全自动移液枪头装盒机设计(说明书+CAD+三维）
摘要
目前，我国生物科技的发展迅速，而在大部分的生物以及医学实验室，移液枪是研究分析测试时必不可少的器材，移液枪头则是此类实验中所需要的实验耗材，而目前市场销售的移液枪头是散装的，而在实验过程中需要将移液枪头装到枪头盒中，这时就需要手工装盒，大大影响了实验效率。2020年新冠肺炎爆发，许多的生物实验室都在争分夺秒的研究疫苗，这时就非常需要一台可以代替人工装盒的全自动移液枪头装盒机为研究出有效的疫苗争取时间。
鉴于以上问题，目前国内市场上售有大量移液枪头装盒机，体积过大，结构过于复杂，并且因为移液枪头的规格不同，一台全自动移液枪头装盒机只能针对一种移液枪头进行自动装盒。根据实验室的规模不同，对装盒机的需求也不同，装盒机过大的体积会占据实验室大量的空间。目前现有的移液枪头装盒机结构复杂，从而使整台装盒机的价格高昂。为弥补目前国内市场上的移液枪头装盒机的不足，我大胆创新，设计一台全自动移液枪头装盒机。满足装盒速度快，体积较小，结构简单，价格适中，并且可以同时适用两种规格的移液枪头的要求。
关键词：移液枪头，全自动，装盒
Fully automatic pipette head boxer design
Abstract
At present, the rapid development of china's biotechnology, and in most biological and medical laboratories, pipette is an essential equipment for research and analysis testing, pipetting gun head is the experimental supplies needed in such experiments, and the current market sales of pipett gun head is bulk, and in the course of the experiment need to be pipetted gun head into the gun box, At this time, it is necessary to manually box, greatly affecting the efficiency of the experiment. In 2020, when the new corona pneumonia outbreak, many biological laboratories are competing for time to study vaccines, there is a great need for a fully automatic pipette head boxing machine that can replace artificial boxes to buy time to develop an effective vaccine.
In view of the above problems, the current domestic market has a large number of pipetting gun head boxing machine, too large, the structure is too complex, and because the pipett gun head specifications are different, a fully automatic pipette gun head boxing machine can only be for a pipetting gun head automatic boxing. Depending on the size of the laboratory, the demand for the boxer is also different, the boxer is too large size will occupy a large amount of laboratory space. The current pipetting gun head boxer structure is complex, making the whole boxer expensive. In order to make up for the current domestic market pipetting gun head boxing machine shortage, I boldly innovate, design a fully automatic pipette gun head boxing machine. Meet the requirements of fast packing speed, small volume, simple structure, moderate price, and can be applied to both specifications of pipetting head requirements
