自动上袋机械手

学号10113212121毕业设计（论文）自动上袋机械手设计教学系：机电工程系指导教师：黄媛专业班级：机电1121班学生姓名：方继松二O一六年五月毕业设计(论文)任务书学生姓名方继松专业班级机电1121班指导教师黄媛工作单位机电系设计(论文)题目自动上袋机械手设计设计（论文）主要内容：自动上袋机械手是自动包装生产线中的重要设备，可以实现粉状物料包装袋的自动抓取、自动上袋、自动缝合与自动输送。本课题设计自动上袋机械手的抓取及输送机构，采用负压抓取包装袋，并输送到下料口。机械手工作负荷为20~50kg，采用PLC控制动作。要求完成的主要任务及其时间安排:1．查阅相关资料并到相关企业实地了解相关产品及设备的国内外应用及生产现状，提出设计方案并写出开题报告；第1-4周2.完成抓取及输送机构总体方案设计及论证；第5-6周3.完成总装图设计；第7-9周4.完成关键零部件设计；第10-11周5.完成气动原理图设计；第12周6.完成PLC电气控制设计；第12周7.完成一份设计计算说明书（论文）第13周必读参考资料：1．徐元昌．工业机器人．中国轻工业出版社，2.姜培刚，盖玉先．机电一体化系统设计．机械工业出版社，3.杨公源．机电控制技术及应用．电子工业出版社，2005：191～1924.蔡鹤皋．机电一体化技术手册．(2)．机械工业出版社，1998：345.吴卫荣．气动技术．中国轻工业出版社，2005：246.龟冈纥一，施昌彦．现代称重技术最新质量计测技术．中国计量出版社，2000：指导教师签名：黄媛教研室主任签名：黄安贻毕业设计(论文)开题报告题目自动上袋机械手设计1、课题目的及意义1.1课题目的自动上袋机械手是从包装生产线上分离出来而发展起来的，它是针对饲料、肥料、粮食、种子、面粉、添加剂等行业的10～50kg大颗粒或者粉料包装而研制的机械系统。近年来，传统的机械系统和计算机控制技术相结合开发出的机械产品，能极大的提高工业生产效率和企业的经济效益，因此结合机电一体化技术，实现自动生产是必然的发展趋势。自动上袋机械手属于工业机器人的范畴。工业机器人是在第二次世界大战期间发展起来的，始于40年代的美国橡树岭国家实验室搬运核原料的遥控机械操作手。在我国，包装机械始于1958年，主要是自用设备，属于革新产品，未进入市场。正式包装生产线起始于七十年代初，“八五”期间呈全方位发展态势，“九五”期间进入转型期，逐步成为高科技、高效益、现代化、国防化的产业。在我国包装设备制造业近三十年的努力下，自动上袋机在数量、质量、水平方面均有较大的进步，为我国建立一个门类齐全、技术先进、水平相当、独立完善的包装设备生产系统奠定了坚实的基础。1.2课题的国内外发展及研究现状目前国内外自动上袋机械手主要有两种形式，一种上袋机的工作原理是：首先气动滑台伸出，安装在气动滑台上的真空吸盘摆动机构动作，将真空吸盘送至自动供袋机构第一单元（有三个单元）空袋上方，并由压紧弹簧将真空吸盘与复合塑料编织袋或纸袋压合严密，便于真空吸附，通过真空系统，利用真空吸盘将空袋吸住，摆动机构复位；同时气动滑台缩回复位，当中转台输送带上无包装袋即空位时，真空吸盘释放空袋至中转台输送带上。自动取袋机构重复上述动作，吸取下一个新的包装袋备用。随着复合塑料编织袋或纸袋的减少（即高度的降低），通过真空吸盘上压紧弹簧的作用，始终能够保证真空吸盘与复合塑料编织袋或纸袋正确压合紧密。另外一种自动上袋机是由供袋器、吸袋器、传送带、接袋器、取袋器等部分组成。生产线上的上袋工作全部由自动上袋机械手完成，工人只需要将包装袋放到指定的储备仓中，当袋仓中没有包装袋时，送袋机会自动向袋仓中整摞地输送包装袋。供袋器是一个两工位的板式结构，每一个工位可以储存300个包装袋，当生产开始时，带有真空吸盘的吸盘器在供袋器中将包装袋吸住，然后向上提升到位，之后传送给传送器，传送器将袋子输送到供袋机的斜板上。在导向板、接袋器、吸盘和光电开关的的作用下，确保包装袋在斜板上保持正确的位置和形状，取袋器捡起斜板上的包装袋，在取袋器的作用下包装袋定位于包装机的中心线上等待着装袋机将包装袋取走。2、基本内容和技术方案：2.1基本内容该自动上袋机械手，是一种适合于成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动搬运设备，它可用于环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁工作的生产场合。自动上袋机主要由供袋小车、取袋装置、运送装置、开袋装置、上袋装置等部分组成。生产线上的上袋工作全部由自动上袋机械手完成，工人只需要将包装袋放到指定的供袋装置中，当袋仓中没有包装袋时，机械手停止工作，等待人工将包装袋放到供袋装置上。供袋装置可以储存300个包装袋，当生产开始时，上吸袋气缸下降，之后开始抽真空，使吸盘将包装袋吸住，然后上吸袋气缸上升到位，之后，由螺旋传动机构将上吸袋气缸和料袋一起运送到开袋处，到位后，下吸袋气缸上升当碰到上吸袋气缸后，下吸盘开始抽真空，抽完真空后，下吸袋气缸向下运动将袋口拉开，最后由上袋机构的气动手指将袋口边缘夹住，旋转气缸逆时针旋转90°即运送到下料口处。上袋工艺流程如图2.1所示：图2.1上袋工艺流程图2.2技术方案自动上袋机械手是一个典型的机电一体化设备，故它大致可以分为机械系统，驱动系统，传感检测系统，控制系统这四个部分。2.2.1机械系统机械系统主要是由机架、气缸、滚动螺旋传动部件以及上袋机构等组成，机座是由钢板、槽钢和角钢通过螺栓连接而成，调节高低螺母底座可以保证各机架水平，是上袋机械手的载体。机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故机架起支撑和连接作用。气缸是机械手的主要组成部分，负责吸袋、开袋以及上袋。滚动螺旋传动的主要功能是将料袋从上袋处运送到取袋开袋处。上袋机构主要是将吸开的包装袋运送到下料口处。