最新毕业设计轮盘装配机设计终稿.docx
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最新毕业设计轮盘装配机设计终稿
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A.左联接B.右联接C.内部联接D.完全联接
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D.使用HAVING子句的作用是限定分组的条件
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摘要
在学习、研究大量关于自动装配的论文、资料之后，我基本了解了自动装配技术的现状以及其相关的理论。
然后根据自动装配系统设计的一般步骤，借鉴其他的优秀设计成果，最终完成了此次设计。
这次设计的轮盘装配机是利用机器来完成轮盘的自动装配，可以完成工件的自动压装、卸料及传送，减少人工操作部分，从而获得更稳定的产品质量。
本次设计的轮盘装配机共有两个立柱回转部分，分别由两个西门子伺服电机驱动，其中一个回转部分负责工件的上料、压装以及卸料，另一个是用来转换上压头。
伺服电机的使用使的整个机构的控制更加简单和精确。
轮盘的压装工序在机床的中部进行，由转动手爪将工件准确传送到压装工位，再通过安装在上横梁上的液压缸来实现压装。
最后压装完成的轮盘通过转动手爪传送到卸料工位。
工件的上料、压装以及卸料都是同步进行的，通过PLC自动控制伺服电机驱动和整个压装过程，大大提高了压装的精度和速度，节省了操作的时间，提高了装配效率。
此次设计的轮盘装配机其主要负载是在上横梁和两个立柱上，因此在本文里着重对这两个部件进行了校核计算。
上横梁主要承受的是弯曲应力，立柱主要承受的是拉伸应力，所以主要应该校核这两个部件的强度，综合材料力学和机械设计的相关知识，在校核之后确定两个部件都满足了要求。
关键字：
轮盘装配PLC自动压装
Abstract
Afterstudyingthematerialandpapersaboutautomaticassembly，Iunderstandthesituationofautomaticassemblytechnologyandrelatedtheoriesonthewhole，thenaccordingtothegeneralstepsforAutomaticassemblysystemdesign，andlearnedsomefromtheotheroutstandingdesignedresults，finallyIcompletethedesign.Thedesignofthehubassemblymachineistousingthemachinetocompletethewheel’sautomaticassembly,itcanachieveworkpiece’sautomaticassembly、unloadingandconvey,reducesthepartofmanualoperation,andthenobtainsamorestableproductquality.
Thehubassemblymachinedesignedhastworotarycolumn,whicharedrivenseparatelybytwoSiemensservomotor,oneoftherotarypartsisinchargeofworkpiece’sinstallation、press-fitandunloading,theotheristochangingtheupperpressurehead.Theuseofservomotormakesthecontrolofwholeinstitutionmoreeasyandprecise.Thepress-fitprocessforworkpieceisgoingatthecentralpartofmachine.Theworkpiecewillbesentaccuratelytothepress-fitstationbyrotatinggripper,andthenbepressedbythehydrauliccylinderwhichisinstalledupontheupperbeam.Finallythecompletedworkpieceissendtotheunloadingstationbytherotatinggripper.Theinstallation、press-fitandunloadingoftheworkpieceissimultaneouslycarriedon,anditiscontrolledbyPLC,asaresulttheprecisionandspeedofthepress-fitprocessesareimprovedsignificantly,anditsavesalotoftimeandincreasestheassemblyefficiency.
Thehubassemblymachine’sloadischieflyupontheupperbeamandtwocolumns,thereforethemajoremphasisofthispaperwillbethecalibrationofthetwoparts.Theupperbeamchieflycarriesabendingstress,andthecolumnscarryatensilestress,sothestrength’scalibrationofthetwopartsisstronglyrequested,afterthecalibrationcombiningtheMechanicsofMaterialsandMechanicDesign,itrevealsthatbothofthetwopartssatisfythedemandofthedesign.
