自动造型线分箱机的设计论文-本科论文.doc

济南大学毕业设计第一章 前言随着我国工业水平的不断提高，在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产己成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。特别是汽车行业和拖拉机行业的快速发展，对铸件生产的要求越来越高。为了满足汽车行业和拖拉机行业对铸件生产的要求，国内外铸造设备厂商致力于开发高生产率和高可靠性的自动造型线专用机械手。改善了铸造业热、脏、累的劳动密集型行业员工的劳动环境，使铸造行业更高效、节能、节材、环保，有利于绿色经济的发展。1.1国内外研究现状近年来我国铸造设备厂商加强了与国外先进的铸造设备厂商（如德国HWS公司和日本新东公司）在自动造型线方面的合作与交流，吸收了国外自动造型线方面的领先技术，结合我国实际，在自动造型线上采用了比例和伺服技术，已经开发出了高生产率和高可靠性的自动造型线并已经在多家汽车厂和内燃机厂成功地生产铸件，大大缩短了与世界先进水平的差距。 在现代化铸造厂，造型线是最基本的设备。造型线生产大量的，精确的，高水平的，尺寸再现精度高的铸型，只需要少量的操作者。近几年来，自动造型生产线增加较快，主要有三个特点：首先，采用自动造型生产线的企业不再仅限于大型骨干铸造企业。例如，在河南西峡的两个铸造厂，都分别拥有45条自动造型生产线。过去用土法生产的乡镇企业改造成采用自动造型生产线的铸造厂已不鲜见，而是有一批企业了。现在，虽然沿海地区的江苏、山东、辽宁等省的铸造产业仍占较大的比重，但中西部地区也已有相当多的企业采用了自动造型生产线；其次，国产的自动造生产线已开始可以稳定地供应装备铸造企业了，在国内生产水平分型自动造型线的己有四五个制造厂。但在全部自动生产线中国产的仍然是少数，且低档次的较多；第三，自动造型生产线已经不少了，但能按照生产线设计能力充分发挥作用的铸造企业还是少数，既存在还不能充分掌握运用自动造型生产线的问题，也有其他工序不能与生产线的能力和节拍有效匹配的问题1.2 机械手的分类和组成机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。1.2.1 机械手的分类机械手一般分为三类:第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置口它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。 第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand，它是为主机服务的，由主机驱动;除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 1.2.2 机械手的组成 机械手主要山执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。 1、执行机构(1) 手部手部安装在手臂的前端。乎臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕，开闭手指口机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根据夹持对象的形状和大小配各多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要。(2)手臂 手臂有无关节和有关节乎臂之分。手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。 2、驱动机构 驱动机构主要有四种:液压驱动、气动驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压、气动用的最多，占90%以上，电气、机械驱动用的较少。 3、控制系统 机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。 