煉，鞏固了很多舊知識，也了解學習更多的新知識，能把平時學到的知識有效的結合，我想通過這次設計，對以后的學習工作會有很多的幫助。 1.2設計的內容和思路 1.2.1設計的內容 1．裝置設計主要由不同

6、的氣缸，吸盤，導軌和連接件通過合理的組合連接而成； 2．根據所要輸送的皮料設計出合理的托料板； 3．選擇合適的氣缸，吸盤，導軌完成各個配合； 3．設計連接件和固定裝置把各部合理鏈接 5．要求完成裝配圖設計，繪制部分零件圖； 6．建立送料機的三維模型并進行仿真分析。 1.2.2設計的思路 本次設計的主要思路是先擬定出所要運送皮料的基本運送路徑，以及大致的送料基本構思。把該裝置整個連貫的送料過程可分成三個基本的直線運動，先通過氣缸把所要運送的皮料托舉到一定高度，然后通過吸盤吸取皮料，平移到工作臺面放下皮料，最后通過壓板壓住皮料，運送到加工區(qū)域，從而完成整個連貫的送料過程。對所運送的皮

7、料尺寸大小設計合理的放置皮料的托皮裝置，然后選擇合理的氣缸，導軌來配合送料。最后把三個基本運動的裝置通過合理的鏈接組合成一個整體。三維仿真如圖1.1所示。 圖1.1　三維仿真實物 1.3解決的主要問題 1．設計合適的送料路徑； 2．氣缸，吸盤，導軌類型的選擇； 3．解決裝置各個部件之間的配合，以便精確的完成一整套連貫的自動送料過程。 第2章 總體設計方案 通過上面所描的設計思路，設計出各個符合實際的機構。 送料的第一部分是把所需要運送皮料放置在托皮板上，托皮板安裝在滑塊導軌上，通過安裝在底部的氣缸把整個托皮板和皮料向上托舉一定高度，使其可以和下一步運動配合，設計如圖2.1所

8、示。 圖2.1　送料第一部分 送料的第二部分是把已經托舉到一定高度的皮料，通過直接安裝在真空氣缸上的吸盤吸取一張皮料，然后通過另外一個水平安裝的氣缸，推動平移，把皮料運動到加工臺面正上方，吸盤放下皮料，設計如圖2.2所示。 圖2.2　送料第二部分 送料的第三部分是把已經放置在臺面上的皮料，通過特殊制定的壓腳氣缸，鏈接壓皮板，再運用安裝在臺面的氣缸，水平運動，把皮料送到加工區(qū)域，設計如圖2.3所示。 圖2.3　送料第三部分 通過這三個送料過程，就可以完整的把皮料送到加工區(qū)域。 第3章 結構設計部分 3.1托料板的設計 托料板是來盛放皮料，根據所要求運送的皮料尺寸：2

9、00250mm 來設計其實際形狀，周圍用導桿固定，防止皮料在升起時滑落，導桿通過過盈配合固定于另外一個托板上。托料板安裝在導軌上，下面安裝氣缸，如圖3.1所示。 圖3.1　托板處結構設計 3.2氣缸的選擇 氣動是“氣動技術”或“氣壓傳動與控制”的簡稱。氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術，是實現各種生產控制、自動控制的重要手段之一。本次設計的自動送料裝置使用的驅動方式為氣動式運輸，所以裝置中多處使用到氣缸。氣缸是氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動執(zhí)行元件，其驅動系統(tǒng)結構簡單、容易獲得穩(wěn)定的速度、能控制比較精確的位置、器件價

10、格低廉且易維護等優(yōu)點在工業(yè)生產生活中等到廣泛的使用。尤其體現在工業(yè)機械中，與其他元件配合，完成穩(wěn)定的直線運動。 本次的氣缸全部選用SMC氣缸，主要由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成。其作用是將壓縮空氣的壓力能轉換為機械能，驅動機構作直線往復運動、擺動和旋轉運動。氣缸的分類有多種，主要是作往復直線運動的和作往復擺動的兩類。作往復直線運動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。 氣缸的實際選擇。對比SMC所生產的氣缸，選用了綜合性能較合適的CM2系列氣缸，有壽命較長，安裝簡便，結構緊湊，質量輕便，精度高等優(yōu)點，規(guī)格如圖3.2所示。 圖3.2　SMC CM2氣缸規(guī)格 1.

