【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 1 頁(yè) 共 28 頁(yè) 基于 CAD 的汽車半軸模鍛生產(chǎn)線三維數(shù)字建模和運(yùn)動(dòng)仿真 1 緒論 1． 1 選題背景 目前汽車半軸模鍛生產(chǎn)線存在的問(wèn)題是：工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；生產(chǎn)過(guò)程不連續(xù)，生產(chǎn)流程無(wú)序；工作環(huán)境存在著安全隱患；產(chǎn)量不能穩(wěn)定；故需要對(duì)汽車半軸模鍛生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造。目前，國(guó)內(nèi)外很多科研單位和企業(yè)都已經(jīng)開(kāi)始著手從事小型自動(dòng)生產(chǎn)線的研究，并已經(jīng)取得了一些研究成果，如物流運(yùn)輸類小型自動(dòng)生產(chǎn)線、裝箱 類小型自動(dòng)生產(chǎn)線等。但是，這些所謂的小型自動(dòng)生產(chǎn)線基本上只能完成一個(gè)工序的動(dòng)作，無(wú)法完整地實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工過(guò)程這樣復(fù)雜的連續(xù)性動(dòng)作，與工程 實(shí)訓(xùn)的實(shí)際需要有很大的差距 [1,2]。因此，研究并開(kāi)發(fā)出一套針對(duì)汽車半軸模鍛加工過(guò)程、融合各種工種和工序的自動(dòng)生產(chǎn)線是非常重要的。 1． 2 汽車半軸模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)綜述 汽車半軸模鍛自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)汽車半軸制造的研究開(kāi)展的較晚，還有許多問(wèn)題需要探討。國(guó)內(nèi)半軸自動(dòng) 制造生產(chǎn)線技術(shù)比較落后，生產(chǎn)加工環(huán)境惡劣，生產(chǎn)效率比較低，環(huán)境污染情況比較嚴(yán)重。大多數(shù)生產(chǎn)廠家還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，如圖 ~ 所示是某汽車半軸制造工廠車間的實(shí)際作業(yè)情況，從圖中可以看出該廠待加工零件和已加工零件隨 意擺放，嚴(yán)重影響生產(chǎn)環(huán)境和效率，在非自動(dòng)化的生產(chǎn)車間里，工件的運(yùn)輸完全依靠工人，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率地下。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 2 頁(yè) 共 28 頁(yè) (a) 零件擺放情況 (b) 工人工作環(huán)境 圖 生產(chǎn)車間現(xiàn)狀圖 在汽車半軸生產(chǎn)車間生產(chǎn)環(huán)境惡劣，設(shè)備破舊，通風(fēng)系統(tǒng)不完善，工作過(guò)程完全出于人工操作，如圖 所示。 (a) 擺 (b) 壓 圖 半軸加工設(shè)備 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 3 頁(yè) 共 28 頁(yè) 汽車半軸模鍛自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展變化，自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)也發(fā)生著階 段性變化。早期的自動(dòng)化生產(chǎn)是指用輸送機(jī)和加工設(shè)備等機(jī)器代替人的體力勞動(dòng)即機(jī)械化。后來(lái)，由于生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的增多，人們控制機(jī)器設(shè)備的任務(wù)日益加重 [3]。為了減輕控制機(jī)器設(shè)備的負(fù)擔(dān)，人們研制出用自動(dòng)調(diào)節(jié)器去控制機(jī)器和生產(chǎn)過(guò)程，這時(shí)把利用反饋技術(shù)對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制稱為自動(dòng)化 [4]。 在自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展過(guò)程中，各種技術(shù)的不斷更新推動(dòng)了它的迅速發(fā)展。 我國(guó)汽車半軸生產(chǎn)在上世紀(jì) 70 年代以前，一直采用兩種工藝：一是汽錘上胎模預(yù)鍛，然后錘上終鍛成形；二是汽錘上胎模預(yù)鍛后，平鍛機(jī)上終鍛成形。中小型企業(yè)多采用前一種工 藝，大型企業(yè)則多采用后一種工藝。自國(guó)內(nèi)引進(jìn)擺輾機(jī)以來(lái)，汽車半軸的生產(chǎn)發(fā)生了巨大變化。擺輾汽車半軸工藝，以其投資少、成本低、質(zhì)量好、無(wú)噪聲等顯著優(yōu)點(diǎn)被各汽車廠所青睞。而后，經(jīng)過(guò)二三十年的生產(chǎn)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)，盡管采用了先進(jìn)設(shè)備 擺輾機(jī)，但由于采用二火工藝鍛造，鍛造中氧化皮脫落嚴(yán)重，一是造成環(huán)境污染，另一方面影響表面質(zhì)量，掌握不好還會(huì)造成材料過(guò)燒，因此要研究一種汽車半軸的自動(dòng)生產(chǎn)線，以節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用和能源消耗，降低人工費(fèi)用，提高班產(chǎn)和降低生產(chǎn)線運(yùn)行費(fèi)用為目的 [5]。 機(jī)器人技術(shù)由于微機(jī)的出現(xiàn)，內(nèi)裝的控制器 被計(jì)算機(jī)代替而產(chǎn)生了工業(yè)機(jī)器人，以工業(yè)機(jī)械手最為普遍。各具特色的機(jī)器人和機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)中的裝卸工件、定位夾緊、工件傳輸、包裝等部分得到廣泛使用 [6]。 液壓技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)中也得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。液壓技術(shù)具有傳動(dòng)反應(yīng)快、動(dòng)作迅速、液壓元件系列化、成本小和便于集中供應(yīng)和長(zhǎng)距離輸送等優(yōu)點(diǎn)，而引起人們的普遍重視 [7]。進(jìn)入二十一世紀(jì)，自動(dòng)化的功能在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和人工智能技術(shù)的推動(dòng)下，將生產(chǎn)出智能控制的設(shè)備，使工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有一定的自適應(yīng)能力 [8]。