锭盘自动送料机构毕业设计

引言随着科学技术的迅猛发展和人类生活节奏的加快，在工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中,尽量减少人力的操作,而能充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作,即工业自动化生产，越来越受到人们的重视。 通过工业自动化生产具有较高的经济效益；缩短生产周期，加速资金流动周转；减少在制品量，降低了生产成本；保证和提高了加工质量；便于生产管理。近年来，由于自动化控制技术的迅猛发展使得装配自动化成为可能，并呈现不断完善和普及的趋势。锭子的作用是卷绕成形，即将纺成的细纱按一定的成形要求卷绕在筒管上，便于运输储藏和加工。随着纺织技术的发展，各种新型的纺纱方法不断出现，但传统的环锭纺纱方法在纺织生产中仍然占有很重要的地位。直到目前为止，环锭纺纱仍处于统治地位。而在环锭纺纱中又大量使用锭子，所以锭子在纺织工业中仍占有极其重要的地位。细纱工序是棉纺工业的主要工序，而棉纺细纱锭子是细纱机的主要加捻元件，是细纱机的心脏，是纺纱工业的象征。因而通常以拥有的细纱锭子数量来衡量纺纱厂的设备规模。细纱机要实现高速高产，需要不断地改进锭子的设计和制造水平。锭子的数量决定了纺织工业的生产规模，是生产力的最主要标志。目前我国拥有细纱纱锭7500万锭，居世界首位。然而，目前锭杆锭盘压配过程生产主要靠人工方式来将锭杆和锭盘组装在一起，人工分组选配杆盘后，由工人控制压力机的动作，并将定长套筒轮流套在选配好的锭杆锭盘结合件上，如果合格则放入夹具中，然后用脚踩控制阀来完成压配，这样的装配方法远远不能满足现代化生产的需要，更不能保证产品的质量，并且工人劳动强度大，容易出现事故。而随着现代制造技术的迅速发展、计算机技术的应用，为锭子的生产提供了一个新的平台。因而，锭子的自动化流水线生产显得越来越重要，如果在锭子生产中使用自动化化流水线，可以使我们的锭子生产再上一个新的高度。为此我们建立有关细纱机锭子杆盘压配自动化生产研制课题组，寻求解决锭杆锭盘压配过程出现的生产效率低、质量低和劳动强度大等一系列问题。课题组来源于河南二纺机股份有限公司，是对锭杆锭盘压配过程生产进行研究设计，生产线包括锭盘自动选送料机构和多工位回转式工作台。本课题主要解决杆盘自动机构设计，本课题属于细纱机锭子杆盘压配自动化生产线研制课题组的重要环节。本课题主要是对锭杆锭盘零件的顺序送料机构选择和设计。锭盘送料机构方案主要通过楔形推杆和选别孔组合实现自动送料；由油缸活塞顶起工作台，蜗轮蜗杆通过轴带动工作台回转，最后由钢球实现分度定位。1课题概述1.1 课题来源本课题来源于河南二纺机股份有限公司，在对企业实习调研中发现，目前的锭子装配生产主要靠人工方式来完成。人工方式不仅浪费了大量的人力，而且由于人为因素的大量存在，也不能保证产品的质量。为了增加产量，降低生产成本，提高产品档次，增强市场竞争能力，我们必须要采取一种更加科学的手段来代替过多的人工行为，这也是适应现代化生产的需要。为此我设计了锭盘自动选送料机构和多工位回转工作台以实现锭子的自动装配。本课题主要研究的是杆盘自动送料机构设计和多工位回转工作台。1.2国内外发展现状1.2.1国外技术发展细纱机锭速经历了由几千r/min到12000m/min，再到1800 m/min，直至目前的20000 m/min以上的纺纱速度，纺纱卷装管长由最初的180mm增至260mm。随着细纱机的机电一体化应用水平和自动化程度越来越高，锭子由最初的滑动轴承转为滚动轴承，近期出现径向、轴向支承分离的“分体式锭底”。支承结构形式由刚性支承向弹性支承（下支承弹簧）及向双弹性支承（上下支承均有弹性）。比如德国绪森公司NASA型锭子，HP368型锭子及SKF公司的Csis锭子，其结构都是世界先进水平的，锭速可开到30000转/分，噪音比普通锭子低67%。耗能低，每锭每年可节能24W，使用寿命达10年以上。欧洲一些锭子生产厂商，IJSKFNOVIBRO，生产的锭子外观十分精美，运转非常平稳，转速为25万转分，且能耗水平较低。使用寿命长，是国产锭子的45倍。