自动压铸机机械手设计 毕业设计Word下载.docx
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3.3直线导轨的选择22
3.4回转的大臂的设计23
3.5机械手夹紧部分的设计24
3.6机械手小回转臂的设计24
3.7机械手卸件机构的设计24
4气动控制系统部分的设计26
4.1气压传动的特点26
4.2气压传动系统的设计27
4.3气压传动元件的选择26
4.4气源的处理和设计31
5.电气控制系统部分的设计32
5.1电气控制系统的总体设计32
5.2电气控制系统程序设计34
6毕业设计总结44
致谢45
参考文献46
附录A可编程控制器控制程序47
附录B电算程序50
1引言
这一章主要介绍设计任务介绍及意义，自动压铸机的选题和国内外的生产使用状况，我国压铸工业概况，自动压铸机研究与开发，自动压铸机的关键技术和主要特点。
1.1设计任务介绍及意义
1.1.1设计任务的介绍
设计自动压铸机总布置图，金属模开合机械手部件图，关键零件图，单片机控制原理图。
铝铸件，最大工件重5kg，节拍30S。
工作量：
设计图量A0四张，A1一张，其中
总布置图A0一张
机械手部件图A0两张
关键零件图折合A1一张
电气控制原理图A0一张
设计说明书2.5万字
英文翻译5000汉字
编程语句100句以上
1.1.2设计的意义
此设计中设计的自动压铸机主要用于铝制零件的压铸，自动压铸机的工作原理和机械手的工作原理相似，压力铸造是先进的热加工工艺之一。
用压铸法可以制造很复杂的薄壁零件。
压铸件具有表面光滑，尺寸精确，强度高的特点，一般不加工即可使用，因而可以节省大量的金属和机械加工设备。
压铸生产周期短，生产率高，易于实现机械化或自动化，从而可以减轻劳动强度，改善劳动条件。
压铸工艺已经有九十年左右的历史，但仅在三十年代冷室压铸机普及以后，才在各工业发达国家发展起来。
近年来，由于生产的需要和借助其他科学技术的新成就，使他得到了更快的发展。
现在压铸件不再局限于汽车工业和仪表工业中使用，而已扩大到各工业部门，如农业机械，机床，电工与电子仪器，航空，火箭，纺织机械，计算机，无线电，照相机等。
压铸生产不仅在有色合金铸造中占主导地位，而且已成为现代工业的一个重要组成部分。
1.2自动压铸机的选题和国内外的生产使用状况
1.2.1自动压铸机国内外概况和发展趋势
目前世界上具备一定实力的压铸机制造工厂有60家左右，其中有影响的工厂约16家，这些国家的机器在压射性能、设备精度、机床刚性以及电子计算机控制和自动化程度上各具特色。
活跃在中国市场上的厂家有瑞士的布勒．斯洛伐克的维霍拉特，日本的东芝、宇部、东洋，德国的富来，意大利的意特、意德拉，美国的王子、HPM等另外，近几年从不同国家进口的压铸机，就价格来讲，并不是统一按质论价的；
主要与各国货币和人民币的比价有关，所以并不是价格愈高，压铸机的技术水平和质量愈高，购买时须加以分析。
制造业是国民经济的基础，是创造社会财富的重要手段，是一个国家经济发展的主要支撑。
压铸由于它是一种少切削甚至无切屑，精度较高的铸造技术，节约能源，环境污染较少，机械化程度高，易于实现自动化，因而半个世纪以来，在我国发展很快，年增长率达8％～l2％。
1.2.2我国压铸工业概况
目前，国内有专业压铸厂约800家，非专业厂内压铸生产点约1600家，合计2400家。
拥有压铸机近8000余台，职工逾5万名，年产压铸件已达31.2万t，产值近100亿元。
另外，压铸机及辅助设备生产企业约180余家，其中压铸机生产厂超过16家，压铸机年生产能力超过1200台。
可生产28000kN以下的所有卧式冷室压铸机和4000kN以下的普通热室压铸机，可提供3150kN以下全立式压铸机系列产品。