控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。1.3应用机械手的意义 随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下: 一、以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 二、以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时山于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。1.4设计分箱机的意义及构思综上所述，有效的应用机械手，是发展铸造业的必然趋势。在铸造自动造型生产线上砂箱经浇注、冷却、捅箱等操作后，需要将砂箱进行分箱。由于处于高温灰尘污染严重的工作环境，且砂箱体积大重量大，进行人工分箱时工人劳动强度大生产效率低；分箱机的设计是能有效的完成经上一工序操作后，由平板车运输过来的上下砂箱的分箱动作，不仅可以提高生产效率和产品质量，更可大大减轻了一线工作人员的劳动强度，改善了其工作条件。设计构思如图1.1所示图1.1设计构思图1-机架2-机械手3-上砂箱4-下砂箱5-平板车第二章 总体方案设计2.1设计方案的要求数据：砂箱参考实物如图2.1所示：（外形尺寸为:1200mm x 920mm x 320 mm）图2.1 砂箱参考实物图目的：分箱机的设计是对图2.1所示上下砂箱进行分箱动作，上下砂箱分别进入下一工序。要求：在自动造型线分箱机的设计之前，首先应对该条生产线上所生产的各种铸件进行全面的铸造工艺分析，在此基础上决定砂箱的内框尺寸和形式，设计和选择合适的砂箱，作为分箱机等主机、辅机的设计依据。砂箱是铸造车间使用的主要工艺装备之一，合理的砂箱结构和尺寸对获得优质铸件，提高劳动生产率有很大作用。砂箱本体是一个支持砂型的框架，它包括内框尺寸，箱壁、箱带、箱肋和出气孔等。在分箱时，砂箱与导轨、砂箱与砂箱必须严格定位，并能互换以确保铸件精度。上下砂箱要牢固锁紧，砂箱需要起吊运输，因此砂箱本体都设置定位、锁紧和吊运装置。2.2 设计方案的制定通过毕业实习，查阅大量相关资料，进行各种方案分析综合，在和导师讨论研究之后，最终确定了自己的设计方案，再结合现阶段的机器的研究现状，我们可以充分的确定机器的用途及设计的意义，及其可行性。并在一些地方作出了自己的创新之处。以最大限度的满足使用要求，简化操作性。研究结构和结论：通过讨论研究我们否定了机械手前后移动工作台的方案，采用了机械手升降装置和推箱装置，此机械手上设有砂箱定位装置，同时还设有分箱杠杆装置，使分箱挂钩开合，上下箱分离；固定砂箱随机械手向上移动到相应高度，大大简化了整机的结构尺寸，而且提高了机械手的稳定性和可靠性。还采用了一种辅助压箱机构，使下箱压紧。有效地解决了分箱时上下箱分离过程中，两侧不能完全同步的缺点。 选题的意义：分箱机作为铸造行业特殊环境中的自动造型生产线专用机械手，分箱机是一个重要的枢纽，提高了造型生产线的自动化水平。该机的作用是对上下砂箱进行分箱，为后续工序做好准备工作。铸造自动造型的工艺流程如图2.2所示，图2.2 铸造自动造型的工艺流程分箱机的工艺位置如图2.2所示，在铸造自动造型生产线上砂箱经浇注、冷却、捅箱等操作后，空砂箱经小车转运，由分箱机进行上下分箱，再进入下一工序清扫、检测砂箱。分箱机主要由机架、开合手臂、机械手升降装置、分箱杠杆装置、辅助压箱机构、移箱装置以及控制系统、液压工作站等组成。分箱机结构示意图如图2.3所示图2.3 分箱机结构示意图1机架 2机械手 3砂箱定位装置 4上砂箱 5平板车 6机械手升降油缸 7导向柱 8分箱杠杆装置9连接铰链 10辅助压箱机构11导柱 12移箱装置13连箱挂钩 14下砂箱 15滚轮工作原理：上下砂箱经过上一道工序，由平板车运输到分箱机；经过光电传感器检测完成定位，然后辅助压箱机构执行动作压紧下砂箱；到达上砂箱定位孔时，机械手砂箱定位装置对砂箱进行精确定位；机械手放松、下降，分箱杠杆装置拨开连箱挂钩；机械手吊臂滚轮带动上砂箱上升，机械手砂箱定位装置收回复位；到达上导轨同一水平位置时，移箱装置动作将砂箱运输到上导轨上面进入后续工序；然后机械手返回原来位置，下降到下砂箱定位孔位置，机械手砂箱定位装置对砂箱进行精确定位，机械手吊臂滚轮带动下砂箱上升，机械手砂箱定位装置收回复位，到达上导轨同一水平位置时，移箱装置动作将砂箱运输到上导轨上面进入后续工序；从而完成了上下砂箱分箱。 