《氣動(dòng)式送料機(jī)構(gòu)及關(guān)鍵零件夾具設(shè)計(jì)——畢業(yè)設(shè)計(jì)論文》

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：氣動(dòng)式送料機(jī)構(gòu)及關(guān)鍵零件夾具設(shè)計(jì)學(xué) 號(hào)：姓 名：班 級(jí)：專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院辯論日期：摘 要本文主要是對(duì)氣動(dòng)式送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)說明。該機(jī)構(gòu)主要采用氣缸來提供動(dòng)力，完成送料過程，降低了人工操作要求同時(shí)提高了工作效率。相關(guān)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行裝配圖設(shè)計(jì)和繪制局部零件圖，建立送料機(jī)構(gòu)三維模型并進(jìn)行仿真分析。而專用夾具設(shè)計(jì)選擇了該機(jī)構(gòu)中連接件的鉆孔工序，并繪制零件圖和夾具裝配圖。 關(guān)鍵詞：氣動(dòng)式；送料機(jī)構(gòu)；夾具AbstractA pneumatic feeding mechanism was designed in this article. T

2、he mechanism provides the power by cylinder to finish feeding process. After the design was finished, assembly drawing and some of the parts figures was drew, also the three-dimensional model of the feed mechanism and simulation analysis was established. Drilling process of connection in the mechani

3、sm was chose in this special fixture design. At last, parts diagram and fixture assembly drawings were drew.Keywords: pneumatic; feed mechanism; fixture目 錄摘 要IAbstract1第1章 緒論3設(shè)計(jì)的背景和意義3設(shè)計(jì)的內(nèi)容和思路3解決的主要問題3第2章 總體設(shè)計(jì)方案4氣缸類型選擇4結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)5第3章 送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)53.1 氣缸的選擇53.2 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)83.3 送料裝置的設(shè)計(jì)93.4 U型支架的設(shè)計(jì)103.5 壓料裝置的設(shè)計(jì)15第4章

4、運(yùn)動(dòng)仿真分析17第5章 夾具的設(shè)計(jì)225.1 夾具方案設(shè)計(jì)225.2 定位分析225.3 對(duì)刀及導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)22參考文獻(xiàn)24致 謝26第1章 緒論我國目前是世界縫紉機(jī)生產(chǎn)中心和縫紉大國，但還不是強(qiáng)國。縫紉機(jī)工業(yè)的開展對(duì)于我們的工業(yè)經(jīng)濟(jì)有很大的幫助。從1890中國引進(jìn)第一臺(tái)縫紉機(jī)到1905年上海首先開始制造縫紉機(jī)零配件，到90年代后期對(duì)于送料機(jī)構(gòu)的開展，對(duì)我們的生產(chǎn)開展起到很大的作用。近年來對(duì)送料機(jī)構(gòu)的研究一直是行業(yè)內(nèi)外目的課題，也發(fā)表了很多的相關(guān)研究論文。氣缸是一個(gè)引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件。氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣，包括印刷、半導(dǎo)體、自動(dòng)化控制、機(jī)器人等等行業(yè)。而氣動(dòng)這一動(dòng)力

5、裝置也主要是依靠氣缸，它的開展研究對(duì)于送料機(jī)構(gòu)的開展起到很大的推動(dòng)作用。氣動(dòng)裝置能節(jié)省很大的工作時(shí)間提高工作效率，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)開展帶來質(zhì)的飛躍，在我們這樣的一個(gè)人口大國利用科技的開展來代替我們的人工，對(duì)我們的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)對(duì)我們個(gè)人有很大的幫助。1.查閱文獻(xiàn)資料，完成開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述及外文翻譯等工作；2.對(duì)送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)并確定最正確方案；3.進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及裝配設(shè)計(jì)；4.繪制局部零件圖；5.選擇其中某個(gè)零件的某一工序進(jìn)行其加工夾具的設(shè)計(jì)；6.建立送料機(jī)構(gòu)三維模型并進(jìn)行仿真分析。 1、氣缸選擇:根據(jù)第一個(gè)氣缸和連接件的質(zhì)量選擇大行程氣缸的缸徑。 2、對(duì)2個(gè)氣缸位置的布置：連接壓板的

