板料冲压数控送料机结构设计本科生毕业设计论文.docx

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板料冲压数控送料机结构设计本科生毕业设计论文

编号

本科生毕业设计（论文）

题目:

板料冲压数控送料机结构设计

机械工程学院机械工程及其自动化专业

二〇一三年六月

摘要

本文介绍了一种应用于板料冲压数控送料机的结构设计。

从生产线实际出发，根据具体的工作环境要求和功能需求设计出了一种自动送料机。

首先，根据其工作要求拟定板料上料结构方案，以完成上料基本功能。

分析冲床冲压功能要求，确定工作台自由度，进而确定工作台设计方案。

根据总体设计方案，将设计分为板料上料机构、工作台的传动结构倆个模块。

在每个模块内部，采用自上而下的设计方法，从动力机构到传动机构，再到最终执行结构，逐步完成每个模块具体零件的详细设计，以及重要零件的计算和校核。

矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

然后，利用solidworks完成每个模块主要零部件的三维建模，再将每个模块的零件进行部件装配，最后完成总体装配设计。

根据总装图来检验结构设计是否合理，然后不断改进，进而不断优化设计，达到预期目的。

聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

关键词：

吸盘上料，皮带轮送料，XY轴工作台平动

ABSTRACT

ThispaperintroducesausedsheetmetalCNCFeederstructuraldesign.Actualdeparturefromtheproductionline,accordingtothespecificrequirementsandfunctionalrequirementsoftheworkenvironmentdesignedasecondtimemanipulator.First,inaccordancewithitsintendedjobrequirementsonthematerialstructureoftheprogramsheettocompletefeedingbasicfunctions.Stampabilityfunctionalrequirementsanalysistodeterminethedegreeoffreedominthetable,andthendeterminetheworkbenchdesign.Accordingtotheoveralldesign,thedesignisdividedintosheetfeedingmechanism,thetablestructureoftwotransmissionmodules.Withineachmodule,usingatop-downdesignapproach,fromtheoriginalmechanismtodrivemechanism,tofinalimplementationstructures,thegradualcompletionofeachmoduledetaileddesignofspecificparts,aswellasimportantpartsofthecalculationandverification.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

  Then,themaincomponentsofeachmodulesolidworkscompletethree-dimensionalmodeling,andtheneachmodulepartsforpartsassembly,andfinallycompletedtheoverallassemblydesign.Accordingassemblydiagramtoteststructuraldesignisreasonable,thencontinuetoimprove,andthencontinuetooptimizethedesigntoachievethedesiredpurpose.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

Keywords:

Suckerfeeding,feedingpulley,XYaxistabletranslational彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

第1章绪论

1.1课题的来源

随着生活水平提高，科技突飞猛进.机械行业迅速发展，机械数控冲床数量剧增。

同时，人工成本越来越高，企业为追求高效益，低成本。

所以冲压装备自动化越来越被人们关注。

其中，板料的进给由于冲压坯料的多样性，目前很难进行标准化和自动化，尤其对于大尺寸的平板材料。

本课题主要解决大尺寸平板材料的数控送料，以替代人工送料，实现大尺寸平板材料冲压送料的自动化。

课题来源于企业生产实际。

陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。

1.2课题的意义

迄今，一些科学技术发达的国家，在食品、医药、轻工、化工、纺织、电子、仪表和兵器等工业部门，已经程度不同地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大基本环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程，有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装产品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。

实现生产的机械化和自动化，尤其是实现具有高度灵活性的自动生产线，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以获得巨大的经济效益。

