陶瓷单色自动画线机设计.docx
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陶瓷单色自动画线机设计
摘要
本次设计的任务的是设计一台陶瓷单色自动画线机。
其主要功能是在一个陶瓷器件上画出一条粗细均匀的线。
这个工作代替了手工画线，降低工人的劳动强度，提高了劳动生产率。
本文主要讨论了设计的必要性。
通过系统的功能分解、功能合成、方案设计等方面的分析，提出了新的设计方案，这一点对产品的成败起决定性作用。
本文还包括了进行设计所需的一些必要计算，且安排一些与设计有关的重要数据以及设计程序等。
另外，本文还包括对一些典型零部件进行了结构工艺性分析，阐明如何操作的说明书、设计总结等等。
在本次设计中，我认真完成老师安排的任务，并且根据自己设计的特点做了些ADAMS仿真的工作。
由于时间有限且经验尚浅，设计中还有很多的不足，恳请老师批评指正。
关键词：
陶瓷；画线机；劳动强度；方案
Abstract
Thetaskofthisdesignisthedesignofaceramicsingleautomaticlinedrawingmachine.Itsmainfunctionistodrawauniformthicknessoflinesinaceramicdevice.Thisworkreplacesmanuallinedrawing,reducethelaborintensityofworkers,improvelaborproductivity.
Thispapermainlydiscussesthenecessityofdesign.Throughthefunctionaldecompositionofthesystem,analysisoffunctionsynthesis,design,putsforwardthenewdesign,itplaysadecisiveroleinthesuccessoftheproduct.Thispaperalsoincludessomenecessarydesigncalculationsrequired,andsomeimportantdataaboutthearrangementanddesignaswellasthedesignprocedure.Inaddition,thispaperalsoincludessometypicalpartswereanalyzedstructureprocess,clarifythespecification,designsummaryofhowtooperateandsoon.
Inthisdesign,Iearnestlyfulfilltheteacherassignedtask,andaccordingtothecharacteristicsoftheirowndesigndoneADAMSsimulationwork.Becauseofthelimitedtimeandexperienceisstillshallow,therearemanydeficienciesinthedesign,willtheteachercriticism.
Keywords:
ceramic;linedrawingmachine;thelaborintensity;scheme
前言
陶瓷是无机材料之母，从家庭至宇宙对陶瓷的渴求量愈来愈大，其许多优越、潜在特性不断被发现，近20年来各国非常重视陶瓷的研究、开发与应用，各国将先后进入陶瓷世界。
陶瓷一般指陶器和瓷器的合称，“陶”为烧成之意，“瓷”是指硬而之谜的器物。
陶瓷是我国历史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。
我国陶瓷的出现可上溯到距今一万年左右，距今3000年前的殷周时代，有了以高岭土为原料的白陶，已懂得用釉的方法。
原始瓷器是以铁为着色剂的青釉器，是青瓷的前身。
晋朝出现“瓷”字，说明当时人们已认识到陶和瓷的区别。
画线机是用滚轮等再日用陶瓷、玻璃制品的圆形或椭圆形器皿上，画一条或多条彩色、彩带的机械。
这种机器的出现，大大减轻了工人手工劳动量，提高了生产率，而且在一定程度上也提高了产品质量。
可以说，陶瓷画线机的出现将陶瓷产业在工业化进程上又推进了一大步。
可以分为单色机画线机和多色画线机。
本次设计主要是研究设计单色画线机，即单线画线机。
