【文章內(nèi)容簡介】 信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)，將以往企業(yè)中相互獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及經(jīng)營管理等過程，在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下，構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全局動態(tài)最優(yōu)化，總體高效益、高柔性，并進(jìn)而贏得競爭全勝的智能制造系統(tǒng)。 FMS 作為當(dāng)今世界制造自動化技術(shù)發(fā)展的前沿 科技 ，為未來機(jī)構(gòu)制造工廠提供了一幅宏偉的藍(lán)圖，將成為 21 世紀(jì)機(jī)構(gòu)制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式 。 設(shè)計(jì)重點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線（泵蓋裝配系統(tǒng)）， 選擇了相應(yīng)傳送方式類型，合理的確定總體裝配方案，選擇自動化設(shè)備配合該裝配線，設(shè)計(jì)出該生產(chǎn)線的齒輪油泵的泵蓋裝配部分的結(jié)構(gòu)并選定了相應(yīng)的裝配方案。對于裝配線的其它部分的主要問題也進(jìn)行了簡單的介紹及分析，并主要完成了以下幾個(gè)方面：總體方案及布局設(shè)計(jì)；泵蓋裝配方案的設(shè)計(jì)（包括銷釘位置確定部分，物料的輸送部分，泵蓋的搬運(yùn)及裝部分）；完成了指 定部分的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)；完成了指定部分的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、泵蓋裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)） – – 5 2 方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì) 按照裝配過程中裝配對象是否移動， 裝配方式 分為固定式裝配和移動式裝配兩類。 固定式裝配 ： 在一個(gè)工作位置上完成全部裝配工序，往往由一組裝配工完成全部裝配作業(yè)，手工操作比重大，要求裝配工的水平高，技術(shù)全面。固定式裝配生產(chǎn)率較低，裝配周期較長，大多用于單件、中小批生產(chǎn)的產(chǎn)品以及大型機(jī)械的裝配。移動式裝配 ：把裝配工作劃分成許多工序，產(chǎn)品的基準(zhǔn)件用傳送裝置支承，依次移動到一系列裝配工位上，由各工 序的裝配工分別在各工位上完成。按照傳送裝置移動的節(jié)奏形式不同，有自由節(jié)奏裝配和強(qiáng)制節(jié)奏裝配。前者在各個(gè)裝配工位上工作的時(shí)間不均衡，所以各工位生產(chǎn)節(jié)奏不一致，工位間應(yīng)有一定數(shù)量的半成品貯存以資調(diào)節(jié)；后者的裝配工序劃分較細(xì)，各裝配工位上的工作時(shí)間一致 ,能進(jìn)行均衡生產(chǎn)。移動式裝配生產(chǎn)率高 ,適用于大批量生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品 ,我們所設(shè)計(jì)的齒輪油泵柔性裝配生產(chǎn)線以及泵蓋裝配系統(tǒng)就是一種移動式裝配，通過各個(gè)工位同時(shí)動作而實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)率的目的。 裝配齒輪油泵的過程所遵循的原則是先裝內(nèi)再裝外，先裝大后裝小，先裝配完的工件不影響后面 裝配過程的操作。 當(dāng)裝好的齒輪油泵被送入立體倉庫存取料工位時(shí)，由巷式起重機(jī)把齒輪油泵放入立體倉庫的成品庫中，然后由巷式起重機(jī)把立體倉庫中待裝配的零件取出后并放入環(huán)行線的立體倉庫存取料工位上，使其進(jìn)入柔性制造的初始工作流程。 齒輪油泵柔性裝配生產(chǎn)線的總體設(shè)計(jì)方案有很多，按照工位的順序不同可以有不同的裝配方案，工位順序的確立不是一帆風(fēng)順的，有的工位安裝起來比較復(fù)雜，如果換個(gè)工位順序的話，就會很方便的進(jìn)行裝配，這也是總體方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和所要解決的，大家通過討論、辯證、最后還征詢了老師的意見之后才確定的最后工位順序 。 得出的裝配順序?yàn)椋荷媳皿w —— 裝配主動齒輪 —— 裝配從動齒輪 —— 裝配圓柱銷 —— 裝配泵蓋 —— 裝配螺栓墊片 —— 裝配溢流閥 —— 填料。 對于主動齒輪和從動齒輪，它們的裝配順序可以互換，但由于主動齒輪較大在后安裝時(shí)會產(chǎn)生諸多不便，因此要先安裝主動齒輪。 