6、小行程氣缸的布置方式；大行程氣缸怎么樣布置才能不會(huì)影響送料工作。 3、大行程氣缸的活塞桿在運(yùn)動(dòng)過程中的平穩(wěn)性。第2章 總體設(shè)計(jì)方案我們要設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)式送料機(jī)構(gòu)，先介紹一下氣動(dòng)系統(tǒng)，氣動(dòng)系統(tǒng)由下面以下幾種元件及裝置組成：1. 氣源裝置：壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、凈化的輔助裝置。它為系統(tǒng)提供符合質(zhì)量要求的壓縮空氣。2. 執(zhí)行元件：將氣體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并完成做功動(dòng)作的元件，如氣缸馬達(dá)。3. 控制元件：控制氣體壓力、流量及運(yùn)動(dòng)方向的元件，如各種閥類電磁閥、速度控制閥。4. 氣動(dòng)輔件：氣動(dòng)系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。這里我們要重點(diǎn)介紹氣缸。氣缸的組成包括缸體、活塞、密封圈、

7、磁環(huán)，如圖2.1所示。它的工作原理為壓力空氣使活塞移動(dòng)，通過改變進(jìn)氣方向，改變活塞桿的圖2.1氣缸結(jié)構(gòu)圖移動(dòng)方向。所以我們這里要設(shè)計(jì)的氣動(dòng)式送料機(jī)的動(dòng)力源就是氣缸，由氣缸提供力完成送料工作。如圖2.2所示，氣缸的分類主要有以下3種：1. 按驅(qū)動(dòng)方式分有單作用、雙作用兩種。單作用氣缸只利用在一個(gè)方向上的推力,活塞桿的回縮依靠裝裝入氣缸的彈簧力或者其他外部的方法如載荷等。雙作用氣缸是指可以在活塞的兩個(gè)面上施力以控制其主動(dòng)運(yùn)動(dòng)可以雙向作用的氣缸。2. 按活塞桿分有單出桿和雙出桿兩種。3. 按緩沖方式分有無緩沖、墊緩沖、帶緩沖、氣緩沖和緩沖器。圖2.2CM2系列氣缸分類所以，本結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程選擇單桿雙

8、作用帶墊緩沖的氣缸。本裝置采用2個(gè)氣缸，一個(gè)氣缸帶動(dòng)壓板垂直工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)氣缸帶動(dòng)壓板水平方向運(yùn)動(dòng)。在小氣缸和大氣缸之間主要有一個(gè)U型的支架來連接。U型架上端連接小氣缸，下端連接大氣缸。第3章 送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 氣缸的選擇3.1.1 CM2系列的氣缸介紹在氣缸型號(hào)選擇時(shí)，我們首先選擇CM2系列如圖3.1所示，相對(duì)CM系列它有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：1. 1.5倍以上的長壽命：由于提高了氣缸的安裝精度及零件的加工精度，改良了密封件的形狀和材質(zhì)，因而提高了耐磨性。與CM系列相比，實(shí)現(xiàn)了1.5倍的長壽命。2. 安裝作業(yè)簡單：桿側(cè)缸蓋和無桿側(cè)缸蓋上的平面寬，便于掛上扳手，使安裝作業(yè)簡單。3. 緊湊、輕：缸

9、筒使用不銹鋼、缸蓋及活塞使用鋁，設(shè)計(jì)緊湊。比CM系列輕30-40%，缸蓋寬度約縮小10%，這樣安裝空間也變小。4. 缸筒耐外部沖擊：為防止外部沖級(jí)造成缸筒變形和損傷，增大了不銹鋼缸筒的厚度和強(qiáng)度，安裝件的強(qiáng)度也提高了。5. 防塵效果好：由于采用了特殊形狀的活塞桿密封圈，在粉塵多的惡劣環(huán)境下也能使用。6. 活塞桿的下彎減少：由于導(dǎo)向套和活塞桿、缸筒和耐磨環(huán)之間的間隙減小、配合精度提高，活塞桿的下彎量比CM系列約減少一半。7. 活塞桿密封圈可更換：影響氣缸壽命的活塞桿密封圈可以更換，故氣缸能經(jīng)濟(jì)長久的使用。另外，氣缸在安裝狀態(tài)便可快速更換密封圈。8. 安裝精度提高：缸徑和安裝件的一段保持高精度，安

