【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 體裝置的構(gòu)思 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的進(jìn)出氣門的氣密 性檢測(cè)之后，醬缸蓋與缸體的連接螺栓自動(dòng)裝入發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋內(nèi)部的螺栓孔內(nèi)。設(shè)計(jì)的對(duì)象為東安 465 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋，其上一共有 10 個(gè)螺栓，對(duì)稱排列在缸蓋兩側(cè)，根據(jù)任務(wù)書上規(guī)定的 60秒每件的生產(chǎn)能力，本設(shè)計(jì)選擇分兩次安裝螺栓，即每次 5個(gè)的方案。 方案一 首先用機(jī)械手來完成螺栓的抓取和放下，其次用一個(gè)絲桿結(jié)構(gòu)來完成機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)并用一個(gè)轉(zhuǎn)軸來完成四連桿機(jī)構(gòu)在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，最后由動(dòng)力裝置帶動(dòng)一個(gè)絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。 方案二 首先用機(jī)械手來抓取和放下連接螺栓，其次依靠氣壓，液壓傳動(dòng)后電傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在導(dǎo) 軌上來完成機(jī)械手的水平和豎直運(yùn)動(dòng)。 比較和綜合煩些上述兩個(gè)方案，機(jī)械手抓取螺栓的確定應(yīng)用的，而方案一的四連桿機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性比較差，不能應(yīng)用，而絲杠傳動(dòng)由于穩(wěn)定性和精度比較高可以應(yīng)用，而驅(qū)動(dòng)初步定為氣壓傳動(dòng)，因?yàn)檎麄€(gè)生產(chǎn)線大不部分應(yīng)用的是氣壓傳動(dòng)，用起來比較方便。 設(shè)計(jì)方案為通過絲杠船東來帶動(dòng)機(jī)械手來完成水平運(yùn)動(dòng)，而用氣壓來完成豎直運(yùn)動(dòng)。具體的設(shè)計(jì)可以大致分為以下三個(gè)部分，并主要解決以下技術(shù)問題： 螺栓抓取裝置的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)螺栓抓取裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 整體支架的設(shè)計(jì)。 6 第 2 章 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋 生產(chǎn)線介紹 生產(chǎn)線概述 主要完成發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配工作。從機(jī)加線過來的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋通過電動(dòng)吊裝設(shè)備放置于裝配線的托盤上托盤通過滾道依次通過裝配的各個(gè)工位，工人在每個(gè)工位上安裝相應(yīng)的零件到發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上，最終生產(chǎn)線流程走完后發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完畢進(jìn)入下一個(gè)工序。 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋裝配流程圖 整條裝配線的工作流程如上圖所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)上線工位操作工操作電動(dòng)起重機(jī)將機(jī)加線加工好的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體吊裝到發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的托盤上，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線自動(dòng)然后通過滾道將托盤輸送到下一安裝 工位上自動(dòng)停止在該工位上，該安裝工位的操作工安裝依據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)安裝相應(yīng)的零件到發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上然后發(fā)出指令給裝配線，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、出氣閥的裝配 進(jìn)出氣閥的裝配檢驗(yàn) 進(jìn)出氣閥的清洗 進(jìn)出氣閥的清洗檢驗(yàn) 螺栓的裝配 螺栓的裝配檢驗(yàn) 7 托盤自動(dòng)的被傳輸?shù)较乱还の?，下一工位的操作工依次安裝相應(yīng)的零件到發(fā)動(dòng)機(jī)上，依次類推當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)走到下線工位時(shí)該工位的操作工通過電動(dòng)起重設(shè)備將安裝好的發(fā)動(dòng)機(jī)吊離發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線完成發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)。 