免维护，加油周期半年以上，国产锭子加油周期为半个月。国内把此类锭子称为高速锭子，经测定20000转分时单锭功率小于6w另外，在生产中大力推行自动化流水线生产，大大提高了生产效率，降低了人为因素对产品质量的影响。1.2.2国内锭子发展目前，我国的生产线自动化程度较低，而且还精度低，效率分配不合适，致使各部位工作不协调。自动生产线设计往往没有自主知识产权，仅是在原有基础上改进，不能有质的飞跃。通过调研，了解到了我国锭子生产尤其是锭杆锭盘压配的生产现状。大多装配工作都处于手工阶段，生产工艺方面有些落后，有待改进的地方还很多。其中，锭盘和锭杆的压配过程是最值得改进的。压配各个工序没有太多的机械联系，产品互换性不好，次品率很高。这种状况限制了企业的发展，不利于了企业自动化、国际化方向的发展。我国棉纺锭子有D32、D12、DFG等系列，主要是使用寿命短，耗能高，振动噪音大等，经过长期改进，有许多进展，但问题还存在较大。目前主要问题中是要采用小锭盘，双弹性支持面，锭子材质改进等，都要加快开发与研究，中心问题是如何在减震基础上延长锭子使用寿命，适应我国环锭细纱机向高速进展新形势的要求。据纺织科普报介绍，河南二纺机股份有限公司新近开发的YD5203型高速锭子，锭速已开到1900020000转/分，可节能17%，生产效率提高10%。1.3 研究主要问题首先，了解企业中对锭杆和锭盘零件的实际加工过程，包括从原料到成品的整个生产工艺。其次，对本课题所要涉及的杆盘送料机构设计中会出现的问题进行总结与分析，考虑实际送料机构中各零部件的生产与装配。针对所设计的零部件，要方便零部件的加工生产。同时锭盘送料结构要保证送料定位精准，从而保证锭盘准确落入工作台夹具中，提高生产率。第三，多工位回转式工作台在分度转位时，油缸活塞抬起工作台，接着，蜗轮、蜗杆和轴转动工作台，转过一个工位后，由光电检测板触发电机停止转动。之后油缸活塞又带动工作台下降，由钢球定位并加紧。1.4 设计可行性分析从上学期末开始，我就针对本课题做过一些市场调查,了解了与课题相关的信息，还对多个企业实地考察目前的锭杆锭盘的装配方式，深深的体会到目前锭子的需求与供给之间的矛盾，以及人工装配的种种弊端，次品率出现很高。主要有河南二纺机股份有限公司提供的一些资料，如锭子工艺生产图册和压配工艺等相关技术参数一些原始设计依据，这些给我们的设计提供很大的的技术帮助。锭杆锭盘自动送料机构和多工位回转工作台以实现锭子的自动装配不仅可以大大的提高劳动生产率，而且把大量的人力从繁重的劳动中解脱出来，减低劳动成本，教容易控制产品质量和提高产品生产效率。在设计中不可避免的会出现很多问题，这就需要有足够的耐心去对待所遇到的困难，比如转速的计算、电机的选择和机构的配合等等。这些在老师和学校领导的帮助下，也给我们提供了许多有利的条件，我想只要我们重视起来，一定会顺利的完成毕业设计任务的。2总体方案在往届学长设计中，存一些问题。其中一个三维总装图如图2-1所示，其主要以工作台将工件进行运送，整个生产线虽然结构紧凑，但回转工作台的精度低，杆盘送料机构碰撞性很大，不利于产品质量。图2-1 往届三维总装图（1）图2-2往届三维总装图（2） 还有一个三维总装图如图2-2所示，此设计与上一个相比，虽然精度得到一定的提高，但其占地面积较大，送料机构对工件冲击较大，影响了锭杆锭盘的压配精度；另外，其定位精度也比较低。在我对锭杆锭盘的整个压配生产过程作详细的分析和研究后，考虑零件的特殊性和目前企业生产现状，认为生产线必须在满足使用要求和保证高生产率前提下，做到技术先进，经济合理，制造方便，安全可靠。综合各方面资料，机械设备必须具备以下特点：运动的平稳性，具有足够的强度和刚度，能保持规定的运动精度，运动平稳是衡量机械设备重要指标之一；机械设备必须保证在规定的条件下、规定的时间内完成规定的工作能力，即可靠性，可靠性越高，故障率越低；机械设备在加工产品时，必须有一定质量标准，即质量稳定性；加工精度的保持性，要在必要的使用时间内确保零件精度同一；机械设备在工作时要环境因素，对环境具有适应性；机械设备还要便于拆装，方便维修，操作简单安全。