立式自动吹丝系统设计说明书.docx

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立式自动吹丝系统设计说明书

项目名称：

立式自动吹丝系统

班级：

机械设计制造及其自动化1班

姓名：

学号：

一、前言1

二、总体设计方案2

1、自动化制造系统种类2

2、全自动攻丝机总体结构2

3、主要工作原理2

4、零件族的选择2

5、主要技术指标和相关重要参数3

三、动力系统3

1、步进电机3

2、Y系列三相异步电动机3

四、执行系统4

1、攻丝原理4

2、SCARA机器人5

五、制动系统5

六、传动系统6

七、辅助系统6

1、上料装置6

3、冷却7

4、夹具7

5、冷却液回流和过滤废屑装置8

八、测控系统9

九、总结10

十、参考文献11

一、前言

据我国自动化行业现状分析，工业自动控制系统装置制造，指用于工业产品制造或加工过程中，连续自动测量、控制材料或产品的温度、压力、粘度等变量的工业控制用计算机系统、仪表和装置的制造。

现对2016年我国自动化行业概况及现状分析。

工业自动控制系统装置是先进制造业、国家重大装备制造业发展战略的核心内容之一。

目前，中国的工业自动化市场主体主要由软硬件制造商、系统集成商、产品分销商等组成。

在软硬件产品领域，目前中高端市场几乎全部由国外著名品牌产品垄断，并将在近年仍维持此种局面;在系统集成领域，跨国公司占据制造业的高端，具有深厚行业背景的公司在相关行业系统集成业务中占据主动，具有丰富应用经验的系统集成公司充满竞争力;在产品分销领域，大型跨国公司的重要分销商是行业内的领先者，主要有上海海得控制系统股份有限公司、福大自动化科技有限公司、汕头众业达电器有限公司等。

在工业自动化市场，供应和需求之间存在错位。

客户需要的是完整的能满足自身制造工艺的电气控制系统，而供应商提供的是各种标准化器件产品。

行业不同，电气控制的差异非常大，甚至同一行业客户因各自工艺的不同导致需求也有很大差异。

这种供需之间的矛盾为工业自动化行业创造了发展空间。

对于工件的内孔，一些实现自动操作的自动攻丝设备，逐渐进入市场并广泛被用户接受。

为响应国家提出的节能减排政策，针对普通或旧攻丝机的数控化改制或提升的机床再制造技术亦存在广阔的推广应用前景。

改制或提升后的自动上、下料攻丝机应向节能、数控化和环境友好方向发展，以期达到降低成本、减小污染和节约能源的目的。

针对五金标准件以及非标准小零件的内孔加工，基于普通钻攻机改制而开发了一种全自动攻丝机，该全自动攻丝机具备零件的自动送料、攻丝和落料等功能，可实现全自动无人化内孔攻丝作业，具有节拍迅速、精度高、稳定性好、自动化程度高、适用性广、环境友好和成本及能耗低等特性。

二、总体设计方案

1、自动化制造系统种类

本方案自动化制造系统为刚性自动化单机。

刚性自动化单机是在刚性半自动化单机的基础上增加自动上下料装置而形成的。

因此这种机床实现的也是单个工艺过程的全部加工循环。

这种机床往往需要定做或在刚性半自动化单机的基础上改装，常用于品种变化很小，但生产批量特别大的场合。

主要特点是投资少、见效快，但通用性差，是大量生产最常见的加工装备。

2、全自动攻丝机总体结构

3、主要工作原理

全自动攻丝机主要由料斗，震动装置，上料道，传送装置，转动装置，攻丝机，下料装置，冷却液回流和过滤废屑的装置等组成，其主要运行原理如下：

震动装置将料斗中需要攻内孔的工件依次送进下料道，再经传送带运到转动盘，由转动盘转到攻丝机的位置，然后边攻丝边用冷却液冲洗，攻丝完成之后，由转动盘转动运输到下料装置，并且攻丝机恢复，等待下一次的攻丝。

4、零件族的选择

在对自动化制造系统进行设计时，面对的是一大批形状各异的零件，但并不是所有的零件都适合采用自动化制造系统加工，因此需要确定进线零件，即零件族的选择。

本方案的自动化制造系统为刚性自动化单机。

加工零件单一，加工工件为棒料工件。

5、主要技术指标和相关重要参数

生产技术节拍：

2分钟/件；

工件直径：

30mm；

工件高度：

60mm；

加工孔直径：

12mm；

攻丝深度：

15mm，且采用竖向攻丝的方式。

三、动力系统

动力系统需为操作部件提供动力源，如转动盘转动，传送带运输等，动力装置为步进电机和三相异步电动机。

1、步进电机

步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。

步进电机的最大特点是其“数字性”,对于微电脑发过来的每一个脉冲信号,步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度（简称一步）。

