1、中北大学 2013 届毕业设计说明书 某企业自动化加工单元规划与设计（一） 摘要 科技快速发展的今天，机械自动化是一个主流趋势，所以现代输送机也要满足自动化的要求 。 输送 机 是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。 本设计设计了一台用来传送托盘的 滚筒输送机 ，该 输送机主要是为了配合机械手与加工主机一起构成自动化加工单元，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化与无人化。本设计首先对输送机进行总体功能分析，并分析了各种输送机结构和应用范围，经过选择和比较，发现 滚筒 输送机 有许多自己独有的优势。比
2、如滚筒 之间易于衔接过滤，可用多条滚筒线及其它输送设备或专机组成复杂的物流输送系统，完成多方面的工艺需要 ，所以能够很好地配合机械手与加工主机实现自动化加工。 本设计 对滚筒输送机中的 传动滚筒、机架、支架、驱动部分 进行了详细的设计， 本设计能够应用到加工工厂车间，与机械手配合，实现企业加工全自动化，节约加工辅助时间，提高企业生产效率和经济效益。 关键字： 机械手，滚筒输送机，自动化加工单元 中北大学 2013 届毕业设计说明书 Planning and Design of Automated Processing Unit in an Enterprise (a) Abstract Wit
3、h the rapid development of science and technology today, mechanical automation is a trend, so modern conveyor must also meet the requirement of automatic. The conveyor is driven mechanical continuous material transport by a friction. Application of it can make the material in the transmission line,
4、and feed point from the initial to the final discharge point between the formation of a material conveying process. This design has design a roller conveyor to transport pallet. The conveyor is mainly in order to cope with the manipulator and the processing host together constitute the automation pr
5、ocessing unit, process (feeding, processing, unloading) automation. This design first analyzes the overall function of the conveyor, and analyzes various conveyor structure and scope of application. Through selection and comparison, I found the roller conveyor had many unique advantages. For example
6、, the drum to connect the filter, the available number of drum lines and other transport equipment or the composition of the complex plane logistics delivery system, to fulfill the needs in various aspects, so good to be able to cooperate with the manipulator and the processing host to realize the a
7、utomation of machining. This design has carried on the detailed design of a driving roller, roller conveyor in the frame, frame, driving part, this design can be applied to the processing factory workshop, together with mechanical hand, automatic processing enterprises, saving processing time, impro
8、ve production efficiency and economic benefit of enterprise. Keywords: manipulator, conveyor, automated processing unit 中北大学 2013 届毕业设计说明书 第页 共页 目录 1 绪论 . 1 1.1 选题背景 与研究意义 . 1 1.1.1 选题背景 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.2.1 国外研究现状 . 2 1.2.2 国内研究现状 . 2 1.3 本课题研究的内容 . 4 2 滚筒输送机的总体设计 . 5 2.1 输送机的历史 . 5 2.2 输送机总体功
9、能分析 . 5 2.3 常用输送机的分类及用途 . 5 2.4 滚筒输送机的特点及应用范围 . 8 2.5 滚筒输送机的结构 . 9 2.6 链传动的设备特点 . 9 3 滚筒的设计 . 11 3.1 滚筒的长度和滚筒之间的间距的确定 . 11 3.2 滚筒直径的确定 . 11 3.3 滚筒厚度的确定 . 12 4 链条和链轮的选择和设计 . 15 4.1 链条的选择 . 15 4.2 链轮的选择 . 16 5 滚动轴承的选择与校核 . 19 5.1 轴承的选择 . 19 5.2 轴承的校核 . 21 6 胀套和 键的选择 . 23 6.1 胀套的选择 . 23 6.2 键的选择与校核 . 2
