裝配圖邊旭,裝配,圖邊旭 摘 要 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)的是設(shè)計(jì)一臺(tái)陶瓷單色自動(dòng)畫(huà)線機(jī)。其主要功能是在一個(gè)陶瓷器件上畫(huà)出一條粗細(xì)均勻的線。這個(gè)工作代替了手工畫(huà)線，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 本文主要討論了設(shè)計(jì)的必要性。通過(guò)系統(tǒng)的功能分解、功能合成、方案設(shè)計(jì)等方面的分析，提出了新的設(shè)計(jì)方案，這一點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品的成敗起決定性作用。本文還包括了進(jìn)行設(shè)計(jì)所需的一些必要計(jì)算，且安排一些與設(shè)計(jì)有關(guān)的重要數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)程序等。另外，本文還包括對(duì)一些典型零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)工藝性分析，闡明如何操作的說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)總結(jié)等等。 在本次設(shè)計(jì)中，我認(rèn)真完成老師安排的任務(wù)，并且根據(jù)自己設(shè)計(jì)的特點(diǎn)做了些ADAMS仿真的工作。由于時(shí)間有限且經(jīng)驗(yàn)尚淺，設(shè)計(jì)中還有很多的不足，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。 Abstract 目錄 前 言 陶瓷是無(wú)機(jī)材料之母，從家庭至宇宙對(duì)陶瓷的渴求量愈來(lái)愈大，其許多優(yōu)越、潛在特性不斷被發(fā)現(xiàn)，近20年來(lái)各國(guó)非常重視陶瓷的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，各國(guó)將先后進(jìn)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(guó)歷史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。我國(guó)陶瓷的出現(xiàn)可上溯到距今一萬(wàn)年左右，距今3000年前的殷周時(shí)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(shuō)明當(dāng)時(shí)人們已認(rèn)識(shí)到陶和瓷的區(qū)別。 畫(huà)線機(jī)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(huà)一條或多條彩色、彩帶的機(jī)械。這種機(jī)器的出現(xiàn)，大大減輕了工人手工勞動(dòng)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(shuō)，陶瓷畫(huà)線機(jī)的出現(xiàn)將陶瓷產(chǎn)業(yè)在工業(yè)化進(jìn)程上又推進(jìn)了一大步?？梢苑譃閱紊珯C(jī)畫(huà)線機(jī)和多色畫(huà)線機(jī)。本次設(shè)計(jì)主要是研究設(shè)計(jì)單色畫(huà)線機(jī)，即單線畫(huà)線機(jī)。 在本次設(shè)計(jì)中，陶瓷器件是通過(guò)吸氣式吸盤(pán)固定工位的，并于主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)。這種吸氣式吸盤(pán)實(shí)屬工業(yè)機(jī)械手的范疇。工業(yè)機(jī)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(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)裝備。這種新穎工具的出現(xiàn)和應(yīng)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化起重要作用，因而有著強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。 第一章 總體方案 陶瓷是無(wú)機(jī)材料之母，從家庭至宇宙對(duì)陶瓷的渴求量愈來(lái)愈大，其許多優(yōu)越、潛在特性不斷被發(fā)現(xiàn)，近20年來(lái)各國(guó)非常重視陶瓷的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，各國(guó)將先后進(jìn)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(guó)歷史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。我國(guó)陶瓷的出現(xiàn)可上溯到距今一萬(wàn)年左右，距今3000年前的殷周時(shí)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(shuō)明當(dāng)時(shí)人們已認(rèn)識(shí)到陶和瓷的區(qū)別。 畫(huà)線機(jī)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(huà)一條或多條彩色、彩帶的機(jī)械。這種機(jī)器的出現(xiàn)，大大減輕了工人手工勞動(dòng)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(shuō)，陶瓷畫(huà)線機(jī)的出現(xiàn)將陶瓷產(chǎn)業(yè)在工業(yè)化進(jìn)程上又推進(jìn)了一大步。可以分為單色機(jī)畫(huà)線機(jī)和多色畫(huà)線機(jī)。本次設(shè)計(jì)主要是研究設(shè)計(jì)單色畫(huà)線機(jī)，即單線畫(huà)線機(jī)。 在本次設(shè)計(jì)中，陶瓷器件是通過(guò)吸氣式吸盤(pán)固定工位的，并于主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)。這種吸氣式吸盤(pán)實(shí)屬工業(yè)機(jī)械手的范疇。工業(yè)機(jī)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(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)裝備。這種新穎工具的出現(xiàn)和應(yīng)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化起重要作用，因而有著強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。 1.1產(chǎn)品的用途及使用范圍 單線自動(dòng)畫(huà)線機(jī)的用途是在陶瓷制品上畫(huà)出裝飾線條或圖案，以達(dá)到美化陶瓷質(zhì)樸那的目的。這種機(jī)械代替了手工畫(huà)線工作，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率以及精度，可以畫(huà)出粗細(xì)均勻的線條，克服了手工作業(yè)的缺點(diǎn)與不足，滿足了廣大消費(fèi)者的審美要求并提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。