由于时间关系，对液压、电气控制系统，不做具体设计。第三章 分箱机械手的设计3.1手臂的设计要求手臂的设计应满足以下要求：(1) 手臂的结构和尺寸应满足机械手完成作业任务提出的工作空间要求。手臂间应具有一定的开闭角，两手臂张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手臂的开闭角。手臂的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同尺寸的工件，应按最大尺寸的工件考虑。根据砂箱尺寸规格，确定了手臂的尺寸规格如图3.1所示，闭合尺寸为980mm,手臂两固定转轴之间距离为680mm,采用4挂臂机械手，前后两组挂臂间的距离为615mm。图3.1手臂尺寸规格（2）具有足够的强度和刚度，考虑被抓取对象的要求；根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状。尽量减小手臂重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷：减少运动的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。手臂除受到被夹持砂箱的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手臂的回转轴线上，以使手臂的扭转力矩最小为佳。手臂的截面形状如图3.2所示图3.2手臂结构图1- 挂臂2-挂臂固定板3-加强筋4-下固定板5-挂臂连接板挂臂绕固定转轴张开和闭合，前后两组挂臂由挂臂固定板和挂臂连接板连接，保证了挂臂的刚度和挂臂运动的同步性，提高了其开合精度。 (3) 具有足够的握力(即夹紧力) 在确定手臂的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落口。 由于处于铸造车间温度高振动大，环境恶劣，且砂箱重量大，所以选用高压重型液压缸，使手臂具有足够的夹紧力，提高其工作稳定性和可靠性。 (4)保证砂箱准确定位 1）为使手臂和被夹持砂箱保持准确的相对位置。 为保证砂箱的准确定位，采用了一砂箱定位装置，如图3.3所示该装置包括一伸缩气缸，伸缩气缸的活塞杆前端与一转动臂销轴连接，转动臂的一端具有一固定转轴，另一段连接一定位销。在伸缩汽缸的活塞杆伸展或收缩时，可以带动与其相铰接的转动臂沿固定转轴转动，进而使得定位销也完成向前与后退的动作交替。该装置有效解决了砂箱到分箱机中分箱时，因为砂箱定位不准确造成分箱时砂箱的销子损坏，造成全线停机和设备损坏的问题，取得了积极的效果。图3.3砂箱定位装置1- 伸缩气缸2-销轴3-固定转轴4-转动臂由于砂箱在运输过程中有振动，砂箱位置会发生偏移，为了使砂箱定位准确，砂箱定位孔处为锥形空；把定位销头部设置成相对应的锥形，能够自动调整砂箱定位孔位置，完成精确定位。结构如图3.4所示图3.4定位结构示意图1-定位销2-砂箱2）为保证砂箱转移过程中砂箱不发生偏移。设置了砂箱导向装置，沿砂箱行进轨迹两侧在两组吊臂上分别设有导向轮，两组导向轮间间距与砂箱箱体宽度相适应，以形成分处砂箱两侧的两组限位导向轮组。该装置通过在轨道两侧设置导向轮的方式，使得砂箱在转移的过程中，砂箱不会出现左右偏移。结构如图3.5所示图3.5砂箱导向装置1-吊臂2-导向轮3）为了保证铸造的精度，在上下砂箱中间有紧箱钩。在分箱时需把箱钩拨开，所以设置了一砂箱箱钩的松放装置，把箱钩拨开使上下箱分离。结构如图3.6所示该装置包括一设于安装支架上的直线液压缸，液压缸带动分箱杠杆沿其固定转轴转动拨动砂箱箱钩，使原来的某种紧固或锁紧关系解除，从而实现上下砂箱的分离，在机械手将上砂箱提起时不能把下砂箱也抬起来。图3.6箱钩松放装置1-箱勾2-分箱杠杆3-液压缸4-固定转轴4）为保证机械手升降平稳，在升降液压缸两侧，分别设置辅助导柱，导柱与导向套使机械手运动更加平稳，提高了可靠性。