整个生产压配线具有一定的灵活性，能适应产品规格、品种在一定范围变化的要求，也具有合理的自动化程度，要根据需要和可能性来综合考虑，不能脱离现实条件而盲目的追求先进性。同时也保证结构简单，制造容易，成本低，生产效率高、能耗少。在充分考虑机械设计各方面特点，我提出几套合理的方案。最后再分析各方案的优缺点，确定运用多工位回转工作台做为总体设计方案。工作台在蜗轮蜗杆的带动下回转，并在需要的位置停留。整个加工过程输送平稳，冲击小。在方案中，各工位是具有独立性，在PLC控制下各自协调工作，自动化生产可以提高产品的工作效率，保证产品质量。本人此次设计的主要任务是完成锭杆锭盘自动送料机构设计和多工位回转工作台设计。确定锭盘机构选用定向整列机构料斗送料机构；确定多工位回转式工作台在分度转位时，油缸活塞抬起工作台，接着，蜗轮、蜗杆和轴转动工作台，转过一个工位后，停止转动。油缸活塞又带动工作台下降，由钢球定位并加紧。3锭盘自动送料机构设计3.1 锭盘零件特点锭盘材料是HT200，通过铸造和机加工生产出成品零件，是锭子的主要零件之一。锭盘属于中小型零件，零件轻小属回转体，压配部位为锥度1.5:100处，尺寸精度、形位精度和表面粗糙度要求都较高，中间腰鼓状为锭带传动用，下料时小端朝下垂直落入工作台的定位孔内。锭盘零件如图3-1所示。图3-1 锭盘二维零件图其三维造型如图3-2所示。图3-2锭盘三维零件图3.2 机构方案选择3.2.1方案理论自动上下料装置按被加工的坯料可分为：1)卷料自动上下料装置；2)棒料自动上下料装置；3)板料自动上下料装置；4)件料自动上下料装置。前三类上下料装置由于坯料形状简单，结构单一，已成为冲压设备，自动机床等的组成部分。自动上下料装置按外形特征及自动化程度可以分为：1)料斗式自动上下料装置：其特点是将工件成批倒入料斗，从定向排列到送装至工作地点全部自动完成。其适用于形状简单、重量不大，但批量很大、生产率很高、工序时间很短的工作，如各种紧固标准件、轴承、仪表、五金、钟表、无线电力零件;2)料仓式自动上下料装置：其特点是工件人工定向排列，然后才靠机构自动送装到工作地点。其适用于产量虽不大，但因重量、尺寸或几何形状的特点而难于自动定向排列的工件，如曲轴、连杆等工件，或者单位工序时间较长，人工定向排序一批工件后可以工作很长时间，采用更高自动化程度的料斗式上下料装置没有必要时。自动化上下料机构使散乱的中小型工件毛坯，经过定向机构，实现定向排列，然后顺次地由下料机构把它送到机床或工件位置去，并把工件取走。如果工件比较大，形状较复杂，很难进行自动定向，则用人工定向后再由上下料机构送到指定的工作地点去。锭盘零件很明显属于中小型零件，所以可以用自动送料机构来实现。中小型工件自动送料机构组成。自动送料机构主要包括料斗、输料槽、垂直推杆等。其中，料斗是用来接受、储存成堆散乱的工件；料道的作用将工件自定向机构运送到储料仓；上下料机构的作用是把已定向的工件按一定的生产节拍和位置送到工作地点去；隔料器的作用是定时定量的输出工件；驱动装置的作用是带动隔料器或其他部分运转。3.2.2自动上下料装置分类自动上下料装置按外形特征及自动化程度可以分为：料仓式自动上下料装置：其特点是工件人工定向排列，然后才靠机构自动送装到工作地点。其适用于产量虽不大，但因重量、尺寸或几何形状的特点而难于自动定向排列的工件，如曲轴、连杆等工件；料斗式自动上下料装置：其特点是将工件成批倒入料斗，从定向排列到送装至工作地点全部自动完成。其适用于形状简单、重量不大，但批量很大、生产率很高、工序时间很短的工作，如各种紧固标准件、轴承、五金、钟表等。根据工件的类型、尺寸、形状，从必要性和可能性综合考虑合理的自动化程度，一般选择方式如下：回转体类: 如各种轴、柱、销、套、管状工件，包括螺钉、螺母、齿轮等类；工件可以采用料斗式自动上下料装置或料仓式半自动上下料装置；片块状类：如充片、链板、键、铰链、块规等适用装置与回转体类相同；杂件类：如叶片、连杆、曲轴、拨叉、弯板等一般只能采用料仓式半自动上料装置或随行夹具，由人工定向；箱体类：如变速箱、主轴箱、齿轮箱、气缸体、气缸头、各种壳体零件，中小箱体壳采用随行夹具，大型箱体常采用步伐式、传送带式运输装置进行上下料，均由人工定向。