切管自動送料裝置設(shè)計【開題報告】

畢業(yè)設(shè)計開題報告機械設(shè)計制造及自動化切管自動送料裝置設(shè)計.課題的目的與意義本課題主要研究設(shè)計一種適用于管件切割的自動送料裝置。在以各種管件為原材料的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，管件切割的精度和生產(chǎn)效率直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，而管件切割過程中送料的精度和自動化程度又直接影響到管件切割的精度和生產(chǎn)效率。目前管件切割的送料方式大都是人工操作，切割精度和效率低，工人勞動強度大，生產(chǎn)上迫切需要自動送料裝置。設(shè)計出的自動送料裝置需達到以下基本要求：(1)取代人工送料方式，進行自動化送料；(2)提高管件切割的精度；(3)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本；(4)切割長度范圍大、穩(wěn)定性強、可靠性好；(5)操作安全、簡便。通過設(shè)計后的自動送料裝置是集自動化、高效率、高精度、安全可靠于一體的新型送料裝置。此課題主要解決管件切割過程中關(guān)于送料的問題。通過UGCA/制圖軟件進行結(jié)構(gòu)、零部件設(shè)計，再進行相關(guān)計算、校核。通過次課題的設(shè)計培養(yǎng)我們軟件制圖的能力和相關(guān)的計算分析能力。.課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望管子定長切割加工，主要是將管子切割成要求的長度，有的還要在切割斷面上開出焊接坡口。要完成這樣的工作，除了氣割或帶鋸切割外，還可以采用金屬切削的方法進行。管件切割技術(shù)在橋梁、造船、化工、水電、建筑、機械制造和國防工業(yè)等許多重要部門都有廣泛應(yīng)用［1］。管材在各行業(yè)被大量使用，而下料工序是管材后續(xù)加工工序的基礎(chǔ)，下料工序精度、效率的高低直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞及成本的高低。近年來，通常采用普通機床，如車、鋸床等來切割管材［4］o雖然管件切割設(shè)備的研制取得了較大進展，但仍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可切割管材直徑范圍小、振動大、定位不準確、精度低、刀具耐用度低、自動化程度低、價格高等問題。國外的如意大利的鋼管加工設(shè)備公司設(shè)計、制造的新型切管機，采用了激光技術(shù)、具有自動化程度高、加工速度快、切割管材直徑范圍大等優(yōu)點［5］。最近十幾年來，新的切割技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用取得了長足的發(fā)展，切割技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的火焰切割發(fā)展成為包括等離子弧切割、激光切割、高壓水射流切割和帶鋸切割等多種工藝方法在內(nèi)的現(xiàn)代切割技術(shù)，成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一個組成部分。但是，這些方法雖然長期在管子定長切割加工中發(fā)揮著主要作用，但也伴有相當(dāng)多的缺點。諸如氣割會產(chǎn)生大量煙氣、效率低、生產(chǎn)成本高、切割質(zhì)量差等等。這些缺點既不利于管子生產(chǎn)效率的進一步提高，又制約著管子法蘭自動焊接等新技術(shù)新設(shè)備的應(yīng)用，同時對環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。為此，我們把機械冷加工方法引入到管子的加工工藝中，避免了管子定長切割加工存在的上述缺點［1-3］。目前國內(nèi)管件切割中，傳統(tǒng)的人工送料方式將會被淘汰，而自動切管設(shè)備應(yīng)該會取而代之被普遍使用。自動切管設(shè)備中自動送料裝置的研究設(shè)計具有重要意義。.課題主要內(nèi)容和要求主要內(nèi)容(1)在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，查閱國內(nèi)外切管自動送料裝置設(shè)計的最新動態(tài)和相關(guān)成果，進行文獻綜述，明確具體的研究方法，提出設(shè)計思路，并進行課題的可行性分析。(2)提出不同的切管自動送料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，對其送料部件、裝夾部件和步進傳動機構(gòu)進行詳細地分析，在對不同設(shè)計方案進行比較的基礎(chǔ)上確定并完善具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。主要要求主要要求包括市場調(diào)研、文獻綜述、外文翻譯(兩篇，每篇不少于2000單詞)、開題報告、切管自動送料裝置總體方案設(shè)計和參數(shù)計算、送料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)的強度校核、送料裝置的運動分析、繪制切管自動送料裝置的整體裝配圖、送料部分部件裝配圖、裝夾部分部件裝配圖、傳動部分部件裝配圖、關(guān)鍵件的零件圖(圖紙總量折合不少于3張0號圖)、完成不少于10000字的設(shè)計說明書。