在本次设计中，陶瓷器件是通过吸气式吸盘固定工位的，并于主轴同时旋转。
这种吸气式吸盘实属工业机械手的范畴。
工业机械手是工业生产中一种比较新的技术装备。
它是一种模仿人体上肢的部分功能安装预定要求输出工件或者握持工件进行操作的自动化技术装备。
这种新颖工具的出现和应用，对实现工业生产自动化起重要作用，因而有着强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。
工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动效率和生产的自动化水平。
第一章总体方案
陶瓷是无机材料之母，从家庭至宇宙对陶瓷的渴求量愈来愈大，其许多优越、潜在特性不断被发现，近20年来各国非常重视陶瓷的研究、开发与应用，各国将先后进入陶瓷世界。
陶瓷一般指陶器和瓷器的合称，“陶”为烧成之意，“瓷”是指硬而之谜的器物。
陶瓷是我国历史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。
我国陶瓷的出现可上溯到距今一万年左右，距今3000年前的殷周时代，有了以高岭土为原料的白陶，已懂得用釉的方法。
原始瓷器是以铁为着色剂的青釉器，是青瓷的前身。
晋朝出现“瓷”字，说明当时人们已认识到陶和瓷的区别。
画线机是用滚轮等再日用陶瓷、玻璃制品的圆形或椭圆形器皿上，画一条或多条彩色、彩带的机械。
这种机器的出现，大大减轻了工人手工劳动量，提高了生产率，而且在一定程度上也提高了产品质量。
可以说，陶瓷画线机的出现将陶瓷产业在工业化进程上又推进了一大步。
可以分为单色机画线机和多色画线机。
本次设计主要是研究设计单色画线机，即单线画线机。
在本次设计中，陶瓷器件是通过吸气式吸盘固定工位的，并于主轴同时旋转。
这种吸气式吸盘实属工业机械手的范畴。
工业机械手是工业生产中一种比较新的技术装备。
它是一种模仿人体上肢的部分功能安装预定要求输出工件或者握持工件进行操作的自动化技术装备。
这种新颖工具的出现和应用，对实现工业生产自动化起重要作用，因而有着强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。
工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动效率和生产的自动化水平。
1.1产品的用途及使用范围
单线自动画线机的用途是在陶瓷制品上画出装饰线条或图案，以达到美化陶瓷质朴那的目的。
这种机械代替了手工画线工作，提高了劳动生产率以及精度，可以画出粗细均匀的线条，克服了手工作业的缺点与不足，满足了广大消费者的审美要求并提高了劳动生产率。
我国地域辽阔，该机不受地形气候等外界因素影响和限制，并且易于维修，工作可靠，适用于相关陶瓷生产部门。
1.2单线自动画线机的功能设置及系统组成
单线自动画线机主要由主机架、工作台、施彩器组件、真空泵、气动系统、电器部分组成.其主要功能包括：
驱动功能、画线功能、自动装卸功能、辅助功能、测控功能、安全保护功能。
功能分解如图1：
图1.1单线画线机功能分解图
依据这些功能，系统组成为：
动力系统、传动系统、执行系统、辅助系统、测控系统、安全保护系统。
各主要系统概述如下：
①动力系统：
为操作部件提供动力，如机械手的仰俯、旋转、单线机的移动画线。
本设计中动力装置为电动机和气压系统。
②传动系统：
是将动力机的运动和动力传递给执行机构或执行构件的中间装置。
主要有带传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等。
在本设计中，由电动机到施釉轮之间的传动是通过带传动来完成的。
③执行机构：
能直接完成预期工作任务的机构和部件，为完成对陶瓷制品的画线功能所需的执行机构的部件主要是机械手、施釉轮及带釉轮。
④测控系统：
是控制画线机各执行机构按规定程序和要求，以一定顺序和规律运动完成画线机，具体测控有机械手旋转角度、升降角度、单线机的位移量、放气时间等。
⑤辅助系统：
为完成画线功能，以上各功能还需要一些辅助系统支持，如支承、下料、送料等辅助系统。
1.3主要工作原理
通过带传动的装置，电动机将动力传递给了施釉轮与带釉轮，两轮开始旋转，此时主从摩擦轮接触，带动陶瓷旋转，设计合理的技术参数，可实现上述的画线速度要求，施釉轮开始在瓷器上画线。
在每个陶瓷画线的开始与结束，为了便于装卸陶瓷，支承施釉头组件的杆件必须能够实现摆动，以使施釉头组件准确靠近、离开瓷器。
