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压盖自动送料机设计.概要.pdf
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1
压盖自动送料机设计
摘 要
:
自动输送是自动化的核心组成, 应用广泛, 对于其运动需进行严格分析、 设计及优化,
自动输送机可以不需复杂的控制系统 ,而只需设计相应的机构便可满足使用要求。本文设计的自动
输送机主要针对特一压盖,对轨迹及相关零件进行了设计计算。该输送装置是由凸轮、 曲柄和若干
个连杆构成的。 输送杆垂直方向的运动是由凸轮驱动的, 而水平往复运动则由曲柄驱动,合成运动
能快速送进、快速返回。结构上底盘与机架采用焊接结构 ,销轴采用两端紧定螺母锁紧式 .
关键词
:
自动送料机;连杆设计;凸轮设计优化及加工;运动分析;有限元分析
The Design of Gland Auto-feeder
Abstract:A
utomatic transmission,the core component of automation, is widely applied and
rigorous analysis, design and optimization are necessarily conducted on its motion. To meet its operating
requirement, a complicated control system is not necessary but the design of appropriate institutions. The
design of auto-feeder in this paper is mainly focus on the type of gland, in which the track and related
parts of this machine will be designed and calculated. This conveying device is composed of several parts
including a cam, a crank, and a number of connecting rod. The cam makes the feed rod move in a vertical
direction while a horizontal reciprocating motion is driven by the crank ,and its resultant motion can
realize both swift feed and fast return. Structurally, welded structure will be adopted in chassis and rack
while nut locking will be introduced to fix both ends of the pin..
Keywords:
Auto-feeder; Connecting rod design; Optimization and processing of the cam design ;
Kinematic analysis; Finite element analysis.
1 前言
1.1 课题的背景与意义
送料机是输送材料或工件的机器,是无论是轻工行业还是重工业都不可缺少的设
备。传统观念,送料机是借助于机器运动的作用力加力于材料,对材料进行运输的机
器。近代的送料机发生了一些变化,开始将高压空气、超声波等先进技术用于送料技
术中,但人们仍然将这些设备归纳在送料机类的设备中。自动化程度高的送料设备有:
2
由电脑控制的动头式送料机、激光送料机、高压气压和电脑送料机等。另外,国外的
公司生产一种投影送料机,这种设备的送台上设有感应器及目察装置,用于对材料轮廓
扫描,或在材料行投影以引导送料安排。
自动输送机对企业来说不仅仅只是创造经济价值,而且具有很多优点,首先,对
环境的适应性强,能代替人从事危险有害的工作或者在长时间工作对人体有害的场所,
自动输送机只要根据工作环境进行合理设计,选择适当的材料和结构就可以在高温或
低温、压力异常、粉尘、放射性条件下工作。其次,自动送料机能持久,耐劳,减少
了工人的劳动强度。再次,自动送料机还可以结合程序控制,因此工作稳定,精度较
高,能很好的避免人为操作的错误。最后,自动送料机具有工业的通用性和灵活性,
能很好的适应产品的变化,满足柔性生产的需要。
自动化的程度直接影响着整个生产线的自动化程度及生产效率,几乎渗透到农用
机械、动力机械、食品机械、建筑机械、化工机械、精密机械、仪器仪表等各种工业
加工生产,送料为自动化生产的关键组成,由于手工送料存在着效率、速度、精度、
安全等方面的一系列问题,手工送料已逐步由自动送料机构所取代,从而进一步满足
