装配线自动钻铰孔一体机的研究与设计.docx

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1、摘要木文将结合生产车间的实际工况和加工经验，针对装配流水线自动钻较孔一体机的研究与设计方案.与设计单独的非标机床不同的是，本文更加专注于设备与流水线体的整体协同集成，探讨关于该设备的应用场景和设计理念，利用数字化软件So1.1.DWORKS进行整体化机械设计、模拟、分析计算等：应用国产工控软件组态王进行操作控制界面设计。并从工业设计、材料选择、标准零部件选型、电气逻辑控制、系统调试等方面，充分展现机械设计制造的相关知识。从而实现工业自动化的功能.非标设备的主要目的是加工标准设备无法加工的产品，但同时也存在一些不确定因素。因此，在设计过程中要优化机械结构，合理选择材料牌号，注困公差精度以提高设备

2、的稳定可靠性指标，来实现产品的综合质量。关健词：自动化：钻双孔体机：So1.JDWoRKS:组态王第1章序言本文主要探讨外转子电机装配流水线体配钻孔专用设备，介绍应用SO1.IDWORKS软件进行自动钻被孔一体机的结构设计及自动化的实现策略，介绍应用组态王进行操作控制界面设计的过程。该设备的设计理念及功能特点如下：设备为钻孔、铁孔双主轴一体式非标金属切削机床。采用工件固定，刀具旋转为主运动，刀具轴向移动为进给运动来实现去除工件材料。设备与流水线信号并联后实现自动化装夹工件并自动完成加工，无需人工操控：设备为卧式结构，机身与流水线体硬性连接，并联P1.C控制信号，相互逋信：设备采用三坐标轴结构，

3、分为X平移坐标轴、Y1.进给轴、Y2进给轴。三轴可单独运动，也可同步运动,K中双旋转主轴可以不同的转速和进给速度分别加工相对应的孔位。设备进给轴采用伺服电机，可实现快速精准定位，定位精度为002mm”设备采用模块化设计，分为机械、电气和动力三部分组成，可快速装配且方便维护。1.1 背景和目的1.1.1 自动化设备特点自动化设备融合了机械、材料、电子电气、工业控制等多学科技术，涉及的学科较多，行业应用十分广泛。其可分为标准设备和非标设备(专用设备)。自动化设备物理上是一台看的见摸得着的机械物体，概念上它是连续且虚拟的特定动作集合。其根据实际的工艺环境和生产类型、环节而非标定制。因此，即使类型和功

4、能一样的非标设备，它们却有形状各异的外观和尺寸。非标自动化设备的关键特点：为用户的特殊需求定制，它是唯的、不具备流通性的自动化系统集成设备，是按照国家相关标准和行业规范约束，并按照实际生产经验和使用需求具有创新概念的非典型设备。如：(D使用性能：平顺的运行，必须具备足够的刚性和强度，能满足特定的运动精度；稳定可靠，设备在指定的条件和时间内，完成或保恃其规定工作的能力称为可靠性。故障率越低，可靠性越高、产品质量的稳定性、加工精度的保持性、对环境的适应性、使用维修方便、操作简单安全。(2)技术性能：灵活可变，充分适应在合理范围的产品规格、品种变化的要求:具有合理的自动化程度。结构合理、制造容易、成

5、本较低、生产效率高、降低能耗、战轻劳动强度、改善劳动条件、不污染环境、讲求技术美学、创造文明生产条件。自动化设备作为一个系统化工程，具备很多优点.（八）精简人力：降低企业对人力的持续投入，把一些对人体有危害的、技术含量低、重岌动作高的工作岗位以机器换人，把人糅放到更具创造性的岗位。(b)提升产能：不知疲倦稳定运行的设备，在单位时间内能够制造更多的产品.机器可以连续运行，尤其适用于大批批生产，大幅降低制造成本.(0便于管理：采用网络连接，实现远程控制、实时数据传输.在线信息化：(d)提升品质：精确的导向部件、定位模块、进给速度、调粘功能、检测系统、视觉算法，可保证一定的精度和动作要求，具有较好的