所有這些支持自動(dòng)化生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展， 使得自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)功能更加齊全、完善、先進(jìn)，從而能完成技術(shù)性更復(fù)雜的操作和生產(chǎn)或裝配工藝更高的產(chǎn)品。 汽車半軸模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線特點(diǎn) 目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線為汽車半軸模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線的研究提供了一些經(jīng)驗(yàn)。但是汽車半軸模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線也有其特殊性，由于它處理的對(duì)象主要是小型胚料，其結(jié)構(gòu)尺寸與大型設(shè)備有所不同，而且它的生產(chǎn)過(guò)程是斷續(xù)的，不 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 4 頁(yè) 共 28 頁(yè) 太容易控制。所以就需要考慮它的特點(diǎn)，采用一些針對(duì)它的機(jī)電液一體化應(yīng)用技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)汽車半軸模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線加工連續(xù)化 [9]。 自動(dòng)生產(chǎn)線要盡可能地模擬六個(gè)機(jī)械 零件的全部加工過(guò)程，包括上下料、平行傳輸、轉(zhuǎn)位傳輸以及各種機(jī)械加工。在整套生產(chǎn)線系統(tǒng)工作的過(guò)程中，要保證各個(gè)工序和工種按預(yù)定的順序進(jìn)行各自的動(dòng)作，并相互配合，以最短的時(shí)間完成胚件的機(jī)械加工，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)線的高效率運(yùn)行。在各種生產(chǎn)過(guò)程中，許多生產(chǎn)參數(shù)的變化難以直接由人工檢測(cè)，如被加工工件的形狀和尺寸、傳輸裝置運(yùn)送的工件加工位置以及各種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和停止時(shí)間。因此必須應(yīng)用各種檢測(cè)方法進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量，以便了解和分析生產(chǎn)的運(yùn)行狀況。同時(shí)，由于各種干擾的影響使工藝參數(shù)偏離正常工藝規(guī)定值，如不及時(shí)調(diào)節(jié)就會(huì)影響生產(chǎn) 線的正常運(yùn)行。 1． 3 研究?jī)?nèi)容及意義 研究?jī)?nèi)容 汽車半軸模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線是建立在機(jī)械技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、控制技術(shù)等基礎(chǔ)上的一套綜合系統(tǒng)，并從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用這些綜合技術(shù)，根據(jù)生產(chǎn)的不同需要，對(duì)他們進(jìn)行有機(jī)的組合與綜合，從而實(shí)現(xiàn)整體設(shè)備的最佳化。汽車半軸模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線最主要的特點(diǎn)是具有嚴(yán)格的生產(chǎn)節(jié)奏，胚件只能以固定的生產(chǎn)節(jié)拍經(jīng)過(guò)各個(gè)工位完成預(yù)定的加工。從功能上來(lái)看，汽車半軸模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線應(yīng)具備最基本功能 :運(yùn)轉(zhuǎn)功能、控制功能和驅(qū)動(dòng)功能。其中運(yùn)轉(zhuǎn)功能的實(shí)現(xiàn)主要是依靠系統(tǒng)提供的動(dòng)力源，在生產(chǎn)線中完成 各種預(yù)定動(dòng)作?？刂乒δ苡煽删幊炭刂破骱推渌恍╇娮友b置來(lái)承擔(dān)，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)單元發(fā)出指令來(lái)控制自動(dòng)生產(chǎn)線的運(yùn)行 [10]。驅(qū)動(dòng)功能主要由液壓缸、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)完成。根據(jù)汽車半軸模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線的功能特性，對(duì)其研究應(yīng)該從幾個(gè)方面入手 :結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括了機(jī)械本體的機(jī)構(gòu)裝置的設(shè)計(jì)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這兩部分構(gòu)成了自動(dòng)生產(chǎn)線的主體框架。在具體的研究過(guò)程中，采用的研究思路和方法如下 : 1．分析汽車模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線的工藝方案和系統(tǒng)組成，確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，研究并設(shè)計(jì)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、輸送方式、加工步驟和各工種的加工位置，完成整 體布局。 2．根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求參數(shù)，計(jì)算執(zhí)行元件的外負(fù)載，以此選用符合要求的液壓元件和液壓輔助裝置，設(shè)計(jì)汽車模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線的液壓系統(tǒng)原理圖，分析并驗(yàn)算液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的性能。 3．采用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)送料裝置等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)性能仿真，分析仿真結(jié)果，找出影響性能參數(shù)的因素，并通過(guò)增加或調(diào)節(jié)控制環(huán)節(jié)使系統(tǒng)的性能達(dá)到要求。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 5 頁(yè) 共 28 頁(yè) 4．通過(guò)對(duì)汽車半軸自動(dòng)生產(chǎn)線運(yùn)行過(guò)程的分析，合理安排各種輔助裝置的安裝位置。 研究意義 在自