经多方面的比较，我们最终选择气动系统实现这一环节。
另外，在被加工定位的这一环节也有讲究。
由于陶瓷制品易碎这一特点，使得我们必须摒弃普通机床夹具而选择其它的定位夹紧方法。
基于盘状陶瓷表面光洁的特点，我们想到了可以利用真空吸附夹紧方式定位，及手部为真空吸盘
经各种常用系统的计算比较得出，当施釉轮与被加工陶瓷盘间实现纯滚动，且滚动画线速度在0.4m/s时,画线效果最佳，故单线画线机的一切设计要以此为宗旨。
1.4总体布局
为了保证准确可靠地实现单线画线机的画线功能，在总体布局方面我们要注意以下几点：
1.机构的布局应合理，相互之间保证不干涉、不阻挡。
2.总体布局应使工人操作方便、节省空间。
3.吸盘吸、放气时要考虑工人操作时间地合理性。
4.机器的电动，气动部分都需外壳罩住，已加工与未加工的工件放置要整齐，物料配送线路要清晰、合理。
5.本机分四部分安装，各部分安装好后再连接在一起构成一个整体，这样能够提高效率，保证质量且运输时也方便。
1.5关键技术攻关
对于单线自动画线机，最重要的是能够画出均匀清晰的线条，以满足广大消费者的审美要求，因此对各机构的运动精度和定位精度要求较高。
画线机的运动精度和定位精度主要包括以下几个方面：
1.施彩头组件摆动的运动与机械手的运动需协调一致，即与装、卸料工作要配合。
2.为了保证施釉轮与制品之间的接触精度，单线机的前进与后退要有较高的定位精度
3.机械手的旋转角度是否精确，关系到安放工件时的中心线能否与吸盘中心重合。
由于这些精度将直接关系到产品质量，建议采取开环伺服系统进行控制。
1.6设计计算的标准化要求
考虑到标准化和互换性，建议满足以下要求：
1.电动机、联轴器、各连接件、紧固件等使用标准件和通用件
2.真空吸盘机械手的设计在具体尺寸及运动形式上应该贯彻国际标准：
GB/T12643-90工业机器人术语和图形符号
GB/T12644-90工业机器人特性表示
GB/T12645-90工业机器人性能测试方法
GB/T12649-90工业机器人性能规范
1.7国内外同类产品的对比
国外很多国家重视装饰机械的研制与开发，特别时在画线机、印花机方面的发展时十分迅速的，与国外产品比起来，该产品的生产效率低且柔性化程度不高；但在国内，由于这一方面起步较晚，发展较慢，所以该产品已经达到了一个新的水平。
1.8与外部协调所需的约束条件
1.能源动力条件：
采用电动与其压传动。
2.安装：
本机分三个部分安装，分别为主机部分、电机部分、真空吸盘机械手部分，再连接到一起构成整体，这样可以方便运输及安装，且效率高。
3.色彩条件：
由于陶瓷制品是人们使用或珍藏的，建议使用较淡的颜色。
第二章单线画线机机械系统的方案设计
机械系统的方案设计，是机械设计中极其重要的一环。
正确、合理的机械系统的方案，对于提高机械的性能、质量、市场竞争力和经济效益等都是至关重要的。
图2单线画线机黑箱图
2.1执行系统的方案设计
包括执行系统的功能原理设计，执行系统的运动规律设计，执行系统的形式设计，执行系统的协调设计以及执行系统的方案评价。
2.1.1执行系统的方案设计
包括执行系统的功能原理设计，执行系统的运动规律设计，执行系统的形式设计，执行系统的协调设计以及执行系统的方案评价。
2.1.2传动系统的方案设计
包括选择合理的传动装置的类型、确定传动路线的方案以及合理分配传动系统。
2.1.3原动机类型的选择
包括原动机的类型、转速、以及原动机容量的选择。
2.1.4操纵控制系统的选择
包括机电控制系统、机液控制系统、电业控制系统、液压控制系统、气动系统、电气控制系统以及微机控制系统。
2.2由设定功能选择恰当的零部件
单线画线机主要有施彩器传动系统、气动系统、真空系统、电器系统四部分。
其中零件要首先选择标准件,若标准件中没有合适的零件可自行进行设计。
在本机的设计中,我们需要设计选择电机、传动系统、减速器、阻尼装置等。
表1形态学矩阵
分功能
解法
1
2
3
4
5
6
A动力源
B位移传动
C位移
D取物传动
E取物
电动机
齿轮传动
轨道及车轮
拉杆
挖斗
汽油机
蜗轮蜗杆
传动
轮胎
绳传动
抓斗
柴油机
带传动
履带
汽缸传动
钳式斗
蒸气透平
链传动
气垫
液压缸传动
机械手
液动机
液力耦合器
气动马达
2.2.1气动系统的选择
2.2.1.1特点:
①元件结构简单、紧凑、易于制造,且不污染环境.可集中供气和远距离输送,便于管理.
