2010_060343_前期报告00 3_改于2010.04.10

河北工业大学本科毕业（论文）开题 河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告 毕业设计（论文）题目：钨棒外圆磨削加工自动上料系统-机械系统设计 适用专业：机械设计制造及其自动化 学生信息：060343 麻胜南 机设 061 指导教师信息：94096 赵海文 副教授 一、文献综述 1、​ 课题研究背景 金属钨是一种重要的战略金属，它可以广泛用于优质钢的冶炼、硬质钢的生产、钨丝制造以及其他用途。钨可以制造枪械、火箭推进器的喷嘴、切削金属的刀片、钻头、超硬模具、拉丝模等等，钨是的用途涉及矿山、冶金、机械、建筑、交通、电子、化工、轻工、纺织、军工、航天、科技、各个工业领域。可以说，钨与我们的生活息息相关。钨是中国的优势矿产资源， 中国钨的储量、产量、出口量均居世界第一位，在国际上具有举足轻重的地位[1]。新中国钨工业60年来，我国钨产业从小到大，钨产品从单一到多种多样，实现了大的跨越式发展[2]。正是在这样的大背景下，钨材料的生产加工制造行业也是蒸蒸日上。但是由于技术水平低，自动化水平差，钨行业的生产环境差、效率低、产品质量低。因此提高钨产品加工的自动化水平是具有很高的现实意义的。 表1 中国钨产品生产能力与产量[1] 表2 中国钨品出口量统计 t 钨[1] 2、​ 国内外的研究现状 2.1 机械制造自动化研究现状 机械制造自动化是机械化、电气化与自动控制相结合的结果。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。后来由于电子计算机的应用，出现了机器人、数控机床、加工中心、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。 机械制造自动化的发展有两个突出特点：（1）从手动走向半自动化和自动化。（2）从单元自动化走向总体自动化。[3]随着人们对生产活动要求的提高，机械制造自动化技术也在不断发展着。为了把工人从繁重的生产活动中解放出来，去从事更有意义的活动，从而又出现了许多功能模块（子系统），在很大程度上促进了对传统机械设备的机电一体化的改造。 从发展来看，机械制造自动化的形式主要有三种，即半自动、全自动及完全自动化。其中完全自动化加工是指利用具有定向能力的供料器、料斗等设备向滑道或料仓供给被加工零件的自动化加工，这种机械允许一次向供料器和料斗投放较多的零件。[4] 制造过程的完全自动化是人们追求的最高目标和最理想的状态，针对这个目标，设计师已经设计出很多自动化设备，很好地服务了人类生产活动，也推动了自动化技术的进一步发展，极大地提高了机电产品的附加值。 2.2 自动化上下料装置研究现状 在现代工业自动化生产领域里，物料的搬运、机床的上下料、整机的装配等实现自动化是十分必要的。自动上下料装置和工业机械手就是为实现这些工序的自动化而设计和采用的。[5]自动上下料装置使散乱的中小型的工件毛坯，经过定向机构，实现定向排序，然后顺序的由上下料装置把它送到机床和工作位置去，并把工件取走。如果工件较大，形状较为复杂，很难自动的定向，往往用人工定向后，在由上下料机构送到工作地点去。[6]广泛采用自动上下料装置，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。[7] 自动上下料装置是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用[8]。自动机械技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。[9] 机床的自动上下料机构，在自动机床和自动线上是极其重要的组成部分。[10]随着机械加工业的发展、数控机床的不断应用和普及，如何提高机床加工的自动化水平和生产效率、减轻工人的劳动强度，愈来愈受到众多经营管理者的重视。对于轴销类零件和小型盘类零件的车削加工，目前国内大部分生产厂均采用传统的人工上、下料方式，不仅效率低、成本高而且危险性大，给企业竞争带来诸多不便。但若配备自动棒料输送机及接料装置则可实现自动上下料，有效提高生产效率，实现无人化自动循环切削。[11]该装置的应用， 拓展了机床的功能，适应了市场对机床的要求。[12] 油管机械化排放是油田修井作业中的一个重要组成部分占整个修井工作量的80%以上。在油管排放的过程中， 要求被起出来的油管能够整齐地排列好， 并在下管时按要求顺序放出。分离机构是油管机械化排放装置的组成部分， 它能够自动地从整排油管中分离出单根油管，并运到指定位置。[13] 要实现高效率磨削，在无心磨床上配置自动上下料系统是非常必要的，可以更加安全、可靠地实现设备自动化操作，提高设备利用率，减少操作工人数，降低工人劳动强度。国内无心磨床制造厂家生产的无心磨床，很少配有自动上下料系统。而国外的宽砂轮无心磨床生产厂家有专业技术人员针对具体工件设计专用自动上下料系统，如日本光洋精工机械有限公司、美国辛辛那提公司、德国斯来福临集团下的米克罗莎公司，他们出厂的无心磨床系列常配有自动上下料系统，进一步满足了用户要求，同时提高了设备的科技含量和附加值，也因此得到了更广泛的应用。[14] 此外，在国内生产的自动板料冲压机很多都没有自动送料机构，而关于设计此送料机构的也是一个发展方向[15]。棒料全自动下料机在大批量生产中提高劳动生产率具有重要作用。[16]用PLC作为中心控制单元，可以用作一些小直径的工件，可靠性高，运行稳定具有较强的实用性和适应性。