自動(dòng)造型線分箱機(jī)的設(shè)計(jì)

1、第一章 前言隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷提高，在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)己成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。特別是汽車行業(yè)和拖拉機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鑄件生產(chǎn)的要求越來越高。為了滿足汽車行業(yè)和拖拉機(jī)行業(yè)對(duì)鑄件生產(chǎn)的要求，國(guó)內(nèi)外鑄造設(shè)備廠商致力于開發(fā)高生產(chǎn)率和高可靠性的自動(dòng)造型線專用機(jī)械手。改善了鑄造業(yè)熱、臟、累的勞動(dòng)密集型行業(yè)員工的勞動(dòng)環(huán)境，使鑄造行業(yè)更高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保，有利于綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1.1國(guó)內(nèi)外

2、研究現(xiàn)狀近年來我國(guó)鑄造設(shè)備廠商加強(qiáng)了與國(guó)外先進(jìn)的鑄造設(shè)備廠商（如德國(guó)HWS公司和日本新東公司）在自動(dòng)造型線方面的合作與交流，吸收了國(guó)外自動(dòng)造型線方面的領(lǐng)先技術(shù)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際，在自動(dòng)造型線上采用了比例和伺服技術(shù)，已經(jīng)開發(fā)出了高生產(chǎn)率和高可靠性的自動(dòng)造型線并已經(jīng)在多家汽車廠和內(nèi)燃機(jī)廠成功地生產(chǎn)鑄件，大大縮短了與世界先進(jìn)水平的差距。 在現(xiàn)代化鑄造廠，造型線是最基本的設(shè)備。造型線生產(chǎn)大量的，精確的，高水平的，尺寸再現(xiàn)精度高的鑄型，只需要少量的操作者。近幾年來，自動(dòng)造型生產(chǎn)線增加較快，主要有三個(gè)特點(diǎn)：首先，采用自動(dòng)造型生產(chǎn)線的企業(yè)不再僅限于大型骨干鑄造企業(yè)。例如，在河南西峽的兩個(gè)鑄造廠，都分別擁有45條

3、自動(dòng)造型生產(chǎn)線。過去用土法生產(chǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)改造成采用自動(dòng)造型生產(chǎn)線的鑄造廠已不鮮見，而是有一批企業(yè)了。現(xiàn)在，雖然沿海地區(qū)的江蘇、山東、遼寧等省的鑄造產(chǎn)業(yè)仍占較大的比重，但中西部地區(qū)也已有相當(dāng)多的企業(yè)采用了自動(dòng)造型生產(chǎn)線；其次，國(guó)產(chǎn)的自動(dòng)造生產(chǎn)線已開始可以穩(wěn)定地供應(yīng)裝備鑄造企業(yè)了，在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水平分型自動(dòng)造型線的己有四五個(gè)制造廠。但在全部自動(dòng)生產(chǎn)線中國(guó)產(chǎn)的仍然是少數(shù)，且低檔次的較多；第三，自動(dòng)造型生產(chǎn)線已經(jīng)不少了，但能按照生產(chǎn)線設(shè)計(jì)能力充分發(fā)揮作用的鑄造企業(yè)還是少數(shù)，既存在還不能充分掌握運(yùn)用自動(dòng)造型生產(chǎn)線的問題，也有其他工序不能與生產(chǎn)線的能力和節(jié)拍有效匹配的問題1.2 機(jī)械手的分類和組成機(jī)械手技術(shù)涉

4、及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。1.2.1 機(jī)械手的分類機(jī)械手一般分為三類:第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置口它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。 第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。

5、這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“Mechanical Hand，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng);除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 1.2.2 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要山執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。 1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1) 手部手部安裝在手臂的前端。乎臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動(dòng)、伸屈手腕，開閉手指口機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配各多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作需要。(2)手臂 手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)乎臂之分。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住

6、工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位。軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。 2、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種:液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓、氣動(dòng)用的最多，占90%以上，電氣、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。 3、控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間和加速度等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。1.3應(yīng)用機(jī)械手的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配

7、、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下: 一、以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行

8、工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)山于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。1.4設(shè)計(jì)分箱機(jī)的意義及構(gòu)思綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展鑄造業(yè)的必然趨勢(shì)。在鑄造自動(dòng)造型生產(chǎn)線上砂箱經(jīng)澆注、冷卻、捅箱等操作后，需要將砂箱進(jìn)行分箱。由于處于高溫灰塵污染嚴(yán)重的工作環(huán)境，且砂箱體積大重量大，進(jìn)行人工分箱時(shí)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大生產(chǎn)效率低；分箱機(jī)的設(shè)計(jì)是能有效的完