4,自動送料裝置設(shè)計切管送料機構(gòu)的設(shè)計步驟是方案選擇、機械設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計。機械結(jié)構(gòu)是整個設(shè)備的物理基礎(chǔ)，承載著設(shè)備的生產(chǎn)運動和功能的實現(xiàn)。此次課題從實際出發(fā)，根據(jù)家具使用管材的外形特點和尺寸，使所有設(shè)計符合優(yōu)化原則。其中針對軸向進給驅(qū)動和夾持機構(gòu)進行設(shè)計，同時針對控制系統(tǒng)進行選擇以及設(shè)計。在運動部分中有以下驅(qū)動方式可以選擇：直線電動機驅(qū)動、使用電動機的機械式驅(qū)動、往復(fù)磁鐵驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣動[6-8]。管件送料機構(gòu)中，運動單元有兩部分：一是管件送料軸向運動，一是夾具的夾緊和放松運動。由于管件軸向運動需要?？慷鄠€位置，所以選用直線步進電機驅(qū)動，而夾具工作采用氣動驅(qū)動，從而需要選擇直線電機和氣缸的型號。軸向運動設(shè)計及驅(qū)動為了保證送料的精度，需要對電機進行嚴格選擇，鑒于步進電機的特點，選擇步進電機來驅(qū)動整個夾持機構(gòu)軸向進給運動。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的電磁機械。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角與輸入電脈沖成正比，其速度與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)成正比。它的這種線性特征使得步進電機具有很多優(yōu)點，比如開環(huán)控制時，裝置簡單，系統(tǒng)可靠，響應(yīng)速度快，輸出轉(zhuǎn)矩大，定位精度高，不會引起誤差積累，停機時有自鎖能力等[19]o當(dāng)今制造步進電機的技術(shù)比較成熟，可根據(jù)實際需要選擇合適的電機。步進電機選擇的時候，首先應(yīng)該了解以下幾點：(1)步進角一電機的步進角就是依照電機回轉(zhuǎn)一周的分割數(shù)來決定，停止位置可以任意設(shè)定。(2)速度一電機的速度一般與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)成正比，在反復(fù)啟動或者加速減速操作頻繁的情況下，為了防止震動，必須考慮步進角較小的電機或者附加減速器。(3)轉(zhuǎn)矩一電機的轉(zhuǎn)知是以有負荷時所必須的最大轉(zhuǎn)矩(負荷轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩之和)的1.5倍?2倍的程度來選擇。若在必要電機扭矩以上或更大場合，則可能會有震動等不利情況產(chǎn)生(特別是輕負荷時)。（4）負荷慣性慣量-步進電機的最大特征就是瞬時決定正確位置，而且其速度、移動量能自動控制。因此步進電機的最大特征以負荷慣性慣量及電機轉(zhuǎn)子慣性慣量的選配為最重要點［9-10］。夾具的設(shè)計及驅(qū)動本課題中所涉及的夾緊保持機構(gòu)是針對多種外形、尺寸的管形材料，如何夾持取決于要求的力、被夾好取對象的幾何形狀和表面特性。夾緊原理分為三大類：機械式（托起、夾住、幾面夾緊）、電動式（負壓、正壓和氣流）、磁式（剛性的和柔性的形狀適應(yīng)）。［11-14］對上述3種夾緊原理進行分析，選擇機械式夾緊原理的夾具較為合理。夾具誤差是夾具設(shè)計與分析的關(guān)鍵因素之一［15］o對于夾具工作的控制，選擇氣動驅(qū)動方式有如下優(yōu)點：1、輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸的動作速度一般小于1M/S,比液壓和電氣方式的動作速度快。作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢。排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低。用空氣的壓縮性，可貯存能量，實現(xiàn)集中供氣?？啥虝r間釋放能量，以獲得間歇運動中的高速響應(yīng)。質(zhì)為空氣，較之液壓介質(zhì)來說不易燃燒，故使用安全。氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比，氣動方式可以高溫場合使用。靠性高，使用壽命長［16］。其他裝置的設(shè)計自動送料裝置除了軸向驅(qū)動的設(shè)計和夾緊裝置的設(shè)計外，還需要根據(jù)管材的尺寸、外形等因素對軸向傳動方式、步進電機的減速裝置、定位裝置以及管材輔助固定裝置等進行合理選擇和設(shè)計，同時還需要對氣動元器件，如氣源、系統(tǒng)壓力、各種氣閥和氣缸等進行合理選擇。本次課題主要針對家具使用管材，所以自動送料裝置中傳動方式優(yōu)先考慮滾珠絲杠副。滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)動特點：（1）傳動效率高滾珠絲杠副的傳動效率高達90%-98%為滑動絲杠副的2?4倍，能高效地將扭力轉(zhuǎn)化為推力，或?qū)⑼屏D(zhuǎn)化為扭力。傳動靈敏平穩(wěn)滾珠絲杠副為點接觸滾動摩擦，摩擦阻力小、靈敏度好、啟動時無顫動、低速時無爬行，可以級控制微量進給。