畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 指 導(dǎo) 教 師 蓋玉先 答 辯 日 期 哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書姓 名： 院 （系）：專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 號(hào)： 任務(wù)起至日期：2014 年 03 月 03日起 至 2014 年 06 月26 日止畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)立題的目的和意義：通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，分析和解決實(shí)際工程問題，鍛煉創(chuàng)造能力的目的。是學(xué)生在機(jī)械、驅(qū)動(dòng)、控制等方面得到切實(shí)的鍛煉和提高。技術(shù)要求與主要內(nèi)容： 為實(shí)現(xiàn)工業(yè)裝配生產(chǎn)線上螺釘?shù)娜詣?dòng)擰緊，傳統(tǒng)的手動(dòng)或半自動(dòng)擰螺絲已經(jīng)達(dá)不到當(dāng)代生產(chǎn)能力和速度的要求，全自動(dòng)螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)于提高生產(chǎn)裝配水平，提高生產(chǎn)速度，減少勞動(dòng)力需求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化有著非同尋常的實(shí)際意義。本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出桌面型機(jī)械臂式的全自動(dòng)鎖螺絲機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，進(jìn)行必要的控制設(shè)計(jì)及分析改進(jìn)。進(jìn)度安排：第13周：查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，充分了解課題研究現(xiàn)狀、原理、重難點(diǎn)等，做好設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備；第4周：完成開題報(bào)告的撰寫，并進(jìn)行課題整體系統(tǒng)分析；第57周：完成機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，繪出完整的三維立體模型；第89周：選定并完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證其與機(jī)械系統(tǒng)的統(tǒng)一；第1011周：利用控制軟件Matlab及仿真軟件ADAMS進(jìn)行聯(lián)合初步仿真分析，觀察分析所設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)是否能和所設(shè)計(jì)控制內(nèi)容相協(xié)調(diào)；第1216周 機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的重要校驗(yàn)修正及繪圖二維工程裝配圖，畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫，畢業(yè)設(shè)計(jì)的查漏補(bǔ)缺完善以及畢業(yè)答辯。指導(dǎo)教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見：教研室主任簽字_ 年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要近年來，隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水平及科技技術(shù)的不斷提高，自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)理念也在企業(yè)和市場(chǎng)中得到了迅猛的發(fā)展。自動(dòng)鎖螺絲機(jī)作為企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低成本的重要一環(huán)，其發(fā)展對(duì)于生產(chǎn)裝配領(lǐng)域的重要意義也愈發(fā)凸顯。在通過分析現(xiàn)有螺絲機(jī)產(chǎn)品的利弊后，提出本文的自動(dòng)螺絲機(jī)設(shè)計(jì)方案。本文的目的是設(shè)計(jì)新型的桌面型機(jī)械臂式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)。論文首先提出了自動(dòng)螺絲機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案及所需解決的主要問題，包括各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)形式、驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行了包括龍門機(jī)架、XYZ坐標(biāo)軸及R主旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算、各坐標(biāo)軸直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠、軸承、同步齒輪及齒輪帶、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等的設(shè)計(jì)選型及校核計(jì)算。之后通過MATLAB控制軟件及ADAMS仿真的分析軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了聯(lián)合仿真分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械模型進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。論文最后部分完成了螺絲機(jī)基于可編程控制器的控制部分軟、硬件設(shè)計(jì)并總結(jié)了本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)及特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)不僅有著高穩(wěn)定性、高效率、高度自動(dòng)化、智能化的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，良好的通用性和廣泛的應(yīng)用范圍更是使其具備了廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)；機(jī)械設(shè)計(jì)；仿真分析；控制設(shè)計(jì) 各位如果需要此設(shè)計(jì)的全套內(nèi)容（包括二維圖紙、中英文翻譯、完整版論文、程序、答辯PPT）可加QQ695939903，如果需要代做也請(qǐng)加上述QQ,代做免費(fèi)講解。