9、成經(jīng)上一工序操作后，由平板車運(yùn)輸過來的上下砂箱的分箱動(dòng)作，不僅可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，更可大大減輕了一線工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了其工作條件。設(shè)計(jì)構(gòu)思如圖1.1所示圖1.1設(shè)計(jì)構(gòu)思圖1-機(jī)架2-機(jī)械手3-上砂箱4-下砂箱5-平板車第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案的要求數(shù)據(jù)：砂箱參考實(shí)物如圖2.1所示：（外形尺寸為:1200mm x 920mm x 320 mm）圖2.1 砂箱參考實(shí)物圖目的：分箱機(jī)的設(shè)計(jì)是對(duì)圖2.1所示上下砂箱進(jìn)行分箱動(dòng)作，上下砂箱分別進(jìn)入下一工序。要求：在自動(dòng)造型線分箱機(jī)的設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)對(duì)該條生產(chǎn)線上所生產(chǎn)的各種鑄件進(jìn)行全面的鑄造工藝分析，在此基礎(chǔ)上決定砂箱的內(nèi)框尺寸

10、和形式，設(shè)計(jì)和選擇合適的砂箱，作為分箱機(jī)等主機(jī)、輔機(jī)的設(shè)計(jì)依據(jù)。砂箱是鑄造車間使用的主要工藝裝備之一，合理的砂箱結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有很大作用。砂箱本體是一個(gè)支持砂型的框架，它包括內(nèi)框尺寸，箱壁、箱帶、箱肋和出氣孔等。在分箱時(shí)，砂箱與導(dǎo)軌、砂箱與砂箱必須嚴(yán)格定位，并能互換以確保鑄件精度。上下砂箱要牢固鎖緊，砂箱需要起吊運(yùn)輸，因此砂箱本體都設(shè)置定位、鎖緊和吊運(yùn)裝置。2.2 設(shè)計(jì)方案的制定通過畢業(yè)實(shí)習(xí)，查閱大量相關(guān)資料，進(jìn)行各種方案分析綜合，在和導(dǎo)師討論研究之后，最終確定了自己的設(shè)計(jì)方案，再結(jié)合現(xiàn)階段的機(jī)器的研究現(xiàn)狀，我們可以充分的確定機(jī)器的用途及設(shè)計(jì)的意義，及其可行性。并在一

11、些地方作出了自己的創(chuàng)新之處。以最大限度的滿足使用要求，簡(jiǎn)化操作性。研究結(jié)構(gòu)和結(jié)論：通過討論研究我們否定了機(jī)械手前后移動(dòng)工作臺(tái)的方案，采用了機(jī)械手升降裝置和推箱裝置，此機(jī)械手上設(shè)有砂箱定位裝置，同時(shí)還設(shè)有分箱杠桿裝置，使分箱掛鉤開合，上下箱分離；固定砂箱隨機(jī)械手向上移動(dòng)到相應(yīng)高度，大大簡(jiǎn)化了整機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，而且提高了機(jī)械手的穩(wěn)定性和可靠性。還采用了一種輔助壓箱機(jī)構(gòu)，使下箱壓緊。有效地解決了分箱時(shí)上下箱分離過程中，兩側(cè)不能完全同步的缺點(diǎn)。 選題的意義：分箱機(jī)作為鑄造行業(yè)特殊環(huán)境中的自動(dòng)造型生產(chǎn)線專用機(jī)械手，分箱機(jī)是一個(gè)重要的樞紐，提高了造型生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平。該機(jī)的作用是對(duì)上下砂箱進(jìn)行分箱，為后續(xù)

12、工序做好準(zhǔn)備工作。鑄造自動(dòng)造型的工藝流程如圖2.2所示，圖2.2 鑄造自動(dòng)造型的工藝流程分箱機(jī)的工藝位置如圖2.2所示，在鑄造自動(dòng)造型生產(chǎn)線上砂箱經(jīng)澆注、冷卻、捅箱等操作后，空砂箱經(jīng)小車轉(zhuǎn)運(yùn)，由分箱機(jī)進(jìn)行上下分箱，再進(jìn)入下一工序清掃、檢測(cè)砂箱。分箱機(jī)主要由機(jī)架、開合手臂、機(jī)械手升降裝置、分箱杠桿裝置、輔助壓箱機(jī)構(gòu)、移箱裝置以及控制系統(tǒng)、液壓工作站等組成。分箱機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.3所示圖2.3 分箱機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1機(jī)架 2機(jī)械手 3砂箱定位裝置 4上砂箱 5平板車 6機(jī)械手升降油缸 7導(dǎo)向柱 8分箱杠桿裝置9連接鉸鏈 10輔助壓箱機(jī)構(gòu)11導(dǎo)柱 12移箱裝置13連箱掛鉤 14下砂箱 15滾輪工作原理