Keywords: Pipett gun head, Automatic, Boxed
目 录
1 绪 论 1
1.1 全自动移液枪头装盒机的研究背景 1
1.2 全自动移液枪头装盒机的研究现状 1
1.2.1国内外发展现状 1
1.2.3研究内容 2
2 现有全自动移液枪头装盒机组成结构 3
2.1现有装盒机机组成机构 3
2.2 现有装盒机特点及其工作原理 4
2.2.1现有装盒机特点 4
2.2.2现有装盒机工作原理 6
3 总体方案设计 6
3.1电机选型及计算 6
3.1.1选择电机类型的原则 6
3.1.2电机的类型 7
3.1.3步进电机 8
3.1.4伺服电机 10
3.1.3选择的电机参数 14
3.2机架设计 15
3.2.1机架结构类型 15
3.2.2机架设计的准则 15
3.2.3机架设计的一般要求 15
3.2.4机架的设计 16
3.3传动系统设计 17
3.3.1传动系统选择原则 17
3.3.2传动系统的选择及计算 17
3.3.3同步带选型计算 19
3.4装盒机构设计 22
3.5 装盒机构X轴结构的设计 23
3.6 Y轴结构的设计 24
3.7插取枪头机构的设计 25
3.7.1调间距机构设计 25
3.7.2脱枪头机构设计 26
3.8装盒台的结构设计 26
3.9整体机构设计 27
4 核心零件的加工工艺 28
4.1 确定零件制造形式 28
4.2 毛坯的尺寸及形状 29
4.2.1零件精度断面质量分析 29
4.2.2加工零件材料分析 29
4.2.3加工工艺过程设计 29
4.3相关设备的选择与计算 30
4.3.1设备的选择 30
4.3.2本工艺选择的铣床 30
4.4零件的装夹方案 31
4.5刀具的选择 33
4.6切削用量的选择 34
4.7背吃刀量、侧吃刀量的确定 35
5 三维建模及装配 37
5.1槽口限位板的建模 37
5.2机架的装配 40
6经济技术性分析 41
6.1全自动移液枪头装盒机的市场需求 41
6.2设备整体成本预算 42
结 论 43
致 谢 44
参考文献 45
附 录 46
1 绪 论
1.1全自动移液枪头装盒机的研究背景
生物实验中经常会使用移液枪头，移液枪头是和移液枪配套使用的一种圆锥形塑料管，用来进行大量的生物科技实验完成移液的操作。
一般情况下，购买的移液枪头大多都是散装在包装袋里，（由于长时间枪头与包装袋之间产生摩擦，还会引起静电）。而且为了方便使用，在使用前通常需要将其存放到枪头盒内，进行实验时，直接取枪头盒从枪头盒内逐个取用或者取用一排移液枪头，移液枪盒是一种存储移液枪头的存储盒，其内部横向、纵向规则排列设置有多个枪头孔，需将移液枪头逐个插入枪头孔内。
常用的方法为人工操作，存在以下弊端：第一，效率低，移液枪头具有多种规格，一般长度在40-80mm之间，直径在4-10mm之间，体积较小，人工操作不便，过程繁琐且浪费了大量的时间；第二，增加了移液枪头污染的机会，由于人工操作存在较多不可控性，例如：枪头掉落、枪头与污染物相碰等，都会造成移液枪头的污染。
1.2 全自动移液枪头装盒机的研究现状
1.2.1国内外发展现状
1.关于移液枪头装盒机整理供料装置的研究现状
国内外目前关于小零件自动整理供料的装置主要分为电磁振动给料器（振动盘或直振）以及机械式给料器。电磁振动上料器是一种常用的自动定向供料机构，多用于小型零件。在电磁振动器的供料过程中，可以利用所振动盘轨道形状、轨道与盘壁的间隙和零件重心位置等方法调整零件的出料方向，并且对掉落的零件进行自动回流，其适用范围较广根据零件的重量选择电磁振动器的功率大小，对于尺寸小、重量较轻的零件更为方便快捷。供料的效率是普通机械式供料方式所比不了的，机械式的供料方法主要利用电机带动回转机构进行供料，或者利用电机驱动传送带进行送料等
现有整理供料装置种类繁多，其结构也较为简单。而关于对移液枪头这种锥形、重量轻且细长物料的整理供料技术相对不成熟，对于移液枪头不能实现高速并且为稳定的供料流，并且有一定的噪音。
2.关于移液枪头装盒机装盒技术的研究现状
现有装盒技术按取料方式基本分为三类：挂式取枪头、插式取枪头、吸吹法取枪头。三种方式各有优缺点，挂式取枪头取料方式简单只需要将取料装置与供料装置相连接由PLC控制取料装置移动即可完成对移液枪头的装盒。
挂式取枪头的优点：结构简单、退枪头方便快捷；
挂式取枪头的缺点：取料周期较长（需要由PLC控制取料装置分步运行，一次性取料只能取出单个移液枪头）；取出的枪头不稳定容易出现卡死（当取完单个移液枪头之后，再取下个枪头时由于供料装置与取料装置的间隙容易出现卡死情况，导致故障停止装盒）；取料过程中容易出现掉料的情况（由于取料装置由在取料过程中一直处于运动状态，所以在取料时由于运动所产生的晃动会使取料装置上的移液枪头掉落）；装盒时会出现单个或多个料安装失败（新开封的移液枪头由于在包装袋中摩擦产生静电，在取料装置上每个移液枪头都会带有静电，导致移液枪头之间产生排斥力导致定心不准确，从而装盒失败）；