2.2.2驱动系统自动上袋机械手采用气压驱动，该自动上袋机械手主要用于两位式控制，工作负荷小，对控制精度以及控制速度要求不高，并且气压驱动成本相比较其他两种驱动成本低，而且还具有速度快、系统结构简单，维修方便等特点。气压系统由气缸、电磁阀、气源处理装置、真空系统等组成。其中真空系统由真空泵、真空压力继电器、真空管路等组成。它是上袋机的主要部分之一，主要功能是吸袋。滚动螺旋传动由三相异步电动机通过联轴器直接驱动。2.2.3传感检测系统传感检测系统是自动上袋机械手的“大脑”，主要是控制机械手执行机构的动作，使机械手按照预定的顺序动作。该自动上袋机械手用到的主要传感检测装置有行程开关，光电传感器以及真空压力继电器。行程开关主要作用是气缸左右以及上下运动的限位。光电传感器主要是检测气动手指是否夹住了料袋的边缘。真空压力继电器是检测抽真空时是否到达了真空度的要求。2.2.4控制系统上袋过程中动作多，运动复杂，而所处的外界环境含有粉尘，工作环境恶劣，对控制系统的可靠性要求较高。由于生产线的各种控制为开关量，而且PLC可靠性高，抗干扰能力强；应用灵活，编程方便；易于调试和维修；功能完善，适用性强体积小能耗低等特点，故选择PLC作为控制系统的核心部件。上袋机的各种动作关系复杂，I/O点数较多，以开关量控制为主，因此选择三菱公司生产的FX2N系列PLC作为控制的核心部件。FX2N系列是FX家族中最先进的子系列，其标准特点在最大范围涵盖了FX其他系列，同时具有执行速度更快、通信功能齐全等特点，为工厂自动化应用提供了最大的灵活性和控制能力。各系统之间的关系如图2.2所示:图2.2各系统之间的关系3．进度安排：完成总体方案设计与论证；第5——6周总装图设计；第7——9周完成关键零部件图设计；第10——11周完成气动原理图设计；第12周完成PLC电气控制设计；第12周编写设计说明书；第13周答辩。第14周4．指导老师意见：指导教师签名：年月日郑重声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名：日期：目录摘要………………………………………………………………………………………………………1Abstract……………………………………………………………………………………………………21绪论………………………………………………………………………………………………………31.1包装机械概述…………………………………………………………………………………………31.2包装机械的国内外现状………………………………………………………………………………31.3课题研究的意义及主要内容…………………………………………………………………………42总体方案设计……………………………………………………………………………………………62.1初步方案设计…………………………………………………………………………………………62.2机械手上袋工序………………………………………………………………………………………82.3机构本体设计…………………………………………………………………………………………82.3.1供袋机构……………………………………………………………………………………………92.3.2吸袋机构……………………………………………………………………………………………92.3.3运送机构……………………………………………………………………………………………102.3.4开袋机构……………………………………………………………………………………………112.3.5上袋机构……………………………………………………………………………………………113机械零部件设计…………………………………………………………………………………………123.1螺旋传动设计…………………………………………………………………………………………123.1.1螺旋传动类型选择…………………………………………………………………………………123.1.2螺纹副的主要几何尺寸……………………………………………………………………………123.1.3螺旋副的承载能力计算……………………………………………………………………………133.1.4螺旋副的校核………………………………………………………………………………………163.2轴承的选型以及寿命计算……………………………………………………………………………183.2.1轴承的选型…………………………………………………………………………………………183.2.2轴承寿命计算………………………………………………………………………………………183.3导轨的选型……………………………………………………………………………………………203.4联轴器的选型…………………………………………………………………………………………203.5电动机的选型…………………………………………………………………………………………213.6上袋机构的设计………………………………………………………………………………………213.7机架的设计……………………………………………………………………………………………224气动系统设计……………………………………………………………………………………………234.1气动系统设计…………………………………………………………………………………………234.1.1气缸选型和耗气量计算……………………………………………………………………………234.1.2气动回路设计………………………………………………………………………………………244.1.3气源气路设计………………………………………………………………………………………244.2真空系统………………………………………………………………………………………………285电气控制系统设计………………………………………………………………………………………315.1传感器的选型…………………………………………………………………………………………315.1.1真