13、：上下砂箱經(jīng)過上一道工序，由平板車運(yùn)輸?shù)椒窒錂C(jī)；經(jīng)過光電傳感器檢測(cè)完成定位，然后輔助壓箱機(jī)構(gòu)執(zhí)行動(dòng)作壓緊下砂箱；到達(dá)上砂箱定位孔時(shí)，機(jī)械手砂箱定位裝置對(duì)砂箱進(jìn)行精確定位；機(jī)械手放松、下降，分箱杠桿裝置撥開連箱掛鉤；機(jī)械手吊臂滾輪帶動(dòng)上砂箱上升，機(jī)械手砂箱定位裝置收回復(fù)位；到達(dá)上導(dǎo)軌同一水平位置時(shí)，移箱裝置動(dòng)作將砂箱運(yùn)輸?shù)缴蠈?dǎo)軌上面進(jìn)入后續(xù)工序；然后機(jī)械手返回原來位置，下降到下砂箱定位孔位置，機(jī)械手砂箱定位裝置對(duì)砂箱進(jìn)行精確定位，機(jī)械手吊臂滾輪帶動(dòng)下砂箱上升，機(jī)械手砂箱定位裝置收回復(fù)位，到達(dá)上導(dǎo)軌同一水平位置時(shí)，移箱裝置動(dòng)作將砂箱運(yùn)輸?shù)缴蠈?dǎo)軌上面進(jìn)入后續(xù)工序；從而完成了上下砂箱分箱。 由于時(shí)間關(guān)

14、系，對(duì)液壓、電氣控制系統(tǒng)，不做具體設(shè)計(jì)。第三章 分箱機(jī)械手的設(shè)計(jì)3.1手臂的設(shè)計(jì)要求手臂的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：(1) 手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)械手完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求。手臂間應(yīng)具有一定的開閉角，兩手臂張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手臂的開閉角。手臂的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同尺寸的工件，應(yīng)按最大尺寸的工件考慮。根據(jù)砂箱尺寸規(guī)格，確定了手臂的尺寸規(guī)格如圖3.1所示，閉合尺寸為980mm,手臂兩固定轉(zhuǎn)軸之間距離為680mm,采用4掛臂機(jī)械手，前后兩組掛臂間的距離為615mm。圖3.1手臂尺寸規(guī)格（2）具有足夠的強(qiáng)度和剛度，考慮被抓取對(duì)象的要求；根據(jù)手臂所受載荷和

15、結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀。盡量減小手臂重量和相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷：減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。手臂除受到被夾持砂箱的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手臂的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手臂的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。手臂的截面形狀如圖3.2所示圖3.2手臂結(jié)構(gòu)圖1- 掛臂2-掛臂固定板3-加強(qiáng)筋4-下固定板5-掛臂連接板掛臂繞固定轉(zhuǎn)軸張開和閉合，前后兩組掛臂由掛臂固定板和掛臂連接板連接，保證了掛臂的剛度和掛臂運(yùn)動(dòng)的同步性，提高了其

16、開合精度。 (3) 具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手臂的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落口。 由于處于鑄造車間溫度高振動(dòng)大，環(huán)境惡劣，且砂箱重量大，所以選用高壓重型液壓缸，使手臂具有足夠的夾緊力，提高其工作穩(wěn)定性和可靠性。 (4)保證砂箱準(zhǔn)確定位 1）為使手臂和被夾持砂箱保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置。 為保證砂箱的準(zhǔn)確定位，采用了一砂箱定位裝置，如圖3.3所示該裝置包括一伸縮氣缸，伸縮氣缸的活塞桿前端與一轉(zhuǎn)動(dòng)臂銷軸連接，轉(zhuǎn)動(dòng)臂的一端具有一固定轉(zhuǎn)軸，另一段連接一定位銷。在伸縮汽缸的活塞桿伸展或收縮時(shí)，可以帶動(dòng)與其相鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)臂沿固定