②易于实现快速的直线往复运动,摆动的高速转动.输出力和运动速度调节很方便,且能实现过载自动保护.
③工作环境适应性较强.
④由于压缩空气的工作压力不高,一般在0.4-0.6MPa,故输出力和力矩不高,且传动效率也较低,一般用于输出力不大的传动装置.采用扩力机械或气液增压装置,可提高输出力.
⑤由于空气有压缩性,故运动速度的稳定性较差,较难实现精密控制.采用气液联动方式,可提高运动速度的稳定性.
⑥由于气信号的传递速度比电信号慢得多,故不宜用于遥控及复杂得控制系统.
2.2.1.2组成
起源部分、执行部分、控制部分、辅助部分.
2.2.2减速器的选择
本机可选择常用的阿基米德圆柱蜗杆减速器,这种减速器适用于蜗杆转速不超过1500r/min,环境温度为-40-+40°C的场合,可以正反两向运转.在选用减速器时,首先根据工作要求确定传动比i,再按蜗轮轴的计算转矩查蜗轮轴额定转矩表,确定减速器的中心距.然后按机器布置,润滑等要求选择减速器的装配形式.必要时要进行散热计算.
2.2.3电动机的选择
电动机施机械系统中最常用的动力机,与其他动力机相比,它具有较高的驱动效率,且其种类和型号较多,与工作机械连接方便,具有良好的调速、启动、制动和反向控制性能.易于实现远距离、自动控制,工作时无环境污染,可满足大多数机械的工作要求.
画线机是用滚轮等再日用陶瓷、玻璃制品的圆形或椭圆形器皿上，画一条或多条彩色、彩带的机械。
可以分为单色机画线机和多色画线机。
本次设计主要是研究设计单色画线机，即单线画线机。
陶瓷是无机材料之母，从家庭至宇宙对陶瓷的渴求量愈来愈大，其许多优越、潜在特性不断被发现，近20年来各国非常重视陶瓷的研究、开发与应用，各国将先后进入陶瓷世界。
陶瓷一般指陶器和瓷器的合称，“陶”为烧成之意，“瓷”是指硬而之谜的器物。
陶瓷是我国历史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。
我国陶瓷的出现可上溯到距今一万年左右，距今3000年前的殷周时代，有了以高岭土为原料的白陶，已懂得用釉的方法。
原始瓷器是以铁为着色剂的青釉器，是青瓷的前身。
晋朝出现“瓷”字，说明当时人们已认识到陶和瓷的区别。
陶瓷是一种与我们日常生活以及在各种工程项目能够经常接触到的材料。
随着技术经济的发展，在某些科学领域陶瓷已形成其他材料无法比拟的优点。
例如，工程陶瓷，由工程陶瓷的制成的零件具有耐磨、耐热、耐摩擦、热膨胀系数小等一系列优点，是当今世界高技术含量的产品。
在国外已越来越多地应用工程陶瓷取代金属零件，使产品地寿命、稳定性等大大提高。
在如，低温烧结陶瓷（LTCC）大家一定还都记得在手机行业刚刚起步时的代表作——大哥大，它又笨又重，携带不方便，而现在的手机就越来越袖珍了，这里的关键就是LTCC技术的发展。
;LTCC技术是把很多东西整合在一起，其全称为“低温共烧陶瓷”技术，，简单地说，就是一种整合、小型化地技术将各种被动组件整合在一起，缩小到陶瓷式电路板上，如果没有它，手机是无法达到轻薄短小地效果地。
总之，陶瓷已经成为与我们密不可分地伙伴了。
我国陶瓷生产历史悠久，日用陶瓷一直畅销国内外。
在我们的生活中，能够给人们留下直观印象的是日用陶瓷。
这里不乏一些工艺美术品。
因此，对于陶瓷制品，我们不仅要求其本身质量要好、使用方便，同时还要对其表面进行一定程度的美化处理，绘制出各种线条精美的图案，增加美感及艺术感。