10、裝精度高，易安裝，氣缸壽命就增長。9. 能高速驅(qū)動(dòng)：根據(jù)實(shí)際的驅(qū)動(dòng)速度選擇緩沖機(jī)構(gòu)，故能高速驅(qū)動(dòng)。圖3.1CM2系列氣缸示意圖氣缸還有一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)就是安裝方式，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)的不同，在選擇怎么樣的氣缸時(shí)它的安裝方式也各不相同。氣缸的安裝方式有根本型B、軸向腳座型L、桿側(cè)法蘭型F、無桿側(cè)法蘭型G、單耳環(huán)型C、雙兒環(huán)型D、桿側(cè)耳軸型U、無桿側(cè)耳軸型T、耳環(huán)-體型E、平端根本型BZ、平端桿側(cè)法蘭型FZ和平端桿側(cè)耳軸型UZ這幾種，如圖3.2所示。圖3.2氣缸的主要幾種安裝方式的簡化圖3.1.2 氣缸型號(hào)確定對(duì)于小行程氣缸的選擇，首先其行程不長，壓板抬起和下壓的距離不長，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)行程選擇50mm的，氣缸缸徑

11、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)缸徑選擇20mm的小型氣缸就行，考慮到支架的設(shè)計(jì)，選擇無桿側(cè)法蘭型。最終可以先確定其型號(hào)為CM2G20-50J。而對(duì)于大行程的氣缸的選擇要根據(jù)小氣缸和支架總質(zhì)量只和來選擇氣缸的類型。接下來計(jì)算下小氣缸和支架的重量。圖3.3質(zhì)量表根據(jù)質(zhì)量表，型號(hào)為CM2G20-50J的小氣缸質(zhì)量為：5050=0.24kg而支架的質(zhì)量可以大概估算為3kg ,因此整個(gè)壓料裝置大概受到的摩擦力為：3+0.2410大氣缸活塞推桿帶動(dòng)整個(gè)壓料裝置往復(fù)運(yùn)動(dòng)，它所接觸的面積為：S=15510所以所需要的提供的壓強(qiáng)為：=FS而氣缸的最高使用壓力為1MPa，最低使用壓力為0.05MPa，所以滿足要要求。而大氣缸的行程可以

12、選擇300mm,因此可以確定大氣缸的型號(hào)為CM2L40-300J。3.2 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)首先確定工作臺(tái)的長、寬、高。因?yàn)橐偷牟剂蠟?80250mm，且大氣缸的行程為300mm，所以可以確定一個(gè)1000800mm這樣一個(gè)臺(tái)面，而工作臺(tái)的高度要考慮的方便人工操作這么一個(gè)因素，可以在臺(tái)面下面設(shè)計(jì)一個(gè)可以調(diào)整高度的支架。這個(gè)底腳支架通過零件3和零件4的相對(duì)位置來調(diào)整高度，然后用螺栓來固定，如圖3.4所示。圖3.4可升降的工作臺(tái)圖3.5底腳支架零件3和零件4連接關(guān)系3.3 送料裝置的設(shè)計(jì)首先大氣缸型號(hào)已經(jīng)確定，選擇軸向腳座型，通過螺釘固定在工作臺(tái)的下方如圖3.6所示。圖3.6氣缸固定后效果圖而大氣缸的活

13、塞桿要帶動(dòng)壓料裝置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，要保持活塞桿的平穩(wěn)性，要加一個(gè)浮動(dòng)接頭。接下來要確定浮動(dòng)接頭的型號(hào)。因?yàn)榇髿飧椎男吞?hào)為CM2L40-300J，因此大氣缸活塞桿的螺紋連接處為M14，所以選擇型號(hào)為JAL40-14-150的浮動(dòng)接頭，如圖3.7所示。浮動(dòng)接頭的M14內(nèi)螺紋孔和大氣缸的活塞桿通過螺紋相連接。圖3.7浮動(dòng)接頭3.4 U型支架的設(shè)計(jì)U型支架的上端連接著壓料裝置一端和滑塊相連，通過大氣缸提供的動(dòng)力在導(dǎo)軌上做往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。首先選擇導(dǎo)軌的型號(hào)，SRS型LM導(dǎo)軌的軌道標(biāo)準(zhǔn)長度和最大長度如圖3.8和圖3.9所示。圖3.8長度示意圖圖3.9LM導(dǎo)軌長度SRS 型LM導(dǎo)軌其結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖3.10和圖3.11

14、所示。圖3.10SRSLM型導(dǎo)軌參數(shù)圖3.11SRSLM型導(dǎo)軌參數(shù)這里導(dǎo)軌的安裝和大行程氣缸將有一個(gè)位置關(guān)系。可以選擇型號(hào)為SRS9M型導(dǎo)軌，導(dǎo)軌型號(hào)確定之后，可知道導(dǎo)軌的高度為5.5mm，滑塊和導(dǎo)軌裝配后的高度為10mm，又因?yàn)榛钊麠U的中心線離工作臺(tái)的距離為30mm，而U型支架可以通過一個(gè)如圖3.12所示的連接塊和浮動(dòng)接頭相連接，連接塊的上端通過2個(gè)螺栓和U型支架相連接，浮動(dòng)接頭的M14外螺紋端和連接塊的M14內(nèi)螺紋孔相連，所以可以確定連接塊大的螺紋孔M14的中心線到滑塊外表的一個(gè)距離為20mm，考慮到浮動(dòng)接頭的緣故可以取滑塊的高度為25，M14螺紋孔的中心線到滑塊上外表的距離為15mm，U