裝配線上在一定的工位安裝的轉(zhuǎn)臺(tái)，舉升臺(tái)，翻轉(zhuǎn)機(jī)等設(shè)備，將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，舉升，翻轉(zhuǎn)等操作，方便后面的操作工進(jìn)行安裝。 進(jìn)、出氣閥的裝配 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋生產(chǎn)好后，按順序先安裝進(jìn)出氣閥，通過震動(dòng)給料器得到的陣 列好的氣門放到正確的位置，機(jī)械手按順序壓住彈簧，加上墊片，然后把止動(dòng)銷放到氣閥桿上有凹槽的位置。機(jī)械手松開，彈簧回彈，把墊片緊緊壓到止動(dòng)銷上，使止動(dòng)銷底部的楔型剛好嵌入墊片中間的斜面使其緊緊鎖住。 進(jìn)出氣閥的裝配檢驗(yàn) 在進(jìn)、出氣閥的裝配后，需要檢驗(yàn)止動(dòng)銷是否到了正確的位置，可能出現(xiàn)丟失一個(gè)或兩個(gè)半止動(dòng)銷的情況，或止動(dòng)銷沒正好嵌入桿的凹處， .這些都是不合格的，那么必須返回進(jìn)行個(gè)人處理，處理合格后再返回生產(chǎn)線檢測(cè)工序，直到合格為止。 進(jìn)出氣閥的清洗 由于氣閥要求很高的氣密性，所以必須對(duì)其進(jìn)行清洗，把 所有的可能存在的灰塵和雜物都清洗干凈，可以用高壓空氣清洗。 進(jìn)出氣閥的清洗檢驗(yàn) 這道工序很必要，清洗后檢測(cè)氣密性是否達(dá)到要求，達(dá)到了進(jìn)行下一道工序，沒達(dá)到則需要返回重新人工清洗，這里的考慮與 2 中相同。 螺栓的裝配 使發(fā)動(dòng)機(jī)蓋和發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的螺孔對(duì)正，放入墊片，擰緊螺桿，完成裝配。 螺栓的裝配檢驗(yàn) 必須檢驗(yàn)是否裝配正確。有時(shí)由于機(jī)械的失誤出現(xiàn)一些裝配錯(cuò)誤現(xiàn)象，如沒有放墊圈，沒有放螺栓，放了兩個(gè)墊圈等。所以可以采用數(shù)字測(cè)長(zhǎng)儀來檢驗(yàn)螺栓是否安裝合格。 8 第 3 章 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋連接螺栓自動(dòng)裝配裝置的設(shè)計(jì) 總體裝置的構(gòu)思 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的進(jìn)出氣門的氣密性檢測(cè)之后，將缸蓋與缸體的連接螺栓自動(dòng)裝入發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋內(nèi)部的螺栓孔內(nèi)。設(shè)計(jì)的對(duì)象為東安 465 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋，其上一共有 10 個(gè)螺栓，對(duì)稱排列在缸蓋兩側(cè)，見圖 所示。根據(jù)任務(wù)書上規(guī)定的 60 秒每件的生產(chǎn)能力，本設(shè)計(jì)選擇分兩次安裝螺栓，即每次 5個(gè)的方案。 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋示意圖 的螺栓孔 9 通過對(duì)本次設(shè)計(jì)對(duì)象東安 465 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的測(cè)繪和在東安工廠發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)線的參觀和實(shí)地考察，以及對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的研究和參考，發(fā)現(xiàn)我國(guó)發(fā)動(dòng) 機(jī)生產(chǎn)線的自動(dòng)化的程度低于國(guó)外，特別是缸蓋與缸體連接螺栓自動(dòng)安裝部分，我國(guó)主要還靠人工來完成，而國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。這就更加說明了實(shí)現(xiàn)螺栓自動(dòng)安裝的重要意義。通過查閱大量有關(guān)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線方面和自動(dòng)化裝置方面的資料，初步確定了以下兩套裝配方案： 方案 1 首先用機(jī)械手來完成螺栓的抓取和放下，其次用一個(gè)四桿結(jié)構(gòu)來完成機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)并用一個(gè)轉(zhuǎn)軸來完成四桿機(jī)構(gòu)在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，最后由動(dòng)力裝置帶動(dòng)一個(gè)絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。 方案 2 首先用機(jī)械手來抓取和放下連接螺栓，其次依靠氣壓、液壓傳動(dòng)或電傳動(dòng) 驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在導(dǎo)軌上來完成機(jī)械手的水平和豎直運(yùn)動(dòng)。 比較和綜合分析上述兩個(gè)方案，機(jī)械手抓取螺栓是確定應(yīng)用的。而方案 1 的四桿機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性比較差不能應(yīng)用，而絲杠傳動(dòng)由于穩(wěn)定性和精度比較高可以應(yīng)用，而驅(qū)動(dòng)初步定為氣壓傳動(dòng)，因?yàn)檎麄€(gè)生產(chǎn)線大部分應(yīng)用的是氣壓傳動(dòng)，用起來比較方便。綜上所述，本著既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)理念，分別在兩個(gè)方案中取其精華，確定了最終的設(shè)計(jì)方案為通過絲杠傳動(dòng)來帶動(dòng)機(jī)械手來完成水平運(yùn)動(dòng)，而用氣壓傳動(dòng)來完成其豎直運(yùn)動(dòng)。