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成品轴承自动清洗生产线上料装置设计

2018-06-02    作者:    来源:    阅读:77

1/引言

1.1自动化生产线简介

    自动生产线是由工件传送系统和控制系统,将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来,自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统,简称自动线。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率,稳定和提高产品质量,改善劳动条件,缩减生产占地面积,降低生产成本,缩短生产周期,保证生产均衡性,有显著的经济效益。

从二十世纪20年代开始,随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展,机械制造中开始出现自动线,最早出现的是组合机床自动线。在此之前,首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线,随后发展成为自动线。第二次世界大战后,在工业发达国家的机械制造业中,自动线的数目出现了急剧增加。

机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等自动线,也有包括不同性质的工序,如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。自动线中设备的联结方式有刚性联接和柔性联接两种。在刚性联接自动线中,工序之间没有储料装置,工件的加工和传送过程有严格的节奏性。当某一台设备发生故障而停歇时,会引起全线停工。因此,对刚性联接自动线中各种设备的工作可靠性要求高。
    在柔性联接自动线中,各工序(或工段)之间设有储料装置,各工序节拍不必严格一致,某一台设备短暂停歇时,可以由储料装置在一定时间内起调剂平衡的作用,因而不会影响其他设备正常工作。综合自动线、装配自动线和较长的组合机床自动线常采用柔性联接。
切削加工自动线在机械制造业中发展最快、应用最广。主要有:用于加工箱体、壳体、杂类等零件的组合机床自动线;用于加工轴类、盘环类等零件的,由通用、专门化或专用自动机床组成的自动线;旋转体加工自动线;用于加工工序简单小型零件的转子自动线等。
    自动化生产线的工件传送系统一般包括机床上下料装置、传送装置和储料装置。在旋转体加工自动线中,传送装置包括重力输送式或强制输送式的料槽或料道,提升、转位和分配装置等。有时采用机械手完成传送装置的某些功能。在组合机床自动线中当工件有合适的输送基面时,采用直接输送方式,其传送装置有各种步进式输送装置、转位装置和翻转装置等对于外形不规则、无合适的输送基面的工件,通常装在随行夹具上定位和输送,这种情况下要增设随行夹具的返回装置。
    自动化生产线的控制系统主要用于保证线内的机床、工件传送系统,以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作,并设有故障寻检装置和信号装置。为适应自动线的调试和正常运行的要求,控制系统有三种工作状态:调整、半自动和自动。在调整状态时可手动操作和调整,实现单台设备的各个动作;在半自动状态时可实现单台设备的单循环工作;在自动状态时自动线能连续工作。
    控制系统有“预停”控制机能,自动线在正常工作情况下需要停车时,能在完成一个工作循环、各机床的有关运动部件都回到原始位置后才停车。自动线的其他辅助设备是根据工艺需要和自动化程度设置的,如有清洗机工件自动检验装置、自动换刀装置、自动捧屑系统和集中冷却系统等。为提高自动线的生产率,必须保证自动线的工作可靠性。影响自动线工作可靠性的主要因素是加工质量的稳定性和设备工作可靠性。

自动化生产线的发展方向主要是提高生产率和增大多用性、灵活性。为适应多品种生产的需要,将发展能快速调整的可调自动线。现代生产和科学技术的发展,对自动化技 术提出越来越高的要求,同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。数字控制机床、工业机器人和电子计算机等技术的发展,以及成组技术的应用,将使自动线的灵活性更大,可实现多品种、中小批量生产的自动化。多品种可调自动线,降低了自动线生产的经济批量,因而在机械制造业中的应用越来越广泛,并向更高度自动化的柔性制造系统发展。