总的讲，国产压铸机已形成较完整的系列，产量已太于国内需求，除镁合金热室压铸机正在开发、挤压铸造机尚未开发外，可为用户提供成套设备生产熔炼设备比较上规模的厂已超过6O家，我们江苏省的生产能力就很强，特别是南京和无锡二地，就有很多生产厂点国内压铸模具制造厂在100家以上，产值约1亿元。
与世界先进水平的差距：
中国压铸业的发展必须以世界先进水平为目标，才能更好地参与国际竞争。
因此，必需看到我国不少企业的素质还不高，技术发展滞后于生产的发展，管理水平滞后于行业的发展，经营方式滞后于市场竞争的需要。
1）结构不尽合理，设备利用率偏低
我国压铸设备不算太少，除国产压铸机外，几乎世界各国生产的压铸机，在中国都有。
除一些与主机厂有固定配套关系和有较稳定的压铸件出口业务的企业外，普遍存在设备利用率不高或闲置的问题。
不少企业上压铸项目时就缺少了解，有的是低水平重复，购进了设备没有生产对象；
或是没有预期的生产量；
或是技术不过关，产品出不来；
也有因模具跟不上或设备故障缺少维修力量，影响生产；
还有的是缺少评估论证，借贷购进设备，导致任务不足、负债沉重，使企业陷入困境。
2）压铸机质量与国外有较大差距，具体体现在：
总体结构落后。
目前国产压铸机结构基本上是20世纪70年代末、80年代初的定型设计。
2O余年来除电控用PLC取代继电器系统外，改进不大。
可靠性差。
这是国产压铸机的致命伤。
国产压铸机平均无故障运行的时间不到3000h，甚至达不到国外2O世纪五六十年代水平。
目前，国外一般超过20000h。
漏油严重。
增加了用户生产费用，污染了环境。
主要原因是密封件质量差，加工粗糙。
品种规格不全，配套能力差。
如卧式冷室压铸机从16000kN到28000kN问就无产品，热室压铸机缺少4O00kN以上的产品，镁合金热室压铸机和挤压铸造方面都是空白
高新技术的应用落后。
如数控压铸机、压铸柔性加工单元（FMC）和集成加工系统在国外已开始普及推广，而我国只是试制出一个4000kN的压铸柔性加工单元，至今尚无更多的产品。
3）模具制造跟不上压铸业的发展
压铸模的质量直接影响到压铸件的质量和成本。
目前，国内将CAD／CAM用于模具设计与制造的专业模具加工企业还不多，采用数控机床和电火花加工机床加工模具型腔，是我国模具加工的主力。
乡镇和个体经营的模具制造企业，在我国某些地区已成为一支重要的力量，他们的特点是制造周期短、成本低，但在质量上差距很大，有的较好，有的因选用的材料较差，热处理不规范等，模具的寿命很短。
因此，不少大型和复杂铸件的模具或产量大的铸件用的模具，依靠进口。
4）技术管理水平不平衡
我国一些上规模的专业化厂，压铸分厂和车间，有较强的技术力量和较高的管理水平，能很快吸收国内外先进技术与管理经验。
但也有不少企业管理较差，基础工艺薄弱。
具体反映在：
生产场地不文明，合金不符合标准，熔炼工艺不严，压铸工艺不稳定，重复压射时工艺参数变化大，检测手段和质量保证体系不完善等，因此直接影响到产品质量的提高。
1.2.3压铸市场情况
根据北美压铸协会96年初公开发表的报告。
压铸产品在北美压铸市场中分配的比例大致地分别为:
汽车工业48%,建筑工程20%、机械装各和仪器11%、电子工业11%。
汽车工业需求增长很快，建筑工程需求量在近几年增长很快，出现了与电子工业和机械装备争抢压铸产品供应商的局面，但96年比95年则略有下降。
机械装备除了各种机械、设备和仪器以外还包括家用机械，如洗碗机致冷机、洗衣机、干燥机等等。
96年比95年增长1.3%,97年则有大幅度增加。
电子工业，包括电子计算机、各类电子设备零件、测量仪器，还包括办公设备、通讯装备等，市场需求量很大，95年比94年增长7.6%,96年增10.2%,97年还继续增加。