一个好的上下料装置应该达到：提高设备生产率和工人劳动生产率，显著减轻工人的劳动强度；工作稳定可靠，运转噪声小，不会损伤工件，使用寿命长；结构紧凑简单，最大限度采用标准化零部件，通用性好、易于制造、易于维修、成本低。3.3 锭盘自动送料机构的确定针对锭盘零件重量较轻，体积小、又是回转体，易于实现自动定向的特点。，故选用料斗式自动上下料装置较为合适，采用定向整列机构。该机构可以实现工件的自动定向，提高设备生产率和工人劳动生产率，显著减轻工人的劳动强度。3.3.1锭盘送料机构的设计根据锭盘零件的外形及特点，近似呈“T”形，可确定选用倾斜推杆定向整列机构，整列锭盘。如图3-4所示。图3-4 倾斜推杆定向整列机构倾斜推杆定向整列机构主要构造有，料斗、输料槽、和倾斜推杆组成。工作原理是料斗里的零件通推杆斜行定位，进入输料槽。在进入输料槽后，可选用图3-5 示工件下料定向整列机构，由选别孔来确定工件下料方式。图3-5工件下料定向整列机构3.4 锭盘自动送料机构中的理论计算3.4.1确定竖直供料液压缸由零件锭盘和推杆材料取HT200，估算锭盘质量为0.6 Kg，推杆质量2 Kg，总质量为 m= Kg。则 G=mg=26N由此选取轻型拉杆式液压缸，其推力为2.81KN，压力位3.5MP，推杆直径为16mm，最大行程为1000mm。其安装选取后端矩法兰安装方式。型号为B-FBFZ132D-低压B1000A。3.4.2选定水平供料气缸由零件锭盘和水平推杆材料取HT200，估算锭盘质量为0.6 Kg，推杆质量3 Kg，总质量为 m= Kg。则 G=mg=36N F=fG由钢与钢件之间在无润滑情况下，f=0.15知推力F1=Gf=5.4N由此选取工作压力位0.1MP，缸径为16mm，推力为20.1N，行程为100mm的气缸。3.4.3 选别孔设计锭盘外形为一头大一头小，选别孔原理为：孔宽略度大于工件长度，其两边宽度比工件大头小比小头大。可使工件小头先进入，怎可实现工件小头朝下送料，如图3-6。图3-6 选别孔4多工位回转工作台设计4.1 多工位回转工作台特点 在组合机床这类专用机床中，回转台式多工位组合机床(工作台)占有重要位置。这类组合机床是采用多工位、多轴、多面和多方向同时加工工件的，因而具有很高的生产率。同时，这样的机床，工件经加工 基准后上机(线)或毛坯直接上机(线)，可实现工件的全部加工，并且，由于工件加工过程中通常只需一次装夹，那么加工精度较高，因此，这类机床是汽车，摩托车行业或其他一些大批量生产部门使用的重要技术设备。4.2 机构方案选择 多工位回转工作台可以采用多种机构方式实现，例如转位斜板和转向盘分度定位机构、多级气缸转位多齿盘定位机构、摆动油缸分度销子定位机构、机械分度销子反靠定位机构、和拔插-挡销分度定位机构等。 在本设计中，我采用的是带光电检测装置的钢球分度定位机构。采用此机构，分度方便，定位精度高。分度部分由行程开关和光电检测装置控制，定位加紧主要由钢球来实现。4.3 多工位回转工作台的确定4.3.1分度定位装置 该装置由圆环和精密钢球组成。钢球压配在圆环的槽中，有较好的刚性，上下两圈钢球在凹凸处啮合定位，这种定位方式可以获得较高的分度定位精度。 4.3.2工作台分度转位分度转位时，油缸活塞抬起工作台，由传动件控制行程开关，使蜗杆、蜗轮、轴转动工作台，转过一个工位后，停止转动（用光电控制）。此时油缸活塞又带动工作台下降，由钢球定位并加紧，至此分度循环结束。4.3.3工位数的选择和检测 这是由光源灯、检测器和和检测板组成的检测装置，控制工作台分度回转后停转。我们需要几个工位，就可以在检测板上开几个距中心等距的圆孔。孔的数目与钢球数量（即分度数）应有比例关系。如钢球为16个，则分度工位数是16、8、4、2。4.4 多工位回转工作台中的理论计算4.4.1圆环尺寸与钢球规格数量的确定 本回转工作台共有六个工位，锭盘自动送料工位、锭杆自动送料工位、压前检测工位、压配工位、压后检测工位和下料工位。因此工作台尺寸不易过小，另外，由上述知，六工位工作台需要钢球数为6、12、24、48等，为6的倍数。