Keywords:
HubassemblyPLCAutomaticpress-fit
引言
现代制造技术的不断发展，为社会生产力带来了巨大飞跃。
零件制造、金属成型、切削加工等日臻综合自动化，并随着柔性制造技术、计算机辅助技术和信息技术的发展，当今世界机械制造业将进入全盘自动化的时代。
然而，由于加工技术超前于装配技术许多年，两者已经形成了明显的反差，装配工艺已成为现代化生产的薄弱环节，现代制造技术的发展使传统的手工装配工艺面临着严峻的挑战。
装配自动化（assemblyautomation）在于提高生产效率、降低成本、保证产品质量，特别是减轻或取代特殊条件下的人工装配劳动。
实现装配自动化是生产过程自动化或工厂自动化（FA）的重要标志，也是系统工程学在机械制造领域里实施的重要内容。
装配是一项复杂的生产过程，人工操作在装配中做为一个生产元素出现，已经不能与当前的社会经济条件相适应。
因为人为既不能保证工作的一致性和稳定性，又不具备判断难确、灵巧，并赋以较大作用力的这些特性。
另外，从市场经济的现实出发，人工操作与产品功能可靠、质量一致性好、价格合理的要求也极不相适应。
自动化水平的高低，已成为衡量量一个国家科技水平的重要标志之一。
目前，一些发达国家及早地将注意力转向自动装配技术，并取得了卓越的成果，一些产品、部件的装配过程逐渐摆脱了人工操作、柔性装配系统（FA5）已成为CIMS的一个重要环节。
我国对自动装配技术的研究起步较晚，近年来有一定的进展，陆续自行设计、建立和引进了一些半自动、自动装配线及装配工序半自动装置。
但国内设计的半自动和自动装配线的自动化程度不高，装配速度和生产效率亦较低，所以自动装配技术在我国有很大的开发与应用潜力，装配自动化必将成为生产过程全盘自动化的下一个战赂目标。
自动装配技术还可以促进产品创造系统的整体优化，生产率得以全面提高，用少量的工人服务于—定数量的自动装配设备，在一定程度上提高均衡生产水平。
自动装配不会因工人疲劳、疏忽、情绪、技术不熟练等因索的影咱而造成产品质量缺陷或不稳定。
实践表明，当达到一定批量的与手工装配保持同一水平的自动化装配将会使成本下降。
同时，在许多情况下，装配自动化所占用的生产面积比手工装配完成同样生产任务的工作面积要小得多。
装配工艺自动化可改善装配环境、保降生产安全，在电子工业、宇航工业、化学工业、兵器工业、核工业、海洋开发等行业中有些装配操作分别需要洁净空气、惰性气体、真空等持殊环境；有些作业人类难以接近；有些作业有易燃、易援助危险。
因此，从工人劳动保护方面考虑，发展自动化装配尤为重要，也是满足社会、市场及技术发展过程中产品不断更新的需要。
第1章绪论
1.1轮盘装配机概述
轮盘在机械制造业中应用十分广泛，每年的需求量都很大。
以前出于技术等诸多因素的影响，国内很多的工厂轮盘装配一直是劳动密集型产业，长期以来一直依靠人工装配，效率低、可靠性差，已经成为制约轮盘发展的主要因素之一，为此轮盘自动装配机十分必要。
国外现在已经出现了采用常规电气控制的轮盘自动装配机。
近年来，随着此类装配机的推广使用，轮盘的生产效率比传统手工装配时期有了明显的提高。
装配类机器一般以执行工艺动作为主，通过各种机构或机械手，按照规定的程序进行操作，零件装配成部件或产品。
装配过程中可能伴有一些简单的成型或加工。
轮盘装配机就是典型的装配类机器，它不仅要将轮盘和销按既定的形式进行装配，还要在零件件装配成形后冲压紧固。
轮盘装配机一般由上料机构、压装机构、下料机构及传送机构组成。
在上料机构完成轮盘零部件的定位及初步的安装，在压装工位对初步安装的零部件进行加压固定，最后通过卸料工位将装配完成的部件卸载到传送装置上，由传送机构将装配成品送到制定的存放地。
这一系列的操作现在都可以由机器进行自动的操作进行，大大提高了效率和装配精度，同时减少了人员的需求，节约了成本，所以说现在的自动装配技术也是大势所趋势在必行的。
1.2自动装配与柔性装配技术的发展概况
1.2.1装配自动化在现代制造业中的重要性
现代制造技术的不断发展，为社会生产力带来了巨大飞跃。
自80年代柔性制造系统进入实用阶段以来，也使机械加工的面貌发生了质的变化。
零件制造、装配，金属成型，切削加工等日益综合化，并随着柔性制造技术，计算机辅助技术和信息技术的发展，当今世界机械制造业将进入全盘自动化时代。