我國(guó)地域遼闊，該機(jī)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(mén)。 1.2單線自動(dòng)畫(huà)線機(jī)的功能設(shè)置及系統(tǒng)組成 單線自動(dòng)畫(huà)線機(jī)主要由主機(jī)架、工作臺(tái)、施彩器組件、真空泵、氣動(dòng)系統(tǒng)、電器部分組成.其主要功能包括：驅(qū)動(dòng)功能、畫(huà)線功能、自動(dòng)裝卸功能、輔助功能、測(cè)控功能、安全保護(hù)功能。功能分解如圖1： 圖1.1 單線畫(huà)線機(jī)功能分解圖 依據(jù)這些功能，系統(tǒng)組成為：動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)。各主要系統(tǒng)概述如下： ①動(dòng)力系統(tǒng)：為操作部件提供動(dòng)力，如機(jī)械手的仰俯、旋轉(zhuǎn)、單線機(jī)的移動(dòng)畫(huà)線。本設(shè)計(jì)中動(dòng)力裝置為電動(dòng)機(jī)和氣壓系統(tǒng)。 ②傳動(dòng)系統(tǒng)：是將動(dòng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置。主要有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。在本設(shè)計(jì)中，由電動(dòng)機(jī)到施釉輪之間的傳動(dòng)是通過(guò)帶傳動(dòng)來(lái)完成的。 ③執(zhí)行機(jī)構(gòu)：能直接完成預(yù)期工作任務(wù)的機(jī)構(gòu)和部件，為完成對(duì)陶瓷制品的畫(huà)線功能所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的部件主要是機(jī)械手、施釉輪及帶釉輪。 ④測(cè)控系統(tǒng)：是控制畫(huà)線機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定程序和要求，以一定順序和規(guī)律運(yùn)動(dòng)完成畫(huà)線機(jī)，具體測(cè)控有機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度、升降角度、單線機(jī)的位移量、放氣時(shí)間等。 ⑤輔助系統(tǒng)：為完成畫(huà)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(guò)帶傳動(dòng)的裝置，電動(dòng)機(jī)將動(dòng)力傳遞給了施釉輪與帶釉輪，兩輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，此時(shí)主從摩擦輪接觸，帶動(dòng)陶瓷旋轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)合理的技術(shù)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)上述的畫(huà)線速度要求，施釉輪開(kāi)始在瓷器上畫(huà)線。在每個(gè)陶瓷畫(huà)線的開(kāi)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(dòng)，以使施釉頭組件準(zhǔn)確靠近、離開(kāi)瓷器。經(jīng)多方面的比較，我們最終選擇氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)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(diǎn)，使得我們必須摒棄普通機(jī)床夾具而選擇其它的定位夾緊方法。基于盤(pán)狀陶瓷表面光潔的特點(diǎn)，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(pán) 經(jīng)各種常用系統(tǒng)的計(jì)算比較得出，當(dāng)施釉輪與被加工陶瓷盤(pán)間實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，且滾動(dòng)畫(huà)線速度在0.4m/s時(shí),畫(huà)線效果最佳，故單線畫(huà)線機(jī)的一切設(shè)計(jì)要以此為宗旨。 1.4總體布局 為了保證準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)單線畫(huà)線機(jī)的畫(huà)線功能，在總體布局方面我們要注意以下幾點(diǎn)： ①. 機(jī)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(pán)吸、放氣時(shí)要考慮工人操作時(shí)間地合理性。 ④. 機(jī)器的電動(dòng)，氣動(dòng)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(jī)分四部分安裝，各部分安裝好后再連接在一起構(gòu)成一個(gè)整體，這樣能夠提高效率，保證質(zhì)量且運(yùn)輸時(shí)也方便。 1.5關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān) 對(duì)于單線自動(dòng)畫(huà)線機(jī)，最重要的是能夠畫(huà)出均勻清晰的線條，以滿足廣大消費(fèi)者的審美要求，因此對(duì)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度要求較高。畫(huà)線機(jī)的運(yùn)動(dòng) 精度和定位精度主要包括以下幾個(gè)方面： ①. 施彩頭組件擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)與機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)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(jī)的前進(jìn)與后退要有較高的定位精度 ③. 機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)角度是否精確，關(guān)系到安放工件時(shí)的中心線能否與吸盤(pán)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(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。 1.6設(shè)計(jì)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化要求 考慮到標(biāo)準(zhǔn)化和互換性，建議滿足以下要求： ①. 電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、各連接件、緊固件等使用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件 ②. 