6、!&爱性和一致性：(e)提升竞争力：设备有较高的机体强度和抗疲劳韧性,可365天24小时连续不断的工作，可控的劳动速度，动作节拍时间是人工的2-5倍。制造周期大量压缩，实现短时间交货，提高企业的竞争优势.降低材料及制品存量,激活资金周转.1.1 .2发展前景及趋势近年来，随着我国制造业的蓬勃发展，非标机械设备的自动化程度逐渐提高，越来越多的I：厂引入各类自动化产线和智能设备.以减少对人I：的依赖程度并者力提升生产效率，从而降低成本实现盈利。在工厂实际生产中，自动化设备可以有效缩短产品加工时间,并能准确保证产晶的加工精度。随着人工成本的增加,自动化设备的优势更加突出。其替代人工相成为趋势，市场需

7、求也随之迅速增长。随着自动化设备的出现,过去难以实现的1：艺技术和未涉猎的领域均变为可能.因此，具备一定智能化、经济高效的设备便成了各厂家的制胜利器。同时，由于产品狂杂多样，市场上成熟的标准化设备经常受限于产品形态、产能和工艺版量等诸多客观因素，标准的自动化设备只能生产部分设备，不能直接配套赧容,为了弥补这些不足,非标自动化设备就应运而生。那么，设计配置一台符合共产品特性、工艺技术要求和生产成本预竟的非标设备就显得尤为菰要了。1.2 设计软件的选择1.2.1 SO1.idWOrkS简介So1.idWorks软件是一款专业的工业设计软件，其基于WindoWS平台开发的三维CAD系统。软件功能全面

8、、容易上手和创意新颖的特点。有几大功能模块：零件建模：基于特征实体建模，通过拉伸、旋转、薄壁特征、抽壳、阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。板金设计：使用各类型的法兰、薄片特征，正交切除、角处理及边线切口等操作。数据转换：CAD软件的输入/输出格式转换器，还提供了不同版本的转换。高级渲染：直观地模拟实际产品及环境，充分展示概念设计，以真实质感和视觉效果并向客户发布，减少样机的制作周期和费用。选择So1.idWOrkS软件的因素：相比UGNX.So1.idVo1._软件验Iir1.I诵II旅2.1.1线体简介线体为手动装配+自动传送线，包含机械和电气两大部分，机械部分：辑道线体、动力传动机构、平

9、移顶升机构、定位夹紧机构、托盘行走机构。电气部分：感应信号机构、电气控制柜、操作面板等。装配线其整线的工作流程为：OP1.O定转子合装一OP20制动器预装配-OPSO接线-0P4O拉力测试-0P5()编码器安装-0P6O制动器调整一0P70空载测试一OP80配钻孔OP90下线包装。工艺节拍：6分钟/件，每天产品下线不低于140台。如图2-2图2-2装限线体2.1.2产品工艺简介被加工部件为已完成99%的总装的电梯出引机，总质贵为450KG。被加工的两个锥销孔穿过机座和支撑座，于机器安装底脚侧方。紧邻电机外转子工作区域，存有约指尖大小缱隙，如果铁屑进入或吸附于表面，否则会对产品造成致命性影响.其

10、被加工部分材料为球墨铸铁QT450.硬度为HBS1.6O21.（h钻铁孔工位不仅为包装前最后决定性关键工序，济要保证一次性合格率。锥孔尺寸为x2深度75,表面粗糙度为0.8,刀具安装K度大于5倍径，属于深孔加工,对钻机和刀具动态精度要求较高。两孔中心距为190+/-0.05mm.孔中心到产品底部距离为17+/-0.1mm。最终用0127:50的锦销连接固定，并需保证销、孔惟度接触面需大于95%,过盈配合良好，推销拉力不低于65N.m因线体和产品原因，禁止使用切削冷却液，干切削会增加刀具摩擦热，且排屑不畅，导致钻孔质量差。保证产品的清洁、防锈更为重要。工件如图2-3图2-3产品及锥销尺寸2.2设