17、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使得定位銷也完成向前與后退的動(dòng)作交替。該裝置有效解決了砂箱到分箱機(jī)中分箱時(shí)，因?yàn)樯跋涠ㄎ徊粶?zhǔn)確造成分箱時(shí)砂箱的銷子損壞，造成全線停機(jī)和設(shè)備損壞的問題，取得了積極的效果。圖3.3砂箱定位裝置1- 伸縮氣缸2-銷軸3-固定轉(zhuǎn)軸4-轉(zhuǎn)動(dòng)臂由于砂箱在運(yùn)輸過程中有振動(dòng)，砂箱位置會(huì)發(fā)生偏移，為了使砂箱定位準(zhǔn)確，砂箱定位孔處為錐形空；把定位銷頭部設(shè)置成相對(duì)應(yīng)的錐形，能夠自動(dòng)調(diào)整砂箱定位孔位置，完成精確定位。結(jié)構(gòu)如圖3.4所示圖3.4定位結(jié)構(gòu)示意圖1-定位銷2-砂箱2）為保證砂箱轉(zhuǎn)移過程中砂箱不發(fā)生偏移。設(shè)置了砂箱導(dǎo)向裝置，沿砂箱行進(jìn)軌跡兩側(cè)在兩組吊臂上分別設(shè)有導(dǎo)向輪，兩組導(dǎo)向輪間間距與砂箱箱體

18、寬度相適應(yīng)，以形成分處砂箱兩側(cè)的兩組限位導(dǎo)向輪組。該裝置通過在軌道兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向輪的方式，使得砂箱在轉(zhuǎn)移的過程中，砂箱不會(huì)出現(xiàn)左右偏移。結(jié)構(gòu)如圖3.5所示圖3.5砂箱導(dǎo)向裝置1-吊臂2-導(dǎo)向輪3）為了保證鑄造的精度，在上下砂箱中間有緊箱鉤。在分箱時(shí)需把箱鉤撥開，所以設(shè)置了一砂箱箱鉤的松放裝置，把箱鉤撥開使上下箱分離。結(jié)構(gòu)如圖3.6所示該裝置包括一設(shè)于安裝支架上的直線液壓缸，液壓缸帶動(dòng)分箱杠桿沿其固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)撥動(dòng)砂箱箱鉤，使原來的某種緊固或鎖緊關(guān)系解除，從而實(shí)現(xiàn)上下砂箱的分離，在機(jī)械手將上砂箱提起時(shí)不能把下砂箱也抬起來。圖3.6箱鉤松放裝置1-箱勾2-分箱杠桿3-液壓缸4-固定轉(zhuǎn)軸4）為保證機(jī)械手

19、升降平穩(wěn)，在升降液壓缸兩側(cè)，分別設(shè)置輔助導(dǎo)柱，導(dǎo)柱與導(dǎo)向套使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，提高了可靠性。結(jié)構(gòu)如圖3.7所示圖3.7導(dǎo)向示意圖1-導(dǎo)柱 2-升降液壓缸 3-導(dǎo)向套4-機(jī)械手基座3.2機(jī)械手的機(jī)械構(gòu)成 本設(shè)計(jì)中手臂由吊臂和掛臂組成。吊臂上設(shè)有由液壓缸驅(qū)動(dòng)的分箱杠桿裝置和由氣缸驅(qū)動(dòng)的砂箱定位裝置，通過光電傳感器檢測(cè)砂箱的位置，反饋到控制系統(tǒng)，由控制發(fā)出指令；砂箱定位裝置使砂箱精確定位；電磁開關(guān)動(dòng)作使分箱杠桿裝置撥開連箱掛鉤；機(jī)械手下降到上砂箱定位孔時(shí)，基座上的開合液壓缸控制驅(qū)動(dòng)掛臂的開合，將上砂箱放至吊臂的滾輪上面，吊起夾緊砂箱、上升，到達(dá)下一工序?qū)к壍耐凰轿恢?。掛臂通過銷軸連接固定在基座

20、上?；贤ㄟ^升降液壓缸連接在機(jī)械手固定橫梁上，實(shí)現(xiàn)砂箱分箱后的上升動(dòng)作，到達(dá)相應(yīng)的高度由移箱裝置液壓缸推至下一工序的導(dǎo)軌上。液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，還設(shè)計(jì)有兩根導(dǎo)柱導(dǎo)向，提高了機(jī)械手的穩(wěn)定性和可靠性。機(jī)械手機(jī)械構(gòu)成如圖3.8所示：圖3.8機(jī)械手機(jī)械構(gòu)成1-吊臂 2-砂箱定位裝置 3-氣缸 4-掛臂 5-基座 6-導(dǎo)柱 7-液壓缸8-活塞桿 9-導(dǎo)套 10-砂箱 11-分箱杠桿12-砂箱導(dǎo)向裝置3.3液壓缸和氣缸的選型液壓缸的選用原則 首先應(yīng)考慮工況及安裝條件，然后再確定液壓缸的主要參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)密封附件和其他附件。使用工況及安裝條件如下。 分箱機(jī)工作中有劇烈沖擊時(shí)，液壓缸的缸

