自动送料装置结构设计.doc

毕业设计说明书

题 目：自动送料装置结构设计

学 号：
姓 名：
班 级：
专 业：机械设计制造及其自动化
指导教师：
学 院：机械工程学院
答辩日期：

摘 要
本毕业设计设计了一台用于传送皮革面料的自动送料装置。以高精确高效率为送料目的，设计该装置使用气缸为动力源。结合合适的直线导轨，真空吸盘等零部件，通过不同气缸的互相配合来完毕整个送料过程，将皮革面料输送到加工区。
关键词：自动化；气缸；送料

Abstract
An automatic feeding device is designed for transporting leather. Cylinders are used in this equipment as the power source with high precision and high efficiency for the purpose combined with linear guide and vacuum chuck. Put the leather transports to the processing area.
Key words: Automation; Cylinder; Feeding
目 录
第1章 绪论 1
1.1设计的背景和意义 1
1.2设计的内容和思绪 1
1.3解决的重要问题 2
第2章 总体设计方案 3
第3章. 结构设计部分 5
3.1托料板的设计 5
3.2气缸的选择 5
3.3吸盘的选择 11
3.4导轨的选择 12
3.5脚座的设计 14
3.6其他重要部件的设计 14
第4章 基于UG软件的仿真分析 15
4.1 UG介绍 15
4.2 UG三维仿真分析 16
结论 23
参考文献 24
致谢 26

第1章 绪论
1.1设计的背景和意义
1.1.1设计的背景
机械自动化的发展已有几百年的历史，其高速发展，已经在工业、农业、军事、科学研究等众多领域得到了广泛的应用。因其高效，方便等众多优点，已经进一步到生产生活的各个方面。同时由于社会需求的不断提高，各种新型领域的出现，自动化发展也随之不断完善及细化。而自动送料装置正是其最基础的部分，其结构也因工作环境类型的不同，也表现出不同的多样性。在庞大的工业环境推动下，各种符合实际生产的自动化机械也随之被设计推广。
1.1.2设计的意义
本课题重要是设计机构用于传送指定的皮革面料，实现自动送料，消除积累误差，把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，极大地提高劳动生产率。而传统式手动送料，不仅效率低，同时又浪费劳动力。为减少生产成本，本次设计的是以气动方式输送，输送材料为有特殊性质的皮革面料。结合国内外送料机构的特点和运送材料的特质，采用气动式运送与送料机构为配合的重要装置。从而设计出具有推广意义的自动送料机。
本次设计意义不仅是对实际生产生活提供快捷方便，更实际的意义是对自己来说也是一次很好的锻炼，巩固了很多旧知识，也了解学习更多的新知识，能把平时学到的知识有效的结合，我想通过这次设计，对以后的学习工作会有很多的帮助。
1.2设计的内容和思绪
1.2.1设计的内容
1．装置设计重要由不同的气缸，吸盘，导轨和连接件通过合理的组合连接而成；
2．根据所要输送的皮料设计出合理的托料板；

3．选择合适的气缸，吸盘，导轨完毕各个配合；
3．设计连接件和固定装置把各部合理链接
5．规定完毕装配图设计，绘制部分零件图；
6．建立送料机的三维模型并进行仿真分析。
1.2.2设计的思绪
本次设计的重要思绪是先拟定出所要运送皮料的基本运送途径，以及大体的送料基本构思。把该装置整个连贯的送料过程可提成三个基本的直线运动，先通过气缸把所要运送的皮料托举到一定高度，然后通过吸盘吸取皮料，平移到工作台面放下皮料，最后通过压板压住皮料，运送到加工区域，从而完毕整个连贯的送料过程。对所运送的皮料尺寸大小设计合理的放置皮料的托皮装置，然后选择合理的气缸，导轨来配合送料。最后把三个基本运动的装置通过合理的链接组合成一个整体。三维仿真如图1.1所示。

图1.1　三维仿真实物
1.3解决的重要问题
1．设计合适的送料途径；
2．气缸，吸盘，导轨类型的选择；
3．解决装置各个部件之间的配合，以便精确的完毕一整套连贯的自动送料过程。
第2章 总体设计方案
通过上面所描的设计思绪，设计出各个符合实际的机构。
送料的第一部分是把所需要运送皮料放置在托皮板上，托皮板安装在滑块导轨上，通过安装在底部的气缸把整个托皮板和皮料向上托举一定高度，使其可以和下一步运动配合，设计如图2.1所示。