11、计方案2.2.1设计任务针对装配线体和产品的特性，由于此工位未配置操作人员，设备需无人操作值守，能实现自动加工和刀具切换的功能，且满足产品图纸公差和实际装配要求、符合安全标准和环境卫生的钻皎一体机。由于成本预算和实现程度，此设备采用性价比更高的标准部件+P1.C控制。设备基于一个X平移轴，安装于台板上，实现孔位X坐标的精确定位。两个动力钻（Y1.、Y2轴）进行伸缩式轴向进给，实现锥孔的材料去除完成孔位精加工。机械部件最大精度为0OImm,控制系统分辨率为0.005mm）设计参数为：快速进给速度X轴：311V分钟，考虑到Y轴需要负载切削的阻力，切削最大速度F=OSmZ分钟。最大钻孔直径D=18m

12、m.钻削最大余量ae=1.mm.工作台加工范围X轴：600mm.Y轴：150mmo2.2.2方案确定根据产品特性，需在包装出货前配打箱以定位零件位置。工作流程：当滚道线将工件和托盘传到钻孔工位后，线体感应器识别到工件到位，顶升机构顶升托盘两锥俏定位托盘，夹紧机构将托盘和工件夹紧后托盘下降，夹紧感应器输出完成信号，钻机启动开始钻孔。钻机主要由为机械和电气模块组成。机械包含床身本体、动力钻、X传动进给、防护装置、吸尘装置、电控柜、操作面板等.由于该设备为装配线体的配套工位，只需要钻钦孔功能，尺寸公差固定，精度公差要求不高。为了简化机械结构和控制成本，设备平台采用伺服电机、开环伺服系统驱动。为了提高

13、可靠度，动力钻电接采用标准的动力头部件，旋转钻削轴采用三相变频电机，其用同步带驱动主轴，最高转速为2500转/分钟。因除动力钻本体外无额外的工作负载，X轴传动部分采用普通级渝珠丝杠和轻型直线导轨。切削进给轴选用标准型动力钻机，该机构安装在固定板匕跟随X轴进行平面移动。其动力钻机本体包含1台变频主轴电机、1台伺服进给电机、同步皮带轮、滚珠丝杆、伸缩式导柱、中孔主轴、位置传感悬.如图2-4图24动力钻装配图设备尺寸：根据线体、工件尺寸和加工范围，计算出工作台的外形尺寸：长X宽X高=120OmmX88OtnnIX65Omm.机架采用50mm50mm壁厚2mm的Q235方管焊接而成，最大设计承重200

14、0KG.设备台板用螺栓固定与机架上，动力钻和传动部件安装于固定台板上。台板尺寸：长X宽X高，85OmmX85OmmX30mm重量=体积X材料比重：W=85O85O3OIO37.8IO-2I69KG.固定板尺寸：长X宽X高，350mm300nm25n三质量亚*=350*300乂25103*7.8*10-2=：20.516总重量W=16处20.5+160=350KG根掂J家提供的重量计算得知，其余部件如：动力钻、导机、丝杆、电机等的重量共为160KG.故实际承重为35OKG,机架和门板均能满足上述负载.图2-5机架材料及应力分析动力钻选盘：根据工件材料、孔径和刀具尺寸,-1.三1.三机架设采用Q2

15、35系列普通碳索钢进行搭建，以软件自带的标准材料库进行材料模拟，计算出机架的质址属性,主要包括：材料密度、工件质酸、零件体枳、零件爱心和惯性力矩等关键信息。利用软件应力分析模块，定义实际需求受力情况和安全系数，对零件进行材料强度、零件载荷和疲劳寿命计算分析。为材料选型、焊接加工和热处理工艺提供理论条件，以便改进优化设计。如图2-5.主要是轴向切削力负载。钻削功率和轴向力的计算公式：所需功率(kW)=HBxDc68cZTXie59/36000轴向力(N)=O.24HBDco.95(O.6,9.8选型时加上1.5倍的安全系数，故动力头主轴旋转电机功率选为1.5KW,进给轴电机功率为04KW.X轴需