15、型支架的下端的厚度就為5mm。圖3.12連接塊圖3.13連接塊二維圖連接塊的厚度可以設(shè)計(jì)為15mm，和支架相連接的螺紋孔可以設(shè)計(jì)為M8，2個(gè)M8的螺紋孔水平相距20mm,左端M8螺紋孔中心線和M14螺紋孔中心線的水平相距15mm，右邊的M8螺紋孔的中心線和連接塊的又端面水平距離為20mm。而M14螺紋孔的中心線距離連接塊底面為10mm，距離滑塊的左端面也為10mm。綜上所述，U型支架、滑塊、導(dǎo)軌和連接塊可以設(shè)計(jì)成如圖3.14所以的一個(gè)位置關(guān)系。圖3.14U型支架和連接塊、滑塊、導(dǎo)軌的裝配位置關(guān)系U型支架的和送料裝置的裝配位置關(guān)系已經(jīng)設(shè)計(jì)好了，接下來我們要設(shè)計(jì)U型支架和壓料裝置的裝配位置關(guān)系。首

16、先考慮到是U型支架的2端的距離，我們已經(jīng)知道U型支架的厚度為5mm,而小氣缸的行程為50mm，所以我們可以將U型支架2端的距離設(shè)計(jì)為225mm。而小氣缸的型號(hào)為CM2G20-50J，它可以通過2個(gè)M6的開槽沉頭螺釘固定在U型支架的上端，這樣我們可以將U型支架的上端設(shè)計(jì)成如圖3.15所示的結(jié)構(gòu)。最終我們?cè)O(shè)計(jì)出來的U型支架形狀結(jié)構(gòu)如圖3.16所示。圖3.15U型架上端三維圖圖3.16U型支架3.5 壓料裝置的設(shè)計(jì)而對(duì)于壓板的設(shè)計(jì)，我們考慮到運(yùn)送的布料大小為180250mm，所以我們將壓板也設(shè)計(jì)為相應(yīng)的大小，而壓板的設(shè)計(jì)考慮到螺釘鏈接時(shí)為了不碰到桌面的布料，所以壓板設(shè)計(jì)成有一個(gè)小的臺(tái)階，如圖3.17

17、所示，材料為塑料制品，為了增加和布料的摩擦力，可以在壓板的底下粘帖一層橡膠。圖3.17壓板為了讓壓板保持平穩(wěn)，我們?cè)趬喊搴托飧字g也設(shè)計(jì)一個(gè)連接件，一端連接小氣缸，一端和壓板連接。3點(diǎn)可以確定一個(gè)平面，因此可以將連接件設(shè)計(jì)成如圖3.18所示的一個(gè)零件，為了降低壓料裝置的質(zhì)量可以選擇鋁做為材料。圖3.18連接件圖3.19連接件的二維圖壓料裝置中各個(gè)單獨(dú)零件裝配之后的位置關(guān)系如圖3.20所示，壓板和連接件通過2個(gè)M6的螺釘連接。圖3.20壓料裝置第4章 運(yùn)動(dòng)仿真分析翻開送料機(jī)構(gòu)三維裝配圖，首先進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真操作模塊，我們先要確定一個(gè)固定連桿，點(diǎn)擊連桿圖標(biāo)，選擇工作臺(tái)作為固定連桿，在固定連桿的框內(nèi)打

18、上勾，如圖4.1所示。圖4.1固定連桿選擇除此固定連桿外，還有2個(gè)連桿，一個(gè)為壓板、連接塊和小氣缸活塞桿組成的連桿，標(biāo)記為連桿2，另一個(gè)為大氣缸的活塞桿、浮動(dòng)接頭、滑塊、連接塊、U型支架和小氣缸組成的連桿，標(biāo)記為連桿3。然后要確定運(yùn)動(dòng)副，對(duì)于固定連桿工作臺(tái)，它將自動(dòng)生成一個(gè)固定的運(yùn)動(dòng)副。在壓料裝置中，主要是通過小氣缸的活塞桿帶動(dòng)連接塊和壓板在垂直工作臺(tái)的方向上做往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，所以在第2個(gè)運(yùn)動(dòng)副中我們選擇類型為滑動(dòng)副，連桿選擇連桿2，運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榇怪惫ぷ髋_(tái)向下,如圖4.2所示。圖4.2運(yùn)動(dòng)副選擇對(duì)于連桿2的運(yùn)動(dòng)過程，考慮到他有一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)還存在一個(gè)時(shí)間差的關(guān)系，在駕駛員的操作界面中我們選擇函數(shù)，函數(shù)