真空吸盤(pán)機(jī)械手的設(shè)計(jì)在具體尺寸及運(yùn)動(dòng)形式上應(yīng)該貫徹國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 12643-90 工業(yè)機(jī)器人術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào) GB/T 12644-90 工業(yè)機(jī)器人特性表示 GB/T 12645-90 工業(yè)機(jī)器人性能測(cè)試方法 GB/T 12649-90 工業(yè)機(jī)器人性能規(guī)范 1.7國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的對(duì)比 國(guó)外很多國(guó)家重視裝飾機(jī)械的研制與開(kāi)發(fā)，特別時(shí)在畫(huà)線機(jī)、印花機(jī)方面的發(fā)展時(shí)十分迅速的，與國(guó)外產(chǎn)品比起來(lái)，該產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低且柔性化程度不高；但在國(guó)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(dá)到了一個(gè)新的水平。 1.8與外部協(xié)調(diào)所需的約束條件 ①. 能源動(dòng)力條件：采用電動(dòng)與其壓傳動(dòng)。 ②. 安裝：本機(jī)分三個(gè)部分安裝，分別為主機(jī)部分、電機(jī)部分、真空吸盤(pán)機(jī)械手部分，再連接到一起構(gòu)成整體，這樣可以方便運(yùn)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(huà)線機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，是機(jī)械設(shè)計(jì)中極其重要的一環(huán)。正確、合理的機(jī)械系統(tǒng)的方案，對(duì)于提高機(jī)械的性能、質(zhì)量、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益等都是至關(guān)重要的。 單線畫(huà)線機(jī) 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(huà)線機(jī)黑箱圖 2.1執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的形式設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)以及執(zhí)行系統(tǒng)的方案評(píng)價(jià)。 2.1.1 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的形式設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)以及執(zhí)行系統(tǒng)的方案評(píng)價(jià)。 2.1.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 包括選擇合理的傳動(dòng)裝置的類(lèi)型、確定傳動(dòng)路線的方案以及合理分配傳動(dòng)系統(tǒng)。 2.1.3 原動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇 包括原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、轉(zhuǎn)速、以及原動(dòng)機(jī)容量的選擇。 2.1.4 操縱控制系統(tǒng)的選擇 包括機(jī)電控制系統(tǒng)、機(jī)液控制系統(tǒng)、電業(yè)控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及微機(jī)控制系統(tǒng)。 2.2由設(shè)定功能選擇恰當(dāng)?shù)牧悴考? 單線畫(huà)線機(jī)主要有施彩器傳動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)件,若標(biāo)準(zhǔn)件中沒(méi)有合適的零件可自行進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本機(jī)的設(shè)計(jì)中,我們需要設(shè)計(jì)選擇電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、減速器、阻尼裝置等。 表1 形態(tài)學(xué)矩陣 分功能 解 法 1 2 3 4 5 6 A動(dòng)力源 B位移傳動(dòng) C位移 D取物傳動(dòng) E取物 電動(dòng)機(jī) 齒輪傳動(dòng) 軌道及車(chē)輪 拉桿 挖斗 汽油機(jī) 蝸輪蝸桿 傳動(dòng) 輪胎 繩傳動(dòng) 抓斗 柴油機(jī) 帶傳動(dòng) 履帶 汽缸傳動(dòng) 鉗式斗 蒸氣透平 鏈傳動(dòng) 氣墊 液壓缸傳動(dòng) 機(jī)械手 液動(dòng)機(jī) 液力耦合器 氣動(dòng)馬達(dá) 2.2.1 氣動(dòng)系統(tǒng)的選擇 2.2.1.1特點(diǎn): ① 元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、易于制造,且不污染環(huán)境.可集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送,便于管理. ② 易于實(shí)現(xiàn)快速的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),擺動(dòng)的高速轉(zhuǎn)動(dòng).輸出力和運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)很方便,且能實(shí)現(xiàn)過(guò)載自動(dòng)保護(hù). ③ 工作環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng). 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(dòng)效率也較低,一般用于輸出力不大的傳動(dòng)裝置.采用擴(kuò)力機(jī)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(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定性較差,較難實(shí)現(xiàn)精密控制.采用氣液聯(lián)動(dòng)方式,可提高運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定性. ⑥ 由于氣信號(hào)的傳遞速度比電信號(hào)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(jī)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(guò)1500r/min,環(huán)境溫度為-40-+40°C的場(chǎng)合,可以正反兩向運(yùn)轉(zhuǎn).在選用減速器時(shí),首先根據(jù)工作要求確定傳動(dòng)比i,再按蝸輪軸的計(jì)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(jī)器布置,潤(rùn)滑等要求選擇減速器的裝配形式.必要時(shí)要進(jìn)行散熱計(jì)算. 2.2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)施機(jī)械系統(tǒng)中最常用的動(dòng)力機(jī),與其他動(dòng)力機(jī)相比,它具有較高的驅(qū)動(dòng)效率,且其種類(lèi)和型號(hào)較多,與工作機(jī)械連接方便,具有良好的調(diào)速、啟動(dòng)、制動(dòng)和反向控制性能.易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)控制,工作時(shí)無(wú)環(huán)境污染,可滿足大多數(shù)機(jī)械的工作要求.