结构如图3.7所示图3.7导向示意图1-导柱 2-升降液压缸 3-导向套4-机械手基座3.2机械手的机械构成 本设计中手臂由吊臂和挂臂组成。吊臂上设有由液压缸驱动的分箱杠杆装置和由气缸驱动的砂箱定位装置，通过光电传感器检测砂箱的位置，反馈到控制系统，由控制发出指令；砂箱定位装置使砂箱精确定位；电磁开关动作使分箱杠杆装置拨开连箱挂钩；机械手下降到上砂箱定位孔时，基座上的开合液压缸控制驱动挂臂的开合，将上砂箱放至吊臂的滚轮上面，吊起夹紧砂箱、上升，到达下一工序导轨的同一水平位置。挂臂通过销轴连接固定在基座上。基座上通过升降液压缸连接在机械手固定横梁上，实现砂箱分箱后的上升动作，到达相应的高度由移箱装置液压缸推至下一工序的导轨上。液压缸驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，提高了机械手的稳定性和可靠性。机械手机械构成如图3.8所示：图3.8机械手机械构成1-吊臂 2-砂箱定位装置 3-气缸 4-挂臂 5-基座 6-导柱 7-液压缸8-活塞杆 9-导套 10-砂箱 11-分箱杠杆12-砂箱导向装置3.3液压缸和气缸的选型液压缸的选用原则 首先应考虑工况及安装条件，然后再确定液压缸的主要参数及标准密封附件和其他附件。使用工况及安装条件如下。 分箱机工作中有剧烈冲击时，液压缸的缸筒、端盖不能用脆性材料。 升降液压缸和移箱的行程大约2m左右，考虑选用刚度高的活塞杆和安装中间圈。 当工作环境恶劣，有较多的灰尘等杂质时，需采用活塞杆防护套，选用合适的密封圈和防尘圈。 合理选择各液压缸的安装方式，负载的导向直接影响活塞杆的稳定性。液压缸工作压力l6MPa，选择合理的缓冲机构。3.3.1升降液压缸的选型（1） 液压缸内径D的计算 根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D，参考机械设计手册-液压传动与控制计算公式23.6-17 D3.5710 （3-1）根据各部件的总重量，各部件之间的摩擦系数，结合工作条件考虑安全系数，最终估算F=60KN,选定工作压力P=16Mpa,经公式（3-1）计算得： D3.5710=3.57x10 m =0.069m 式中D液压缸内径(m) ；F液压缸推力(KN) ；P选定的工作压力Mpa 经圆整后，选择标准内径尺寸D为80mm。 （2） 液压缸行程S的确定图3.9行程图1- 基座2-导柱3-固定座4-机械手固定横梁5-导向套根据分箱机的整体结构尺寸，由几何作图，最终确定行程S为1600mm。综上所述：结合工作环境及性能要求，选择适于铸造行业的内径为80mm头部圆形法兰固定式的 C25TFK系列液压缸。3.3.2开合液压缸的选型（1） 液压缸内径D的计算 根据各部件的总重量摩擦系数，手臂的开合力分析计算，结合工作条件考虑安全系数，最终估算F=36KN,选定工作压力P=16Mpa,经公式（3-1）计算得： D3.5710=3.57x10m =0.054m 式中D液压缸内径(m) ；F液压缸推力(KN) ；P选定的工作压力Mpa 经圆整后，选择标准内径尺寸D为63mm。（2） 液压缸行程S的确定开合手臂向外张开20，才能保证机械手臂的正常工作，由几何作图，经测量手臂直线移动距离为460mm,经圆整选择标准的行程为500mm。综上所述：结合工作环境及性能要求，选择适于铸造行业的内径为63mm尾部耳环式的 C25WEK系列液压缸。3.3.3分箱液压缸的选型（1） 液压缸内径D的计算 根据各部件的总重量摩擦系数，箱钩的阻力分析计算，结合工作条件考虑安全系数，最终估算F=6KN,选定工作压力P=16Mpa,经公式（3-1）计算得： D3.5710=3.57x10m =0.022m 式中D液压缸内径(m) ；F液压缸推力(KN) ；P选定的工作压力Mpa 经圆整后，选择标准内径尺寸D为40mm。（2） 液压缸行程S的确定由几何作图，分箱杠杆移动89mm能将箱钩分开,经圆整选择标准行程为100mm。综上所述：结合工作环境及性能要求，选择适于铸造行业的内径为40mm尾部耳环式的 C25WE系列液压缸。