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摘 要 本次設(shè)計的任務(wù)的是設(shè)計一臺陶瓷單色自動畫線機。其主要功能是在一個陶瓷器件上畫出一條粗細均勻的線。這個工作代替了手工畫線，降低工人的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率。 本文主要討論了設(shè)計的必要性。通過系統(tǒng)的功能分解、功能合成、方案設(shè)計等方面的分析，提出了新的設(shè)計方案，這一點對產(chǎn)品的成敗起決定性作用。本文還包括了進行設(shè)計所需的一些必要計算，且安排一些與設(shè)計有關(guān)的重要數(shù)據(jù)以及設(shè)計程序等。另外，本文還包括對一些典型零部件進行了結(jié)構(gòu)工藝性分析，闡明如何操作的說明書、設(shè)計總結(jié)等等。 在本次設(shè)計中，我認真完成老師安排的任務(wù)，并且根據(jù)自己設(shè)計的特點做了些ADAMS仿真的工作。由于時間有限且經(jīng)驗尚淺，設(shè)計中還有很多的不足，懇請老師批評指正。 Abstract 目錄 前 言 陶瓷是無機材料之母，從家庭至宇宙對陶瓷的渴求量愈來愈大，其許多優(yōu)越、潛在特性不斷被發(fā)現(xiàn)，近20年來各國非常重視陶瓷的研究、開發(fā)與應(yīng)用，各國將先后進入陶瓷世界。 陶瓷一般指陶器和瓷器的合稱，“陶”為燒成之意，“瓷”是指硬而之謎的器物。陶瓷是我國歷史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。我國陶瓷的出現(xiàn)可上溯到距今一萬年左右，距今3000年前的殷周時代，有了以高嶺土為原料的白陶，已懂得用釉的方法。原始瓷器是以鐵為著色劑的青釉器，是青瓷的前身。晉朝出現(xiàn)“瓷”字，說明當時人們已認識到陶和瓷的區(qū)別。 畫線機是用滾輪等再日用陶瓷、玻璃制品的圓形或橢圓形器皿上，畫一條或多條彩色、彩帶的機械。這種機器的出現(xiàn)，大大減輕了工人手工勞動量，提高了生產(chǎn)率，而且在一定程度上也提高了產(chǎn)品質(zhì)量?？梢哉f，陶瓷畫線機的出現(xiàn)將陶瓷產(chǎn)業(yè)在工業(yè)化進程上又推進了一大步?？梢苑譃閱紊珯C畫線機和多色畫線機。本次設(shè)計主要是研究設(shè)計單色畫線機，即單線畫線機。 在本次設(shè)計中，陶瓷器件是通過吸氣式吸盤固定工位的，并于主軸同時旋轉(zhuǎn)。這種吸氣式吸盤實屬工業(yè)機械手的范疇。工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)中一種比較新的技術(shù)裝備。它是一種模仿人體上肢的部分功能安裝預(yù)定要求輸出工件或者握持工件進行操作的自動化技術(shù)裝備。這種新穎工具的出現(xiàn)和應(yīng)用，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化起重要作用，因而有著強大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，提高勞動效率和生產(chǎn)的自動化水平。 第一章 總體方案 陶瓷是無機材料之母，從家庭至宇宙對陶瓷的渴求量愈來愈大，其許多優(yōu)越、潛在特性不斷被發(fā)現(xiàn)，近20年來各國非常重視陶瓷的研究、開發(fā)與應(yīng)用，各國將先后進入陶瓷世界。 陶瓷一般指陶器和瓷器的合稱，“陶”為燒成之意，“瓷”是指硬而之謎的器物。陶瓷是我國歷史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。我國陶瓷的出現(xiàn)可上溯到距今一萬年左右，距今3000年前的殷周時代，有了以高嶺土為原料的白陶，已懂得用釉的方法。原始瓷器是以鐵為著色劑的青釉器，是青瓷的前身。晉朝出現(xiàn)“瓷”字，說明當時人們已認識到陶和瓷的區(qū)別。 畫線機是用滾輪等再日用陶瓷、玻璃制品的圓形或橢圓形器皿上，畫一條或多條彩色、彩帶的機械。