11、氣缸類型的選擇：根據實際設計需要選用單桿雙作用無磁性開關氣缸。 2.氣缸缸徑的選擇：根據UG軟件三維模型計算所設計的托料板質量，以及所要運輸皮料的質量，共質量為10kg。根據所選的THK直線導軌的LM滑塊的質量單個為0.54kg，總質量m=11.08kg。 該處氣缸主要使用到推力。所以根據以下公式算出所要氣缸的缸徑： 其中F是推動所需要的推力，n是工作效率系數（一般系數選擇在0.80～0.95 ），P是最高使用壓力（由圖3.2得P=1.0Mpa），S是氣缸橫截面積，r、D是S所對應的半徑、直徑。 所以氣缸1合適的氣缸缸徑為20mm 3.氣缸行程的選擇：計劃運送皮料50張

12、，估計厚度為100mm，根據實際設計需求選用氣缸行程為200mm，如表3.1所示。 表3.1　氣缸1的標準行程 4.氣缸安裝方式的選擇：SMC CM2型氣缸的安裝種類非常豐富，根據氣缸1實際所需要的安裝，這里選用基本型（B）氣缸，無桿側法蘭型（G），安裝類型如圖3.3所示 圖3.3　SMC CM2氣缸安裝類型 經過選擇出氣缸1的型號為SMC CM2G20-200。詳細型號表示方式，具體尺寸及安裝尺寸如圖3.4、3.5所示，及表3.2所示。 圖3.4　SMC CM2氣缸型號表示方法 圖3.5　SMC CM2G20-200 表3.2　SMC CM2G20-200具體尺

13、寸 其他同類型選擇，根據氣缸1的選擇方式。氣缸2型號：SMC CM2L25-300；氣缸3型號：SMC CM2L25-400。具體尺寸及安裝尺寸如圖3.5所示，及表3.3所示。 圖3.5　SMC CM2L25-300/ SMC CM2L25-400 表3.3　SMC CM2L25-300/ SMC CM2L25-400具體尺寸 其他氣缸的選擇：根據實際設計需求，裝置需要使用到真空氣缸。選用直接安裝吸盤無磁性開關類型，氣缸型號：ZCUKD20-50D。規(guī)格，型號表示，行程，詳細規(guī)格及安裝尺寸如圖3.6、3.7、3.8所示，及表3.4、3.5所示。 圖3.6　真空氣缸規(guī)格

14、 圖3.7　真空氣缸型號表示方式 表3.4　真空氣缸行程 圖3.8　SMC ZCUKD20-50D 表3.5　SMC ZCUKD20-50D 具體尺寸 3.3吸盤的選擇 真空吸盤，又稱真空吊具，是真空設備執(zhí)行器之一。吸盤材料采用丁腈橡膠制造，具有較大的扯斷力。吸盤容易使用，無污染，在吸取工件是不會造成任何損傷等優(yōu)點，因而廣泛應用于各種真空吸持設備上。 吸盤選用SMC吸盤，其品質較高，價格低廉，且壽命也較長。該吸盤可以直接安裝在真空氣缸上配合使用。吸盤型號：SMC ZP32UN。具體尺寸如圖3.8所示，及表3.6所示。 圖3.8　SMC ZP32UN 表

15、3.6　SMC ZP32UN 具體尺寸 型號 E F Y ZP32U 32 35 4 15 10 14.5 4.5 3.4導軌的選擇 導軌:金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導移動裝置或設備并減少其摩擦的一種裝置。導軌表面上的縱向槽或脊，用于導引、固定機器部件、專用設備、儀器等。導軌又稱滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直線往復運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載， 同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現高精度的直線運動。 本次設計選用THK直線導軌SHS型 ，基本結構如圖3.9所示。 圖3.9　THK直線導軌SHS型

16、 實際送料裝置中多處使用導軌配合氣缸使用，為了統(tǒng)一性，綜合實際結構合理的選用同一款導軌。導軌型號SHS25 V，在實際運用中選擇不同的導軌長度。導軌型號，尺寸規(guī)格如圖3.10所示，及表3.7所示。 圖3.10　THK直線導軌SHS V型 表3.7　THK直線導軌SHS V型具體尺寸 3.5腳座的設計 腳座通過螺栓安裝于工作臺面下方，所設計的腳座能通過螺栓來調節(jié)臺面高度。設計效果如圖3.11所示。 圖3.11　腳座 3.6其他主要部件的設計 通過以上氣缸，導軌的選擇， 根據其實際安裝尺寸，設計出實際安裝該氣缸，導軌的主體機架結構。實際設計尺寸參考零件圖紙TZC00501