AbstractIn recent years, with the continuous improvement of domestic production levels and technology, the automated, intelligent production concept has also been a rapid development in the enterprise and the market. Automatic Screw Machine, as an important part of enterprises to improve production efficiency and reduce costs, the significance of its development is also becoming more prominent. After the analysis of the pros and cons of existing screw machine products, we propose a design scheme of the automatic screw machine in this paper.The purpose of this paper is to design a new type of desktop manipulator automatic locking screw machine. First, we proposed an overall design of the automatic locking screw machine and major problems needed to be solved, including the design of the form of the axes of motion, drive and transmission methods. Then we design and calculate the mechanical parts of the screw machine, including gantry frame, the XYZ axes and the main axis of rotation R, the design selection and checking calculation of each axis linear guides, ball screws, bearings, gears, synchronous belt and drive motor. After that, we conduct a joint simulation analysis of the mechanical structure and optimize to improve, based on the software MATLAB and ADAMS. Finally, we summarize the innovation and features of this design.This automatic locking screw machine proposed in this paper not only has the advantages of high stability, high efficiency, high degree of automation and intelligence, it also has a broad development and application prospect with its good versatility and wide range of applications. Keywords: desktop automatic locking screw machine, mechanical design, simulation, control design 目 錄摘要.Abstract .第一章1.1 課題背景及研究的目的和意義11.2自動(dòng)鎖螺絲機(jī)研究的發(fā)展概況11.2.1 自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的分類11.2.2 桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)和特點(diǎn)21.2.3桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展概況21.3本文的主要研究?jī)?nèi)容3第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 引言42.2 桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的整體設(shè)計(jì)42.3自動(dòng)鎖螺絲機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)形式及驅(qū)動(dòng)方式52.4 本章小結(jié)6第3章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型及計(jì)算3.1 引言73.2 龍門機(jī)架的設(shè)計(jì)73.2.1 底座的設(shè)計(jì)73.2.2 左右立柱的設(shè)計(jì)83.2.3 橫梁的設(shè)計(jì)103.3 Y軸直線導(dǎo)軌、伺服電機(jī)的選型、計(jì)算103.3.1 Y直線導(dǎo)軌的選型及校核計(jì)算103.3.2 Y軸伺服電機(jī)的選型計(jì)算133.4 X軸直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠及電機(jī)的選型、計(jì)算133.4.1 X軸直線導(dǎo)軌的選型及校核計(jì)算133.4.2 X軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)選型及校核計(jì)算143.5 Z軸滾珠絲杠滑臺(tái)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型、計(jì)算193.6 R旋轉(zhuǎn)主軸零部件的設(shè)計(jì)203.7 本章小結(jié)21第4章 基于MATLAB和ADAMS的聯(lián)合仿真4.1 引言224.2 基于Matlab軟件的控制內(nèi)容設(shè)計(jì)224.2.1 Simulink模塊電機(jī)仿真控制模型的建立224.2.2 在Matlab中完成C程序控制并導(dǎo)出控制數(shù)據(jù)244.3 模型及數(shù)據(jù)導(dǎo)入ADAMS/View模塊進(jìn)行聯(lián)合仿真244.4 本章小結(jié)25第5章 自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的PLC控制5.1 引言265.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)265.3硬件及梯形圖程序設(shè)計(jì)285.4本章小結(jié)30結(jié)論31參考文獻(xiàn)32致謝34附錄35-31-哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論1.1 課題背景及研究的目的和意義隨著工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，生產(chǎn)線的自動(dòng)化和智能化程度也進(jìn)行著不斷地進(jìn)步和更新，對(duì)于新生產(chǎn)方式的思想觀念就是以利潤(rùn)主義為推動(dòng)企業(yè)改革的原動(dòng)力，在當(dāng)今屬自由競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)的環(huán)境下，要達(dá)到目標(biāo)利潤(rùn)就必須努力來達(dá)到目標(biāo)成本。