然而，传统的陶瓷画线主要是由手工完成的，画出的线条宽窄不一，严重影响产品的质量，与其是在画宽度3mm以上的线条时，用手工的方法根本无法实现，因此生产陶瓷的厂家不得不将线条印成画纸，将画纸贴在陶瓷制品上进行彩烤，而这又大大提高了成本。
陶瓷生产厂家一直都无法解决这一问题。
随着机械化、自动化技术的不断发展，研制新型高效的画线机以代替手工作业已成为迫切需要。
目前，世界各国对装饰机械的研制十分迅速，不断推陈出新。
其中以画线机和印花机发展最为迅速。
我国在这方面发展比较晚，目前用于生产陶瓷机械数量较小，品种较单一，因此有必要投入人力物力财力设计新产品，引进设备，消化技术。
1.3工作内容和要求
1.3.1画线机总体参数的确定
主要技术指标及重要技术参数
主要技术指标
画线色种:
单色
公称生产能力：
6-12件/分
彩色宽度：
0.25-6mm
制品最大直径：
406mm
制品最大高度：
230mm
总功率消耗：
3.5kw
整机重要：
约100kg
外型尺寸：
约1.4m×0.8m×1.6m
重要技术参数
电动机的变速范围：
1000-3000rpm
最短画线时间：
＝1.22s
最长画线时间：
＝4.14s
画线辅助时间：
t＝3s
1.3.2单线画线机的机构设计
单线自动画线机主要由主机架、工作台、施彩器组件、真空泵、气动系统、电器部分组成.其主要功能包括：
驱动功能、画线功能、自动装卸功能、辅助功能、测控功能、安全保护功能。
功能分解如下图：
图1单线画线机的功能结构图
依据这些功能，系统组成为：
动力系统、传动系统、执行系统、辅助系统、测控系统、安全保护系统。
各主要系统概述如下：
动力系统：
为操作部件提供动力，如机械手的仰俯、旋转、单线机的移动画线。
本设计中动力装置为电动机和气压系统。
传动系统：
是将动力机的运动和动力传递给执行机构或执行构件的中间装置。
主要有带传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等。
在本设计中，由电动机到施釉轮之间的传动是通过带传动来完成的。
执行机构：
能直接完成预期工作任务的机构和部件，为完成对陶瓷制品的画线功能所需的执行机构的部件主要是机械手、施釉轮及带釉轮。
测控系统：
是控制画线机各执行机构按规定程序和要求，以一定顺序和规律运动完成画线机，具体测控有机械手旋转角度、升降角度、单线机的位移量、放气时间等。
辅助系统：
为完成画线功能，以上各功能还需要一些辅助系统支持，如支承、下料、送料等辅助系统。
为了保证准确可靠地实现画线机地画线功能，实现画线自动化，需满足以下条件：
①机构地布局应合理，相互之间保证不干涉，不阻挡。
②总体布局应使工人操作安全方便，节省空间。
③吸盘吸、放气时要考虑工人操作时间地合理性。
④机器的电动、气动部分都需外壳罩住，已加工与未加工的工件放置要整齐，物料陪送线路要清晰、合理。
⑤本机分四部分安装，各部分安装好后再连接在一起构成一个整体，这样能够提高效率，保证质量且运输时也方便。
1.3.3相关部件、零件设计
单线画线机主要有施彩器传动系统、气动系统、真空系统、电器系统四部分.其中零件要首先选择标准件,若标准件中没有合适的零件可自行进行设计.在本机的设计中,我们需要设计选择电机、传动系统、减速器、阻尼装置等.
