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Q235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，