1.3自动压铸机研究与开发
1.3.1系统的研究项目
建立压铸件和压铸模设计的计算机模块，建立在铝合金压铸的工艺过程中微观组织与性能的关系，在热处理时做到改进机械性能和控制变形，从而延长H13钢的模具寿命。
关于对温度，压力和气体含量的监测系统的发展和评估锌合金压铸时对模具的焊附，等离子体表面处理技术在铝和锌压铸模上的应用。
国际范围的研究组织NADCA在95年列出了世界范围的第一批19家研究机构的名单，按国家来分:
瑞士2家、德国2家、澳大利亚3家、法国1家、美国4家、新加坡1家、加拿人3家、丹麦1家、日本1家和瑞典1家。
1.4自动压铸机的关键技术和主要特点
1.4.1自动压铸机的关键技术
在这个设计中的机械部分的关键技术主要是：
1.机械手的设计
2.顶部回转机构的设计
3.气动部分的设计
4.控制系统的设计
1.4.2压铸机的主要特点
这种压铸机和我们平时所见到压铸机最大的区别是：
这种压铸机用的不是融化的金属，而是把两个已经略具形状的毛坯料放入压铸机内经过加热熔化而成为一体的零件，压铸后的零件表面光亮，精度高，不需要再进行加工。
压铸机主要包括两个独立的机械手，冷却池，熔炉，冲模净化用人工操作的清除设备，带有平台或抓爪的自动卸件装置。
此设计主要是设计低压模铸设备的机械手部分，压铸机要实现的功能是：
把已经是成形的两个毛胚料放入模具内用感应加热炉进行加热融化后连成一体，成为可用的工件。
主要参数规格：
1）一个带有二独立的单独驱动的机械手的入口
2）最大模具尺寸：
400-500毫米快速冲模转换法兰
3）带有平台或抓爪的自动卸件装置
4）冲模净化用人工操作的清除设备
5）石墨粉浴浸浴室由不锈钢用分开的浴槽与搅拌器组成熔炉
6）双波道感应电炉用３感应器、其中每个重量1800公斤
7）熔化能力：
300公斤／Ｈ
8）可选项：
熔化能力：
500公斤／Ｈ
9）设备控制用总线系统与自由地可编程松下FP1系列的可编程控制器控制
10）用可控硅整流器进行无级的控制窑炉
2自动压铸机的总体布置的设计
压铸机主要包括两个独立的机械手，冷却槽，熔炉，冲模净化用人工操作的清除设备，带有平台或抓爪的自动卸件装置。
2.1自动压铸机的总体布置的确定
压铸机主要有铸机主要包括机架，两个独立的机械手，冷却槽，熔炉，冲模净化用人工操作的清除设备，带有平台或抓爪的自动卸件装置。
图2-1KWC工业工程公司设计生产的自动压铸机
图2-2两个独立的机械手，冷却槽，感应炉
机架主要是为了支撑两个独立的机械手，并且两个独立的机械手可以作360°
回转，机架主要是用矩形形钢焊接而成，用四个支柱支撑，如图
图2-3机架
在机架的旁边还有一些辅助设备，包括控制设备，清模设备，由于本设计采用气动控制，所以必须有气源发生装置，还有胚料架和成品存架，气体管路和电气线路。
这些都要周到考虑和布置。
支撑重量的计算：
估计蜗轮蜗杆的重量为8kg，空心吊轴的重量为4kg，实心轴的重量为3kg
电磁离合器的重量为1.5kgX2=3kg，支撑筒架和两个推力球轴承总重量为6kg，机械手的上横梁和吊架的重量6.25kg，机械手的下纵向移动臂的重量为2.65kg，
回转架的重量为1.5kg，机械手的下横梁的重量为5.5kg，机械手左右臂的总重量为15.5kg。
所以总的重量为：
8kg+4kg+3kg+3kg+6kg+（6.35kg+2.65kg+1.5kg+5.5kg+15.5kg）X2=87kg。
每个机械手的重量31.5kg，所以总体上属于轻型机械。
图2-4总体布置
图2-5总体布置图
2.2自动压铸机顶部回转机构的方案设计