這種機器的出現(xiàn)，大大減輕了工人手工勞動量，提高了生產(chǎn)率，而且在一定程度上也提高了產(chǎn)品質(zhì)量。可以說，陶瓷畫線機的出現(xiàn)將陶瓷產(chǎn)業(yè)在工業(yè)化進程上又推進了一大步?？梢苑譃閱紊珯C畫線機和多色畫線機。本次設(shè)計主要是研究設(shè)計單色畫線機，即單線畫線機。 在本次設(shè)計中，陶瓷器件是通過吸氣式吸盤固定工位的，并于主軸同時旋轉(zhuǎn)。這種吸氣式吸盤實屬工業(yè)機械手的范疇。工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)中一種比較新的技術(shù)裝備。它是一種模仿人體上肢的部分功能安裝預(yù)定要求輸出工件或者握持工件進行操作的自動化技術(shù)裝備。這種新穎工具的出現(xiàn)和應(yīng)用，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化起重要作用，因而有著強大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，提高勞動效率和生產(chǎn)的自動化水平。 1.1產(chǎn)品的用途及使用范圍 單線自動畫線機的用途是在陶瓷制品上畫出裝飾線條或圖案，以達到美化陶瓷質(zhì)樸那的目的。這種機械代替了手工畫線工作，提高了勞動生產(chǎn)率以及精度，可以畫出粗細均勻的線條，克服了手工作業(yè)的缺點與不足，滿足了廣大消費者的審美要求并提高了勞動生產(chǎn)率。我國地域遼闊，該機不受地形氣候等外界因素影響和限制，并且易于維修，工作可靠，適用于相關(guān)陶瓷生產(chǎn)部門。 1.2單線自動畫線機的功能設(shè)置及系統(tǒng)組成 單線自動畫線機主要由主機架、工作臺、施彩器組件、真空泵、氣動系統(tǒng)、電器部分組成.其主要功能包括：驅(qū)動功能、畫線功能、自動裝卸功能、輔助功能、測控功能、安全保護功能。功能分解如圖1： 圖1.1 單線畫線機功能分解圖 依據(jù)這些功能，系統(tǒng)組成為：動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)。各主要系統(tǒng)概述如下： ①動力系統(tǒng)：為操作部件提供動力，如機械手的仰俯、旋轉(zhuǎn)、單線機的移動畫線。本設(shè)計中動力裝置為電動機和氣壓系統(tǒng)。 ②傳動系統(tǒng)：是將動力機的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置。主要有帶傳動、齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動等。在本設(shè)計中，由電動機到施釉輪之間的傳動是通過帶傳動來完成的。 ③執(zhí)行機構(gòu)：能直接完成預(yù)期工作任務(wù)的機構(gòu)和部件，為完成對陶瓷制品的畫線功能所需的執(zhí)行機構(gòu)的部件主要是機械手、施釉輪及帶釉輪。 ④測控系統(tǒng)：是控制畫線機各執(zhí)行機構(gòu)按規(guī)定程序和要求，以一定順序和規(guī)律運動完成畫線機，具體測控有機械手旋轉(zhuǎn)角度、升降角度、單線機的位移量、放氣時間等。 ⑤輔助系統(tǒng)：為完成畫線功能，以上各功能還需要一些輔助系統(tǒng)支持，如支承、下料、送料等輔助系統(tǒng)。 1.3主要工作原理 通過帶傳動的裝置，電動機將動力傳遞給了施釉輪與帶釉輪，兩輪開始旋轉(zhuǎn)，此時主從摩擦輪接觸，帶動陶瓷旋轉(zhuǎn)，設(shè)計合理的技術(shù)參數(shù)，可實現(xiàn)上述的畫線速度要求，施釉輪開始在瓷器上畫線。在每個陶瓷畫線的開始與結(jié)束，為了便于裝卸陶瓷，支承施釉頭組件的桿件必須能夠?qū)崿F(xiàn)擺動，以使施釉頭組件準確靠近、離開瓷器。經(jīng)多方面的比較，我們最終選擇氣動系統(tǒng)實現(xiàn)這一環(huán)節(jié)。另外，在被加工定位的這一環(huán)節(jié)也有講究。由于陶瓷制品易碎這一特點，使得我們必須摒棄普通機床夾具而選擇其它的定位夾緊方法?