21、筒、端蓋不能用脆性材料。 升降液壓缸和移箱的行程大約2m左右，考慮選用剛度高的活塞桿和安裝中間圈。 當(dāng)工作環(huán)境惡劣，有較多的灰塵等雜質(zhì)時(shí)，需采用活塞桿防護(hù)套，選用合適的密封圈和防塵圈。 合理選擇各液壓缸的安裝方式，負(fù)載的導(dǎo)向直接影響活塞桿的穩(wěn)定性。液壓缸工作壓力l6MPa，選擇合理的緩沖機(jī)構(gòu)。3.3.1升降液壓缸的選型（1） 液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-液壓傳動(dòng)與控制計(jì)算公式23.6-17 D3.5710 （3-1）根據(jù)各部件的總重量，各部件之間的摩擦系數(shù)，結(jié)合工作條件考慮安全系數(shù)，最終估算F=60KN,選定工作壓力P=16Mpa,

22、經(jīng)公式（3-1）計(jì)算得： D3.5710=3.57x10 m =0.069m 式中D液壓缸內(nèi)徑(m) ；F液壓缸推力(KN) ；P選定的工作壓力Mpa 經(jīng)圓整后，選擇標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑尺寸D為80mm。 （2） 液壓缸行程S的確定圖3.9行程圖1- 基座2-導(dǎo)柱3-固定座4-機(jī)械手固定橫梁5-導(dǎo)向套根據(jù)分箱機(jī)的整體結(jié)構(gòu)尺寸，由幾何作圖，最終確定行程S為1600mm。綜上所述：結(jié)合工作環(huán)境及性能要求，選擇適于鑄造行業(yè)的內(nèi)徑為80mm頭部圓形法蘭固定式的 C25TFK系列液壓缸。3.3.2開合液壓缸的選型（1） 液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算 根據(jù)各部件的總重量摩擦系數(shù)，手臂的開合力分析計(jì)算，結(jié)合工作條件考慮安全系數(shù)，

23、最終估算F=36KN,選定工作壓力P=16Mpa,經(jīng)公式（3-1）計(jì)算得： D3.5710=3.57x10m =0.054m 式中D液壓缸內(nèi)徑(m) ；F液壓缸推力(KN) ；P選定的工作壓力Mpa 經(jīng)圓整后，選擇標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑尺寸D為63mm。（2） 液壓缸行程S的確定開合手臂向外張開20，才能保證機(jī)械手臂的正常工作，由幾何作圖，經(jīng)測(cè)量手臂直線移動(dòng)距離為460mm,經(jīng)圓整選擇標(biāo)準(zhǔn)的行程為500mm。綜上所述：結(jié)合工作環(huán)境及性能要求，選擇適于鑄造行業(yè)的內(nèi)徑為63mm尾部耳環(huán)式的 C25WEK系列液壓缸。3.3.3分箱液壓缸的選型（1） 液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算 根據(jù)各部件的總重量摩擦系數(shù)，箱鉤的阻力分析計(jì)

24、算，結(jié)合工作條件考慮安全系數(shù)，最終估算F=6KN,選定工作壓力P=16Mpa,經(jīng)公式（3-1）計(jì)算得： D3.5710=3.57x10m =0.022m 式中D液壓缸內(nèi)徑(m) ；F液壓缸推力(KN) ；P選定的工作壓力Mpa 經(jīng)圓整后，選擇標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑尺寸D為40mm。（2） 液壓缸行程S的確定由幾何作圖，分箱杠桿移動(dòng)89mm能將箱鉤分開,經(jīng)圓整選擇標(biāo)準(zhǔn)行程為100mm。綜上所述：結(jié)合工作環(huán)境及性能要求，選擇適于鑄造行業(yè)的內(nèi)徑為40mm尾部耳環(huán)式的 C25WE系列液壓缸。3.3.4定位氣缸的選型1預(yù)選氣缸的缸徑根據(jù)氣缸的負(fù)載狀態(tài)，參考SMC培訓(xùn)教材 現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)，確定氣缸的軸向負(fù)載力F=W=

