套类零件自动上下料机构设计毕业设计论文

哈尔滨工业大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 第1章 概述

1.1 自动上下料机构设计的背景与目的

数控机床是一种以数字量作为指令信息、形式，通过电子计算机或专用计算机装置控制的机床，是在机电一体化技术的基础上发展起来的一种灵活而高效的自动化机床，在机械行业中得到了日益广泛的应用，因为它具有如下的特点：

（1） 适应性强

适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控机床上进行产品加工，当产品改变时，仅仅需要改变数控设备的输入程序（即工作程序，又称用户软件）就能适应新产品的生产需要，而不需改变机械部分和控制部分的硬件，而且生产过程是自动完成的。这一点不仅满足了当前产品更新、更快的市场竞争需要，而且较好的解决了单件、小批量、多变产品的自动化生产问题。适应性强是数控机床最突出的优点，也是数控机床得以生产和迅速发展的主要原因。

（2）能实现复杂的运动

普通机床难以实现或根本无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面; 而数控机床则可以实现几乎是任意轨迹运动和任何形状的空间曲面，适用于复杂异型零件的加工。

（3）加工精度高，产品质量稳定

数控机床是按照预定程序自动工作的，一般情况下工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者认为生产的误差。在设计制造设备主机时，通常采取了许多措施，使数控设备的机械部分达到较高的精度。数控装置的脉冲当量可达0.01—0.00002mm, 同时，可以通过实现检测反馈修正误差或补偿来获得更高的精度。因此，数控机床可以获得比机床本身精度更高的加工精度。尤其提高了同批零件生产的一致性 ，使产品质量获得稳定的控制。

（4）生产效率高

数控机床比普通机床的生产效率能高出许多倍。尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可提高十几倍甚至几十倍。其原因如下：

①数控机床具有较高的刚性，可采用较大的切削用量，有效地减少了加工中的切削时间。

②具有自动变速、自动换刀河其他辅助操作自动化等功能，而且无需工序间的检验和测量，使辅助时间大为缩短。

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哈尔滨工业大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） ③工序集中、一机多用的数控加工中心，在一次装夹工件后几乎可以完成零件的全部加工，这样不仅可减少装夹误差，还可减少半成品的周转时间，生产效率的提高更为明显。

④减轻劳动强度，改善劳动条件

数控机床的工作是按预先编制好的加工程序自动连续完成的，操作者除输入加工程序及相关的操作之外，不需进行繁重的重复手工操作，劳动条件和劳动强度大为改善。

⑤有利于科学的生产管理

采用数控机床能准确地计算产品生产工时，并有效地建华检验、工夹具和半成品的管理工作。数控机床采用标准的信息代码输入，这样有利于于计算机连接，构成由计算机控制和管理的生产系统，实现制造和生产管理的自动化。

数控机床与普通机床相比具有许多优点，其应用范围正在不断扩大，但目前它并不能完全替代普通机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。在实际选用时，一定要充分考虑其技术经济效益。数控机床最适合加工具有以下特点的零件：

（1）多品种小批量生产的零件。 （2）形状结构比较复杂的零件。 （3）需要频繁改型的零件。

（4）价格昂贵，不允许报废的关键零件。 （5）需要最短周期制作的急需零件。 （6）批量较大精度要求很高的零件。

由于数控机床的自动化程度、生产效率都很高，可最大限度地减小操作工人。因此，大批量生产的零件采用数控机床加工，在经济上也是可行的。

车床主要是用于车削加工，在机床上一般可以加工各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥面、成形回转表面及螺纹表面等。在数控车床上还可以加工高精度的曲面与端面螺纹。用的刀具主要是车刀、各种孔加工工具（钻头、铰刀、镗刀等）及螺纹刀具。车床主要用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面。数控车床加工零件的尺寸精度可达IT5~IT6，表面粗糙度可达1.6μm以下。

数控车床的种类很多，各种卧式车床都有数控化的。数控车床主要可分为数控卧式车床、数控立式车床和数控专用车床（数控凸轮车床、数控曲轴车床、数控丝杠车床等）；或分为普通数控车床和车削加工中心。

数控车床与卧式车床相比，有以下几个特点：

（1）高精度 数控车床控制系统的性能不断提高，机械结构不断完善，机床

精度日益提高。

（2）高效率 随着新刀具材料的应用和机床结构的完善，数控车床的加工效率、主轴转速、传动功率不断提高，使得新型数控车床的空转动时间大为缩短。

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哈尔滨工业大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 其加工效率比卧式车床高2~5倍。加工零件形状越复杂，越体现出数控车床的高效率加工特点。