3.3.4定位气缸的选型1预选气缸的缸径根据气缸的负载状态，参考SMC培训教材 现代实用气动技术，确定气缸的轴向负载力F=W=150Kg。根据负载的运动状态，预选气缸的负载效率h70。根据气源供气条件，确定气缸的使用压力P=0.6MPa。P应小于减压阀进口压力的85。根据工作条件，选取单作用气缸，预选杆径与缸径之比d/D=0.5。由弹簧压回型气缸的理论输出推力 =- （3-2）弹簧压回型气缸的理论返回拉力 = （3-3）弹簧压回型气缸的理论输出拉力 =（-）- （3-4）弹簧压回型气缸的理论返回推力 = h=100 （3-5）式中 ：气缸的理论输出力,N；使用压力，MPa；缸径，mm ；活塞杆直径，mm ；安装状态时的弹簧力，N; 气缸活塞杆受到的轴向负载力 ，N ； 压缩空气进入气缸后，弹簧处于被压缩状态时的弹簧力，N。经过计算，D=45.63mm 所以选定缸径D=50mm。2预选气缸的行程。根据气缸的操作距离及传动机构的行程比来预选气缸的行程。为了便于安装调试，对计算出的行程要留有适当的余量。由几何作图，气缸移动的大概距离为92mm,故确定气缸行程为：100mm。3 选择气缸的系列根据气缸承担任务的要求来选择气缸的系列。根据工况条件选择：LGB单作用带缓冲方式的气缸。4选择气缸的安装形式气缸的安装形式根据安装位置和使用目的等因素决定。一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选用相应的特种气缸。根据工况条件选择：双耳尾座安装方式5选择气缸的磁性开关。当气动系统采用电气控制方式时，可选用带磁性开关的气缸。根据CJ2单作用垫缓冲方式的气缸，选择钢带安装方式的D-C73L型的磁性开关。6选择活塞杆端部接头根据设计要求选择：Y型双肘接头。用销子穿过通孔与负载连接。7其它要求。如气缸工作在有灰尘等恶劣环境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需选用无给油或无油润滑气缸。根据以上的选择方式，以及安装方式的不同，选择了气缸型号为：LGB50100M-CB-YT-FC型 第四章 机架设计4.1机架的设计要求在机器中支承零部件的零件称为机架。因此机架式底座、机体、床身、车架、起重机桥架、壳体、箱体等零件的统称。1.机架的设计准则 机架的设计主要应保证强度、刚度及稳定性。（1）强度是评定重载机架工作的基本准则。机架的强度应根据机器在运行过程中可能发生最大载荷或在安全范围内所能传递的最大载荷来校核其静强度；还要校核机架的疲劳强度。（2）刚度是评定大多数机架工作能力的主要准则，大多数机架的刚度都直接决定了产品的工作性能和精度。（3）机架受压结构及受压弯结构都会存在失稳问题。有些构件制成腹式薄壁也存在局部失稳。2.机架设计的一般要求（1）在满足强度和刚度的前提下，机架的重量要求轻，而且成本要低。（2）抗振性能好，把受迫振动振幅限制在允许范围内。（3）噪声要小。（4）温度场分布要合理，热变形才会对精度的影响小。（5）结构设计要合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。（6）结构力求要便于安装与调整，方便修理和更新零部件。（7）有导轨的机架要求导轨受力要合理，耐磨性良好。（8）造型好，达到既适用经济，又美观大方。本设备中的机架主要起最为关键的支撑作用，故在整个设备中，机架的作用是不容小视的，一定要满足机架设计的要求4.2机架的结构设计 4.2.1机架的常用材料材料的选用，主要是根据机架的使用要求。形状较复杂的机架，一般采用铸造。铸铁的铸造性能好价廉和吸振能力强，还有切削性能好和易于大量生产等优点，所以应用最广。 铸造碳钢的弹性模量大，强度也比铸铁高，故用于受力较大的机架。但钢水流动性差，在铸型中凝固冷却时体收缩和线收缩都较大，故不宜设计复杂形状的铸件。 铸造铝合金密度小重量轻，通过热处理强化，具有足够高的强度较好的塑性，良好的韧性。焊接机架具有制造周期短重量轻和成本低等优点，故在机器制造业中，焊接机架日益增多。4.2.2机架的热处理 1. 铸铁机架的时效处理，目的是在不降低铸铁力学性能的前提下，使铸铁的内应力和机加工切削应力得到消除或稳定，以减少长期使用中的变形，保证几何精度。 