1.2 我国自动化的发展现状及发展

    我国的大中型机械制造企业中,采用大量的自动化生产线来提高生产效率。我国正在成为一个工业大国,坚持以信息化带动工业化、以工业化促进信息化,走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化道路,才能真正得到发展。如何发展我国的机械自动化技术,应实事求是,一切从我国的具体国情出发,做好各项基础工作,走中国的机械自动化技术
    发展之路。1结合生产实际,注重实用发展机械自动化技术。先进制造技术的全部真谛在于应用。发展机械自动化技术, 应以企业的生产和发展的实际需要及具体条件为导向。只有对合适的产品采用与之相适应的自动化方式进行生产,才能收到良好的技术经济效益和社会经济效益。我国发展机械自动化技术,应结合实实际, 注重实用, 即对国民经济产生实际效益。那种盲目搞自动化、搞自动线的做法,全年生产任务只需1~2 个月就完成的低负荷率生产也要搞的倾向应当纠正,对国民经济不产生显著促进、效率低下的要缓搞。我们要的是效益,而不单纯的是速度。2 发展投资少、见效快的低成本自动化技术。发展低成本自动化技术,潜力大,前景广,投资省,见效快,提高自动化程度,可以收到事半功倍的经济效果,适合我国现阶段的发展需要和国情。20世纪90年代美国麻省理工学院提出的精节生产LP( Lean Production) 模式, 就是以最小的投入, 取得最大的产出的具体表现。借鉴国外发展机械制造业低成本自动化技术的经验是有益的。我国机械制造业各企业有大量的通用设备, 在发展现代机械自动化技术时, 应以原有的设备为主, 合理调整机床布局, 添加少量的数控设备,引入CAD/CAM技术,充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性,共同构成一个以人为中心, 以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统,为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。通用机的局部自动化改装有重要意义。近期内我国对成本低、维修方便的通用机的需要量还是不会急剧下降的, 因为有广大的乡镇企业市场, 有小工厂、试验室、大型企业的工具车间等。3 结合中国国情,发展现代机械自动化技术。实现机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当机械的操作采用自动控制器后, 生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制(传统) 自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。只有建立了自动化工厂后,生产过程才能全盘自动化,才能使生产率全面提高, 达到自动化的高级理想阶段。中国实现机械自动化技术应是一个长期的过程, 不可能一蹴而就。当前,中国机械制造业同世界先进水准也存在阶段性差距。在我国这种国情下, 普遍发展应用计算机集成制造系统的“全盘自动化”或“高度自动化”,并不具备必要的基础技术、经验和投资能力。因此,要不要普遍发展全盘自动化或高度自动化CIMS 技术,一定要慎重行事。而且全盘自动化或高度自动化的CIMS 技术也并非我国机械制造业的当务之急, 只能列为机械制造自动化技术的主要发展方向。应该发展工艺成熟的大批量生产的自动化技术。我国现阶段, 在产品数量较大的同类产品连续流水作业的切削加工生产中, 自动化设备仍然是半自动机床、自动机床、组合机床及其组成的自动线、回转体零件加工自动线等。而在大批量的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理和装配等生产中, 采用刚性自动化( 自动单机和自动线) 则是合理可行的, 能取得较好的经济效益; 对于品种稍多的成批生产, 应采用由快速重新调整的设备组成成组工段或流水线、可更换主轴箱组合机床自动线、短自动线和复合制造单元, 实现成组自动化; 而单件小批量生产, 应从推广成组技术入手, 适当发展采用数控机应酬或加工中心, 有针对性地建立一些揉性制造单元 , 可取得较好的经济效果。我国作为一个发展中国家, 考虑一切生产技术问题时的前提必须是适用。我国消化吸收国外柔性制造系统( Pseudo- FMS) ,是要确保必要的生产柔性的前提下, 优化人机界面, 不过分追求自动化, 尽可能建立较为完善的信息系统, 充分发展计算机管理的效益。系统中先进的自动化装备和普通设备并存, 系统的某些环节允许人工干预。这是一个典型的结合国情、实施适用先进方针的自动化技术解决方案。我国目前在消化呼吸、融会贯通国际上有用的自动化技术理论的基础上, 要努力做到从我国机械制造业的实际情况出发,发展创新,形成有国情特征的发展自动化技术理论和学说, 进行围绕计算机技术的柔性自动化技术的开发研究,以适用为前提, 急需什么就解决什么,取得实践经验再推广应用。4 抓好基础,注重配套发展机械自动化技术。发展应用机械自动化技术,要扎扎实实地抓好自动化技术应用项目的基础工作和从实际出发的推广应用工作,既要发展主机,也要配套发展自动化元件及控制系统。可编程控制器、微处理机、各种传感器、新型刀具、控制系统及系统软件、电子计算机等将是今后机械自动化的主要技术基础。研究生产大量性能优良、自动化水准高的机电产品是发展应用机械自动化技术的关键。自动化生产时, 在系统的结构、质量( 重量)、体积、刚性和耐性等方面对现代机械自动化技术有着重要的影响, 机械技术应利用其它高新技术来更新, 实现与适应现代机械自动化技术的发展; 自动化生产时, 机械制造系统的自动控制、自动检测、伺服系统的操作等都少不了要应用微电子技术和自动控制理论; 自动化生产时,信息的交换与处理、存取、运算、判断和决策等都少不了要应用计算机与信息处理技术。总之,我国机械制造业发展应用自动化技术,不但要起点高, 瞄准世界先进水准,而且必须包括各种灵活的低成本、见效快的自动化技术, 坚持提高与普及相结合的方针,我国的机械自动化技术发应应用才能健康地走上高速度、高质量和高效益之路。