了自动化加工生产,大幅度提高了生产节拍、生产质量的要求。
1.2 国内外输送机发展趋势与水平
输送主要包括原材料的供给图(1)、自动加工图(2)、装配线上图(3)的自动
输送等,使用自动化机械能真正做到环保省时,大大减少了工人的劳动强度,如图(4)
面包自动输送包装机真正做到了低成本、高回报,在现在高速发展的社会,这种自动
化机械越来越受重视。
工厂里的装配、检查、计数和包装工序的自动化和无人化成为人们所关注的重要
课题,因此使零部件能够沿着一定方向并能稳定供给的送料机成为工厂自动化研究的重
要组成部分。目前的输送机种类主要有埋刮板输送机、带式输送机、斗式输送机、振
动输送机、螺旋输送机等。
3
图 1重型精密 NC滚轮送料机
图 2送料加工接料自动机床
Figure 1 Heavy precise NC roller feeder
Figure 2 Automatic machine tool for
feeding and processing
图 3自行葫芦输送机
图 4 面包自动输送包装机
Figure 3 Automatic hoist conveyor
Figure 4 Automatic packaging machine for 1bread
1.3 我国输送机的未来之路与展望
国内外自动输送料机总体水平都在提高,自动化程度也愈来愈高。拿 NC自动输送
机来说其编程存在一个误区 .那就是企图实现的功能太多 .造成操作和软件方面的许多
问题。国外一些公司正在试图简化控制软件 ,国内厂家也应注意这方面的问题。中国被
称为 “世界工厂 ”,就我个人感觉而言,觉得中国的生产能力是取得了长足的进步,但
作为名副其实的世界工厂,还有很长的路要走。未来将是机器人全自动化的时代,输
送机作为自动化的工具,这不仅仅是一个加工制造业的问题,该项研究进展也能反映
提升我国在设计领域中的控制权,关系到我们的设计水平、工艺水平等各个领域的发
展,而自动输送机也应往高控制控制、高柔性、高精度的方向发展。
2
机械系统设计
2.1
动作分析及轨迹初定
设计输送机输送压盖如图 5 所示 ,工件外形尺寸为 180mm× 140mm× 80mm。 根据要求
工件需慢速送进、 快速返回, 输送爪近似轨迹应接近图 6( 虚线疏密代表运动快慢) 。 UG
( Unigraphics NX) 是 Siemens PLM Software 公司出品的一个产品工程解决方案, 它为
用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。 Unigraphics NX 针对用户
的虚拟产品设计和工艺设计的需求,提供了经过实践验证的解决方案 ,集建模、分析、
4
仿真、加工等于一身,通过 NX 建模分析得出工件质心坐标为:
Xcbar = -36.681663731
Ycbar = -5.768296200
Zcbar = 0.018506569
图5 输送工件模型图
Figure 5 Diagrammatic figure of delivery workpiece
图6 输送爪初定近似轨迹
Figure 6 The temporary trajectory of delivery claw
那么,为了使工件在输送过程 AB 段受力较好,输送爪合力的推力应通过质心,且输送
爪工作面运动高度:
H≥ 25-|Ycbar|=19.23mm。
2.2
执行机构设计
要实现预定动作,典型的曲柄摇杆机构显然不能完成动作要求,因为摇杆的轨迹
为圆弧形,机构上任意点也没有要求输送爪近似轨迹,故而要想实现这种动作,那么
必须是五杆机构或者六杆机构甚至更多,基本的机构可选用平行四边形机构,然后进
行衍化,如图 7,输送爪应与连杆 AB 为一体,那么要使 AB 上有近似图 6 的轨迹, C、 D
两点应随 AC、 BD 杆的旋转同步的曲线移动,即控制输送爪的纵向位移。
5
图 7 运动模型
Figure 7 Motion model
另外的,输送爪要求需快速返回,近似匀速送进,可运用曲柄摇杆机构的急回特
性,由于 C、 D 两点也在运动,故将摇杆的铰接连接衍化成滑块。凸轮的轮廓外形可使
从动件得到任意的预期运动,为了方便设计计算,先用偏心轮代替复杂轮廓曲线,送
料整体变成为图 8 所示。
图 8 机构运动简图
Figure 8 Kinematic diagram of mechanism
由于机构左右重复,计算机构自由度只计算一半即可,则机构的自由度
F=3n-( 2
1
P
+P
h
-
P
)-
F
, (1)
其中:
F——机构的自由度;
n——活动构件数;
1
P
——低副个数;
h
P
——高副个数;
P
——虚约束数;
F
——局部自由度数;
则 F=3× 5-( 2× 6+2-0) -0=1, 为了减少高副元素的磨损, 在
1
O P
与凸轮之间装入滚子,
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