25、150Kg。根據(jù)負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，預(yù)選氣缸的負(fù)載效率h70。根據(jù)氣源供氣條件，確定氣缸的使用壓力P=0.6MPa。P應(yīng)小于減壓閥進(jìn)口壓力的85。根據(jù)工作條件，選取單作用氣缸，預(yù)選桿徑與缸徑之比d/D=0.5。由彈簧壓回型氣缸的理論輸出推力 =- （3-2）彈簧壓回型氣缸的理論返回拉力 = （3-3）彈簧壓回型氣缸的理論輸出拉力 =（-）- （3-4）彈簧壓回型氣缸的理論返回推力 = h=100 （3-5）式中 ：氣缸的理論輸出力,N；使用壓力，MPa；缸徑，mm ；活塞桿直徑，mm ；安裝狀態(tài)時(shí)的彈簧力，N; 氣缸活塞桿受到的軸向負(fù)載力 ，N ； 壓縮空氣進(jìn)入氣缸后，彈簧處于被壓縮狀態(tài)時(shí)的彈簧力

26、，N。經(jīng)過計(jì)算，D=45.63mm 所以選定缸徑D=50mm。2預(yù)選氣缸的行程。根據(jù)氣缸的操作距離及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程比來預(yù)選氣缸的行程。為了便于安裝調(diào)試，對(duì)計(jì)算出的行程要留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。由幾何作圖，氣缸移動(dòng)的大概距離為92mm,故確定氣缸行程為：100mm。3 選擇氣缸的系列根據(jù)氣缸承擔(dān)任務(wù)的要求來選擇氣缸的系列。根據(jù)工況條件選擇：LGB單作用帶緩沖方式的氣缸。4選擇氣缸的安裝形式氣缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和使用目的等因素決定。一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在活塞桿除直線運(yùn)動(dòng)外，還需作圓弧擺動(dòng)時(shí)，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時(shí)，應(yīng)選用相

27、應(yīng)的特種氣缸。根據(jù)工況條件選擇：雙耳尾座安裝方式5選擇氣缸的磁性開關(guān)。當(dāng)氣動(dòng)系統(tǒng)采用電氣控制方式時(shí)，可選用帶磁性開關(guān)的氣缸。根據(jù)CJ2單作用墊緩沖方式的氣缸，選擇鋼帶安裝方式的D-C73L型的磁性開關(guān)。6選擇活塞桿端部接頭根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇：Y型雙肘接頭。用銷子穿過通孔與負(fù)載連接。7其它要求。如氣缸工作在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需在活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時(shí)需選用無給油或無油潤(rùn)滑氣缸。根據(jù)以上的選擇方式，以及安裝方式的不同，選擇了氣缸型號(hào)為：LGB50100M-CB-YT-FC型 第四章 機(jī)架設(shè)計(jì)4.1機(jī)架的設(shè)計(jì)要求在機(jī)器中支承零部件的零件稱為機(jī)架。因此機(jī)架式底座、機(jī)體、床身、車架、起重機(jī)

28、橋架、殼體、箱體等零件的統(tǒng)稱。1.機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。（1）強(qiáng)度是評(píng)定重載機(jī)架工作的基本準(zhǔn)則。機(jī)架的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)機(jī)器在運(yùn)行過程中可能發(fā)生最大載荷或在安全范圍內(nèi)所能傳遞的最大載荷來校核其靜強(qiáng)度；還要校核機(jī)架的疲勞強(qiáng)度。（2）剛度是評(píng)定大多數(shù)機(jī)架工作能力的主要準(zhǔn)則，大多數(shù)機(jī)架的剛度都直接決定了產(chǎn)品的工作性能和精度。（3）機(jī)架受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都會(huì)存在失穩(wěn)問題。有些構(gòu)件制成腹式薄壁也存在局部失穩(wěn)。2.機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求（1）在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量要求輕，而且成本要低。（2）抗振性能好，把受迫振動(dòng)振幅限制在允許范圍內(nèi)。（3）噪聲要小。（4）溫度場(chǎng)分布要

29、合理，熱變形才會(huì)對(duì)精度的影響小。（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工。（6）結(jié)構(gòu)力求要便于安裝與調(diào)整，方便修理和更新零部件。（7）有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌受力要合理，耐磨性良好。（8）造型好，達(dá)到既適用經(jīng)濟(jì)，又美觀大方。本設(shè)備中的機(jī)架主要起最為關(guān)鍵的支撐作用，故在整個(gè)設(shè)備中，機(jī)架的作用是不容小視的，一定要滿足機(jī)架設(shè)計(jì)的要求4.2機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.2.1機(jī)架的常用材料材料的選用，主要是根據(jù)機(jī)架的使用要求。形狀較復(fù)雜的機(jī)架，一般采用鑄造。鑄鐵的鑄造性能好價(jià)廉和吸振能力強(qiáng)，還有切削性能好和易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用最廣。 鑄造碳鋼的彈性模量大，強(qiáng)度也比鑄鐵高，故用于受力較大的機(jī)