16、要定位两个孔位坐标.其负载约200KG.伺服电机选型为IKWt导轨选型：根据产品手册推荐为法兰型HG系列直线导轨，其为四列接触式，结构简洁优化，可承受较大负荷，具备四个方向均衡负我的特点和自动调心功能,可降低安装表面的装配误差。导轨的基本额定工作动负载计电公式：C动X=F钻+Wx+W=466+3500+1600=5566=567NC动Y=F钻+W总+W=466+1MX)=21ON,根据以上数据，选择HGH型导轨，丝杆选型：根据查丝杆产品手册，选择标准型滚珠丝杆，安装方式为两端固定.设备的关键标准件清单：如表2T发27机械标准件清单序;零件名称型号规格1直线导轨（含滑块）HGH35CA2R845

17、ZAHII2滚珠丝杆R32-5K4-FDC-695-810-0.0083联轴涔TGF-C68C681.74-20-24双膜片4支撵座BF255电机座RBK130-25ZHA6伺服进给钻削动力头NC-6150*ER252. 3模型输出零件设计所有标准件选型完成后，可获取相关部件图纸尺寸及参数。其中，机械零部件均为非标零件，需要输出加工图纸，其它标准件只需提供品牌型号直接采购即可。运用SOIidWOrkS软件进行设计造型，模型设计操作常用实体功能，如：拉伸、旋转、扫描、切除、修剪等。正确的装配关系确定后，利用工程图工具，从三维模型中产生工程图，包括基本视图、尺寸和标注。工程图与零件是全相关联的，当

18、你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新，最后分解出零件图机机加工图纸。如图2-6图2-6设备零部件及加工图、一e%多、%、，gf-Ir二，1.c(tt1.fe0(6II*R(IPr根网一站中INMgS开发率成工役置垢律条约帆02西史双提已戏MWft!用户甯打窗配Q5OIH11j1.%茶胃烟既ttt2HTSMDJS3海动控M/孔和我作羽回图3-3自动控制图37加工参数图3-5孔位设置图3-6伺服回零图3-7人机界一结束语时间飞逝，短暂的本科学习就将近尾声。在论文创作的过程中，我们必须理论联系实际，不仅要将所学的专业知识运用到工作中，还要把工作中的实操心得体会以文字的形式展现出来。不

19、光有学习方法的记录、技术思路的拓展和方案实施的过程步骤，也仃经验的总结，更有对于技术的分析、总结和探讨，而这些均离不开理论的支持0在这期间，我用J约一个月的时间对设备的方案进行构思，不停地结构优化，布局改善和图纸的整理。由虚拟的数字模型逐步制作成看得见摸得着的实物，最后以文字的方式完成毕业设计。在这个过程中，我既感受到了软件设计时实现不了效果的苦恼，也切身体会到了完美解决问题时的快乐。当提交论文时才发现，我的设计成果完成得并不顺利，质量也有所欠缺.无论是理论知识点，还是经验数据，需要改进和完善的地方还很多。首先，受制于实际经验，机械结构不太完美，机构过于笑杂。有一些精度等级定义不准，公差配合度

20、不太理想，装配时出现过紧卡滞或过松.其次，是设计材料选择不合理，发现实际加工后的状态和热处理中偏离了理论标准，设备在使用一段时间后会造成磨损。三是电气专业知识积累还不够，右很多电气元件经过了多次更换。标准件选型会不够准确，或选大了造成成本增加，选小了功率不够，影响刚性和效率。总之，经过这次毕业设计，我深刻认识到，要完成一项任务首先必须仃一个详细周密的计划，要有系统的思维方式和方法，对待一个新的问题，要耐心、要善于运用己行的资源来解决：要勇于实践，在实践中发现和解决问题同时，通过此次毕业设计，我不但对机械设计一定的认识，最重要积累J丰富的实践的经验，摸索出了一套分析问题解决问题的方法。由于时间和