定位精度高滾珠絲杠副傳動過程中溫升小、可預(yù)緊消除軸向游隙和初級彈性形變、可對絲杠進行預(yù)拉伸以補償熱伸長，故可獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。(5)精度保持性好滾珠及滾道硬度達HRC5863,滾道形狀準確，滾動摩擦磨損極小，具有良好的精度保持性、可靠性和使用壽命。(6)傳動剛度高滾珠絲杠副內(nèi)外滾道均為偏心轉(zhuǎn)角雙圓弧面、在滾道間隙極小的時也能靈活傳動。需要時加一定的預(yù)緊載荷則可消除軸向游隙和初級彈性形變以獲得良好的剛性(此時使用壽命有所減少)。(7)同步性能好滾珠絲杠副因具有導(dǎo)程精度高、靈敏度好的特點，在需要同步傳動的場合，用幾套相同導(dǎo)程的滾珠絲杠副可獲得良好的同步性能[17]o自動送料裝置的工作流程操作人員復(fù)位按鈕-＞步進電機驅(qū)動夾緊裝置復(fù)位-＞操作人員供料并夾緊按鈕-＞氣壓系統(tǒng)驅(qū)動夾具夾緊管件-＞確認按鈕-＞電機驅(qū)動夾緊裝置前進一定距離(可調(diào)，根據(jù)管件切斷長度)后停止，進行切割-＞切割完成后電機繼續(xù)驅(qū)動夾緊裝置前進相同距離或夾緊裝置松開并回復(fù)到初始位置夾緊(根據(jù)不同的切割長度而定)，如此反復(fù)直至切割完整根管件-＞停止按鈕或復(fù)位按鈕進入下一輪。在自動送料控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還可以采用一些自動供料裝置，如采用高精度的機械臂/手以及相應(yīng)的氣動/電動機構(gòu)實現(xiàn)上下料的自動控制，從而大大提高生產(chǎn)速度和效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時降低生產(chǎn)成本，以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。5.研究工作詳細工作進度和安排.在2011年2月28日前確定切管自動送料裝置總體設(shè)計方案草圖。.在2011年3月14日前完成切管自動送料裝置各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)強度校核。.在2011年3月28日前優(yōu)化并確定切管自動送料裝置總體設(shè)計方案，完成計算機繪制的總體結(jié)構(gòu)裝配圖草圖。.在2011年4月11日前完成計算機繪制的總體結(jié)構(gòu)裝配圖定稿，完成實習(xí)報告。.在2011年4月18日前完成送料和裝夾裝置關(guān)鍵件的零件圖。.在2011年4月25日前完成傳動裝置關(guān)鍵件的零件圖。.在2011年5月9日前完成設(shè)計說明書初稿。.在2011年5月16日前完成設(shè)計說明書定稿。參考文獻[1]李亞江主編.切割技術(shù)及應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004[2]張應(yīng)立.羅建祥.張梅.金屬切割實用技術(shù).北京.化工工業(yè)出版社.2005[3]張僉IJ鋒.新型管子定長切割機的研究.造船技術(shù).2007年第一期.[4]王潤孝.先進制造技術(shù)導(dǎo)論.北京科學(xué)出版社.2004[5]郝喜海.吳若梅.張繼江.激光切割技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用及發(fā)展[J].機械制造，1999,(8):9-11[6]李家寶，葛鴻翰,李旦編.機械加工自動化機構(gòu).第1版.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1985.3?11.[7]王中發(fā).機械設(shè)計.北京：北京理工大學(xué)出版社，1998年7月.[8]焦連岷.沖床的數(shù)控改造及全自動送料裝置的研制[D]南京：南京理工大學(xué),2007[9]鄧星鐘.機電傳動控制(第三版).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001.[10]崔淑梅，宋凱?微特電機的選用，第二講：伺服電機的選擇方法.微電機，1996,29(3):47?49.[11]陳恒高，田金和.機床夾具設(shè)計原理.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社,1998年1月.[12]ThomasF.Edgar,StephanieW.Butler,W.JarrettCampbell.Automaticcontrolinmicroelectronicsmanufacturing:Practices,challenges,andpossibilities.Automatica,2000,36(11):1567?1603.[13]TianHe.Applicationsofintelligentcontrolinimprovingdynamicsofprecisionmotionsystemsusedinmicroelectronicsmanufacturing.ElectronicsManufacturingTechnologySymposium,2002.IEMT2002.410?414.[14]王啟平.機械夾具設(shè)計.第二版.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996年