自动机的总体设计,7.1 总体设计的内容,通常总体设计包括以下一些内容： 1）自动机的使用条件、应用范围、生产率。 2）自动机的工艺分析，就是确定自动机加工产品的加工方案、工艺路线、工位数等，绘制出自动机的工艺原理图（或工艺流程图）。 3）选择自动机的机型、外形尺寸、各部件的相对位置尺寸等，绘制自动机的总体布局图。机型选择主要依据给定的生产率。根据生产率的大小可选用全自动型或半自动型、单工位型或多工位型、间歇式或连续式等。 4）确定自动机的工作循环时间，拟定自动机的循环图。 5）确定自动机的传动方案。 6）初选各部件、各执行机构的结构及运动形式。 7）拟定气、液、电系统原理图。 8）在考虑上述各项设计内容时，均需考虑人机适应性、维修操作方便性。 9）自动机总体设计方案、技术经济分析等。,7.2 自动机的设计步骤,1分析论证,2. 拟定方案,分析论证是指在大量调查研究的基础上，从工艺、技术和经济方面进行综合分析比较，探索自动机在工艺上的可靠性、在技术上的先进性和经济上的合理性。,工艺方案的确定必须从产品的质量、生产率、技术先进性、成本、劳动条件和环境保护等多方面进行综合考虑，列出两个以上的工艺方案，进行逐项分析比较，对于关键的工艺，还必须全面分析工艺测试数据、实验数据，然后确定出一个较为满意的工艺方案。自动机的工艺方案通常是采用工艺原理图来表示的。,(1) 确定工艺方案,在分析论证基础上，大致可按如下顺序确定方案设计。,7.2 自动机的设计步骤,2. 拟定方案,传动系统是自动机的重要组成部分，由它驱动各执行机构按工艺要求完成各种动作。传动系统的传动精度将直接影响自动机的加工质量；传动系统的振动、噪声是自动机振动、噪声的主要来源；传动系统的布局将直接影响自动机结构的复杂程度。因此，传动系统关系到自动机的性能和结构。 自动机的传动系统一般都比较复杂，对整机性能影响更大，所以在确定传动系统方案时要十分重视。一般应注意以下几条原则： 1）自动机的传动系统（传动链）应力求最短。 2）自动机传动系统应具有无级调速功能。 3）自动机传动系统的精度保持性要好。 4）自动机的传动系统应具有安全装置和调整环节。 5）自动机传动系统设计应尽量采用标准件、通用件。这不仅对减少自动机设计、制造的工作量，缩短生产周期，而且对保证自动机的整体质量也十分有利。,(2) 确定传动系统方案,7.2 自动机的设计步骤,2. 拟定方案,自动机的执行机构一般采用凸轮机构，连杆机构，齿轮机构，螺旋机构，杠杆机构或这几种机构的变异和并联、串联组合。机构的运动速度、加速度、运动轨迹是自动机能否完成工艺动作的关键，其行程、转角必须满足工艺要求。必要时，可绘出各机构示意图，做出机构的位移、速度、加速度线图，进行适当的运动分析或动力分析，进行全面对比，选择性能较好的方案。,(3) 确定执行机构,7.2 自动机的设计步骤,3. 结构设计,根据已经确定的方案，以及初步确定的部件和尺寸，绘成总装配草图。从草图中可以判别各部件或执行机构所安排的位置是否恰当，是否有足够的运动空间，机构是否发生干涉，以及安装、维修、操作是否方便。,(1) 总装配图,(2) 部件装配图,部件装配图可以是执行机构的支撑部件或其他部件，也可以由一个或若干个执行机构组成。部件装配图必须将所有零件的装配关系表示清楚，即零件的相对位置、装配尺寸及配合符号、装配要求等。,(3) 零件工作图,按照部件装配图的比例和所标的装配尺寸绘制零件工作图。零件工作图必须详细标出零件几何尺寸、尺寸的配合符号或公差值、形位公差、表面粗糙度、热处理要求、表面处理要求、材料、数量等。对于齿轮、弹簧等应在零件工作图的右上方用表格形式注明主要参数、技术要求或说明等。,(4) 电气系统,根据选用电机型号、规格以及其他方面的要求，与电气专业人员配合，绘制电气系统原理图、设计接线图、布线图、板图等电气施工图及选择电气元件。并根据元件尺寸设计有关的机械构件，最后列出电气元件明细表。