2.铸钢机架的热处理，目的是为了消除铸造内应力和改善力学性能。铸钢机架的热处理方法一般有正火加回火，退火高温扩散退火和焊补后回火等。3.焊接机架的热处理，退火用来消除焊接后机架的内应力，降低硬度，改善组织，增加韧性。接接头热处理的目的是减少和消除焊接应力，改善接头塑性和韧性，避免焊接裂纹的产生。焊接应力是由于钢材在焊接过程中受到不均匀的加热发生不均匀的变形而产生的，当钢材厚度增加，不均匀变形增加，焊接应力增大。经过焊后热处理(一般采用高温回火)使钢材发生塑性变形产生松驰，从而减少或消除焊接应力。4.2.3机架的具体结构设计机架主要由基座立柱固定块机械手固定横梁固定基座上横梁移箱装置横梁辅助压箱装置横梁等组成。机架结构图如图4.1所示图4.1机架结构图1基座2立柱3固定基座4导套5机械手固定横梁6上横梁7固定块第五章 辅助分箱装置设计5.1辅助压箱装置设计 5.1.1压箱装置机械设计在铸造领域的自动化造型生产线中，砂箱经浇注、冷却、捅箱等操作时，需要将上下砂箱进行分箱，以为下一轮生产循环利用砂箱做准备。分箱机在分箱操作时将上下箱分离的过程中，由于砂箱两侧不能保证完全同步，因而会造成在搬运上箱时有时也会把下箱也抬起来。同样的道理，也会出现在搬运下箱时把用来放置砂箱的平板车也抬起来，这种状况积累下去会造成砂箱磨损加剧，缩短设备的使用寿命，从而不仅影响了生产效率，也间接加大了生产成本。本设计增加了一种砂箱的辅助压箱装置，它在辅助完成分箱时既能够把需要保留的下砂箱或砂箱平板车卡住，非常有利于砂箱完成分箱操作。砂箱的辅助压箱装置有一压紧机构，所述压紧机构用来压紧上下砂箱分箱时的下箱或者用来压紧下箱与砂箱运送装置分离时的砂箱运送装置;所述压紧机构为一经驱动油缸带动的具有固定转轴的压紧臂;所述压紧机构的压紧臂压紧位可以设有一压紧面高度调节机构。其中所述的高度调节机构可以为一调节螺钉。通过利用油缸控制的连杆机构，使油缸的开合能够带动连杆动作压住不能动的部分。有效解决了分箱机分箱时上下箱分离过程中，两侧不能完全同步，造成搬运上箱时把下箱也抬起来的缺点。以及在搬运下箱时会把平板车也抬起来，造成磨损加剧，缩短设备的使用寿命的问题，发挥了积极的效果。图5.1压箱组件1油缸2油缸基座 3连接销轴 4连杆5压箱支架6调节螺钉7砂箱8平板车9转杆10转动支点轴 11支撑横梁组件5.1.2压箱液压缸的选型1液压缸内径D的计算 根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D 计算公式为 D3.5710根据各部件的总重量，各部件之间的摩擦系数，结合工作条件考虑安全系数，最终估算F=16KN,选定工作压力P=16Mpa,经计算得： D3.5710=3.57x10m =0.036m 式中D液压缸内径(m) ；F液压缸推力(KN) ；P选定的工作压力Mpa 经圆整后，选择标准内径尺寸D为40mm。 2液压缸行程S的确定图5.2行程图根据图5.2行程图压箱组件正常工作移动的距离124.5mm，经圆整选择标准行程S为140mm。综上所述：结合工作环境及性能要求，选择适于铸造行业的内径为40mm的中间摆轴固定式的 C25ZB系列液压缸5.2移箱装置设计5.2.1移箱装置机械设计在自动造型线生产的过程中，出于工艺或生产环节的需求，砂箱在空箱时或是浇注以后等许多环节，都需要将砂箱以移位到相应的工序或工位进行相应的后续生产操作。人工移送砂箱，费事费力费时，环境比较恶劣。不能进行砂箱造型的连续生产，生产效率较低。砂箱移箱装置的设计结构简单合理，安装简单方便，能有效完成辅助分箱工作，利用液压缸将砂箱推至下一工序导轨上，可以实现连续生产，省却了人力，提高了生产效率，改善了生产环境，提高自动化程度。所述移箱装置包括推块、液压缸、安装板、支撑架等组成。液压油缸由安装板固定在机架上，还有支撑架起辅助支撑作用，液压缸的活塞杆带动推块向前作直线运动，将砂箱稳定的向前推进，移位到下一相应的工序或工位的导轨上进行相应的后续生产操作。 