30、架。但鋼水流動(dòng)性差，在鑄型中凝固冷卻時(shí)體收縮和線收縮都較大，故不宜設(shè)計(jì)復(fù)雜形狀的鑄件。 鑄造鋁合金密度小重量輕，通過熱處理強(qiáng)化，具有足夠高的強(qiáng)度較好的塑性，良好的韌性。焊接機(jī)架具有制造周期短重量輕和成本低等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)器制造業(yè)中，焊接機(jī)架日益增多。4.2.2機(jī)架的熱處理 1. 鑄鐵機(jī)架的時(shí)效處理，目的是在不降低鑄鐵力學(xué)性能的前提下，使鑄鐵的內(nèi)應(yīng)力和機(jī)加工切削應(yīng)力得到消除或穩(wěn)定，以減少長(zhǎng)期使用中的變形，保證幾何精度。 2.鑄鋼機(jī)架的熱處理，目的是為了消除鑄造內(nèi)應(yīng)力和改善力學(xué)性能。鑄鋼機(jī)架的熱處理方法一般有正火加回火，退火高溫?cái)U(kuò)散退火和焊補(bǔ)后回火等。3.焊接機(jī)架的熱處理，退火用來消除焊接后機(jī)架的內(nèi)

31、應(yīng)力，降低硬度，改善組織，增加韌性。接接頭熱處理的目的是減少和消除焊接應(yīng)力，改善接頭塑性和韌性，避免焊接裂紋的產(chǎn)生。焊接應(yīng)力是由于鋼材在焊接過程中受到不均勻的加熱發(fā)生不均勻的變形而產(chǎn)生的，當(dāng)鋼材厚度增加，不均勻變形增加，焊接應(yīng)力增大。經(jīng)過焊后熱處理(一般采用高溫回火)使鋼材發(fā)生塑性變形產(chǎn)生松馳，從而減少或消除焊接應(yīng)力。4.2.3機(jī)架的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)架主要由基座立柱固定塊機(jī)械手固定橫梁固定基座上橫梁移箱裝置橫梁輔助壓箱裝置橫梁等組成。機(jī)架結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示圖4.1機(jī)架結(jié)構(gòu)圖1基座2立柱3固定基座4導(dǎo)套5機(jī)械手固定橫梁6上橫梁7固定塊第五章 輔助分箱裝置設(shè)計(jì)5.1輔助壓箱裝置設(shè)計(jì) 5.1.1壓箱

32、裝置機(jī)械設(shè)計(jì)在鑄造領(lǐng)域的自動(dòng)化造型生產(chǎn)線中，砂箱經(jīng)澆注、冷卻、捅箱等操作時(shí)，需要將上下砂箱進(jìn)行分箱，以為下一輪生產(chǎn)循環(huán)利用砂箱做準(zhǔn)備。分箱機(jī)在分箱操作時(shí)將上下箱分離的過程中，由于砂箱兩側(cè)不能保證完全同步，因而會(huì)造成在搬運(yùn)上箱時(shí)有時(shí)也會(huì)把下箱也抬起來。同樣的道理，也會(huì)出現(xiàn)在搬運(yùn)下箱時(shí)把用來放置砂箱的平板車也抬起來，這種狀況積累下去會(huì)造成砂箱磨損加劇，縮短設(shè)備的使用壽命，從而不僅影響了生產(chǎn)效率，也間接加大了生產(chǎn)成本。本設(shè)計(jì)增加了一種砂箱的輔助壓箱裝置，它在輔助完成分箱時(shí)既能夠把需要保留的下砂箱或砂箱平板車卡住，非常有利于砂箱完成分箱操作。砂箱的輔助壓箱裝置有一壓緊機(jī)構(gòu)，所述壓緊機(jī)構(gòu)用來壓緊上下砂箱

33、分箱時(shí)的下箱或者用來壓緊下箱與砂箱運(yùn)送裝置分離時(shí)的砂箱運(yùn)送裝置;所述壓緊機(jī)構(gòu)為一經(jīng)驅(qū)動(dòng)油缸帶動(dòng)的具有固定轉(zhuǎn)軸的壓緊臂;所述壓緊機(jī)構(gòu)的壓緊臂壓緊位可以設(shè)有一壓緊面高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。其中所述的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以為一調(diào)節(jié)螺釘。通過利用油缸控制的連桿機(jī)構(gòu)，使油缸的開合能夠帶動(dòng)連桿動(dòng)作壓住不能動(dòng)的部分。有效解決了分箱機(jī)分箱時(shí)上下箱分離過程中，兩側(cè)不能完全同步，造成搬運(yùn)上箱時(shí)把下箱也抬起來的缺點(diǎn)。以及在搬運(yùn)下箱時(shí)會(huì)把平板車也抬起來，造成磨損加劇，縮短設(shè)備的使用壽命的問題，發(fā)揮了積極的效果。圖5.1壓箱組件1油缸2油缸基座 3連接銷軸 4連桿5壓箱支架6調(diào)節(jié)螺釘7砂箱8平板車9轉(zhuǎn)桿10轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)軸 11支撐橫梁組件