由此可见，实现生产机械化和建立现代生产工业，乃是关系到国家长远规划的一件大事，也是搞好社会主义四个现代化的一项重要内容。

而冲压装备自动化程度的高低直接影响企业的生成效率、产品精度的保证以及企业运行成本。

节省人工检测成本，提高生产线的自动化程度。

同时能提高整个行业的水平并带动科学技术的进步。

沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。

1.3课题的研究内容

本课题主要研究数控冲床送料机的结构设计，其主要涉及送料机的机械传动装置、元件的导向机构、机构的支撑系统、应用电伺服驱动、执行元件的气动驱动等装置。

同时还要从系统总体技术的角度，将检测元件、控制元件等集成到系统中来，是典型机电技术的运用。

该机构要实现的主要功能为：

被冲板料自动上料，自动定位输送、自动传送。

其主要特点在于：

上料速度快且板料不变形、检测定位输送无振动，高速传送，运动平稳，精度高等。

其运动路线、速度以及结构合理性要求较高，尤其是对结构合理性具有特殊要求。

钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。

课题研究的技术有以下几方面：

1.研究高速平稳的上料方式和结构

2.机床工作台的设计研究

3.定位传送平稳的研究

1.4行业发展趋势

1）国内发展状况

我国自动送料机工业历史短，总体技术水平和生产能力较低，但近年来在国内巨大包装市场的促进下，并受国外先进技术的影响，发展速度很快，局部技术水平有了明显提高。

该工业已经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业。

懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。

根据我国国情，自动送料机工业发展的趋势是：

（1）引进、消化、吸收国外先进技术，建立一批自动送料机骨干企业，包括个别中外合资企业，从而可满足大型包装生产线以及高精度、高自动化程度的单机或机组生产的需要，进而可加快自动送料机国产化的速度；謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。

（2）大多数企业要重点发展中、小型自动送料机。

我国大多数企业技术水平不高，生产能力较低，生产以单机为主的中、小型自动送料机比较适宜，但要在此基础上不断提高制造精度、自动化程度和配套能力；呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。

（3）在自动送料机生产中，大量引入高新技术，研制组合式、模块式等先进结构，使自动送料机产品设计先进、使用可靠，使其性能指标、工艺水平、“三化”水平高，向机电结合、主辅机结合、成套联线方向发展；莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。

（4）以满足重点商品的包装为出发点，发展自动送料机新品种。

重点开发的自动送料机设备及其研究方向为：

灌装设备、贴标设备、袋成型－充填－封口机、折叠式裹包设备、真空换气包装设备、热缩包装机和拉伸包装设备、无菌包装设备。

麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。

国外发展状况

经过50多年的发展，国外自动送料机工业已经形成了独立完整的体系，成为机械制造的一个重要分支。

首先，国外自动送料机产量稳定增长。

由于消费结构和销售形式的变化，加之国际贸易的发展，对自动送料机的需求日益增加，因此国外自动送料机的产量逐年增长；其次自动送料机产品门类齐全，品种繁多。

自动送料机的品种不断增加，据统计国外自动送料机品种已达140余种，并已形成系列产品，近年还出现了一大批高度技术密集型的包装生产线；最后，自动送料机生产自成体系，并向专业化生产方向发展。

納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。

国外自动送料机工业的发展趋势是：

（1）重点发展食品自动送料机；

（2）在系统优化设计的基础上，包装单机向高速化方向发展；

（3）在包装机上广泛应用电子计算机；

（4）一方面为满足现代商品包装多样化的需求，发展适应多品种、小批量的通用包装技术及设备；同时又紧跟当代高新技术的发展步伐，不断研究和开发现代的先进包装技术，发展应用高新技术的现代化专用型自动送料机；風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。

（5）包装生产线向柔性自动化和“无人化”过渡；

（6））自动送料机企业向专业化和大型化发展，形成若干垄断性生产基地，以低廉的投入换取高额的利润，实现企业快速发展灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。

1.5国内外研究概况

国家的繁荣是以其先进机器作为辅助，机床包括床身、立柱、工作台、进给机构等机械部件。

工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。

从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的XY工作台，到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。

为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，工作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液压驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环境，节约了资源。

我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。

国内出现一大批企业进行自主研制，走在世界前沿。

如扬州锻压机床集团，青岛大东自动化科技有限公司，苏州青林自动化设备有限公司。

铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。

我国自动送料机工业历史短，总体技术水平和生产能力较低，但近年来在国内巨大包装市场的促进下，并受国外先进技术的影响，发展速度很快，局部技术水平有了明显提高。

该工业已经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业。

攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。

国外经过50多年的发展，国外自动送料机工业已经形成了独立完整的体系，成为机械制造的一个重要分支。

首先，国外自动送料机产量稳定增长。

由于消费结构和销售形式的变化，加之国际贸易的发展，对自动送料机的需求日益增加，因此国外自动送料机的产量逐年增长；其次自动送料机产品门类齐全，品种繁多。

自动送料机的品种不断增加，据统计国外自动送料机品种已达140余种，并已形成系列产品，近年还出现了一大批高度技术密集型的包装生产线；最后，自动送料机生产自成体系，并向专业化生产方向发展。

趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。

1.6论文结构安排

本论文的主要内容及结构安排如下：

第1章绪论本章简要说明课题的来源及意义，指出课题要研究的内容，并介绍与本课题相关的国内外研究技术现状以及行业发展趋势，最后阐述了论文的结构安排。

夹覡闾辁駁档驀迁锬減。

第2章总体方案的设计本章阐述了本课题的研究方案，简要说明了数控冲床送料机的总体方案以及各部分的方案的设计，并对几个方案作出比较，选出最终的方案，同时，介绍了本课题的主要技术指标。

视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。

第3章上料装置结构设计本章详细的介绍了上料装置的结构设计，介绍了一些关键元器件的计算及选择过程，从不断改进的各个方案来阐述本装置的设计过程，并对关键零件进行校验和计算。

偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。

第4章传动定位装置结构设计本章详细的介绍了传动定位装置的结构设计，根据所需要达到的速度要求来确定最终的传动方案以及相关结构，并对一些关键零部件进行校验和计算。

緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。

第5章结论与展望对本次设计所使用的技术进行了总结，对现在的结构的不足进行了分析。

对此类设备的发展进行了展望，并提出了以后主要的发展方向。

騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。

第2章总体方案的设计

2.1研究方案

1）查阅资料，了解数控冲床送料机所涉及的传动、导向、支承等机械结构。

2）先进行总体方案设计，然后与老师讨论方案并进行验证，对方案加以修改和完善。

3）进行计算机建模，画出三维图和二维图。

配图，工程图等。

经过不断调试，不断改进达到预期成果。

4）利用软件模拟仿真，完成部分结构的加工，安装，调试。

2.2总体结构设计

数控冲压送料机主要用于平板材料的冲压时自动送料。

总体动作流程如图2-1所示，首先根据板料位置关系，设计自动上料装置：

上料装置由两部分组成，一是由真空吸盘抓取板料，二是由另一个单轴导轨电机带动真空吸盘吸取板料到机床工作台上；上料部分结束。

板料到工作台上进行板料夹紧，保证板料冲压时固定；然后根据冲压需求进行工作台X轴Y轴方向点的传动。

一个流程结束。

疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。

抓取板料

开始

上料

工作台传动

板料夹紧

定位传送

结束

冲压

图2-1总体结构设计

2.3上料装置结构设计

自动上料装置可以分成两个部分：

第一步是进行板料抓取，由真空吸盘完成；第二部，进行板料传送，采用直线导轨传动。

上料装置简图如图2-2所示。

镞锊过润启婭澗骆讕瀘。

图2-2上料装置结构

2.4定位传动装置结构设计

定位传动装置在送料机中是非常重要的结构，因为主要的冲压环节就在定位传送这个过程中来实现的。

因此，传动过程中必须保证板料固定，且为了节约板料而工作台进行XY轴方向传动。

榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。

定位传送装置主要就是把板料进行夹紧，然后工作台配合冲压机床进行xy方向传动。

简化装置如图2-3所示

图2-3机床工作台简图

2.5主要技术指标

（1）冲压板料尺寸：

铁板800mm*1000mm

（2）厚度：

1mm

（3）冲床冲次：

30次/每分钟

（4）检测过程对板料表面无损伤，无变形，检测定位输送无振动等。

（5）冲压形状：

400mm圆筒盖

第3章上料装置结构设计及其校核

自动上料装置要求实现快速上料功能。

在上料的过程中，动作要求快速精准，尽量缩短时间，以配合机床工作台的定位输送动作。

上料装置主要分为两部分：

由真空吸盘抓取板料，电动滑台进行板料传送。

邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。

3.1吸盘的设计及选择

3.1.1概述

真空吸盘是用真空产生的负压吸紧工件的执行器件，它能吸运玻璃、钢板、塑料、木材等材质的工件，且因为具有清洁、平稳、可靠、方便、效率高以及对工件表面无损害等优点，在各个领域的物品取放工序上得到广泛的应用。