17、，TZC00502，TZC00503，TZC00505，TZC00506。 第4章 基于UG軟件的仿真分析 4.1 UG介紹 UG是Unigraphics的縮寫，是美國EDS公司著名的3D產品開發(fā)軟件，這是一個交互式CAD/CAM(計算機輔助設計與計算機輔助制造)系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現各種復雜實體及造型的建構。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在PC上的應用取得了迅猛的增長，目前已經成為三維設計的一個主流應用，同時逐步成為當今世界最為流行的CAD/CAM/CAE軟件之一，廣泛應用于通用機械，模具，家電，汽車和航天等領域。本次所使用的方針縫隙是U

18、G NX6是UG NX的較穩(wěn)定版本，具有更好的繪畫界面以及形象生動、簡介快捷的設計環(huán)境。UG NX軟件為企業(yè)提供了無約束的設計，體現了更多的靈活性，并將主動數字樣機引入到行業(yè)中，是工程師能夠了解整個產品的關聯關系，提高工作效率。UG NX6還能保證與低版本完全兼容。 如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產品開發(fā)的技術創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評審更多的可選設計方案，而且在開發(fā)過程中必須根據以往經驗中所獲得的知識更早地做出關鍵性的決策。 NX 是UGS PLM 新一代數字化產品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅動產品革新。 NX 獨特之

19、處是其知識管理基礎，它使得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。 NX 可以管理生產和系統(tǒng)性能知識，根據已知準則來確認每一設計決策。 NX 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經驗基礎之上，這些解決方案可以全面地改善設計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。通過再一次將注意力集中于跨越整個產品生命周期的技術創(chuàng)新， NX的成功已經得到了充分的證實。這些目標使得 NX 通過無可匹敵的全范圍產品檢驗應用和過程自動化工具，把產品制造早期的從概念到生產的過程都集成到一個實現數字化管理和協(xié)同的框架中。 然而，所有這些技術在復雜應用中的使用并不是太容易。這是因為組合所有這些方法需要巨大的

20、復雜性及交叉學科的知識。最終軟件的實現變得越來越復雜，以至于超出了一個人能夠管理的范圍。 UG的目標是用最新的數學技術，即自適應局部網格加密、多重網格和并行計算，為復雜應用問題的求解提供一個靈活的可再使用的軟件基礎。 4.2 UG三維仿真分析 根據要求使用UG NX6對機構的三維模型進行仿真分析。主要模擬連接在滑塊導軌上托皮板在氣缸的作用下向上升起，然后安裝有真空吸盤的氣缸向下吸取布料后向上抬起，此過程為整個送料過程的前段。具體仿真方法如下： 1．使用已經裝配好的自動送料裝置，在建模的狀態(tài)下，點擊開始，運動仿真，如圖4.1所示。 圖4.1　運動仿真 2．右鍵點擊所所需要的裝配圖

21、，新建仿真，如圖4.2所示。 圖4.2　新建仿真 3．出現環(huán)境對話框，選擇動態(tài)，確定，如圖4.3所示。 圖4.3　選擇動態(tài) 4．定義連桿：點擊連桿，先定義一個固定連桿，就是裝置中不用運動的部分，選擇連桿對象（包括臺面，腳座，支架板等連接件）。標明固定連桿，確定。如圖4.4所示。 圖4.4　定義固定連桿 繼續(xù)定義連桿，選擇連桿對象（包括：托皮板，滑塊，氣缸的滑桿等），名稱默認L001，點擊確定，如圖4.5所示。 圖4.5　連桿選擇 5．定義運動副：點擊運動副，在類型中選擇滑動副，操作中選擇連桿L001，指定該運動副原點和方向。默認名稱為J001，如圖4.6所示。