图2.1　送料第一部分
送料的第二部分是把已经托举到一定高度的皮料，通过直接安装在真空气缸上的吸盘吸取一张皮料，然后通过此外一个水平安装的气缸，推动平移，把皮料运动到加工台面正上方，吸盘放下皮料，设计如图2.2所示。

图2.2　送料第二部分
送料的第三部分是把已经放置在台面上的皮料，通过特殊制定的压脚气缸，链接压皮板，再运用安装在台面的气缸，水平运动，把皮料送到加工区域，设计如图2.3所示。

图2.3　送料第三部分
通过这三个送料过程，就可以完整的把皮料送到加工区域。
第3章 结构设计部分
3.1托料板的设计
托料板是来盛放皮料，根据所规定运送的皮料尺寸：200×250mm 来设计其实际形状，周边用导杆固定，防止皮料在升起时滑落，导杆通过过盈配合固定于此外一个托板上。托料板安装在导轨上，下面安装气缸，如图3.1所示。

图3.1　托板处结构设计
3.2气缸的选择
气动是“气动技术”或“气压传动与控制”的简称。气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。本次设计的自动送料装置使用的驱动方式为气动式运送，所以装置中多处使用到气缸。气缸是气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件，其驱动系统结构简朴、容易获得稳定的速度、能控制比较精确的位置、器件价格低廉且易维护等优点在工业生产生活中档到广泛的使用。特别体现在工业机械中，与其他元件配合，完毕稳定的直线运动。
本次的气缸所有选用SMC气缸，重要由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成。其作用是将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。气缸的分类有多种，重要是作往复直线运动的和作往复摆动的两类。作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸4种。
气缸的实际选择。对比SMC所生产的气缸，选用了综合性能较合适的CM2系列气缸，有寿命较长，安装简便，结构紧凑，质量轻便，精度高等优点，规格如图3.2所示。

图3.2　SMC CM2气缸规格
1.气缸类型的选择：根据实际设计需要选用单杆双作用无磁性开关气缸。
2.气缸缸径的选择：根据UG软件三维模型计算所设计的托料板质量，以及所要运送皮料的质量，共质量为10kg。根据所选的THK直线导轨的LM滑块的质量单个为0.54kg，总质量m=11.08kg。
该处气缸重要使用到推力。所以根据以下公式算出所要气缸的缸径：

其中F是推动所需要的推力，n是工作效率系数（一般系数选择在0.80～0.95 ），P是最高使用压力（由图3.2得P=1.0Mpa），S是气缸横截面积，r、D是S所相应的半径、直径。
所以气缸1合适的气缸缸径为20mm
3.气缸行程的选择：计划运送皮料50张，估计厚度为100mm，根据实际设计需求选用气缸行程为200mm，如表3.1所示。
表3.1　气缸1的标准行程

4.气缸安装方式的选择：SMC CM2型气缸的安装种类非常丰富，根据气缸1实际所需要的安装，这里选用基本型（B）气缸，无杆侧法兰型（G），安装类型如图3.3所示

图3.3　SMC CM2气缸安装类型
通过选择出气缸1的型号为SMC CM2G20-200。具体型号表达方式，具体尺寸及安装尺寸如图3.4、3.5所示，及表3.2所示。

图3.4　SMC CM2气缸型号表达方法

图3.5　SMC CM2G20-200
表3.2　SMC CM2G20-200具体尺寸

其他同类型选择，根据气缸1的选择方式。气缸2型号：SMC CM2L25-300；气缸3型号：SMC CM2L25-400。具体尺寸及安装尺寸如图3.5所示，及表3.3所示。

图3.5　SMC CM2L25-300/ SMC CM2L25-400
表3.3　SMC CM2L25-300/ SMC CM2L25-400具体尺寸

其他气缸的选择：根据实际设计需求，装置需要使用到真空气缸。选用直接安装吸盘无磁性开关类型，气缸型号：ZCUKD20-50D。规格，型号表达，行程，具体规格及安装尺寸如图3.6、3.7、3.8所示，及表3.4、3.5所示。

