氣動式送料機構及關鍵零件夾具設計——畢業(yè)設計論文

1、 畢業(yè)設計說明書題 目：氣動式送料機構及關鍵零件夾具設計學 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：摘 要本文主要是對氣動式送料機構進行設計說明。該機構主要采用氣缸來提供動力，完成送料過程，降低了人工操作要求同時提高了工作效率。相關設計后，進行裝配圖設計和繪制部分零件圖，建立送料機構三維模型并進行仿真分析。而專用夾具設計選擇了該機構中連接件的鉆孔工序，并繪制零件圖和夾具裝配圖。 關鍵詞：氣動式；送料機構；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31.1設計的背景和意義31.2設計的內容和思路31.3解決的主要問題3第2章 總體設計方案42.1氣缸類型選擇42.2結構方案設計5第3章 送料機構設計53.1 氣缸的選擇53.2 工作臺的設計83.3 送料裝置的設計93.4 u型支架的設計103.

4、5 壓料裝置的設計15第4章 運動仿真分析17第5章 夾具的設計225.1 夾具方案設計225.2 定位分析225.3 對刀及導引裝置設計22參考文獻24致 謝26第1章 緒論1.1設計的背景和意義我國目前是世界縫紉機生產中心和縫紉大國，但還不是強國?？p紉機工業(yè)的發(fā)展對于我們的工業(yè)經濟有很大的幫助。從1890中國引進第一臺縫紉機到1905年上海首先開始制造縫紉機零配件，到90年代后期對于送料機構的發(fā)展，對我們的生產發(fā)展起到很大的作用。近年來對送料機構的研究一直是行業(yè)內外目的課題，也發(fā)表了很多的相關研究論文。氣缸是一個引導活塞在其中進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。氣缸的應用領域也很廣，包括印刷

5、、半導體、自動化控制、機器人等等行業(yè)。而氣動這一動力裝置也主要是依靠氣缸，它的發(fā)展研究對于送料機構的發(fā)展起到很大的推動作用。氣動裝置能節(jié)省很大的工作時間提高工作效率，對企業(yè)的生產發(fā)展帶來質的飛躍，在我們這樣的一個人口大國利用科技的發(fā)展來代替我們的人工，對我們的生產經濟對我們個人有很大的幫助。1.2設計的內容和思路1.查閱文獻資料，完成開題報告、文獻綜述及外文翻譯等工作；2.對送料機構進行方案設計、評價并確定最佳方案；3.進行傳動系統(tǒng)總體設計及裝配設計；4.繪制部分零件圖；5.選擇其中某個零件的某一工序進行其加工夾具的設計；6.建立送料機構三維模型并進行仿真分析。1.3解決的主要問題 1、氣缸選

6、擇:根據第一個氣缸和連接件的質量選擇大行程氣缸的缸徑。 2、對2個氣缸位置的布置：連接壓板的小行程氣缸的布置方式；大行程氣缸怎么樣布置才能不會影響送料工作。 3、大行程氣缸的活塞桿在運動過程中的平穩(wěn)性。第2章 總體設計方案2.1氣缸類型選擇我們要設計一個氣動式送料機構，先介紹一下氣動系統(tǒng)，氣動系統(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)提供合乎質量要求的壓縮空氣。2. 執(zhí)行元件：將氣體壓力能轉換成機械能并完成做功動作的元件，如氣缸馬達。3. 控制元件：控制氣體壓力、流量及運動方向的元件，如各種閥類（電磁閥、速度控制閥）。4.

7、氣動輔件：氣動系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。這里我們要重點介紹氣缸。氣缸的組成包括缸體、活塞、密封圈、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，通過改變進氣方向，改變活塞桿的圖2.1氣缸結構圖移動方向。所以我們這里要設計的氣動式送料機的動力源就是氣缸，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. 按驅動方式分有單作用、雙作用兩種。單作用氣缸只利用在一個方向上的推力,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面上施力以控制其主動運動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.