；诒P狀陶瓷表面光潔的特點，我們想到了可以利用真空吸附夾緊方式定位，及手部為真空吸盤 經(jīng)各種常用系統(tǒng)的計算比較得出，當施釉輪與被加工陶瓷盤間實現(xiàn)純滾動，且滾動畫線速度在0.4m/s時,畫線效果最佳，故單線畫線機的一切設(shè)計要以此為宗旨。 1.4總體布局 為了保證準確可靠地實現(xiàn)單線畫線機的畫線功能，在總體布局方面我們要注意以下幾點： ①. 機構(gòu)的布局應(yīng)合理，相互之間保證不干涉、不阻擋。 ②. 總體布局應(yīng)使工人操作方便、節(jié)省空間。 ③. 吸盤吸、放氣時要考慮工人操作時間地合理性。 ④. 機器的電動，氣動部分都需外殼罩住，已加工與未加工的工件放置要整齊，物料配送線路要清晰、合理。 ⑤. 本機分四部分安裝，各部分安裝好后再連接在一起構(gòu)成一個整體，這樣能夠提高效率，保證質(zhì)量且運輸時也方便。 1.5關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān) 對于單線自動畫線機，最重要的是能夠畫出均勻清晰的線條，以滿足廣大消費者的審美要求，因此對各機構(gòu)的運動精度和定位精度要求較高。畫線機的運動 精度和定位精度主要包括以下幾個方面： ①. 施彩頭組件擺動的運動與機械手的運動需協(xié)調(diào)一致，即與裝、卸料工作要配合。 ②. 為了保證施釉輪與制品之間的接觸精度，單線機的前進與后退要有較高的定位精度 ③. 機械手的旋轉(zhuǎn)角度是否精確，關(guān)系到安放工件時的中心線能否與吸盤中心重合。 由于這些精度將直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，建議采取開環(huán)伺服系統(tǒng)進行控制。 1.6設(shè)計計算的標準化要求 考慮到標準化和互換性，建議滿足以下要求： ①. 電動機、聯(lián)軸器、各連接件、緊固件等使用標準件和通用件 ②. 真空吸盤機械手的設(shè)計在具體尺寸及運動形式上應(yīng)該貫徹國際標準： GB/T 12643-90 工業(yè)機器人術(shù)語和圖形符號 GB/T 12644-90 工業(yè)機器人特性表示 GB/T 12645-90 工業(yè)機器人性能測試方法 GB/T 12649-90 工業(yè)機器人性能規(guī)范 1.7國內(nèi)外同類產(chǎn)品的對比 國外很多國家重視裝飾機械的研制與開發(fā)，特別時在畫線機、印花機方面的發(fā)展時十分迅速的，與國外產(chǎn)品比起來，該產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低且柔性化程度不高；但在國內(nèi)，由于這一方面起步較晚，發(fā)展較慢，所以該產(chǎn)品已經(jīng)達到了一個新的水平。 1.8與外部協(xié)調(diào)所需的約束條件 ①. 能源動力條件：采用電動與其壓傳動。 ②. 安裝：本機分三個部分安裝，分別為主機部分、電機部分、真空吸盤機械手部分，再連接到一起構(gòu)成整體，這樣可以方便運輸及安裝，且效率高。 ③. 色彩條件：由于陶瓷制品是人們使用或珍藏的，建議使用較淡的顏色。 第二章 單線畫線機機械系統(tǒng)的方案設(shè)計 機械系統(tǒng)的方案設(shè)計，是機械設(shè)計中極其重要的一環(huán)。正確、合理的機械系統(tǒng)的方案，對于提高機械的性能、質(zhì)量、市場競爭力和經(jīng)濟效益等都是至關(guān)重要的。 單線畫線機 制成品M’ 陶瓷器件M 指令S 信息顯示S’ 能量E 輸出E’ 圖2 單線畫線機黑箱圖 2.1執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計 包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計，執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設(shè)計，執(zhí)行系統(tǒng)的形式設(shè)計，執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計以及執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價。 