图3.6　真空气缸规格

图3.7　真空气缸型号表达方式
表3.4　真空气缸行程

图3.8　SMC ZCUKD20-50D
表3.5　SMC ZCUKD20-50D 具体尺寸

3.3吸盘的选择
真空吸盘，又称真空吊具，是真空设备执行器之一。吸盘材料采用丁腈橡胶制造，具有较大的扯断力。吸盘容易使用，无污染，在吸取工件是不会导致任何损伤等优点，因而广泛应用于各种真空吸持设备上。
吸盘选用SMC吸盘，其品质较高，价格低廉，且寿命也较长。该吸盘可以直接安装在真空气缸上配合使用。吸盘型号：SMC ZP32UN。具体尺寸如图3.8所示，及表3.6所示。

图3.8　SMC ZP32UN
表3.6　SMC ZP32UN 具体尺寸
型号

E
F
Y
ZP32U
32
35
4
15
10
14.5
4.5

3.4导轨的选择
导轨:金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。
本次设计选用THK直线导轨SHS型 ，基本结构如图3.9所示。

图3.9　THK直线导轨SHS型
实际送料装置中多处使用导轨配合气缸使用，为了统一性，综合实际结构合理的选用同一款导轨。导轨型号SHS25 V，在实际运用中选择不同的导轨长度。导轨型号，尺寸规格如图3.10所示，及表3.7所示。

图3.10　THK直线导轨SHS V型
表3.7　THK直线导轨SHS V型具体尺寸

3.5脚座的设计
脚座通过螺栓安装于工作台面下方，所设计的脚座能通过螺栓来调节台面高度。设计效果如图3.11所示。

图3.11　脚座
3.6其他重要部件的设计
通过以上气缸，导轨的选择， 根据其实际安装尺寸，设计出实际安装该气缸，导轨的主体机架结构。实际设计尺寸参考零件图纸TZC00501，TZC00502，TZC00503，TZC00505，TZC00506。
第4章 基于UG软件的仿真分析
4.1 UG介绍
UG是Unigraphics的缩写，是美国EDS公司著名的3D产品开发软件，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初重要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为三维设计的一个主流应用，同时逐步成为当今世界最为流行的CAD/CAM/CAE软件之一，广泛应用于通用机械，模具，家电，汽车和航天等领域。本次所使用的方针缝隙是UG NX6是UG NX的较稳定版本，具有更好的绘画界面以及形象生动、简介快捷的设计环境。UG NX软件为公司提供了无约束的设计，体现了更多的灵活性，并将积极数字样机引入到行业中，是工程师可以了解整个产品的关联关系，提高工作效率。UG NX6还能保证与低版本完全兼容。
如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在连续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增长的规定之间取得平衡。为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，并且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。
NX 是UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。 NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员可以推动革新以发明出更大的利润。 NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。
NX 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新， NX的成功已经得到了充足的证实。这些目的使得 NX 通过无可匹敌的全范围产品检查应用和过程自动化工具，把产品制造初期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。
然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是由于组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越来越复杂，以至于超过了一个人可以管理的范围。
UG的目的是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。
4.2 UG三维仿真分析
根据规定使用UG NX6对机构的三维模型进行仿真分析。重要模拟连接在滑块导轨上托皮板在气缸的作用下向上升起，然后安装有真空吸盘的气缸向下吸取布料后向上抬起，此过程为整个送料过程的前段。具体仿真方法如下：
1．使用已经装配好的自动送料装置，在建模的状态下，点击开始，运动仿真，如图4.1所示。

图4.1　运动仿真
2．右键点击所所需要的装配图，新建仿真，如图4.2所示。

图4.2　新建仿真
3．出现环境对话框，选择动态，拟定，如图4.3所示。

图4.3　选择动态
4．定义连杆：点击连杆，先定义一个固定连杆，就是装置中不用运动的部分，选择连杆对象（涉及台面，脚座，支架板等连接件）。标明固定连杆，拟定。如图4.4所示。