8、 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，本結構在設計過程選擇單桿雙作用帶墊緩沖的氣缸。2.2結構方案設計本裝置采用2個氣缸，一個氣缸帶動壓板垂直工作臺運動，另一個氣缸帶動壓板水平方向運動。在小氣缸和大氣缸之間主要有一個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 送料機構設計3.1 氣缸的選擇3.1.1 cm2系列的氣缸介紹在氣缸型號選擇時，我們首先選擇cm2系列如圖3.1所示，相對cm系列它有以下幾大優(yōu)點：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，改進了密封件的形狀和材質，因而提高了耐磨性。與cm系

9、列相比，實現了1.5倍的長壽命。2. 安裝作業(yè)簡單：桿側缸蓋和無桿側缸蓋上的平面寬，便于掛上扳手，使安裝作業(yè)簡單。3. 緊湊、輕：缸筒使用不銹鋼、缸蓋及活塞使用鋁，設計緊湊。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：為防止外部沖級造成缸筒變形和損傷，增大了不銹鋼缸筒的厚度和強度，安裝件的強度也提高了。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

10、密封圈可以更換，故氣缸能經濟長久的使用。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，安裝精度高，易安裝，氣缸壽命就增長。9. 能高速驅動：根據實際的驅動速度選擇緩沖機構，故能高速驅動。圖3.1cm2系列氣缸示意圖氣缸還有一個重要知識點就是安裝方式，因為機構的不同，在選擇怎么樣的氣缸時它的安裝方式也各不相同。氣缸的安裝方式有基本型（b）、軸向腳座型（l）、桿側法蘭型（f）、無桿側法蘭型（g）、單耳環(huán)型（c）、雙兒環(huán)型（d）、桿側耳軸型（u）、無桿側耳軸型（t）、耳環(huán)-體型（e）、平端基本型（bz）、平端桿側法蘭型（fz）和平端桿側耳軸型（uz）這幾種

11、，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 氣缸型號確定對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，根據標準行程選擇50mm的，氣缸缸徑根據標準缸徑選擇20mm的小型氣缸就行，考慮到支架的設計，選擇無桿側法蘭型。最終可以先確定其型號為cm2g20-50j。而對于大行程的氣缸的選擇要根據小氣缸和支架總質量只和來選擇氣缸的類型。接下來計算下小氣缸和支架的重量。圖3.3質量表根據質量表，型號為cm2g20-50j的小氣缸質量為：0.2+0.045050=0.24（kg）而支架的質量可以大概估算為3kg ,因此整個壓料裝置大概受到的摩擦力為：（3+0.24）

12、100.5=16.2n大氣缸活塞推桿帶動整個壓料裝置往復運動，它所接觸的面積為：s=15510所以所需要的提供的壓強為：=fs0.1mpa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選擇300mm,因此可以確定大氣缸的型號為cm2l40-300j。3.2 工作臺的設計首先確定工作臺的長、寬、高。因為要送的布料為180250mm，且大氣缸的行程為300mm，所以可以確定一個1000800mm這樣一個臺面，而工作臺的高度要考慮的方便人工操作這么一個因素，可以在臺面下面設計一個可以調整高度的支架。這個底腳支架通過零件3和零件4的相對位置來調整高度，

13、然后用螺栓來固定，如圖3.4所示。圖3.4可升降的工作臺圖3.5底腳支架零件3和零件4連接關系3.3 送料裝置的設計首先大氣缸型號已經確定，選擇軸向腳座型，通過螺釘固定在工作臺的下方如圖3.6所示。圖3.6氣缸固定后效果圖而大氣缸的活塞桿要帶動壓料裝置做往復運動，要保持活塞桿的平穩(wěn)性，要加一個浮動接頭。接下來要確定浮動接頭的型號。因為大氣缸的型號為cm2l40-300j，因此大氣缸活塞桿的螺紋連接處為m14，所以選擇型號為jal40-14-150的浮動接頭，如圖3.7所示。浮動接頭的m14內螺紋孔和大氣缸的活塞桿通過螺紋相連接。圖3.7浮動接頭3.4 u型支架的設計u型支架的上端連接著壓料裝置

14、一端和滑塊相連，通過大氣缸提供的動力在導軌上做往復的運動。首先選擇導軌的型號，srs型lm導軌的軌道標準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導軌長度srs 型lm導軌其結構參數如圖3.10和圖3.11所示。圖3.10srslm型導軌參數圖3.11srslm型導軌參數這里導軌的安裝和大行程氣缸將有一個位置關系?？梢赃x擇型號為srs9m型導軌，導軌型號確定之后，可知道導軌的高度為5.5mm，滑塊和導軌裝配后的高度為10mm，又因為活塞桿的中心線離工作臺的距離為30mm，而u型支架可以通過一個如圖3.12所示的連接塊和浮動接頭相連接，連接塊的上端通過2個螺栓和u型支

15、架相連接，浮動接頭的m14外螺紋端和連接塊的m14內螺紋孔相連，所以可以確定連接塊大的螺紋孔m14的中心線到滑塊表面的一個距離為20mm，考慮到浮動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表面的距離為15mm，u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計為15mm，和支架相連接的螺紋孔可以設計為m8，2個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