21、能力等因素，论文难免存在疏漏及谬误等，敬请老师及各位专家予以批评指正，谢谢!参考文献I邨上.张杰.虚拟装配技术在ECADCAE课程设计实践中的应用.2019.2庞金华.浅谈矿用提升机闸瓦综合保护系统技术改进,科技与企业，2012.3徐亚军.粽子自动捆扎绕线机研究与开发.DB.2016.4黄泽辰.基于嵌入式系统的编码器测试平台软件设汁与实现.DB.2OI2.5孟琨,新哒起吊设卷的研发及优化设计.DB.2014.6侯勇刚.激光位移式矿浆粒度在线检测系统的研究DB,2008.7陈阳.基于FPGA的雷达信号同步控制系统设计与实现.DB.2O13.81华健.基于P1.C的饱和潜水气源总站监控系统研制DB

22、,2OI5,9：杨霏基于SO1.idwOrkS岸边集装箱起重机机房底架智能设i1.DB.2006.10.W,基于SO1.idWorkS的机电仪涔光体类零件型腔参数化设计系统的开发.DB27.12李甲.某型3吨叉车结构有限元分析及减振研究DB.2011.13张伟.高空作业车举升执行机构机电液一体化仿真.DB12011.14刘元开.钢管六角成形打捆机控制系统的设计.DB.2(X)4.15黄晓般.用于焊接机器人离线编程系统的运动学分析及仿真DB.2015.16胡刚华，宋德朝.港口机械行走装置参数化设计及三维虚拟仿真.制造业自动化.2(X)5.17陈小明.异型构件预制体机器人三维针刺成形轨迹猊划与针刺

23、模拟DB.2018.附录T期系统数据询典:变量ID变量名变量使用记数最小值设备名寄存器名称数据类型120钻孔速度档位20S712OODB65.0142钻孔速度档位100S712OODB65.1BYTEBYTEBYTE143钻孔速度档位20()S712OODB65.2144扩孔速度档位20S712(X)DB65.3BYTIi145扩孔速度档位100S712(X)DB65.4BYTI:146扩孔速度档位200S7I2OODB65.5BYTE变址ID变提名变册使用记数最小值设方名寄存器名称数据类型21孔1轴1位置2-500S712OODB30.0F1.OAT22孔2轴1位置砧孔面轴2位2-500S7

24、12OOS71200DB30.8F1.OAT23置2-500DB30.411OAT24扩孔面轴2位置2-500S712DB3O.I2F1.OAT25轴1当前位置2-500S712(X)XOOF1.OAT26轴2当前位置2-500S712OOF1.OAT27轴1目标位置6-500S712OOM6OF1.OAT28轴2目标位置6-500S71200M6SF1.OAT29轴1距离6-500S712OOM64H1.OAT30轴2距离6-500S712OOM72F1.OAT31轴1当前速度6-500S712OOM34F1.OAT32轴2当前速度6-500S712OOM42F1.OAT44速度12-500

25、S712OODB31.12F1.OAT46速度22-500S712OODB31.2OF1.OAT47位移12-500S71200DB30.11611,OT49速度32-500S71200DB3I.2411,OT50位移22-500S71200DB3O.I2OF1.OAT54速度42-500S712(X)DB31.16F1.OAT56速度52-500S712(X)DB31.28F1.OAT57位移32-500S712(X)DB30.I24F1.OAT59速度62-500S71200DB31.32F1.OAT60位移42-500S712()0DB30.128F1.OAT71进给32-500S7I2

26、DB30.32F1.OAT6124578123456I8aaaaa给给给给给给给刀刀刃刀刀刀刃刀给给给给刀进进进进进进进退退退退退退退退进进进进退退刀a1.退刀a2退刀a3钻孔速度较孔速度退”速度空走速度X手动运行速度X当前位置X启点位置写入X轴速度Y1.轴位置YI轴速度Y2轴位置丫2轴速度钻孔速度1钻孔退刀扩孔退刀加工面速度孔1位置写入钻孔面位置写入扩孔面位置写入2-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S

27、712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S712002-500S7120020S712002-1000S7120020S7120020S7120020S7120020S7120020S7120020S7120000S7120020S7120020S7120020S712002-1000S712002-1000S