如接收到一串脉冲步进电机将连续运转一段相应距离。

同时您可通过控制脉冲频率,直接对电机转速进行控制。

由于步进电机工作原理易学易用,成本低（相对于伺服）、电机和驱动器不易损坏,非常适合于微电脑和单片机控制,因此近年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的应用。

本方案采用步进电机对转动盘进行控制，由于未对此进行进一步设计，该步进电机日后进行进一步选择。

2、Y系列三相异步电动机

Y系列电动机（摘自JB/T8680.1—1998）为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,是按照国际电工委员会（IEC）标准设计的,具有国际互换性的特点。

用于空气中不含易燃、易炸或腐蚀性气体的场所。

适用于电源电压为380V无特殊要求的机械上,如机床、泵、风机、运输机、搅拌机、农业机械等。

也用于某些需要高起动转矩的机器上,如压缩机。

本方案选用Y100L2-4型号电动机，其参数如下：

电动机型号

额定功率/kW

满载转速/（r/min）

最大转矩/额定转矩

Y100L2-4

3

1420

2.2

四、执行系统

执行系统为完成攻丝这一功能所需的执行机构和部件，包括SCARA机器人，攻丝靠模装置，机床专用夹具等。

1、攻丝原理

当工件装夹完毕后，攻丝装置开始快速进给，接进工件时，慢进，然后碰到死挡板停止进给，启动攻丝机构，开始攻丝，待攻丝完毕后，丝锥反转退出，紧接着攻丝装置快速退回到原始位置，完成一个加工循环。

攻丝装置采用SCARA机器人，SCARA机器人的运动轨迹为圆柱型,相对运动轨迹成球型的六轴机器人而言,它更加适应那些需要往返运动的工作环境。

并且，新一代的SCARA机器人,不仅整合了智能技术,更换了流线型部件，而且它能够移动的有效载荷更大，电缆更简介，空间更节省。

2、SCARA机器人

SCARA机器人包括大臂、小臂、手腕、手爪和底座等部分，它们相互协作配合，从而很好的完成机器人的运动，关节决定了两个相邻的连杆副之间的连接关系，即可成为运动副。

有两类运动副：

一种叫高副，一种叫低副。

当连杆之间发生相对运动的时候，假如是面的接触，则称为低运动副机构；假如是线接触或者是点接触，则称为高运动副机构。

SCARA机器人的优点：

1、重量轻、刚性好、惯性小。

2、精确传动轴系，由伺服电机直接驱动实现无间隙、无空回、少摩擦、少磨损，提高刚性、精度、可靠性，各轴承采用预紧措施以保证传动精度和稳定性。

3、传动平稳、精度高、结构紧凑且效率高的传动机构。

五、制动系统

攻丝停止时起制动作用，由转盘进行制动。

六、传动系统

传动系统是连接动力系统和执行系统所需的中心环节，主要有带传动。

传送装置主要由皮带轮组成。

首先由电机带动一级皮带轮，再由带动传送带转动，进行零件传输，并在传送带的两侧加建防护栏，以免工件在传送过程中滑出传送带，造成紊乱。

七、辅助系统

1、上料装置

本方案工件属于棒料，故采用料斗式上料装置。

料斗式上料装置是自动化的上料装置，工人将单个工件成批地任意倒进料斗后，料斗中的定向机构能将杂乱堆放的工件进行自动定向，使之按规定的方位整齐排列，并按一定的生产节拍把工件送到机床夹具中去。

本方案的上料过程为：

人工将工件放到料斗中，大量的工件在料斗中经过震动装置，工件经过震动后，将依次以水平方向来到上料道，在经过变向处时，工件由水平方向会转为垂直方向，且由于变向处有一定的斜度，工件会因自重滑落到传送带中。