19、類型選擇平移，如圖4.3所示,并且新建一個(gè)STEP函數(shù),如圖4.4所示，在公式框里手動(dòng)輸入以下數(shù)據(jù)：STEP(time，0，0，5，40)+ STEP(time，5.001，0，10，0) + STEP(time，10.001，0，15，-40) + STEP(time，15.001，0，20，0)。圖4.3函數(shù)類型圖4.4函數(shù)編輯對(duì)于連桿3的運(yùn)動(dòng)，他也有一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)還存在一個(gè)時(shí)間差的關(guān)系，連桿3是在大氣缸活塞桿的帶動(dòng)下迎著水平方向做往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，所以運(yùn)動(dòng)副類型也選擇滑動(dòng)副，在駕駛員的操作界面中我們選擇函數(shù)，函數(shù)類型選擇平移，,并且新建一個(gè)STEP函數(shù),在公式框里手動(dòng)輸入以下數(shù)據(jù)：STEP(ti

20、me，0，0，5，0)+ STEP(time，5.001，0，10，300) + STEP(time，10.001，0，15，0) + STEP(time，15.001，0，20，-300)。這樣2個(gè)滑動(dòng)副都能獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)了，但是他們之間有一個(gè)配合的關(guān)系，所以要讓2個(gè)滑動(dòng)副聯(lián)系起來，翻開第1個(gè)滑動(dòng)副，我們?cè)谝Ш线B桿的方框里點(diǎn)上勾，然后連桿選項(xiàng)里我們選擇第3個(gè)連桿，在裝配圖里把連桿3點(diǎn)上，如圖4.5所示,如此以來2個(gè)運(yùn)動(dòng)副將有配合的運(yùn)動(dòng)起來。圖4.5咬合連桿然后點(diǎn)開解算方案圖標(biāo)，在圖4.6所示的操作框里輸入時(shí)間和步數(shù)，點(diǎn)確定，再點(diǎn)開求解圖標(biāo)，最后生成動(dòng)畫。圖4.6解算方案 圖4.7所示為運(yùn)動(dòng)仿真中

21、生成的連桿2時(shí)間與位移曲線圖，圖4.8為連桿3生成的時(shí)間與位移曲線圖。可以從圖中看出，在0到5秒時(shí)間里連桿2走過的位移為40，連桿3位移為0。在5秒到10秒之間連桿2走過的位移為0，連桿3走過的位移為300。在10秒到15秒之間連桿2走過的位移為-40，連桿3走過的位移為0.在15秒到20秒之間連桿2走過的位移為0，連桿3走過的位移為-300。圖4.7連桿2時(shí)間位移曲線圖圖4.8連桿3時(shí)間位移曲線圖第5章 夾具的設(shè)計(jì)針對(duì)圖3.19所示的零件做一套專用夾具，這套夾具用來鉆2個(gè)相同的M6螺紋孔。5.1 夾具方案設(shè)計(jì)采用心軸定位，螺母夾緊，使用鉸鏈?zhǔn)姐@模板。5.2 定位分析平面限制3個(gè)自由度，心軸2

22、個(gè)，圓柱銷1個(gè)，完成6個(gè)自由度的限制。 5.3 對(duì)刀及導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)此夾具采用鉸鏈?zhǔn)姐@模板來確定孔位置，固定鉆套來引導(dǎo)刀具。夾具裝配圖主視圖、俯視圖和右視圖分別如圖5.1、圖5.2和圖5.3所示。圖5.1主視圖圖5.2俯視圖圖5.3俯視圖參考文獻(xiàn)1 SMC(中國). 現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.2 濮良貴. 機(jī)械設(shè)計(jì)M. 北京: 高等教育出版社, 2007.3 :/ 4 :/5 設(shè)計(jì)師手冊(cè)編寫組. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002. 6 孫恒, 陳作模, 葛文杰. 機(jī)械原理M. 北京: 高等教育出版社, 2007.7 薛源順. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)(第二

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