2.1.1 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計 包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計，執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設(shè)計，執(zhí)行系統(tǒng)的形式設(shè)計，執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計以及執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價。 2.1.2 傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計 包括選擇合理的傳動裝置的類型、確定傳動路線的方案以及合理分配傳動系統(tǒng)。 2.1.3 原動機類型的選擇 包括原動機的類型、轉(zhuǎn)速、以及原動機容量的選擇。 2.1.4 操縱控制系統(tǒng)的選擇 包括機電控制系統(tǒng)、機液控制系統(tǒng)、電業(yè)控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及微機控制系統(tǒng)。 2.2由設(shè)定功能選擇恰當?shù)牧悴考? 單線畫線機主要有施彩器傳動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電器系統(tǒng)四部分。其中零件要首先選擇標準件,若標準件中沒有合適的零件可自行進行設(shè)計。在本機的設(shè)計中,我們需要設(shè)計選擇電機、傳動系統(tǒng)、減速器、阻尼裝置等。 表1 形態(tài)學矩陣 分功能 解 法 1 2 3 4 5 6 A動力源 B位移傳動 C位移 D取物傳動 E取物 電動機 齒輪傳動 軌道及車輪 拉桿 挖斗 汽油機 蝸輪蝸桿 傳動 輪胎 繩傳動 抓斗 柴油機 帶傳動 履帶 汽缸傳動 鉗式斗 蒸氣透平 鏈傳動 氣墊 液壓缸傳動 機械手 液動機 液力耦合器 氣動馬達 2.2.1 氣動系統(tǒng)的選擇 2.2.1.1特點: ① 元件結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于制造,且不污染環(huán)境.可集中供氣和遠距離輸送,便于管理. ② 易于實現(xiàn)快速的直線往復(fù)運動,擺動的高速轉(zhuǎn)動.輸出力和運動速度調(diào)節(jié)很方便,且能實現(xiàn)過載自動保護. ③ 工作環(huán)境適應(yīng)性較強. ④ 由于壓縮空氣的工作壓力不高,一般在0.4-0.6MPa,故輸出力和力矩不高,且傳動效率也較低,一般用于輸出力不大的傳動裝置.采用擴力機械或氣液增壓裝置,可提高輸出力. ⑤ 由于空氣有壓縮性,故運動速度的穩(wěn)定性較差,較難實現(xiàn)精密控制.采用氣液聯(lián)動方式,可提高運動速度的穩(wěn)定性. ⑥ 由于氣信號的傳遞速度比電信號慢得多,故不宜用于遙控及復(fù)雜得控制系統(tǒng). 2.2.1.2組成 起源部分、執(zhí)行部分、控制部分、輔助部分. 2.2.2減速器的選擇 本機可選擇常用的阿基米德圓柱蝸桿減速器,這種減速器適用于蝸桿轉(zhuǎn)速不超過1500r/min,環(huán)境溫度為-40-+40°C的場合,可以正反兩向運轉(zhuǎn).在選用減速器時,首先根據(jù)工作要求確定傳動比i,再按蝸輪軸的計算轉(zhuǎn)矩查蝸輪軸額定轉(zhuǎn)矩表,確定減速器的中心距.然后按機器布置,潤滑等要求選擇減速器的裝配形式.必要時要進行散熱計算. 2.2.3 電動機的選擇 電動機施機械系統(tǒng)中最常用的動力機,與其他動力機相比,它具有較高的驅(qū)動效率,且其種類和型號較多,與工作機械連接方便,具有良好的調(diào)速、啟動、制動和反向控制性能.易于實現(xiàn)遠距離、自動控制,工作時無環(huán)境污染,可滿足大多數(shù)機械的工作要求.