真空吸盘的工作原理（如图3-4所示）：

首先将真空吸盘通过接管与真空设备（如真空发生器等）接通，然后与待抓取物如玻璃、纸张等接触，起动真空设备抽吸，使吸盘内产生负气压，从而将待抓取物吸牢，即可开始搬送待抓取物。

当待抓取物搬送到目的地时，平稳地充气进真空吸盘内，使真空吸盘内由负气压变成零气压或稍为正的气压，真空吸盘就脱离待提升物，从而完成了提升搬送重物的任务。

如图3-2为SMC部分真空吸盘。

嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。

图3-1真空吸盘吸附原理图

随着气动技术的不断提高和完善，真空吸盘已经演变为真空机械手了，它是机-气一体化应用的典范，在各个方面发挥着自己的优越性：

可以输送不易手工握持的工件、容易变形的工件；可以对磨削、抛光、喷漆等过程中的工件给以夹持；可以通过改变吸盘的配置系统和吸盘的形状、材质，来实现对不同重量、不同材料、不同质量表面的工件的拾取和移动。

该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。

现如今，真空吸盘种类繁多，样式多样。

经多方查询，未找到合适的国产吸盘，国内一些厂家生产的吸盘只能用于吸附纸张、塑料薄膜等轻软物品，故选用SMC公司的真空吸盘，该公司拥有多种类型的真空吸盘，再和各种材料组合成上千种的真空吸盘，其直径范围可达1-630mm。

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3.1.2真空吸盘的特点

1）易损耗。

由于它一般用橡胶制造，直接接触物体，磨损严重，所以损耗很快。

2）易使用。

不管被吸物体是什么材料做的，只要能密封，不漏气，均能使用。

电磁吸盘就不行，它只能用在钢材上，其他材料的板材或者物体是不能吸的。

臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。

3）无污染。

真空吸盘特别环保，不会污染环境，没有光、热，电磁等产生。

4）不伤工件。

真空吸盘由于是橡胶材料所造，吸取或者放下工件不会对工件造成任何损伤。

而挂钩式吊具和钢缆式吊具就不行。

在一些行业（如PCB板相关行业），对工件表面的要求特别严格，他们只能用真空吸盘。

鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。

3.1.3真空吸盘的分类

真空吸盘分为无动力和有动力两类：

无动力真空吸盘又称自吸式真空吸盘，它由吊钩带动活塞杆抽真空，结构简单且无噪声，但是一般只能吸附500kg的物件；有动力真空吸盘通过真空泵或真空发生器获得真空，结构复杂且有噪声，但由于其吸附力大可靠性高而被普遍使用。

穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。

有动力真空吸盘有平型、平型带肋型、深型、风琴型、长圆型和摆动型多种，如图3-5所示。

平型吸盘形状各异、材料种类众多，是最为普通的真空吸盘，用于工作表面是平面且不变形等的场合；平型带肋型吸盘用于工件易变形的场合和工件可靠脱离的场合；深型吸盘用于工作表面是曲面的场合；风琴型吸盘在接触工件时具有良好的缓冲性、吸附刚性好、吸力强，能吸附纸张、食品包装袋等柔软的制品；长圆型吸盘用于吸着面小的工件；摆动型吸盘用于吸着面不是水平的场合。

本设计中采用的上料吸盘装置需要有一定的缓冲性，且考虑到吸附力强、可靠性高等优点，采用风琴型真空吸盘。

隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。

图3-3几种常见的真空吸盘类型

3.1.4真空吸盘的材质

真空吸盘一般用的材质有NBR、硅橡胶、聚氨酯、氟素橡胶、EPR、导电NBR、导电硅橡胶等，如表3-1为真空吸盘常用材质特性。

浹繢腻叢着駕骠構砀湊。

NBR材质的真空吸盘一般用于硬壳纸、胶合板、铁板以及其他一般工件；硅橡胶材质的真空吸盘一般用于半导体元件、薄工件、金属成型制品和食品类；聚氨酯材质的真空吸盘常用于硬壳纸、胶合板铁板及其他一般工件；氟素橡胶材质的真空吸盘常用于药品类的吸取；导电硅橡胶材质的真空吸盘用于一般半导体（静电防止）；导电NBR材质的真空吸盘用于半导体（静电防止）。

鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。

表3-1常用材质特性

项目

材质

硬度HS（±5°）

耐热温度

耐磨性

NBR

50°

0～120

常规使用

硅橡胶

50°

30～25

不可使用

聚氨酯

50°

0～60

常规使用

氟素橡胶

50°

0～250

一定条件

EPR

50°

20～15

一定条件

导电硅橡胶

50°

10～20

不可使用

3.1.5真空吸盘的选择

根据设计要求，要求抓取的板料必须平稳、快速的收纳至机床上。

因此，必须保证真空具有足够的吸附力。

板料最大尺寸为1000mm*800mm*1mm，取密度p=7.9*10^3kg/m^3，故板料最大重量为：

惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。

（3-1）

该设备采用SMC的真空发生器，真空压力为-80kPa。

为保证抓取的平稳性，在机械手左右两侧对称安装2个丁晴橡胶真空吸盘，共计4个真空吸盘。

这样，每个真空吸盘最小吸附力大小为：

贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。

（3-2）

根据《液压气动技术手册》查得真空吸盘理论吸力的计算，公式如下

（3-3）嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。

式中：

W：

工件重量（N）；

P：

真空压力（kPa）；

S：

吸盘有效截面积（cm2）；

T：

安全系数水平吸取工件：

4以上；

垂直吸取工件：

8以上（如图3-4所示）；

根据设计要求，吸取方向既有水平吸取也有垂直吸取工件，故T选4；即：

故选择

的吸盘（

的吸盘的有效面积8.04cm2），满足设计要求。

最后，本设计选择的吸盘的相关参数为：

吸盘直径为

；吸盘类型为风琴型（B）；吸盘材料为丁晴橡胶（N）；缓冲形式为可回转型（J）；缓冲行程为50mm；快换接头（06）；安装连接方式为外螺纹M10*1（A10），故机械手执行机构中吸板所需要的真空吸盘选择SMC公司的ZPT10BNJ50-12-A10。

薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。

图3-4两种吸取方式示意图

3.2直线导轨的选择

直线导轨一般通过滚珠丝杠或者同步齿形带传动，以精密直线导轨作为导向机构，用以实现搬运，定位，移载，取放，检测等功能。

在自动化领域应用广泛。

直线导轨配合伺服电机或者步进电机，可以实现不同应用场合下的精确传动。

图3-5为HIWINIR系列直线导轨。

齡践砚语蜗铸转絹攤濼。

从传动结构上来看，目前的直线导轨主要有滚珠丝杠传动和同步齿形带传动，直线电机传动等方式。

目前从成本和使用范围来说，滚珠丝杠式和同步皮带式应用比较广泛。

由于结构原理不同，产品的性能和使用场合也有所差别。

绅薮疮颧訝标販繯轅赛。

图3-5HIWIN直线导轨

3.1.1滚珠丝杠导轨的特点

滚珠丝杠传动即由电机通过联轴器或同步带轮驱动滚珠丝杠转动，进而推动固定在直线导轨上的滑块前后移动。

滚珠丝杠具有定位精度高，摩擦力小，刚性高，负载能力强特点。

可是实现精准的定位。

速度方面，取决于电机的转速和丝杠导程的大小。

丝杠导程越大，相同的电机输出速度下单轴机械手滑块移动的速度也越大。

饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。

3.1.2同步齿形带导轨的特点

同步齿形带传动是由电机驱动同步带的主动轮转动，进而有皮带带动直线导轨上的滑块前后移动。

同步齿形带具有噪音低，移动速度快，成本较低等特点。

速度方面，一般可以实现比滚珠丝杠更高的速度。

同时没有临界速度的限制，在长行程传送方面具有更加的性价比。

烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。

3.1.3直线导轨的选型

由于我们所要用的时间间隔较短，同时要求的速度较快，故选择同步齿形带传动。

如图3-6同步带导轨。

图3-6同步齿形带导轨

3.3同步带概述

同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。

它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。

鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。

同步带传动（见图3-7）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。

撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。

图3-7同步带传统

同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。

它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。

转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。

同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达1:

10。

允许线速度可达50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。

传动效率高，一般可达98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。

因此，三轴联动机械手旋转机构传动方式采用同步带轮结构。

踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。

3.3.1同步带的特点

（1）、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；

（2）、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；

（3）、传动效率高，可达0.98，节能效果明显；

（4）、维护保养方便，不需润滑，维护费用低；

（5）、速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千