结合以上要求先选取直径为60mm的钢球48个。则，钢球组成的园为 则由此确定圆环内径又因为钢球需要压配进带槽的圆环中，则圆环槽宽为，厚度为14mm。4.4.2油缸活塞尺寸的确定 由零工作台、轴和夹具材料取HT200，则可估算工作台为，夹具为，轴为。则总质量为 则 取液压缸工作腔的工作压力选取油缸推杆直径为则再考虑机械运动中的摩擦，可取4.4.3油缸行程的确定 由工作台工作原理知，油缸行程只需使相互啮合的钢球分离即可，即超过8.04mm。所以确定油缸行程为15mm。4.4.4工作台转速的确定估算每件产品的生产周期： 本课题需满足每台机器年产200000件的要求，按每天8小时工作制，除去法定节假日。平均每个工人每年的工作时间： 8250=2000（小时）生产一件产品所需的时间：t=20006060200000=36秒因为为6个工位，考虑在加工油缸升降和钢球定位所需耗时，取工作台转速为2.5r/min。4.4.5电机的选择由于工作台转速较低，这里我们应选择低速较大转矩的电机，其型号为Y180L-8-2-B35。额定功率为11KW、满载转速为730 r/min。4.4.6蜗轮蜗杆参数的确定由实际需要，估算蜗轮蜗杆传动比为10左右即可。根据长用蜗轮蜗杆即可满足要求。现确定及参数如下：蜗轮蜗杆模数为；蜗杆头数位，蜗轮齿数为；变位系数；、；、。则，其传动比为 4.4.7减速器参数的确定传动比的确定：-电机转速、-工作台转速、-蜗轮蜗杆传动比、减速器传动比则由此，可选择减速器参数，传动比、中心高为、中心距为。其型号为：ZSY JB/T 8853-1999。5经济性分析纺织行业作为中国的传统优势产业，国民经济的支柱产业和出口创汇的首要产业，一直深受国民的关注。随着纺织行业的不断发展，市场要求纺织产品数量和质量不断提高，进而促使纺织机械部件的不断提升。而纺织机械中最为重要的组件就是锭子，在对纺织企业实习了解到，市场需求锭子量大，出现供不应求的现状。锭子在目前生产还处于人工装配阶段，人工装配所花费的周期长，产品质量差，生产效率低。针对这些变革，我们设计了锭杆锭盘自动选料机构以实现锭杆锭盘的自动装配，能提高锭子的生产效率，保证锭子的质量。本课题设计主题是“低成本，高效率”，对锭杆自动送料机构和锭盘自动送料机构进行合理分析设计，实现自动化生产，大大地减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。在设计时对每个零件都进行分析，保证机构中所用到零件容易制造生产，同时还采用很多标准件，降低了机器的制造加工成本，这也符合现代化，标准化的要求。目前锭子年产几百万套，通过该生产线，估计年产量可达上千万套，可以节省近一半的劳动力。6结论在大学的学习过程中，毕业设计是一个尤为重要的环节，是我们步入社会参与实际工程设计的一次极好的锻炼机会。通过这次毕业设计，使我对行业最为重要部件锭子有很深的了解。本次综课题设计是细纱机杆盘生产线中锭盘送料机构和多工位回转工作台的设计。通过紧张而有序的计算设计，已基本上完成设计任务，从理论上可以达到设计课题的要求，基本能实现生产要求。但由于时间比较紧，任务量大，只对重要的机构部分进行考核和实践验证，某些部件还需进一步完善。通过这次设计，我更加熟悉了设计的步骤和方法，在设计过程中不仅学到了很多理论知识，还通过深入的课题调研，了解到许多实际的生产经验，这对我一生来说都是非常宝贵的财富。在以后的工作中可以从中得到启发和借鉴、触类旁通。但是我也知道仅仅从一次毕业设计中学到的知识是非常有限的。要想在机械行业有所作为，还要靠自己在以后的工作实践中不断的摸索，不断的学习。只有不断的努力，才能有所成就，为社会多做贡献。由于本人所学知识水平有限和毕业设计预留时间短，难免会出现错误，有误漏之处，还望老师们多多指正批评！参考文献1 钱作勤.纺纱锭子系统智能化研究 . 武汉：武汉交通科技大学学报，19912 赵则祥.公差配合与质量控制.河南：河南大学出版社，1999.33 尚久浩. 自动机械设计. 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