然而，由于加工技术超前于装配技术许多年，两者已经形成了明显的反差，装配工艺已经成为现代化生产的薄弱环节，现代制造技术的发展使传统的手工装配工艺面临着严峻的挑战。
装配自动化（assemblyautomation）在于提高生产效率，降低成本，保证产品质量，特别是减轻或取代特殊条件下的人工装配活动。
实现装配自动化是生产过程自动化或工厂自动化（FA）的重要标志，也是系统工程学在机械制造领域里实施的重要内容。
装配是一项复杂的生产过程，人工操作在装配中作为一个生产元素的出现，已经不能与当前的社会经济条件相适应。
因为人为既不能保证工作的一致性和稳定性，有不具备判断准确，灵巧，并赋以较大作用力的这些特性。
另外，从市场经济的现实出发，人工操作与产品功能可靠，质量一致性好，价格合理的要求也极不相适应。
自动装配技术与柔性装配技术是研究取代依赖人工技巧和判断力进行各种复杂操作的系统工程，是应用现代科学理论实现装配过程自动化的应用科学。
特别是对于适应中小批量生产，高质量，高效率，高柔性的智能装配系统的研究与开发，对适应自动装配的新产品设计途径，对未来工业发展有着特殊的重要意义。
自动装配水平的高低，已经成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。
目前，一些发达国家及早地将注意力转向自动装配技术，并取得了卓越的成果，一些产品，部件的装配过程逐渐摆脱了人工操作，柔性装配系统（FAS）已经成为计算机集成制造系统（CIMS）的一个重要环节。
我国对自动装配技术的研究起步较晚，近年来有一定的发展，陆续自行设计、建立和引进了一些半自动、自动装配线及装配工序半自动装置。
但国内设计的半自动和自动装配线的自动化精度不高，装配速度和生产效率亦较低，所以自动装配技术在我国有很大的开发和应用潜力，装配自动化将成为生产过程全盘自动化的下一个战略目标。
1.2.2实现装配自动化的途径
（1）借鉴先进技术加大开发力度
研究和开发自动装配技术与柔性装配技术，大幅度提高装配质量和装配效率，是制造业的一项重要任务。
首先，在产品设计阶段充分考虑装配自动化问题是非常重要的，因为自动装配系统的最大柔性主要来自被制造零件族的合理设计。
工业发达国家已经广泛推行便于装配的设计准则（designforassembly）,其主要包含两个方面重要内容：
一是尽量减少产品中的单个零件的数量；二是改善产品零件的结构工艺性。
基于该准则的计算机辅助产品设计软件也已开发成功。
目前，这些国家便于装配的产品结构在设计人员头脑中所占的地位已不亚于便于数控加工的产品结构。
实践证明，提高装配效率，降低装配成本，实现装配自动化方面所做的最大工作量首先应是改进产品设计，所需要解决的基本理论分析和实验研究的问题有：
1）研究自动装配产品结构的工艺性；
2）研究并设计自动装配的工艺过程；
3）设计制造自动装配设备或装配机器人；
从国外自动装配技术的发展过程来看，首先是在大批量生产的企业里，从小型简单的装配机械化开始，逐渐发展到能实现自动装配的装配机和连续自动装配的装配线，后来发展到对大型产品的自动装配，最早阶段研制的装配系统都具有一定的专用性。
柔性装配是自动装配技术发展方向，采用柔性装配不仅可以提高生产率，降低成本，保证产品质量一致性，更重要的是能提高适应多品种小批量的产品应变能力。
当前，对我们较突出的问题是该技术的设备投资比较高，并缺乏这方面的技术人才。
（2）尽快实现自动装配设备与FAS的国产化
我国已经建立了装配机器人研究中心，并取得了很大的进展。
我们应该根据我过国情加大开发自动装配技术的力度，在引进外来技术的基础上实现自动装配设备的国产化，逐步形成系列型谱并使其模块化，通用化。
同时，要组成一只专业科技队伍，专门从事自动装配技术的开发研制，用高技术起点的自动化设备来装备企业，以改变装配技术落后的局面。
有些产品不适应自动装配的原因，并不在于自动装配技术本身，而是由于产品结构设计的不合理。
对于自动装配，产品结构工艺性具有特殊意义。
因为在许多情况下，产品结构工艺性不仅决定了自动装配的有效程度，而且也决定了自动装配的可行性和经济上的合理性。
在不影响使用性能和制造成本的前提下，产品结构的合理改进，往往可以极大地降低自动装配的难度和成本。