插料取枪头的优点：结构简单、定心准确、取料周期短；
插料取枪头的缺点：取料时需要的力较大（插料方式是将插料头与移液枪头内壁产生静摩擦来固定移液枪头，所以所需的压紧力较大）；相比挂料式结构较复杂（插料式插紧后安装到枪头盒中需要一个装置实现退枪头操作）；
吸吹法取枪头的优点：高速稳定、定心效果好
吸吹法取枪头的缺点：结构复杂（吸吹料式是通过空气在装置内的流动实现对移液枪头的吸取和安装放置，使整个装盒机构结构复杂化）；需要安装空气压缩机，产生大量的噪音（吸吹法的取枪头方式在取枪头过程是通过各个气阀的开启和闭合来实现枪头的吸取和放置，气阀在开启、闭合时会产生很大的噪音）；启动元件易损不方便维修。
综上所述，目前的取料方式较多但各有裨益，需要谨慎选择装盒机构的结构特点。
1.2.3研究内容
本文主要研究的使关于对移液枪头装盒机的整体方案设计。
第一章绪论部分介绍本课题的设计目的及意义，并详细的叙述当下移液枪头装盒机的发展情况。
第二章主要讲述了现有移液枪头装盒机的组成结构、移液枪头装盒机的工作特点及其工作原理。
第三章主要介绍移液枪头装盒机的整体设计方案（包括技术路线，电机的选型及计算，机架设计，传动系统的设计，执行机构的设计，并对核心零部件做强度计算）。
第四章主要对部分核心零部件的加工工艺进行设计，并制作工艺卡片。
第五章主要讲述移液枪头装盒机在solidworks上的绘图过程，并将绘制完成的三维图进行装配仿真。
2 现有全自动移液枪头装盒机组成结构
2.1现有装盒机机组成机构
现有装盒机组成机构包括机架提供移液枪头的供料装置，运输整理好的枪头的输料装置，实现枪头的取放装置，放置枪头盒的装盒台。
（1） 移液枪头装盒机的机架
该装置是将采购回来的散装移液枪头根据需求进行整理排序，并将整理好的移液枪头精准的送到下一工位，例如螺丝机所用振动盘等。
（2） 移液枪头的供料装置
该装置是将采购回来的散装移液枪头根据需求进行整理排序，并将整理好的移液枪头精准的送到下一工位，例如螺丝机所用振动盘等。
（3） 移液枪头装盒机的输料装置
该装置是将供料装置整理好的移液枪头进行进一步的调整，将调整好的移液枪头精准的输送到执行机构中。
（4） 移液枪头装盒机的执行机构
该装置是将采购回来的散装移液枪头根据需求进行整理排序，并将整理好的移液枪头精准的送到下一工位，例如螺丝机所用振动盘等。
（5） 移液枪头装盒机的装盒台
装盒台是将待安装的枪头盒精准定位防止安装枪头过程中出现定位不准，从而导致执行机构取出的移液枪头安装失误。
（6） 移液枪头装盒机的传动系统
该系统主要实现执行机构和装盒台的运动，从而实现移液枪头装盒机的全自动装盒；
参考文献
[1] 张美麟.张有忱.机械创新设计[M]. 第二版.北京：化学工业出版社，2014年7月
[2] 赵建国.李怀正. Solidworks三维设计及工程图应用[M]..北京：电子工业出版社，2012年11月
[3] 陈位宫. 工程力学[M]. 第3版.北京：高等教育出版社，2012年12月
[4] 岑军健.非标准机械设计手册[M]. 北京：国防工业出版社，2008年7月
[5] 徐灏.机械设计手册 第4卷.北京：机械工业出版社,1991.
[6] R.L诺顿（Robert L.Norton）.Design of Machinery [M].第2版.北京：机械工业出版社，2011年1月
[7] 美国DS SolidWorks公司著，陈超祥，胡其登主编.SolidWorks高级装配教程(2012版).机械工业出版社.2012-06-01
[8]美国DS SolidWorks公司著，陈超祥，胡其登主编.SOLIDWORKS Motion运动仿真教程(2016版).机械工业出版社.2016-06-01
[9] 美国DS SolidWorks公司著，陈超祥，胡其登主编.SOLIDWORKS Simulation Premium 教程(2015版).机械工业出版社.2015-09-01
[10] 中通电通股份有限公司著.台达伺服电机选型参数样本.中通电通股份有限公司出版.2016-04-02
[11] 李威 等主编.机械设计基础(第2版).机械工业出版社.2015-09-01
[12]于骏一，邹青 主编.机械制造技术基础（第2版）.机械工业出版社.2015-09-05
[13] 带有传感器的智能吸管.塞缪尔·贝基. 2009- 5-5
[14]陈宏钧. 机械加工工艺技术及管理手册[M]．北京：机械工业出版社，2009.163-303.
[15]陈宏钧. 典型零件机械加工生产实例[M]．北京：机械工业出版社，2016.
[16]陆剑中. 金属切削原理与刀具[M]．北京：机械工业出版社，2006