移箱装置结构如图5.3所示图5.3移箱装置结构图1推块2机架3液压缸4液压缸安装板5支撑架6加强筋5.2.2移箱液压缸的选型1液压缸内径D的计算 根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D 计算公式为 D3.5710根据各部件的总重量，各部件之间的摩擦系数，结合工作条件考虑安全系数，最终估算F=50KN,选定工作压力P=16Mpa,经计算得： D3.5710=3.57x10m =0.064m 式中D液压缸内径(m) ；F液压缸推力(KN) ；P选定的工作压力Mpa 经圆整后，选择标准内径尺寸D为80mm。2液压缸行程S的确定结合机架结构尺寸，由几何作图，砂箱转运到下一工序导轨，需要移动的距离1600mm，考虑缓冲等因素，选择标准行程S为1700mm。综上所述：结合工作环境及性能要求，选择适于铸造行业的内径为63mm的头部圆形法兰固定方式的C25TF系列液压缸6结 论砂箱分箱机的机械设计已全部完成，在设计的最后我想讲一下分箱机的主要优点。（1）稳定性和可靠性高，且占地面积小由于采用升降液压缸驱动机械手的设计方案，这样就大大的减少了整机的占地空间；采用了辅助压箱装置，解决了砂箱分箱时两侧不能完全同步，造成搬运上箱时把下箱也抬起来的问题。（2）动作准确，实现容易由于采用了液压缸和气缸驱动，且引用了光电传感器，所以本设备在分箱的动作准确。（3）经济性能良好由于本次设计结构性能好，适于铸造车间的恶劣环境，大大减轻了一线工作人员的劳动强度，有较高的市场竞争性能。由于时间仓促，本说明书没有对其控制部分进行设计，这将是本次设计任务的一大遗憾。参 考 文 献1李允文，工业机械手设计，北京：机械工业出版社，19962王承义，机械手及其应用，北京：机械工业出版社，19813濮良贵,纪名刚主编.机械设计(第七版)M.高等教育出版社,20004 魏华胜, 铸造工程基础,北京：机械工程出版社，2002 5 中国工程学会铸造分会，铸造手册第6卷，北京：机械工程出版社，2003 6 武保柱，刘光炜，连续铸造机的技术改造，北京：中国设备工程，20067罗良武,王嫦娟.工程图学及计算机绘图M.机械工业出版社,20028 王伯平，互换性与测量技术基础，北京：机械工业出版社，20009 刘延俊，液压与气压传动，北京: 机械工业出版社出版，200210 成大先，机械设计手册，第三版，北京：化学工业出版社，1994年11卢秉恒，机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，199912宋遵奎，国外铸造设备发展史记事，机械部济南铸锻机械研究所，199513 SMC培训教材，现代实用气动技术，200414张泰山，戴朝机，连续铸造机计算机控制系统，中南工业大学学报(自然科学版)，2003，9：243015 王章忠,乔斌.机械工程材料M.机械工业出版社,200016 S. Bickerton, M.Z. Abdullah；Centre for Advanced Composite Materials; University of Auckland，2003，8：243417Pieter Bey1, Bram Vanderborght,Ronald Van Ham. Compliant Actuation in New Robotic Applications J. Vine Universities Brussels Department of Mechanical Engineering, Robotics & Multibody Mechanics Research Group,2006致 谢在本次设计中得到了时圣勇老师的精心指导，使设计得以顺利完成。时老师知识渊博、治学严谨，在他的指导过程中使我开阔了视野，增加了自己的专业知识，更重要的是老师幽默智慧的生活态度和思考问题的方法，将深深影响我以后的学习和生活，给予我方向的指引，衷心的感谢时老师。在这次毕业设计过程中，不断加深了自己对本专业知识的掌握。通过大量地查阅资料、方案的分析综合、具体机械结构的设计等，加强了我快速获取知识的学习能力，锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，使自己的专业水平得到了一定程度的提高。- 26 -