1.3 自动上料在机械生产中作用

    在自动化加工、装配生产线中,能自动完成将工件向加工或装配机械供给并上料的装置,称为自动上料装置。是自动化生产先线中一个重要环节。

    统计表明,在工件的加工装配过程中,工件的供给、上料、下料及搬运等工作所需费用约占全部费用的1/3以上,所需的工时约占全部工时的2/3以上,而且绝大多数的事故都发生在这些工序中,尤其是成批大量生产的场合,当要求生产效率很高而且机动工时很短时,上下料是一项重复而繁重的作业。所以,为了提高生产率、减轻作业者的劳动强度,保证安全生产,实现上下料自动化是很有必要的。

    自动上料装置通常由工料器、分路机构、合路机构、上料机构及输送机构等所组成。其中,供料器、隔离机构及上料机构是其最基本的三个组成部分,各机构之间的连接通常使用料道或其它输送机构。在实际应用中,上述各机构往往不是彼此独立的,有事一个机构既能将工件隔离又能将其分路,既能将能工件隔离又能上料。

    在当今工业发达国家,自动上料装置在各类制造业中比比皆是,上产过程的自动化不仅大大提高了生产率,把人们从繁重的劳动中解脱出来;而且对提高产品质量,降低成本、促进产业结构的合理化起到了积极的 作用。随着电子技术的发展,现在自动上料装置中已经越来越多的采用传感器等电子设备,这样不仅能提高精度,而且能减小设备的大小,降低成本,这已是未来的发展趋势。

1.4 本论文所涉及的内容

    本课题针对成品轴承清洗生产线的清洗方式和清洗类型设计了一款自动上料装置。传统的轴承清洗方式,需把轴承内外圈分开,分别清洗,晾干之后再组装起来,费时又费力。当清洗批量较大时,无疑是一项繁重而枯燥的工作,并且容易引发各种安全事故。于是应运而生各种各样自动化清洗轴承的装置,大大提高生产率、减轻作业者的劳动强度,保证安全生产。本次毕业设计即为针对某一种自动清洗生产线所设计的成品轴承自动上料装置。该装置方案,采用凸轮与不完全齿轮所组成的组合机构来获得较长的清洗时间,方案新颖,结构简单,为轴承的清洗开辟了一条新的思路。本课题的关键在于寻求一种机构来获得较长的停歇时间即清洗时间。经查阅多方面资料,最终采用不完全齿轮-凸轮组合机构来实现。经过自己的不断努力及老师的帮助,使得这次的毕业设计能够顺利完成。