图4.4　定义固定连杆
继续定义连杆，选择连杆对象（涉及：托皮板，滑块，气缸的滑杆等），名称默认L001，点击拟定，如图4.5所示。

图4.5　连杆选择
5．定义运动副：点击运动副，在类型中选择滑动副，操作中选择连杆L001，指定该运动副原点和方向。默认名称为J001，如图4.6所示。

图4.6　定义运动副
6．驾驶员设计：完毕定义后，点击驾驶员进行设立，如图4.7所示。由于该运动为多个不同组件的互相配合运动，所以在平移选项中选择函数，函数数据类型选择位移，再选择函数管理器。

图4.7　设立驾驶员
页面自动跳转到如图4.8所示页面，选择新建函数。

图4.8　新建函数
页面自动跳转到如图4.9所示，在插入中选择运动函数，在不同的运动函数中选择最后一个函数STEP(x，x0，h0，x1，h1)，次函数是时间（x）和位移（h）的关系。双击后把函数参数改为实际需要的运动参数STEP(x，0，0，10，100)，实际意思是0～10s中位移变化为0～100mm，使用UG导出函数图表如图4.10所示。连续点击拟定回到主页面，完毕托料板的运动仿真。

图4.9　拟定函数

图4.10　托皮板的位移曲线图
7．用相同方法定义第二个连杆L002，以及运动副J002。其中J002的驾驶员函数如图4.11所示。运动函数STEP(x，10，0，20，-40)+ STEP(x，0，20，30，40)。0～10s时，连杆L002不运动；10～20s时，连杆L002向下运动40mm（实际为吸盘吸料）；20～30s时，连杆L002向上运动40mm，导出函数图表如图4.12所示.

图4.11　新建函数

图4.12　 吸盘的位移曲线图
8．完毕定义两连杆及运动副后，点击解算方案，出现对话框如图4.13所示。设立时间为30s，点击拟定，然后点击求解，观看动画效果，完毕模拟仿真。

图4.13　求解方案

结 论
本次毕业设计设计了一个自动送料装置，将皮料准确的运送到加工区域。实现一个高效平稳的全自动送料过程，提高了自动化水平和限度，消除了累计误差，把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，极大地提高劳动生产率。同时也提高了生产过程和设备的可靠性及运营效率。从而然我体验到了自动化技术带来的方便。
本次设计的送料装置，重要使用气缸为驱动方式，所以运用到多个类型不同的气缸，以及吸盘和导轨。所以选择合理的气缸，及其他标准件是设计中碰到的重要问题。然后根据标准件的安装尺寸设计连接件，合理安顿连接件的位置最后组装成一个完整的送料装置。
总结本次设计重要涉及到一些标准件的选择及互相配合，三维模型的绘制，和运动仿真。

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致 谢
毕业设计是对大学所学习的知识运用能力的一次全面性的考核，同时也是学习新知识的好机会，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后的工作学习打下良好的基础。
本次设计可以顺利地完毕，一方面要感谢学校，为我们提供学习知识的地方，让我们学习到丰富的理论知识。虽然在这次毕业设计中越到了很多困难，但在同学和老师的研究，讨论帮助下，还是一一解决。所以我要非常感谢我的指导老师张莉老师，本次的毕业设计都是在张莉老师的精心指导下完毕的，特别是在一开始做毕业设计的时候，越到了各种问题，特别是气缸的选择问题上，老师很认真地讲解各种气缸的不同优缺陷，让我了解了更多的关于气缸的知识。张莉老师治学态度严谨，并且平易近人。顺利完毕了整个毕业设计，必须要对张莉老师表达由衷的感谢。当然还要感谢帮助过我的同学，在做毕业设计的这些日子里，当越到相同的问题时，可以互相交流，共同研究决绝问题的方案。特别是在做三维模拟仿真，都是和同学通过网上视屏自学，图书馆找资料，然后互相交流研究，讨论完毕。从而掌握了新的一门知识。真心让我体会到了同学之间的那份真挚的友情，也非常感谢他们！
最后也感谢这次的毕业设计，让我重温了以前学过的知识，又让我学到了许多新知识，还让我学到了学习的方法，让我现在有了问题就先去上网搜索的好习惯。这次毕业设计的经验能让我受益匪浅，对我以后的工作有极大的帮助。
谢谢！