这个机构主要是用来分别带动两个机械手的周向转动，由一个单相电机带动经过蜗轮蜗杆的减速达到要求的回转动角速度，用空轴传动，下面用两个电磁离合器分别机械手相连，当机械手需要转动的时候电磁离合器得电，机械手转到指定位置，位置主要由行程开关来控制，行程开关采用接近开关，主要有五个停止位置。
为降低成本和在空间进行合理布置，两个机械手共用一个电机，一套蜗轮蜗杆减速机构，在用两个电磁离合器分别和它们啮合，只要控制电机的正反转和电磁离合器的开合就可以完全控制两个机械手的回转运动，在用行程开关控制五个位置就可以达到设计要求。
图2-6顶部回转机构
2.3顶部回转机构蜗轮蜗杆减速机构的设计
1．蜗轮轮齿齿面接触强度计算
（1）选材料，确定许用接触应力[σH]，蜗杆用45钢，表面淬火45~50HRC；
蜗轮用ZCuSn10P1（10-1锡青铜）砂型铸造。
由表8-3查得[σH]=200。
（2）选蜗杆头数z1，确定蜗轮齿数z2，传动比i=n1/n2=960/30=32，因传动比不算大，为了提高传动效率，可选z1=1，则z2=iz1=32×
1=32，取z2=32。
（3）确定作用在蜗轮上的转矩T2，因z1=1，故初步选取η=0.80，则
T2=9.55×
106×
=9.55×
=32.48N.m
－蜗轮法面模数：
－蜗轮齿根弧长：
因而有
蜗轮最大的弯曲许用应力
由表6－9查取：
（锡青铜）
，安全。
热平衡计算
粗估蜗杆传动箱体尺寸：
长
，宽
，高
。
考虑箱体与空气接触面为前、后、左、右、上五个表面。
箱体安装基面与地基面接触忽略不计。
箱体散热面积：
蜗杆传动在工作条件下的油温
为
式中：
－空气温度，
－蜗杆输入功率，
－蜗杆传动总效率，
－散热系数，
显然，蜗杆传动可维持热平衡，合用。
2．热平衡计算
由式（8-10）得
（1）取αs=15W/（m2·
℃）；
（2）取散热面积A≈1.1m2；
（3）效率η=0.8。
=t-t0=
=36.36℃＜
=60~70℃
故满足热平衡要求。
2.4空轴的设计和电磁离合器的选择
2.4.1空轴的设计
在压铸机的设计中，因为有很气路的布置和电器线路的布置，而这些线路都不能从外面进入，只能从中间通向两个机械手，所以中间的轴必须是空的，所以在这个设计中空轴主要考虑的是管路问题而不是通常的节省材料的问题，在这个设计中因为工作的载荷比较小，一般的设计就可以满足强度和刚度的要求。
在这个设计我在轴为100的空轴。
2.4.2电磁离合器的选择
在这里选择DLD系列电磁离合器，为无滑环、干式单片，它具有结构紧凑、响应迅速、寿命长久、使用可靠等优点。
电磁离合器的基本参数
名称
额定动力矩（N、m）
80
结合时间（ms）
200
断开时间（ms）
60
额定直流电压（V）
24
额定功率（W）
35
最高转速（rpm）
3000
单片电磁离合器属于干式工作，安装位置应勿靠近带有油污和润滑油飞溅的地方，离合器可安装在同轴或对接轴上，当安装在对接轴上时，必须保证两轴的同轴度，离合器安装后，磁轭与动盘间不得发生摩擦，但间隙不要超过0.3～1.5。
动盘与衔铁的间隙δ应保证规定尺寸。
在这里采用单片电磁离合器，主要是对动力和负载的综合考虑，但是单片电磁离合器的控制电路也有比较复杂的电路，特别是要实现比较快的响应时一，一定要接成比较保险的特殊电路，下面就把电磁离合器的各种接法进行简单的介绍，在本设计中因为响应速度要比较高，所以要采用特殊电路。
而特殊电路要在基本的电路中在进行扩展。
所以下面就把电磁离合器的电路都列表说明。
3机械手部件的设计
机械手主要用导轨，气缸，模具，各种支撑板构成。
在这个设计中采用成品的导轨，这样可以缩短试制的过程，也加快了研发的速度。
本机械手主要用气动实现，分为大的纵向移动臂，回转手臂，横向移动加紧机构，小臂回转机构和卸件机构。
图3-1机械手臂
3.1上部移动导轨部件的设计