,7.2 自动机的设计步骤,4. 编写说明书,设计说明书必须按顺序编写，论据必须可靠，计算必须准确，插图要清晰。主要内容包括：机械的技术性能，设计依据，各部件及系统图的说明，与同类机比较有哪些优点，各零部件的运动计算、动力计算、零件计算，以及在设计过程中所涉及的其他问题。,(1) 编写设计说明书,(2) 编写使用说明书,使用说明书是给用户的使用指南，其内容包括：自动机的用途及应用范围，结构说明，调整环节的说明，运输安装的说明，试车说明，润滑和维修说明，可能发生的故障及排除方法的说明，滚动轴承一览表，电气设备表，附件及备件表，易损零件及其零件图，验收标准及检验记录等。,5. 样机试制与鉴定,设计工作完成后就进行样机试制。设计人员要深入加工现场，关心制造，参加装配、调试及鉴定。如发现问题要及时分析研究，提出修改办法。经多次修改，认定达到设计要求后，方可转入批量生产。,7.3 自动包装机设计实例,1. 原始资料,本机加工对象是圆锥台形粒状巧克力糖（图7.1）。该产品批量大，畅销国内外。过去由于手工包装，产量低，包装质量不均，工人劳动强度大，远不适应市场的需要。为此，工厂提出了粒状巧克力糖包机的设计任务。,(1) 产品,(2) 包装材料,巧克力糖包装采用厚度0.008mm的金色铝箔卷筒纸。,图7.1 产品形状,(3) 生产率,生产纲领每班产量为570kg，约合自动机的正常生产率为120粒/min。,7.3 自动包装机设计实例,1. 原始资料,要求巧克力糖包装后外形美观、平整，铝箔纸无明显损伤、撕裂、褶皱（图7.2）。,(4) 包装质量要求,图7.2 包装后成品外形,(5) 对自动机的基本要求,机械结构简单，工艺先进，工作可靠、稳定，操作方便、安全，维修容易，造价低。,7.3 自动包装机设计实例,2. 粒状巧克力糖包装工艺分析,巧克力糖包装机的工艺分析过程如下。,(1) 被包物品的特征,(2) 包装材料的要求,食品包装材料应十分注意卫生。粒状巧克力包装纸采用0.008mm的金色铝箔纸，它的特点是薄而脆，抗拉强度小，容易撕裂和产生褶皱。因此，在设计供纸装置时，供纸速度要充分注意。一般情况下，包装速度越高，纸张受到的拉力就越大。若包装纸的抗拉强度不够，势必影响包装速度的提高,经成型加工工序出来的圆台形粒状巧克力，其轮廓清楚，但质地松软，容易碰损。因此，考虑机械包装动作时，应充分考虑适合该物品的特点，以保证物品的包装质量。 包装工艺首先要解决坯料的上料问题。像巧克力糖这类物品，使用一般料斗式、振动式、推板式或抓取式等方式送料都容易碰伤物品，宜采用人工推送到传送带上送料。,7.3 自动包装机设计实例,2. 粒状巧克力糖包装工艺分析,(3) 被包物品的特征,图7.3为最初模拟人工包装的包装工艺过程图。根据人工包装的程序，针对产品包装质量要求该机包装工艺初拟如下： 1）将64mm64mm铝箔纸覆盖在巧克力糖 小端中央，如图7.3（a）所示。 2）使铝箔纸沿糖块圆锥面强迫成形，如图7.3（b）所示。 3）将多余的铝箔纸分两半，先面向24大端中央折去，迫使包装纸与巧克力糖紧密贴合，如图7.3（c）、（d）。,7.3 自动包装机设计实例,2. 粒状巧克力糖包装工艺分析,(3) 包装工艺方案的试验,1）第一种工艺试验：采用刚性锥形模腔（图7.4），用手推动顶糖杆3将巧克力糖与其上面覆盖的铝箔纸2一起往上，推入锥形模腔，使其强迫成形。试验结果表明，基本符合要求。但还存在如下问题：一是由于巧克力糖成形的外形尺寸误差较大，使糖块与刚性锥形模之间的间隙大小不一。间隙太小，易使包装纸撕裂甚至拉断；间隙太大，易造成包装纸在糖粒表面上不平整。二是实验中发现糖块常常贴在腔内不易自由落下。三是在顶糖杆上顶时常有碰坏巧克力糖的情况。 2）第二种工艺试验：第二种方案是在第一种方案基础上提出来的，主要特点是将刚性锥形模腔改成具有一定弹性的钳糖机械手夹子图7.5（a）。