表1形态学矩阵
分功能
解法
1
2
3
4
5
6
A动力源
B位移传动
C位移
D取物传动
E取物
电动机
齿轮传动
轨道及车
轮
拉杆
挖斗
汽油机
蜗轮蜗杆
传动
轮胎
绳传动
抓斗
柴油机
带传动
履带
汽缸传动
钳式斗
蒸气透平
链传动
气垫
液压缸传
动
机械手
液动机
液力耦合器
气动马达
1.3.3.1电动机的选择
电动机施机械系统中最常用的动力机,与其他动力机相比,它具有较高的驱动效率,且其种类和型号较多,与工作机械连接方便,具有良好的调速、启动、制动和反向控制性能.易于实现远距离、自动控制,工作时无环境污染,可满足大多数机械的工作要求.
1.3.3.2气动系统的选择
特点:
①元件结构简单、紧凑、易于制造,且不污染环境.可集中供气和远距离输送,便于管理.
②易于实现快速的直线往复运动,摆动的高速转动.输出力和运动速度调节很方便,且能实现过载自动保护.
③工作环境适应性较强.
④由于压缩空气的工作压力不高,一般在0.4-0.6MPa,故输出力和力矩不高,且传动效率也较低,一般用于输出力不大的传动装置.采用扩力机械或气液增压装置,可提高输出力.
⑤由于空气有压缩性,故运动速度的稳定性较差,较难实现精密控制.采用气液联动方式,可提高运动速度的稳定性.
⑥由于气信号的传递速度比电信号慢得多,故不宜用于遥控及复杂得控制系统.
组成:
起源部分、执行部分、控制部分、辅助部分.
1.3.3.3减速器的选择
本机可选择常用的阿基米德圆柱蜗杆减速器,这种减速器适用于蜗杆转速不超过1500r/min,环境温度为-40-+40°C的场合,可以正反两向运转.在选用减速器时,首先根据工作要求确定传动比i,再按蜗轮轴的计算转矩查蜗轮轴额定转矩表,确定减速器的中心距.然后按机器布置,润滑等要求选择减速器的装配形式.必要时要进行散热计算.
1.4课题的重点和难点
1.4.1单线画线机设计重点
单线自动画线机的用途是在陶瓷制品上画出装饰线条或图案，以达到美化陶瓷质朴那的目的。
这种机械代替了手工画线工作，提高了劳动生产率以及精度，可以画出粗细均匀的线条，克服了手工作业的缺点与不足，满足了广大消费者的审美要求并提高了劳动生产率。
我国地域辽阔，该机不受地形气候等外界因素影响和限制，并且易于维修，工作可靠，适用于相关陶瓷生产部门。
经各种常用系统的计算比较得出，当施釉轮与被加工陶瓷盘间实现纯滚动，且滚动画线速度在0.4m/s时,画线效果最佳，故单线画线机的一切设计要以此为宗旨。
通过带传动的装置，电动机将动力传递给了施釉轮与带釉轮，两轮开始旋转，此时主从摩擦轮接触，带动陶瓷旋转，设计合理的技术参数，可实现上述的画线速度要求，画线机开始画线。
在每个陶瓷画线的开始与结束，为了便与装卸陶瓷，支承施釉头组件的杆件必须能够实现摆动，以使施釉头组件准确靠近、离开瓷器。
经多方面的比较，我们最终选择气动系统实现这一环节。
另外，在被加工定位的这一环节也有讲究。
由于陶瓷制品易碎这一特点，使得我们必须摒弃普通机床夹具而选择其它的定位夹紧方法。
基于盘状陶瓷表面光洁的特点，我们想到了可以利用真空吸附夹紧方式定位，及手部为真空吸盘。
1.4.2单线画线机的设计难点
对于单线自动画线机，最重要的是能够画出均匀清晰的线条，以满足广大消费者的
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