10、5 中北大学 2013 届毕业设计说明书 第页 共页 7 输送机电机和减速机的选择 . 28 7.1 电机的选择 . 28 7.2 减速机的选择 . 29 8 滚筒转轴与 C 型板的设计 . 31 8.1 滚筒转轴的设计 . 31 8.2 C 型板的设计 . 31 总结与展望 . 32 参考文 献 . 33 致谢 . 35 中北大学 2013 届毕业设计说明书 第 1 页 共 35 页 1 绪论 1.1 选题背景与研究意义 1.1.1 选题背景 所谓自动化加工单元，简单的说就是利用工业机械手及输送装置将现有的生产检测设备部分或全部连接起来，并将产品送到指定地点的设备组。 我国改革开放三十年以来
11、，工业生产发展非常之快，制造业快速崛起，钣金加工业发展迅速。但是作为发展中国家，我国的劳 动力比较廉价，使得自动化生产线，尤其是钣金业的自动化生产线应用较少且发展缓慢 1。然而，随着我国经济迅速发展，人工成本已经不再廉价，各地纷纷出现了员工紧缺的情形，这也使得自动化生产的普及迫在眉睫。由于钣金业的特殊性，目前，我国钣金业的自动化加工还处于起步阶段，应用比较少，大部分的冲床、剪床、锻压床都由人工操作，危险性比较大，生产效率比较低 2。 输送机的历史悠久，中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形。输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机 3。输 送
12、机可进行水平、倾斜输送机，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程 ,配合机械手与加工主机一起构成自动化加工单元，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化与无人化。 1.1.2 研究意义 本设计有着很多现实的意义。首先，它可以创造很大的经济价值 。自动化加工单元的应用可以为企业节省大量的人 力资源 ,为企业创造更大的经济利益。其次，自动化加工单元的应用可以改善劳动条件，避免人身
13、事故。这一点在钣金加工中体现尤为明显，传统的剪床，冲床，锻压机械都是很容易发生生产事故，这将给企业带来巨大的损失，而自动化加工单元的应用可以大大的减少事故的发生，从而为企业获取更多的利润。再次，自动化加工单元的应用有利于企业提高生产效率，降低生产成本，机器不会疲劳 ，可以二十四小时连续工作，并且生产过程稳定，从而能够长期保持较高的生产率。最后，自动化加工还有利于质量的控制，自动化单元通过一定的调试可在一定时期内保持质量中北大学 2013 届毕业设计说明书 第 2 页 共 35 页 的 稳定，而不会像以前由于人为的操作失误而生产出大量的废品。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 国
14、外的自动化生产线开始应用比较早，自动化技术从上世纪 20 年代开始用于机械冷制造的大批量加工之中。 20 世纪 90 年代，国外的汽车行业、电子电器行业、物流仓储行业就已经大量使用机器人自动化生产，并且取得了非常好的效果。目前国外的自动化生产线已经得到了广泛的普及，生产效率高，质量稳定，节约了大量的人力资源 。尤其是日、韩企业，他们在亚洲起步较早，并且形成了鲜明的特色，避免了强体力高危工种带来的高额人工费用。 机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态，实现全自动化 4。 Y. D. Patel 等人对国外的自动化生产发展情况进行了分析，认为并联机器人
15、在各个领域应用于快速精密制造，并且已经实现产业化 5。 Matthew Williams 等人认为自动化加工的普及对质量的控制有非常大的好处 6。 Paresh Shah 等人设计的机械手结构灵活，可以自动识别目标，可以广泛应用于工业生产 7。 1.2.2 国内研究现状 我国改革开放以来，工业生产发展非常迅速，尤其是制造业，我 国现在已成为世界制造大国。但是作为发展中国家，我国仍不是制造强国，我国的劳动力比较廉价，大部分生产线上还是以人手工操作为主，这使得自动化生产线，尤其是钣金业的自动化生产线应用较少且发展较为缓慢 。下面是国内外对自动化加工单元中的机械手和输送机的一些研究现状： 谢亚青研究
16、了机械手控制技术，结合国内外的研究成果，重点对开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面进行了深入的研究。机械手控制器的标准化和网络化，以及基于 PC 机网络式控制器越来越成为研究的热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之 外，离线编程的实用化将成为研究重点。 杨永清、郭虹、崔旭晶等人提出进一步提高机械手的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。他们研究热点在于有效可行的多传感器信息融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器信息融合算法。 Chandramouli Anandaraman,ArunVikram Madurai Sankar,
17、Ramaraj Natarajan 等人研究了机械手的 仿人和仿生技术，这是机械手技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行中北大学 2013 届毕业设计说明书 第 3 页 共 35 页 了一些基础研究 8。 目前机械手的造价还 很高，我国的某些企业还没有能力引进或者自主研制工业机械手。冲压机械手是一种高科技产品，其制造、使用、维护成本相对较高，操作机构和控制器还没有实现通用化、标准化、模块化，而这是降低成本的重要途径之一，也是冲压机械手推广使用的关键。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态，实现全自动化。 科技快速发展的今天，机械自动化
18、是一个主流趋势，所以现代输送机也要满足自动化的要求 。输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜 和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。 输送机的发展趋势 9： 1) 继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达 440 公里以上。带式输送机的单机长度已近 15 公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的 “带式输送道 “。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。 2) 扩大输