22、 圖4.6　定義運動副 6．駕駛員設計：完成定義后，點擊駕駛員進行設置，如圖4.7所示。由于該運動為多個不同組件的相互配合運動，所以在平移選項中選擇函數，函數數據類型選擇位移，再選擇函數管理器。 圖4.7　設置駕駛員 頁面自動跳轉到如圖4.8所示頁面，選擇新建函數。 圖4.8　新建函數 頁面自動跳轉到如圖4.9所示，在插入中選擇運動函數，在不同的運動函數中選擇最后一個函數STEP(x，x0，h0，x1，h1)，次函數是時間（x）和位移（h）的關系。雙擊后把函數參數改為實際需要的運動參數STEP(x，0，0，10，100)，實際意思是0～10s中位移變化為0～100mm，使

23、用UG導出函數圖表如圖4.10所示。連續(xù)點擊確定回到主頁面，完成托料板的運動仿真。 圖4.9　確定函數 圖4.10　托皮板的位移曲線圖 7．用相同方法定義第二個連桿L002，以及運動副J002。其中J002的駕駛員函數如圖4.11所示。運動函數STEP(x，10，0，20，-40)+ STEP(x，0，20，30，40)。0～10s時，連桿L002不運動；10～20s時，連桿L002向下運動40mm（實際為吸盤吸料）；20～30s時，連桿L002向上運動40mm，導出函數圖表如圖4.12所示. 圖4.11　新建函數 圖4.12　 吸盤的位移曲線圖 8．完成定義兩連桿

24、及運動副后，點擊解算方案，出現對話框如圖4.13所示。設置時間為30s，點擊確定，然后點擊求解，觀看動畫效果，完成模擬仿真。 圖4.13　求解方案 結 論 本次畢業(yè)設計設計了一個自動送料裝置，將皮料準確的運送到加工區(qū)域。實現一個高效平穩(wěn)的全自動送料過程，提高了自動化水平和程度，消除了累計誤差，把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，極大地提高勞動生產率。同時也提高了生產過程和設備的可靠性及運行效率。從而然我體驗到了自動化技術帶來的方便。 此次設計的送料裝置，主要使用氣缸為驅動方式，所以運用到多個類型不同的氣缸，以及吸盤和導軌。所以選擇合理的氣

25、缸，及其他標準件是設計中遇到的主要問題。然后根據標準件的安裝尺寸設計連接件，合理安置連接件的位置。最后組裝成一個完整的送料裝置。 總結本次設計主要涉及到一些標準件的選擇及相互配合，三維模型的繪制，和運動仿真。 25 參考文獻 [1] 高文龍. 現代制造技術（第l版）[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2004. [2] 馬志平. 機械自動化的未來與現狀[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006. [3] [4] 孫恒, 陳作模, 葛文杰. 機械原理[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007. [5] SMC(中國)有限公司. 現代實用氣動技術[M]. 北京: 機械

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30、cal design[M]. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1990, 35-41. 致 謝 畢業(yè)設計是對大學所學習的知識運用能力的一次全面性的考核，同時也是學習新知識的好機會，培養(yǎng)我們綜合運用所學知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后的工作學習打下良好的基礎。 本次設計能夠順利地完成，首先要感謝學校，為我們提供學習知識的地方，讓我們學習到豐富的理論知識。雖然在這次畢業(yè)設計中越到了很多困難，但在同學和老師的研究，討論幫助下，還是一一解決。所以我要非常感謝我的指導老師張莉老師，此次的畢業(yè)設

31、計都是在張莉老師的精心指導下完成的，尤其是在一開始做畢業(yè)設計的時候，越到了各種問題，尤其是氣缸的選擇問題上，老師很認真地講解各種氣缸的不同優(yōu)缺點，讓我了解了更多的關于氣缸的知識。張莉老師治學態(tài)度嚴謹，而且平易近人。順利完成了整個畢業(yè)設計，必須要對張莉老師表示由衷的感謝。當然還要感謝幫助過我的同學，在做畢業(yè)設計的這些日子里，當越到相同的問題時，能夠互相交流，共同研究決絕問題的方案。尤其是在做三維模擬仿真，都是和同學通過網上視屏自學，圖書館找資料，然后互相交流研究，討論完成。從而掌握了新的一門知識。真心讓我體會到了同學之間的那份真摯的友情，也非常感謝他們！ 最后也感謝這次的畢業(yè)設計，讓我重溫了以前學過的知識，又讓我學到了許多新知識，還讓我學到了學習的方法，讓我現在有了問題就先去上網搜索的好習慣。這次畢業(yè)設計的經驗能讓我受益匪淺，對我以后的工作有極大的幫助。 謝謝！