今后，我们在新产品的研制开发中，也必须贯彻执行装配自动化的设计准则。
不断提高便于自动装配的产品结构在设计人员头脑中的地位，把产品设计和自动装配的理论与实践协调一致作为新产品的设计方法。
否则，在不同的范围和时间内很容易导致失败。
即使采用各种装配机器人和先进的控制设备，也不能补偿装配过程的低效率。
自动装配过程必须保证系统的可靠性，导致不成功的另一个原因往往取决于组成FAS的各种元件和子系统的有限寿命，因而，研制阶段必须进行充分的工艺试验，对易停工的部位设置多余度系统，使装配过程自动化形式和范围更趋合理。
1.3自动装配结构工艺性的意义
任何产品的研制都是从该产品的功能为特点入手的，而每种产品的设计与装配工艺都有特殊的内在联系。
所以必须把自动装配工艺要求作为产品设计的重要指标，从装配工艺反向要求设计产品，这是产品获得成功的诀窍。
在自动装配条件下，零件的结构工艺性应从以下两个方面考虑。
1.3.1利于零件自动传递
装配基础件和辅助装配基础件的自动传送，是指装配工位之间的传送。
其具体要求如下：
（1）为使易于实现自动传送，零件除具有装配基准面以外，还需要考虑装夹基准面，供传送装置的装夹或支承；
（2）零部件的结构应带有加工的面和孔，加工传送中定位；
（3）零件外形应简单，规则，尺寸小，重量轻。
1.3.2利于自动装配作业
（1）零件的尺寸公差及表面及格特征应保证按完全互换的方法进行装配；
（2）零件数量尽可能少，用现代制造技术，可加工更复杂的零件，从而可减少装配件数量。
同时应减少紧固件的数量。
（3）尽量采用适应自动装配条件的联接方式，如减少螺纹联接用粘接，过盈联接，焊接等联接方式代替；
（4）零件上尽可能采用定位凸缘，以减少自动装配中的测量工作，如将过盈配合的光轴用阶梯轴代替等；
（5）基础件设计应留有适应自动装配的操作位置，必须留有足够的自由空间；
（6）零件的材料若为易碎材料，宜用塑料代替；
（7）零件装配表面增加辅助面，使其容易定位；
（8）最大限度地采用标准件不仅可以减少机械加工，而且可以加大装配工艺的重复性；
（9）避免使用易缠住或易套在一起的零件结构，不得已时，应设计可靠的定向隔离装置；
（10）产品的结构应能以最简单的运动把零件安装到基准零件上去，最合理的结构是能使零件按同一个方向安装到基础件上去，因而在装配时没有必要改变基础件的方向，装配方向宜采用垂线方向，尽量减少横向装配；
（11）如果装配时配合的表面不能成功地用作基准，则在这些表面的相对位置必须给出公差，且在此公差条件下基准误差对配合表面的位置影响最小。
综上所述，装配自动化包括零件自动传送和自动装配两个方面内容，两者是紧密联系的。
为获得较好的技术经济效果，首先要确定合理的目标，经济上可行，技术上先进。
在此基础上，根据零件的结构工艺性，合理地确定供料，传递和装配作业的自动化程度。
1.4自动装配工艺设计的一般要求
自动装配工艺要比人工装配工艺设计复杂得多，例如，几何形状复杂的装配件的定向问题，凭借人工操作很容易解决，可是在自动装配中可能成为难以解决的问题。
又如，按照已装入件的配合间隙，通过手工测量，修配或选择响应厚度的垫片装入，即能符合装配要求，这是传统的人工装配工艺的方法。
在自动装配中，就需要配备自动检测装置和储料器，根据自动检测结果，驱动执行机构，从储存不同厚度的各种垫片中取出厚度合适的垫片再进行自动装入。
由以上列举的情况可知，自动装配的工艺设计要比人工装配的工艺设计复杂得多。
为使自动装配工艺设计先进可靠，经济合理，在设计中应注意如下几个问题。
1.4.1自动装配工艺的节拍
自动装配设备中，多工位刚性传动系统多采用同步方式，故有多个装配工位同时进行装配作业。
为使各工位工作协调，并提高装配工位和生产场地的效率，必然要求各工位同时开始和同时结束。
因此，要求装配工作节拍同步。
对装配工作周期较长的工序，可分散几个装配工位，这样可以平衡各个装配工位上的工作时间，使各个装配工位的工作节拍相等，而对非同步装配系统则无严格要求。
1.4.2避免或减少装配基础件的位置变动
自动装配过程是将装配件按规定顺序和方向装到装配基础件上。
通常，装配基础件需要在传送装置上自动传送，并要求在每个装配工位上准确定位。