34、5.1.2壓箱液壓缸的選型1液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D 計(jì)算公式為 D3.5710根據(jù)各部件的總重量，各部件之間的摩擦系數(shù)，結(jié)合工作條件考慮安全系數(shù)，最終估算F=16KN,選定工作壓力P=16Mpa,經(jīng)計(jì)算得： D3.5710=3.57x10m =0.036m 式中D液壓缸內(nèi)徑(m) ；F液壓缸推力(KN) ；P選定的工作壓力Mpa 經(jīng)圓整后，選擇標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑尺寸D為40mm。 2液壓缸行程S的確定圖5.2行程圖根據(jù)圖5.2行程圖壓箱組件正常工作移動(dòng)的距離124.5mm，經(jīng)圓整選擇標(biāo)準(zhǔn)行程S為140mm。綜上所述：結(jié)合工作環(huán)境及性能要求，選擇適于鑄造行業(yè)

35、的內(nèi)徑為40mm的中間擺軸固定式的 C25ZB系列液壓缸5.2移箱裝置設(shè)計(jì)5.2.1移箱裝置機(jī)械設(shè)計(jì)在自動(dòng)造型線生產(chǎn)的過程中，出于工藝或生產(chǎn)環(huán)節(jié)的需求，砂箱在空箱時(shí)或是澆注以后等許多環(huán)節(jié)，都需要將砂箱以移位到相應(yīng)的工序或工位進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)生產(chǎn)操作。人工移送砂箱，費(fèi)事費(fèi)力費(fèi)時(shí)，環(huán)境比較惡劣。不能進(jìn)行砂箱造型的連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較低。砂箱移箱裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，安裝簡(jiǎn)單方便，能有效完成輔助分箱工作，利用液壓缸將砂箱推至下一工序?qū)к壣?，可以?shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，省卻了人力，提高了生產(chǎn)效率，改善了生產(chǎn)環(huán)境，提高自動(dòng)化程度。所述移箱裝置包括推塊、液壓缸、安裝板、支撐架等組成。液壓油缸由安裝板固定在機(jī)架上，還

36、有支撐架起輔助支撐作用，液壓缸的活塞桿帶動(dòng)推塊向前作直線運(yùn)動(dòng)，將砂箱穩(wěn)定的向前推進(jìn)，移位到下一相應(yīng)的工序或工位的導(dǎo)軌上進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)生產(chǎn)操作。 移箱裝置結(jié)構(gòu)如圖5.3所示圖5.3移箱裝置結(jié)構(gòu)圖1推塊2機(jī)架3液壓缸4液壓缸安裝板5支撐架6加強(qiáng)筋5.2.2移箱液壓缸的選型1液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D 計(jì)算公式為 D3.5710根據(jù)各部件的總重量，各部件之間的摩擦系數(shù)，結(jié)合工作條件考慮安全系數(shù)，最終估算F=50KN,選定工作壓力P=16Mpa,經(jīng)計(jì)算得： D3.5710=3.57x10m =0.064m 式中D液壓缸內(nèi)徑(m) ；F液壓缸推力(KN) ；P選定的工作壓力Mpa 經(jīng)圓整后，選擇標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑尺寸D為80mm。2液壓缸行程S的確定結(jié)合機(jī)架結(jié)構(gòu)尺寸，由幾何作圖，砂箱轉(zhuǎn)運(yùn)到下一工序?qū)к?，需要移?dòng)的距離1600mm，考慮緩沖等因素，選擇標(biāo)準(zhǔn)行程S為1700mm。綜上所述：結(jié)合工作環(huán)境及性能要求，選擇適于鑄造行業(yè)的內(nèi)徑為63mm的頭部圓形法蘭固定方式的C25TF系列液壓缸6結(jié) 論砂箱分箱機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)已全部完成，在設(shè)計(jì)的最后我想講一下分箱機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)。（1）穩(wěn)定性和可靠性高，且占地面積小由于采用升降液壓缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案，這樣就大大的減少了整機(jī)的占地空間；采用了輔助壓箱裝置，解決了砂箱分箱時(shí)兩側(cè)不能完全同