（3）高柔性 数控车床具有高柔性，适应70%以上的多品种、小批量零件的自动加工。

（4）高可靠性 随着数控系统的性能提高，数控车床的无故障工作时间迅速提高。

（5）工艺能力强 数控车床既能用于粗加工又能用于精加工，可以在一次装夹中完成零件全部或大部分工序。

（6）模块化设计 数控车床的设计多采用模块化原则设计。

现在，数控车床技术还在不断向前发展着。随着数控系统，机床结构和刀具材料的技术发展，数控车床将向高速化发展，进一步提高主轴转速、刀具快速移动以及转位换刀速度；工艺和工序将更加复合化和集中化；数控车床向多主轴、多刀架加工方向发展；为实现长时间无人化全自动操作，数控车床向全自动化方向发展；机床的加工精度向更高方向发展。同时，数控车床也向简易型发展。 随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多重体力劳动必将有机器代替，这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。随着机械制造业的日益发展和数控车床的普及使用，工件的装夹往往成为制约提高加工效率的主要原因，而普通车床常用的夹紧送料方式是采用手工送料，利用装在机床主轴法兰上的三爪卡盘或四爪卡盘进行夹紧工件，装夹时间较长，工人的劳动强度大。对于数控车床而言，人工装夹时间往往比加工时间还长，为此，在数控车床上曾开发出液压或电机夹紧送料装置。液压夹紧装置虽然体积小，但必须每台车床配备一套液压站，所以其成本较高，且送料机构采用重物提拉方法，结构大，占用地方多，另外液压站使用的介质为液压油，维护保养时易污染环境等。电机夹紧装置的体积较液压夹紧装置稍微大些，较经济，但一般只有夹紧装置而只有送料装置，使数控车床无法实现自动连续工作，从而降低了数控车床的加工效率。

套类零件自动上下料机构主要包括自动安装夹具，坯料、工件拾取机械手，动力及控制系统。在数控车床加工过程中，该机构用于实现坯料的抓取、自动定位夹紧以及工件的回放等功能，可以实现数控车床的自动连续工作，操作简便，大幅度提高了工作效率和加工的自动化程度。

1.2 自动上下料机构设计的意义

该自动上下料机构利用压缩空气作为动力源，取之不尽，用之不竭，可以节约能源，气体不易堵塞流动通道，用过后可随时排入，不污染环境，成本较低，维护保养容易气动动作迅速，反应快，气动机械手与气动夹具相互配合工作，能够实现数控车床的自动连续工作，从而提高了加工成本，降低了工人的劳动强度。

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哈尔滨工业大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 第2章 总体方案设计

2.1 方案设计概述

机械产品的设计过程由三个相互影响的步骤组成，称为方案设计阶段（或称概念设计阶段）、技术设计阶段（或称初步设计阶段）和施工设计阶段（或称详细设计阶段）。

2.1.1 方案设计

方案设计阶段的主要任务是根据计划任务书，在经调研进一步确定设计要求的基础上，通过创造性思维和试验研究，，克服技术难关，经过分析、综合与技术经济评价，使构思和目标完善化，从而确定出产品的工作原理与总体设计方案。

2.1.1.1 明确设计要求

设计要求主要是功能要求、使用性能要求、工况适应性要求、宜人性要求、外观要求、环境适应性要求、工艺性要求、法规与标准化要求、经济性要求等等。

2.1.1.2 功能分析

技术系统是由构造体系和功能体系构成的。建立构造体系是为了实现功能要求。对技术系统从功能体系入手进行分析，有利于摆脱现有结构的束缚，形成新的更好的方案。功能分析的目标是通过分析，建立对象系统的功能结构，通过局部功能的联系，实现系统的总功能。功能分析过程是设计人员初步酝酿功能原理设计方案的过程。这个过程往往不是一次能够完成的，而是随着设计工作的深入进行不断修改、完善。

2.1.1.3 功能原理设计

此阶段的落脚点是为不同的功能、不同的工作原理、不同的运动规律匹配不同的结构，这就是通常所说的型、数综合，而且通过上述的排列组合，会出现非常多的功能原理解，产生很多的运动方案，这就为优选方案提供了基础。

2.1.2 技术设计

技术设计的任务是在功能原理设计所取得的优化方案的基础上，使原理构思转化为具有实用水平的具体结构，其中包括确定基本技术参数，进行总体布局设

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