因此，应尽量减少装配基础件在自动装配过程中的位置变动，如翻身，转位，升降等动作尽量最少，以避免重新定位。
由此要求合理设计自动装配工艺，减少装配基础件的位置变动。
1.4.3装配零件的自动定向
对于形状比较规则的多数装配件可以实现自动供料和自动定向，还有少数关键件和复杂件往往不能实现自动供料和自动定向，并且往往成为自动装配失败的一个原因。
对于自动定向十分困难的关键件和复杂件，为不使自动定向机构过分复杂，及防止动作失误，则宜采用手工定向或逐个装入，这样，在技术经济上可能更合理。
1.5选择装配对象及自动化装配过程的准备
1.5.1确定装配自动化的必要条件
决定装配过程自动化的主要因素是产品产量的大小，也就是年生产纲领。
这个生产纲领和产品的尺寸大小，复杂性（其中包括零件在产品中的数量）以及装配过程的特性有关。
分析工作者的自动装配设备的例子表明,按表1-1所列的生产纲领采用装配过程自动化是合适的。
自动装配设备的利用系数是0.8。
表1-1自动装配时的最低生产纲领
零件最大尺寸（MM）
最大循环时间（S）
生产纲领（千个/年）
1到100
7
800
100---300
18
320
大于300
30
200
任何产品或者装配单元的装配过程自动化可以从最简单工序的自动化开始.但是，应对自动化装配合理性进行技术经济比较,因为在简单的工序中装配工人的劳动生产率往往相当高，致使自动化设备都不具备竞争力。
尤其在装配过程中对简单工序建立专用自动机，其设计及制造成本大大高于由于节省人工而取得的节约时，这种情况尤为明显。
为减少设计和制造自动装配设备的成本可利用组装原则，这时自动装配设备是由通用的组合部件组装的。
这些组合部件是在专门企业成批生产的。
采用通用的组合部件组装自动装配设备具有一定的经济效益，产品结构改变时可对自动装配设备进行重新调整;或者利用组合部件重新组装成装配设备对其他产品进行装配，甚至用于个别装配工序的机械化。
1.5.2装配单元作为装配对象
现代的机器制造业，仪器制造业，电器工业，无线电电子工业及其他部门用装配方法得到的产品是由许多零件组成的.简单产品包括3~4个零件,复杂产品则为几千甚至几万个零件。
当零件数量不多时（例如少于10件）自动化装配可以用不复杂的自动装配设备来实现。
当零件数量非常多时，制造自动装配设备对产品进行全自动装配围被证明有效，这是由于这种设备非常复杂和笨重的缘故。
此外，如后面所述这种自动装配设备的可靠性不高。
大多数复杂产品是有部件（装配单元）组成.装配单元可单独的得到，然后进入总装配。
因此在进行装配过程自动化时，推荐制造的自动装配设备可对装配单元进行装配,再把预先得到的装配单元进行总装配。
总装配多半是用手工进行的，因为结构复杂的产品最终实现自动装配的可能性很少。
1.5.3实现装配自动化的目的
为了使装配不再是生产中的薄弱环节,装配过程自动化应保证具有其他生产过程自动化所达到的一切优点。
装配过程自动化主要效果是提高劳动生产率，它依靠许多自动机代替装配工人手工劳动实现的，在生产过程中有许多环节可用比手工劳动有更高速度的自动化设备来完成.在装配工作自动化的情况下，若产品质量不变,则工人数量可以减少。
实际上这意味着用少量调整工人代替装配工人工作，每一个调整工人服务于一定数量的自动装配设备的工作工位或单元。
在许多情况下，装配自动化所占的生产面积比装配工人手工完成同样产品同样产量的工作面积要小。
尤其在仪器制造业,，零件尺寸及由其组成的部件都很小的情况下更是如此。
自动化装配可以增加单位生产面积的产量。
自动化装配能改善产品质量。
自动化装配设备工作时没有因工人疲劳，疏忽，技术不熟练等原因而产生的装配误差。
通过计算表明，当与手工装配保持同一水平，自动化装配的成本稍有下降，或者当成本一样时，自动化装配能获得更稳定的产品质量。
现代化生产对某些装配过程提出特殊的要求，这些要求只有在自动化情况下才能达到。
例如在真空条件下装配,对零件表面粗糙度要求低，手直接工作是不可能的或者是比较差的工作场合。
1.5.4实现自动化装配要解决的基本问题
当制造自动装配设备时,需要研究下列相互联系的主要问题:
（1）自动化装配的产品结构工艺性;
（2）研究和设计自动化装配工艺过程;
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