纵向的移动主要用气缸和导轨来实现，由于纵向有重量，在气缸缩回的时候有重力，所以必须用三位五通的换向阀，并且中位是锁住，不能够移动。
这样才能保证机械手不下滑。
如下图所示：
图3-2上部移动导轨部件
3.2上部移动回转部件的计算
下面是对中间的梁的计算。
主要是校核以下此梁能否承受机械手的重量。
表3-1
1.截面面积：
S=BH+bh
2.惯性矩：
=
3.抗弯截面模数：
4.重心S到相应边的距离：
5.惯性半径：
i=
已知条件：
筋板尺寸B=1.5cm
筋板尺寸H=5cm
筋板尺寸b=1cm
筋板尺寸h=1.5cm
计算结果：
筋板截面I的面积A=9cm^2
筋板截面I的惯性矩Ix=15.91cm^4
抗弯截面模数Wx=6.36cm^3
筋板截面I的惯性半径
ix=1.33cm
表3-2力矩图
=
=P,
=-Pa（1-a），
=-
，
（3-4a）
简支梁总长l=0.7m
集中载荷P=200N
弹性模量E=200GPa
截面的轴惯性矩I=0.008m^4
局部尺寸a=0.2m
简支梁的危险截面B处的:
支座反力Ra=200N
支座反力Rb=200N
固定端反力矩Ma=-3.57N·
m
固定端反力矩Mb=-3.57N·
最大反力矩Mmax=11.43N·
最大剪力Qc=200N
最大挠度fmax=2.708E-10m
表3-3强度校核
计算截面的扭矩Mw=11.43N·
抗弯截面模数Wx1=0.000063m^3
抗弯截面模数Wx2=0.000063m^3
受拉一边最大拉应力
σl=0.18MPa<
σs\Mpa=235
受压一边最大压应力
σy=0.18MPa<
都能满足强度要求。
3.3直线导轨的选择
图3-4直线导轨
滚动直线导轨副滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成（见下图）。
当导轨与滑块...优点·
滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力。
直线导轨由于采用了独特的偏移哥特式沟槽，所以能根据使用目的和用途对槽进行设计。
由于能够精确测试轨道，所以能够稳定的生产高精度直线导轨和具有互换性的直线导轨。
利用这些技术生产的直线导轨具有以下特点：
（1）品种齐全，可以满足各种用途的要求。
（2）高精度、高质量
（3）高可靠性和长寿命
（4）通过开发可互换的产品，实现了短周期交货
通过采用哥特式沟槽，即使在超高负载的情况下，也能将负载转移到非接触表面。
为此，大幅度地提高了产品本身的耐冲击性。
直线导轨的选用方法：
>
机械结构>
导轨部安装空间>
安装方式>
行程长度>
负载大小>
速度>
要求寿命、刚性、精度>
使用频度（负载循环）>
使用环境（在特殊环境下，首先要考虑材料、润滑及表面处理等条件）
由于在此设计中导轨只有导向作用，没有负重.所以不用较核承载能力。
3.4回转的大臂的设计
大的回转手臂是用普通的气缸通过铰轴来实现的。
图3-5回转大臂
3.5机械手夹紧部分的设计
夹紧的主要事用双导轨和气缸来实现。
图3-7导轨气缸的正面
图3-8双导轨
3.6机械手小回转臂的设计
机械手小臂回转主要是用摆动气缸来实现的。
图3-9回转小臂
3.7机械手卸件机构的设计
在这个这设计中因为模具的空间有限，所以采用了体积很小的螺纹气缸来作为顶件气缸，图如下所示：
图3-10卸件机构
4气动控制系统部分的设计
4.1气压传动的特点
本设计中采用各关节均采用气动驱动，采用气动的原因主要有下面几点：
4.1.1气压传动的优点
（1）工作介质是空气,与液压油相比可节约能源,而且取之不尽,用之不竭.气体不易堵塞流动通道
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