2、下料装置

当攻丝完成后，会进行下料的工序，工件通过转盘转动来到下料道，会由于自身惯性进入下料道，掉落到卸料车中，等待装满运到下一个工序。

3、冷却

使用自来水。

自来水冷却功能良好，价格便宜，性价比高。

4、夹具

辅助夹具：

当工件从传送带来到转动盘时，工件将会依次进入转动盘的凹槽中，经过转动来到夹具装置中进行夹紧固定，随后由攻丝装置进行攻丝，且攻丝时，将用冷却液进行冷却和冲走切屑，冷却液经过转动盘中的沟槽回流到冷却液槽中，在冷却液槽中经过过滤，循环使用。

切屑则在攻丝处掉到地上，人工进行扫除。

定位夹具：

采用定时夹持，周期为转盘转动60°时的时间，这样可以保持加持与加工的统一性。

当工件转到攻丝的正确位置时，夹具进行夹紧，以免工件的松动造成攻丝误差，可以减少不良品。

5、冷却液回流和过滤废屑装置

经过切削区工作后的切削液，将其中携带的切屑、杂质等进行分离，使再次供给切削区的切削液保持必要的清洁度。

本方案的冷却液回流和过滤废屑装置采用经久耐用、可循环使用的钢丝过滤器。

过滤后的切削液通过管道再进入加工区从而可循环使用。

八、测控系统

工件在攻丝前要经过检测系统，检测系统主要由传感器组成，离开上料道后进入传送带，运输到传感器处时，传感器将对工件进行检测，合格品将运到转动盘中等待攻丝，不合格品则剔除到不合格箱中，重新加工或者废弃。

备注：

传感器的检测具有分拣功能，其原理是当工件到达位置1时，工件具有一定的高度，将激光器发出的光遮挡住，光电检测开关没有接收光信号，此时开光发生了电平的跳转，通过输入接口被与计算机连接的运动控制卡检测到并反馈给计算机，计算机获取信号后，通过运动控制卡控制直流电机停机，此时工件停留在位置1，计算机控制频闪环形光源打光，工件的外圆轮廓通过Navitar远心镜头成像在高像素的CCD上面，经相关的图像采集系统对目标物体成像，然后将图像信息送到计算机平台，由专门开发设计的图像测量软件进行分析处理，得到被测物体的实际直径，最后利用检测零件标准公差信息，对零件的品质进行判断。

九、总结

本方案基于普通钻攻机改制而开发了一种专为五金标准件以及非标准零件内孔加工用的全自动攻丝机，采用振动盘、一维推进器和攻丝判断装置进行自动送料和攻丝。

整个动作控制主要有scara机器人控制，并采用变频器作为攻丝主电动机的调速器，能实现全自动无人化攻丝作业。

全自动攻丝机系统简单、能耗低、性能可靠，相对手工操作大大提高了生产效率，该设备适合于汽车、摩托车等领域内各种机械零/配件攻丝工序的批量加工，既可单独使用，又可嵌入自动化生产线中实现流水作业。

经过这次的自动化制造系统方案设计，本小组成员对这项设计工作都有了进一步的了解。

这一次的大作业对于老师来说是对同学们这一期关于《自动化制造系统》这门课的学习的一次重要考察，对于我们来说则是对我们大学三年的学习进行一次较为系统的总结。

在设计过程中，我们对原来学过的知识又进行了一次较为系统的学习，巩固的原有知识，更加深了对原有知识的了解，比如说单片机、机械原理、机械设计、机械制造及一些计算机辅助设计（AUTOCAD、SOLIDWORKS）等。

以前我们所学的知识主要是以课本为基础，结合实际中的简单应用，这次设计就是把所学知识应用到了较为复杂的设计制造中来，立足于生产实际。

在设计过程中，从分工到设计再到总结，我们遇到了很多困难，可是我们从不放弃，尽自己最大的努力解决，自己解决不了的问题就去请教同学、查找资料，这都给了我们很大帮助，使我们深刻了解合作的重要性。

在设计的最后阶段就是设计说明书的编写，通过编写设计说明书把原来设计过程中凌乱的思路整理起来。

在这个过程中也发现了设计中的许多不足，但也无法短时间内弥补，在往后的设计要注意边设计边修改的原则。

总体而言本小组成员都获益良多。

十、参考文献

［1］谢光辉，金敉娜，谢金志，等．一种全自动攻丝ZL201320158481．X［P］．2013．

[2]韩建海，工业机器人，武汉，华中科技大学出版社，2010.8

[3]辛宗生，魏国丰，自动化制造系统，北京大学出版社，2012.8

[4]汪建晓，王为，机械设计第三版，华中科技大学出版社，2017.3