具體的設(shè)計(jì)可以大致分為以下三個(gè)部分： 螺栓抓取裝置的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)螺栓抓取裝置的 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 整體支架的設(shè)計(jì)。 10 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋連接螺栓自動(dòng)裝配裝置結(jié)構(gòu)見圖 所示 圖 連接螺栓自動(dòng)裝配裝置結(jié)構(gòu)圖 6 機(jī)械手 7. 機(jī)械手固定鋼板 2123697548 11 螺栓抓取與安裝裝置的設(shè)計(jì) 抓取裝置的設(shè)計(jì) 要抓取的螺栓為 GB/— 20xx— M10 80 的內(nèi)六角圓柱頭螺栓，如圖 所示 。 圖 內(nèi)六角圓柱頭螺栓 螺栓的抓取可以有兩種方法 : （ 1）用機(jī)械手來抓取螺栓。 (2)用電磁鐵來吸附螺栓。 對(duì)比兩個(gè)方案發(fā)現(xiàn)如果用電磁鐵來吸附螺栓，由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋在螺栓裝配工序之前已經(jīng)安裝上了控制進(jìn)、排氣門的閥桿和彈簧。而這兩種零件會(huì)對(duì)電磁鐵有一個(gè)吸引力，這樣就會(huì)大大影響螺栓抓去的穩(wěn)定性，如果在生產(chǎn)線上就會(huì)造成事故，從而影響工作效率。 綜上所述，選擇 （ 1）方法，用機(jī)械手來抓取和安裝螺栓。 根據(jù)螺栓的尺寸來選擇機(jī)械手，機(jī)械手的型號(hào)為 SHG— 06，由于選擇的機(jī)械手不能直接抓取螺栓，必須設(shè)計(jì)一個(gè)小的鋼質(zhì)構(gòu)件和接受配合使用才能抓取螺栓，機(jī)械手 12 和鋼質(zhì)構(gòu)件配合在一起后尺寸如圖 34所示。 1 氣動(dòng)機(jī)械手 2 為螺栓抓取鋼爪 3 螺栓 氣動(dòng)機(jī)械手與抓取鋼爪用螺釘連接在一起，當(dāng)裝置抓取閉合時(shí)氣動(dòng)機(jī)械手卡抓之間距離為 20mm,張開時(shí)為 22mm. 機(jī)械手 能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 它是在早期出現(xiàn)的古代 機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機(jī)械手研究始于 20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是 1946 年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)于1947 年開發(fā)了遙控機(jī)械手， 1948 年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。 1954 年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利 。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。321開時(shí)19 閉時(shí)21圖 機(jī)械手抓取螺栓示意圖 13 現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是 1962 年美國(guó) AMF公司推出的 “ VERSTRAN”和 UNIMATION 公司推出的 “ UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造 、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有 2～ 3個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或 dsp 等微控制芯片構(gòu)成，通過對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能 。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn) 線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。 機(jī)械手的固定裝置設(shè)計(jì) 由于一次是 5 個(gè)機(jī)械手同時(shí)抓取 5個(gè)螺栓，所以這就要求 5 個(gè)機(jī)械手的同步性，而且機(jī)械手位置精度要求也必須非常的高，因?yàn)槁菟ㄔ诎惭b通孔的上方位置有一點(diǎn)偏差就會(huì)造成螺栓放置 不到螺栓孔內(nèi)，從而導(dǎo)致安裝失敗，還有可能使下一步的螺栓安裝檢測(cè)設(shè)備受損，所以必須設(shè)計(jì)一個(gè)固定裝置。 14 其結(jié)構(gòu)尺寸見圖 所示： 圖 機(jī)械手固定鋼板示意圖 螺栓安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在豎直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng) 由于螺栓的抓取、提升和下降、松開可以是同一個(gè)行程，而且發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋組裝生產(chǎn)線上大部分用氣壓來完成工作。所以，選擇豎直面內(nèi)的傳動(dòng)用氣壓傳動(dòng)。氣壓缸的運(yùn)動(dòng)只是在豎直面能保證其運(yùn)動(dòng)的位置精度，但是在水平面內(nèi)無法保證位置精度，所以要在安裝氣壓缸的水平鋼板上安裝豎直方向的導(dǎo)向 柱，這樣就能夠保證水平平面內(nèi)的位置精度了。 氣壓缸的選擇： 估算氣壓缸所承受的載荷： 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取 QGC