28、7120021000S71200DB30.56DB30.16)B30.24DB30.40DB30.48DB30.64DB30.72DB30.201.)B30.28DB30.36DB30.44DB30.52DB30.60DB30.68DB30.76DB30.80DB30.88DB30.96DB30.104DB30.84DB30.92DB30.100DB30.108DB31.ODB31.36DB31.4DB31.8DB7.16DB7.12DB1.1.ODB7.2DB31.12DB31.16DB10.12DB10.16DB-10.17DB1.1.36DB1.1.216DB1.1.200DB1.1.1

29、2F1.oATF1.DATF1.DATF1.oATF1.DATHU)ATF1.OATF1.DATF1.OATF1X)ATF1X)ATF1.oATF1.oATFIQATI-IDATFIQATE1.DATFIQAT10)ATF1.oATFWATF1.QATFIQATE1.DATF1.OATF1.OATF1.OATE1.DATF1.DATF1.OATIII1.O1.OA1.OA1X)1.O1.O1.OAFFFFFFFFFFDB1.1.16F1.OATDB1.1.196F1.oAT7273747576777879808182838485868788899091929394991001011021161

30、17118130132135137110141150151152153154155156双孔位置写入2-1000S71200DB1.1.8E1.OAT157孔2位置写入2-1000S712DB1.1.4F1.OAT167Y2进刀120S71200DB1.1.24F1.OAT168Y2进刀220S71200DB1.1.10F1.OAT169Y2进刀320S71200DB1.1.48F1.OAT170Y2进刀420S712DB1.1.56F1.OAT171Y2进刀520S71200DB1.1.64F1.OAT172Y2进刀620S71200DB1.1.72F1.OAT173Y2进刀720S7120

31、0DB1.1.80F1.OAT174Y2进刀820S71200DB1.1.881.OAT175Y2进刀920S71200DB1.1.96F1.OAT176Y2进刀IO20S71200DB1.1.104F1.OAT177Y2进刀1120S71200DB1.1.112F1.OAT178Y2进刀1220S71200DB1.1.120F1.OAT179Y2进刀1320S712OODB1.1.128F1.OAT180Y2进刀1420S71200DB1.1.136F1.x)AT181Y2进刀1520S712OODB1.1.144F1.OAT182Y2进刀1620S71200DB1.1.152F1.OAT1

32、83Y2进刀1720S71200DB1.1.160F1.OAT181Y2进刀1820S71200DB1.1.168F1.OAT185Y2进刀1920S71200DBH.176F1.OAT186Y2进刀2020S71200DB1.1.184F1.OAT187Y2退刀120S71200DB1.1.32F1.OAT188Y2退刀220S71200DB1.1.44E1.OAT189Y2退刀320S71200DB1.1.52F1.OAT190Y2退刀420S71200DB1.1.60F1.OAT191Y2退刀520S71200DB1.1.68F1.OAT192Y2退刀620S712DB1.1.76F1.

33、OAT193Y2退刀720S712DB1.1.84F1.oAT194Y2退刀820S71200DB1.1.92F1.OAT195Y2退刀920S71200DB1.1.100F1.OAT196Y2退刀IO20S71200DB1.1.108F1.OAT197Y2退刀1120S71200DB1.1.116F1.OAT198Y2退刀1220S71200DB1.1.124FI.OT199Y2退刀1320S71200DB1.1.132F1.OAT200Y2退刀1420S71200DB1.1.140F1.OAT201Y2退刀1520S71200DB1.1.148凡OAT202Y2退刀1620S712DB1.1.156F1.OAT203Y2退刀1720S71200DB1.1.161F1.OAT204Y2退刀1820S71200DB1.1.172F1.OAT205Y2退刀1920S71200DB1.1.180F1.OAT206Y2退刀2020S712DB1.1.188F1.OAT207YI进刀120S71200DB1.1.204F1.OAT208Y1.进刀220S71200DB1.1.220F1.OAT209Y1.进刀320S71200DB1.1.228F1.OAT210Y1.进刀420S71200DB1.1.23