19、送机的使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质 的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。 3) 使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式 输送机 应能满足分拣动作的要求等。 4) 降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1 吨物料输送 1 公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。 5) 减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。 输送机主要包括，带输送机 ，滚筒输送机， 网链输送机，链板输送机等。滚筒输送机适用于各类箱、包、托盘等件的输送，散料、
20、小件物品 或不规则的物品需放在托盘上或周转箱内输送。其中滚筒能够输送单件重量很大的物料，或承受较大的冲击载荷，滚筒线之间易于衔接过滤，可用多条滚筒线及其它输送机或专机组成复杂的物流输送系中北大学 2013 届毕业设计说明书 第 4 页 共 35 页 统，完成多方面的工艺需要。滚筒输送机结构简单，可靠性高，使用维护方便。按其驱动形式可分为无动力滚筒输送机、动力滚筒输送机 。 在动力滚筒输送机中，驱动滚子的方法目前一般不 再 采用单独驱动的方式，常用电机与减速器组合，再通过链传动来驱动滚子旋转 10。 1.3 本课题研究的内容 本设计将设计一台 滚筒输送机 ，该滚筒输送机将能够配合 机械手通过 对
21、托盘的抓取和松开与加工主机构成自动化加工单元，实现加工过程（上料、加工、下料）的全自动化与无人化。具体设计内容如下： 1) 对输送机进行总体功能分析 通过对输送机进行总体功能分析，分析各种输送机结构和应用范围，经过选择和比较，确定输送机的整体设计方案。 2) 输送机滚筒设计 滚筒是滚筒输送机的重要部件，它是滚筒输送机设计的关键。 滚筒由链轮，轴承，转轴，滚筒外壁，滚筒端盖组成。 链轮与滚筒转轴用焊接的方式。滚筒转动中轴承固定不动，筒壁通过胀套与轴相连，这样滚筒外壁就可以随着一轴起转动 。 3) 输送机机架设计 机架主要有支撑腿， 横梁，脚杯， C 型板组成。 4) C 型板的设计 滚筒输送带中
22、滚筒之间的距离要合理控制，既要保证滚筒有一定的间距，也要容易拆卸，更换。常用 C 型板来固定轴承，从而确定相邻滚筒之间的距离。 5) 电机的选择 根据托盘和零件的质量以及输送机传送的长度来选择电机的型号。 6) 减速机的选择 根据所选电机，和输送机的实际传送速度，来确定减速机的型号。 中北大学 2013 届毕业设计说明书 第 5 页 共 35 页 2 滚筒输送机的总体设计 本章主要介绍自动化加工单元的其中一部分滚筒输送机，对滚筒输送机进行总体的设计，阐明设计原理和拟采用的设计路线， 其中包括 输送机的 功能分析、 输送机的总 体设计原 理及 其 系统组成 。 2.1 输送机的历史 输送机已有很
23、长的历史 ,古埃及人在建造金字塔时 ,就已开始利用其“转动”的原理 ,搬运石材。中国古代很早就有运输灌溉水的高转筒车，这都是现代输送机的现在的输送机的雏形，据说是 19 世纪美国汽车行业推行自动化时产生的。今天，输送机被广泛用于各个行业。如矿山、港口码头、自动化生产线等。随着物流中心的建设、作为自动化、省力化输送机系统，大量的输送机被投入使用 11。 2.2 输送机总体功能分析 输送机的历史悠久，中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的 雏形。输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜输送机，也可组成空间输送线路，输送线路一般
24、是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛 12。 本设计中的输送机的主要功用是输送托盘，与机械手一起配合加工主机进行自动化加工。 2.3 常用输送机的分类及用途 图 2-1显示了输送机的种类，输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、牵引链或钢丝绳。承载构件 用以承放物料，有料斗、托架或吊具等。驱动装置为输送机提供动力，一般由电动机、减速器和制动器 (停止器 )等组成。张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证输送机正常运转。支承件用以承托牵引件或承
25、载构件，可采用托滚、滚轮等。具有牵引件的输送机的结构特点是：被运送物料装在与牵引件联结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件 (如输送带 )上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分中北大学 2013 届毕业设计说明书 第 6 页 共 35 页 支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。 没有牵引件的输送机的结构组成各不 相同，用来输送物料的工作构件亦不相同。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。例如， 滚筒 输送机的工作构件为一系列 滚筒 ， 滚筒 作旋转运动以输送物料； 螺旋输送机 的工作构件为螺
26、旋，螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作 往复运动以输送置于其中的物料等。 图 2-1 输送机的种类 下面 介绍国内市场上普遍的十余种输送机，并详细说明了各种输送机的用途。 1) 气垫带式输送机 气垫带式输送机广泛用于港口、矿山、粮食等行业。 2) 管状带式输送机 管状带式输送机广泛应用于电力、建材、化工、矿山、冶金、码头、港口、煤炭、粮食等行业物料输送系统。 3) 圆管式带式输送机 圆管式带式输送机适用于冶金、建材、化工、火电及港口散货码头等行业，广泛用滚珠式 滚筒式 重力式 滚轮式 动力式 链条输送机 滚筒输送机 储积输送机 带输送机 分类输送机 单元负载式输送机