按照工位順序的不同也會產(chǎn)生不同的傳輸線路，我們根據(jù)最后所定下來的工位順序也設(shè)計(jì)了兩條傳輸線路方案，一條是直線型（如圖 ），一條是環(huán)形 (如圖 )。 方案一： 齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、泵蓋裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)） – – 6 圖 直線型裝配線 方案一 （圖 ）所表示出的直線型運(yùn)輸線路工作占地不但面積大，還使各個(gè) 工位之間過于緊湊，這樣有可能會影響到具體的裝配過程，并且這樣的柔性制造系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)及檢修也是十分不方便的。 方案二： 方案二 （圖 ）所表示的環(huán)形運(yùn)輸線路工作占地面積不大，還使各個(gè)工位之間拉開距離，能夠更好的完成裝配任務(wù)而不受其他工位的影響。 圖 環(huán)形裝配線 齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、泵蓋裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)） – – 7 根據(jù)對比分析，第二種運(yùn)輸線路較第一種合理，故選用第二種。 泵蓋裝配部分的方案設(shè)計(jì) 對于泵蓋裝配部分的方案設(shè)計(jì)， 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求 , 我需要完成以下內(nèi)容： 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)將裝 在小車中 有 待組裝的齒輪泵泵體自動準(zhǔn)確的從傳送帶上抓起并放在工作臺上； 機(jī)械手將泵蓋由物料輸送臺上抓起放到定位裝置中； 照相機(jī)對泵體及泵蓋進(jìn)行拍照分析 ； 由機(jī)械手將泵蓋準(zhǔn)確抓取并按放到泵體上； 搬運(yùn)機(jī)械手再準(zhǔn)確的將安裝完的泵體抓起放回傳送帶。 這 5 步完成的時(shí)間是有先后順序的，為了縮短裝配周期，要合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)具體動作順序，具體的動作順序主要確定了兩個(gè)可行性方案 。 方案一： 是 先 對泵蓋進(jìn)行抓取和拍照，在泵體物料還沒有到指定位置之前進(jìn)行對泵蓋的抓取可以有效的節(jié)省出很多時(shí)間，但是這種方法增加了機(jī)械手的行程 多進(jìn)行了一次 往復(fù)運(yùn)動。 該方案 中機(jī)械手和照相機(jī)的移動軌跡具體表現(xiàn)如圖 ： 圖 方案一機(jī)械手移動軌跡 方案二： 是先對泵體抓取和拍照， 等泵體物料到達(dá)指定位置后，機(jī)械手再進(jìn)行動作抓取泵體，浪費(fèi)了時(shí)間，縮短了機(jī)械手的行程。 該方案中機(jī)械手和照相機(jī)的移動軌跡 具體表現(xiàn)如圖： 圖 方案二機(jī)械手移動軌跡 這兩個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)， 經(jīng)過仔細(xì)的研究，最終我選擇了第二種方案，主要是因?yàn)榈谝环N方案增加了機(jī)械手的行程，這樣就使其所縮短的時(shí)間變得少了，并且減小了機(jī)械手及導(dǎo)軌的使用壽命。 以上是正常情況下的工作 方案，如果照相機(jī)拍照檢測出泵體上沒有安裝銷釘，則不會進(jìn)行后面的操作，而是將泵體放入定位裝置旁邊（如圖 3）的廢料臺。 齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、泵蓋裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)） – – 8 圖 泵蓋定位裝置 關(guān)鍵部件的選取 由于生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件比較多，很難去自己一一設(shè)計(jì)制造。這就要求我們選取當(dāng)今生產(chǎn)線上常用的部件去組裝，由此來減少設(shè)計(jì)的時(shí)間和成本。 機(jī)械手的選用 關(guān)于搬運(yùn)和抓取任務(wù)的完成主要難點(diǎn)是機(jī)械手的設(shè)計(jì)，在自動化裝配生產(chǎn)線上，機(jī)械手往往是必不可少的設(shè)備。它模擬人手臂的部分 動作，按預(yù)定的程序、軌跡和要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)和裝配。在減輕人的勞動強(qiáng)度、提高裝配質(zhì)量和裝配效率方面的效果，是顯而易見的。 四年的大學(xué)學(xué)習(xí)中我們對機(jī)械手的了解不是太多，所理解的那些也不足以讓我們真正設(shè)計(jì)出符合要求的機(jī)械手，通過對實(shí)驗(yàn)室的柔性制造生產(chǎn)線上的機(jī)械手的觀察，并與老師和同學(xué)討論，最后又搜集整理資料，我終于確定使用一家公司的成品庫中的氣動夾持小模塊，該模塊可以使產(chǎn)品的成品價(jià)格更低廉、性能和強(qiáng)度也符合裝配要求， 如（圖），根據(jù)機(jī)械手所要用來夾持的泵蓋和泵體的具體尺寸，該機(jī)械手完全滿足張開和閉合的許用范圍。 齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、泵蓋裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)） – – 9 圖 機(jī)械手 光信號設(shè)備的選用 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化，機(jī)械手是必不可少的，而如果需要精準(zhǔn)的定位安裝的時(shí)候，必要的光信號輸入及分析裝置也是不能缺少的，關(guān)于泵蓋的裝配，我們知道，銷釘是定位安裝的關(guān)鍵，所以在這里我們需要精準(zhǔn)的定位安裝，這就決定了我們整個(gè)柔性裝配生產(chǎn)線上不可缺少光信號的輸入及分析裝置，關(guān)于光信號的輸入我們可以選用外購的可變焦的照相機(jī)外形如（圖 ），而對于光信號的分析，在這里 我們暫不設(shè)計(jì)。 圖 電機(jī)的選用 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩 Mjmax 大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、泵蓋裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)） – – 10 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是 可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。 電機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)，支架上三個(gè)電機(jī)我選北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司的 57BYG250E 步進(jìn)電機(jī) .SLDPRT 二相混合式步進(jìn)電機(jī)。這個(gè)型號的電機(jī)在功率、力矩、步距角等都能滿足裝配需要。 圖 電機(jī)的主要參數(shù) 控制元件的選擇 控制元件選用西門子公司生產(chǎn)的 S7200。 S7 20 0 提供了多種功能，使得編程和控制更方便。 其特點(diǎn) 主要如下 :，每條指令時(shí)間約 微秒。 的指令集，它幾乎包括了一般計(jì)算機(jī)所有的各種基本操作指令 。 齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、泵蓋裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)） – – 11 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型材和直線導(dǎo)軌的選擇 型材的選用 型材，作為整個(gè)裝配系統(tǒng)的支撐體，我們選用的原則是有足夠的強(qiáng)度支持機(jī)械手及其夾持物品的運(yùn)動，并且質(zhì)量要輕，組裝方便，根據(jù)以上的選用型材的原則，最終我們選擇了大連伊通科技有限公司的型號為鋁合金 6063T5 型材（如圖 ） 圖 6063T5 圖 6063T5截面尺 寸 其尺寸如上（圖 ） 齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、泵蓋裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)） – – 12 直線導(dǎo)軌的選擇 根據(jù)實(shí)際需要，選取 HGH 20HA 型號。如圖 圖 框架及 同步齒形帶 的設(shè)計(jì) 框架設(shè)計(jì) 框架要能滿足機(jī)械手部分的靈活抓取并裝配泵蓋的各個(gè)動作。要有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)完成橫向和縱向的靈活移動。而且要滿足機(jī)械手的行程范圍 ，這就要求我們在設(shè)計(jì)框架的時(shí)候?qū)Τ叽绲脑O(shè)計(jì)滿足規(guī)格外，還要更好的規(guī)劃各個(gè)型材在框架中的位置 ?？蚣芫唧w設(shè)計(jì)見圖 齒輪油泵柔性制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、泵蓋裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)） – – 13 圖 同步齒形帶的 設(shè)計(jì) 同步帶的選取，根據(jù)實(shí)際需要，選取 寧波伏龍同步帶有限公司 XL 型號代號 037 的傳動帶 。如圖 所示，機(jī)械手的準(zhǔn)確移動、定位、抓取及裝配，都是靠同步齒形帶的與電機(jī)同步運(yùn)動才做到的，所以同步齒形