[17][18] 总之，自动上料（供料）和下料机构是自动化设备的最重要的组成部分 [19]，从生产实践上来看，如何设计出合理的自动上料（供料）系统和下料系统，并使其按照规定的动作代替工人完成生产任务，提高生产效率，降低劳动强度，是设计者在制造自动化设备或者对原有的生产机械进行机电一体化改造的根本出发点。[20][21] 因此，我们的研究具有重大的现实价值和长远的意义，也是我们对本科阶段所学的专业知识的整体复习和综合运用，这对培养我们严谨的科研精神和实用的专业技能都很有必要。 二、课题初步设计 1、技术要求 (1) 人工成批供料，自动上料系统能自动取料（每次1 根），并将钨棒以设定速度匀速进给至进料口，直至加工设备能自动进给； (2) 上料系统能适应不同长度钨棒的取料、自动上料； (3) 整机可容易移动以便调整、维修加工设备。 (4) 钨棒自动上料过程中，要求前后两根钨棒尾部保持一定间距：2～5cm，避免两根同时进入磨床； (5) 钨棒进入磨床位置要准确； (6) 整机高度可调，调整范围 (±50cm)； (7) 在钨棒进料过程中，当棒料由于卡料而无法进料时，能及时报警停车； (8) 系统应具备缺料报警提示功能。 2、工艺流程分析 具有自动上料功能的钨棒外圆加工工艺流程见图1。 图1 具有自动上料功能的钨棒外圆加工工艺流程 3、方案初步设计： 本课题的难点在于单根取料，以下三个方案从机构的形式上考虑，均采用漏斗式料斗，料斗的底端宽度为2.2～3.4mm从而保证长棒料的单一取料。 （1）方案一 鼓轮隔料装置（见图 2）的输入滑道与输出滑道垂直，输入滑道内原料排成一列，通过鼓轮将其一一分离。考虑到料的长度比较长，而鼓轮的厚度有限，故可以在充分考虑料的刚度的前提下在料的长度方向上等间距的加上3~5个鼓轮。这样就可以在兼顾料脆性的特点的情况下满足棒料的单一输出。缺点是由于料斗的自身缺陷可能会发生卡料的现象，在必要的情况下要合理选择料斗的形状和加振动器。 图2 鼓轮隔料装置 （2）方案二 带式隔料装置（见图 3） 在输送机的皮带上设置很多隔板或者在带内开槽，零件存于隔板之间或者槽内，送往机床。这种料仓适合于小型而且较多的零件，这样可以一次性的连续大量供料。但是在现实中由于棒料的长度问题带轮的厚度会很大。可样就加大了机构的本身重量显得很笨重。带轮也可以做成如方案一的沿棒料长度方向等间距分别设置带轮。不过仍然会有几个轮不同步导致料破坏的问题出现。 图3 带式隔料装置 （3）方案三 滑板式隔料装置（见图 4） 滑板的厚度与零件的直径一致，在滑板上相距一定距离开出与零件形状相吻合的孔口。滑板在出料滑道的上面作往复运动时，滑板从进料滑道接受零件，并将零件分配给出料滑道。此结构较上述两个方案结构上会复杂一些可能会有料的一边进入料槽而另一边没有进入的可能。关于这一问题的解决基本上就是在料斗的方面加以控制。 图4 滑板式隔料装置 方案评价： 这三个方案结构都比较简单实用，但是从实际的情况考虑方案二不如方案一容易的实现，而方案三在结构及所占的空间上较大，笨重，综合考虑采用方案一较好。在鼓轮的驱动方式上可以采用电动、气动、液压、及电动加气动的多种形式。但是由于钨棒料的输入行程较短，工厂中的气源电源较易实现、成本低、运动中所需提供推力较小故可以采用凸轮加普通电机或者直接用伺服电机的方式或者直接采用小型气缸的方案。由于气缸成本较低且易于控制，因此在条件允许的情况下，优先选用气缸。 系统总体图： 系统总体图见图5、图6、图7、图8。 图5 总体方案布局 ①砂轮 ②钨料入口 ③钨棒料 ④角铁 ⑤料斗 ⑥鼓轮 ⑦气缸 图6 棒料入口 图7 钨棒取料及进给 图8 取料近图 工作过程： 工作时，鼓轮在伺服电机的间歇驱动下将钨棒料一根一根的输送到角铁内。当检测到角铁内的棒料后，气缸开始工作将棒料匀速推入无心磨床中进行加工，此时气缸快速返回为下次帮聊得送入做准备。 结论：通过增加自动上料装置，钨产品的生产效率和质量得到提高，劳动者的劳动强度降低。因此，此课题的研究具有较大的现实意义。 三、工作进度安排 本设计工作进度安排见表3。 表3 工作进度安排 序号 周 日期 工作 阶段成果 备注 1 3-5 3.15-4.04 领取任务书、分析设计任务、查询整理文献资料、初步方案设计 4.1 提交前期工作报告 共3周 2 6-8 4.05-4.25 进行详细方案设计(包括执行元件、传感检测元件、控制元件、外购件、件等选型） 共 3 周 3 9-11 4.26-5.16 绘制整机装配图，撰写中期报告 5.10 提交装配图和中期工作报告 共 3 周 4 12-13 5.17-5.30 装配图修改，绘制零件图，撰写论文 5.30 提交零件图和毕业设计说明书初稿 共 2 周 5 14 5.31-6.06 设计图纸、毕业说明书修改 6.04 提交最终版设计说明书 共 1 周 6 15 6.07-6.13 设计资料修改、完善、整理；设计资料上交，毕业答辩 6.10 提交全部毕业设计资料 共 1 周 四、参考文献 [1] 孔昭庆. 新中国钨工业60年. 中国钨业[ J ]. 2009, 24(5): 110~111 [2] 曾燕红, 黄含其. 钨产品出口现状分析. 知识经济[ J ]. 2009, (5): 34~35 [3] [日]藤森洋三. 供料过程自动化图册. 机械工业出版社[ M ]. 1985, 11 [4] Anon. 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