随着科学技术的发展和生产活动中不断出现的新的需要,自动化生产线也会不断发展进步,层出不穷,我们应当随时予以关注。


2 成品轴承自动上下料装置详细设计步骤

2.1 设计要求

2.1.1 轴承清洗方式

清洗装置的工作过程:成品轴承通过清洗线送入指定位置,调速电机带动旋转压盘压在轴承内套上,带动轴承内套一起旋转,外套靠摩擦力静止不动,这时清洗液泵打开,开始喷淋,清洗结束,旋转压盘抬起,完成一个工作循环。原理就是压紧外套,内套旋转使轴承处于共作状态下清洗。 如图2-1所示:

成品轴承自动清洗生产线上料装置设计

             1.定位气缸2.旋转压盘3.调速电机4.清洗液喷嘴

                      图2-1 清洗生产线上清洗装置示意图

2.1.2 轴承的型号及清洗类型

    待清洗轴承:圆锥滚子轴承6140 (结构简图如图2-2所示)

清洗类型:小批量


成品轴承自动清洗生产线上料装置设计

图2-2 圆锥滚子轴承6140结构图

2.2 方案的选择

2.2.1 课题分析

    该清洗方式的特点为在固定的位置上清洗轴承,且在该位置有足够的清洗时间。因此本设计的重点在于轴承的定位方式和如何获得较长的停歇时间。定位的方式多种多样,易于选择。因此本次毕业设计的核心在于如何获得较长的清洗时间,即寻求某种机构来获得较长的停歇时间。若采用电子器件控制,会简单的很多,本次毕业设计要求采用纯机械的手段来完成,因而如何获得较长的停歇时间,相对难一些。

2.2.2 自动上料装置中常见的几种机构

自动上下料装置中常见的几种机构有:曲柄滑块机构、凸轮机构、槽轮机构、棘轮机构、不完全齿轮机构等。如图2-3所示:      

成品轴承自动清洗生产线上料装置设计

                        图2-3 自动上料装置中常见的几种机构

2.2.3 方案的选择

A.凸轮机构  凸轮机构是最常见的停歇机构,结构形式多种多样,应用于各种自动上料的场合。不仅能够实现送料,还能实现停歇。

B.曲柄滑块机构  能实现送料,且其“偏心距”是凸轮的一半,因此相对于凸轮机构,设计出来的机构结构会小巧很多。

C.槽轮机构  槽轮机构 同样能实现送料和停歇,在实际生产中应用也相当广泛。但由于清洗方式要求竖直方向的压紧,会对槽轮产生相当大的翻转力,因此被摒弃。

D.棘轮机构 棘轮机构结构简单,应用也很广泛。但由于工作过程中会产生较大噪声。因此也不选用。

E.不完全齿轮机构 不完全齿轮机构也能实现停歇,工作时常与其他机构搭配,组成组合机构。

    综上所述,能够满足要求的有:凸轮机构 曲柄滑块机构与不完全齿轮机构的组合、凸轮机构与不完全齿轮机构的组合。

凸轮机构相对于组合机构来说,在获得停歇时间上会逊色很多,因此不予考虑。那么,我们只用分析讨论后两者的优缺点:

A.曲柄滑块机构与不完全齿轮的组合机构  若要实现较大的传动比,不完全齿轮机构本身必须用有较大的传动比。即完整的齿轮需要比其大数倍的不完全齿轮带动旋转,这样会大大缩短齿轮的使用寿命,这在设计过程中是应尽量避免的。此外由于大齿轮的存在,总体结构也会很大。

B.凸轮机构与不完全齿轮机构的组合机构 虽说由于凸轮机构的存在,总体结构较大,但由于该机构的启停之比等于凸轮的启停之比与不完全齿轮启停之比的成积。因此容易获得较大的停歇时间。

综上所述,选取凸轮机构与不完全齿轮机构组合而成的组合机构,如图2-4所示:

成品轴承自动清洗生产线上料装置设计

图2-4 凸轮与不完全齿轮组成的组合机构结构简图

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