,图7.4,7.3 自动包装机设计实例,3. 自动机的总体布局,自动机的传动控制机构，采用机械、液压或是气动，应根据产品的特点、年产量、使用厂家的具体条件以及机器动作的复杂程度而定。 根据以上分析，这台粒状巧克力糖包装机采用间歇回转型六工位全自动机。大致需要以下几个基本组成部分： 1）传动系统。 2）钳糖机械手及进出糖机构。 3）顶糖、接糖机构。 4）抄纸和拨糖机构。 5）供纸机构。 6）送糖盘与钳糖机械手转盘间歇回转机构。 总体布局形式的选定，是根据包装工艺的特点，即决定于包装产品的工艺性，布局形式要有利于产品包装，有利于机构简化，有利于工人操作与维修。,7.3 自动包装机设计实例,3. 自动机的总体布局,巧克力糖包装机总体布局如图7.7所示。,图7.7 巧克力糖包装机总体布局图,1电动机 2带式无级调速器 3分配轴盘车手轮 4顶糖机构 5送糖盘 6供纸装置 7剪纸刀 8钳糖机械手转盘 9接糖机构 10凸轮箱 11拨糖机构 12输送带 13包装纸,7.3 自动包装机设计实例,4. 自动机的主要装置设计,根据自动机传动系统设计的一般原则和该机工艺的具体要求，拟定传动系统如图7.8所示。,(1) 传动系统设计,图7.8 粒状巧克力糖包装机的传动系统,7.3 自动包装机设计实例,4. 自动机的主要装置设计,本机传动系统设计时，有两个重要参数要充分保证。一是分配轴的转速和调速范围，二是送纸长度。 1）分配轴的转速范围及其传动设计 根据原始资料，该机生产率为120粒/min，所以分配轴的调速范围应在70130 r/min。即分配轴转速n为70130 r/min。本传动系统由电动机（选 为1440 r/min，功率为0.4kW）到分配轴采用二级减速。第二级采用链传动，其传动比设定为 =19/48，第一级采用变速V带传动，其传动比为 。在分配轴的调速范围为n70130r/min条件下，可求出 的调速范围。,(1) 传动系统设计,所以,故,7.3 自动包装机设计实例,4. 自动机的主要装置设计,2）送纸长度及其传动设计 利用六槽槽轮机构传动，拨销每转一转（即分配轴每转一转），槽轮转过一个槽，即完成一粒巧克力糖的包装。在槽轮转动时，同时驱动送纸机构、出糖与进糖传送带以及拨糖盘动作。根据包装要求，每次送纸长度为64 mm。 由图7.8可知，当槽轮12转动时，通过链轮17使送纸滚轮（图中未画）转动；当槽轮停止转动时，送纸滚轮也停止转动。参考同类机械及本机位置结构，取送纸滚轮直径D为30mm，因每次送纸长度为64mm，则送纸滚轮每次必须转转，即,(1) 传动系统设计,对于六槽槽轮机构来说，槽轮每转1/6转，送纸滚轮应转2/3转才能满足送纸要求。根据传动链两端件（起端件为槽轮，终端件为送纸滚轮）的速度比，就可确定中间传动件的传动比和相关传动件的有关参数。,7.3 自动包装机设计实例,4. 自动机的主要装置设计,图7.9为钳糖机械手及进、出糖机构示 意图。送糖盘4与钳糖机械手5在同一槽轮 机构带动下做同步间歇回转。送糖盘4从输 送带1上逐一取糖送至包装工位处。图7.9 中，机械手的开合动作，由凸轮8控制，凸 轮8的轮廓线是由两个半径不同的圆弧组成 的，当从动滚子在大半径弧上时，机械手就 张开，从动滚子在小半径弧上时，机械手靠 弹簧6闭合。,(2) 钳粮机械手及进、出糖机构,图7.9 钳糖机械手及进、出糖机构,7.3 自动包装机设计实例,4. 自动机的主要装置设计,图7.10为顶糖、接糖机构原理图。接糖杆和顶糖杆的运动，不仅具有时间上的顺序关系，而且具有空间上的相互干涉关系。因此，它们的运动循环设计必须遵循空间同步化设计原则，在结构设计时应予以充分重视。,(3) 钳粮机械手及进、出糖机构,图7.10 顶糖、接糖机构,1圆柱凸轮 2接糖杆 3糖块 4顶糖杆 5平面槽凸轮,7.3 自动包装机设计实例,4. 自动机的主要装置设计,图7.11为抄纸和拨糖机构原理图。分配轴1上的抄纸凸轮通过抄纸板推杆端