16、。綜上所述，u型支架、滑塊、導軌和連接塊可以設計成如圖3.14所以的一個位置關系。圖3.14u型支架和連接塊、滑塊、導軌的裝配位置關系u型支架的和送料裝置的裝配位置關系已經設計好了，接下來我們要設計u型支架和壓料裝置的裝配位置關系。首先考慮到是u型支架的2端的距離，我們已經知道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端的距離設計為225mm。而小氣缸的型號為cm2g20-50j，它可以通過2個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型支架的上端設計成如圖3.15所示的結構。最終我們設計出來的u型支架形狀結構如圖3.16所示。圖3.15u型架上端

17、三維圖圖3.16u型支架3.5 壓料裝置的設計而對于壓板的設計，我們考慮到運送的布料大小為180250mm，所以我們將壓板也設計為相應的大小，而壓板的設計考慮到螺釘鏈接時為了不碰到桌面的布料，所以壓板設計成有一個小的臺階，如圖3.17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)，我們在壓板和小氣缸之間也設計一個連接件，一端連接小氣缸，一端和壓板連接。3點可以確定一個平面，因此可以將連接件設計成如圖3.18所示的一個零件，為了降低壓料裝置的質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單獨零件裝配之后

18、的位置關系如圖3.20所示，壓板和連接件通過2個m6的螺釘連接。圖3.20壓料裝置第4章 運動仿真分析打開送料機構三維裝配圖，首先進入運動仿真操作模塊，我們先要確定一個固定連桿，點擊連桿圖標，選擇工作臺作為固定連桿，在固定連桿的框內打上勾，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個連桿，一個為壓板、連接塊和小氣缸活塞桿組成的連桿，標記為連桿2，另一個為大氣缸的活塞桿、浮動接頭、滑塊、連接塊、u型支架和小氣缸組成的連桿，標記為連桿3。然后要確定運動副，對于固定連桿工作臺，它將自動生成一個固定的運動副。在壓料裝置中，主要是通過小氣缸的活塞桿帶動連接塊和壓板在垂直工作臺的方向上做往

19、復的運動，所以在第2個運動副中我們選擇類型為滑動副，連桿選擇連桿2，運動方向為垂直工作臺向下,如圖4.2所示。圖4.2運動副選擇對于連桿2的運動過程，考慮到他有一個往復運動還存在一個時間差的關系，在駕駛員的操作界面中我們選擇函數，函數類型選擇平移，如圖4.3所示,并且新建一個step函數,如圖4.4所示，在公式框里手動輸入以下數據：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函數類型圖4.4函數編輯對于連桿3的運動，他也有一個往復

20、運動還存在一個時間差的關系，連桿3是在大氣缸活塞桿的帶動下迎著水平方向做往復的運動，所以運動副類型也選擇滑動副，在駕駛員的操作界面中我們選擇函數，函數類型選擇平移，,并且新建一個step函數,在公式框里手動輸入以下數據：step(time，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個滑動副都能獨立的運動了，但是他們之間有一個配合的關系，所以要讓2個滑動副聯系起來，打開第1個滑動副，我們在咬合連桿的方框里點上勾，然后連桿選項里我們選擇第3個連桿，在

21、裝配圖里把連桿3點上，如圖4.5所示,如此以來2個運動副將有配合的運動起來。圖4.5咬合連桿然后點開解算方案圖標，在圖4.6所示的操作框里輸入時間和步數，點確定，再點開求解圖標，最后生成動畫。圖4.6解算方案 圖4.7所示為運動仿真中生成的連桿2時間與位移曲線圖，圖4.8為連桿3生成的時間與位移曲線圖?？梢詮膱D中看出，在0到5秒時間里連桿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時間位

22、移曲線圖圖4.8連桿3時間位移曲線圖第5章 夾具的設計針對圖3.19所示的零件做一套專用夾具，這套夾具用來鉆2個相同的m6螺紋孔。5.1 夾具方案設計采用心軸定位，螺母夾緊，使用鉸鏈式鉆模板。5.2 定位分析平面限制3個自由度，心軸2個，圓柱銷1個，完成6個自由度的限制。 5.3 對刀及導引裝置設計此夾具采用鉸鏈式鉆模板來確定孔位置，固定鉆套來引導刀具。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1 smc(中國)有限公司. 現代實用氣動技術m. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006.2 濮良貴. 機械設計m. 北京:

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