工廠要降低成本，必須從企業(yè)內(nèi)部可掌控的部分，如：人工、設(shè)備及管理成本來作為改善的對(duì)象。自動(dòng)鎖螺絲機(jī)（Auto-Screwdriving Machine）又稱自動(dòng)送螺絲機(jī)、自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)、工業(yè)擰緊系統(tǒng)、螺絲鎖付機(jī)器人等到，是用以取代傳統(tǒng)手工擰緊螺絲的機(jī)器。手工的螺絲擰緊又包括純手工擰緊和電動(dòng)螺絲刀或者氣動(dòng)螺絲刀擰緊兩種，后者通過電動(dòng)或者氣動(dòng)的方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，以代替頻繁手工的擰緊動(dòng)作，在某種程度上減輕了鎖螺絲的工作強(qiáng)度，但由于手工放置螺絲和對(duì)準(zhǔn)螺絲頭部仍需要占用大量的工作時(shí)間和精力，因此整體效率提升比較有限。于是全自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的問世及其發(fā)展對(duì)于生產(chǎn)裝配領(lǐng)域的重要意義便愈發(fā)凸顯。 1.2自動(dòng)鎖螺絲機(jī)研究的發(fā)展概況1.2.1 自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的分類自動(dòng)鎖螺絲機(jī)按其批頭來分，可分為：一軸式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)，二軸式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)，三軸式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)，四軸式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)，右圖為益誠(chéng)自動(dòng)化生產(chǎn)的四軸自動(dòng)鎖螺絲機(jī)。五軸式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)，六軸式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)，七軸式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)，八軸式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)，九軸式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)。按其使用形式分為：全自動(dòng)鎖螺絲機(jī)：其又分為自動(dòng)上料和手工上料兩種，但是其螺絲全都是機(jī)器自動(dòng)供給。手持式自動(dòng)鎖螺絲機(jī):手持式又分為自動(dòng)供給螺絲式和批頭提取螺絲。 按不同產(chǎn)品分類，相對(duì)就更多了，相對(duì)來說任何一種產(chǎn)品,都有相對(duì)應(yīng)的鎖螺絲設(shè)備1。1.2.2 桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)和特點(diǎn)桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)有以下一些優(yōu)缺點(diǎn)：由于其單人即可高效操作，一人相當(dāng)于多人的效率，所以節(jié)省成本；其可靠性很好，一天可工作20小時(shí)以上；對(duì)于鎖同樣螺絲的產(chǎn)品，只需更換旋具，可鎖不同產(chǎn)品，通過簡(jiǎn)單編程，通用性高；采用高精密度軌道設(shè)計(jì)，由機(jī)器作業(yè)，杜絕了人為因素帶來的不良影響，有著良好的穩(wěn)定性。然而由于其自動(dòng)化程度較高，同時(shí)也帶來了如扭力不當(dāng)造成起子頭磨損、滑牙，軌道卡料、螺絲漏送或者一次送料過多的等問題。因此，螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)及改進(jìn)要著重解決這些實(shí)際問題。另外，桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)還有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)：移動(dòng)式工作臺(tái)，只要針對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)，平板電腦，平板電視等較大電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)；上料系統(tǒng)采用直振方式將螺絲排序到振動(dòng)導(dǎo)軌上，并輸送到螺絲分料系統(tǒng),通過分料系統(tǒng)將螺絲分好，然后用吹氣的方式將螺絲輸送到螺絲鎖付系統(tǒng)，最后由螺絲鎖付系統(tǒng)完成鎖付；具有漏鎖/浮鎖/滑牙檢測(cè)功能，客戶可以選配；只要螺絲在規(guī)定的范圍內(nèi)可以通用；靈活性強(qiáng)，對(duì)于更換不同的產(chǎn)品，只需更換夾具和調(diào)用相對(duì)應(yīng)程序組即可2。1.2.3桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展概況 隨著越來越多的企業(yè)招工難，一些國(guó)內(nèi)外名優(yōu)產(chǎn)品紛紛被引進(jìn)，以滿足不同企業(yè)生產(chǎn)的需求。全自動(dòng)螺絲機(jī)就是其中之一，它憑借在制造技術(shù)、材質(zhì)和提高效率、無(wú)人操作等方面的優(yōu)勢(shì)獲得了企業(yè)和市場(chǎng)的青睞。全自動(dòng)螺絲機(jī)的用途與普通電批風(fēng)批一樣，甚至有過之而無(wú)不及，它速度快，效率高，安全性高，并且更能節(jié)省人工。就目前的總體情況而言，它的品種規(guī)格也較為齊全，基本上百分之九十以上的螺釘都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化擰緊，但由于它的市場(chǎng)價(jià)位總的來說要比普通裝配工具高，這也成為了全自動(dòng)螺絲機(jī)沒有普遍被運(yùn)用起來的主要原因之一。但隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水平加快了技術(shù)改造的步伐，全自動(dòng)螺絲機(jī)也開始大量進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高和成熟，全自動(dòng)螺絲機(jī)的價(jià)格將逐漸下降。所以全自動(dòng)螺絲機(jī)的市場(chǎng)現(xiàn)在逐漸被商家們看好，這主要是因?yàn)橐环矫嬖谟谒募夹g(shù)要求比較高，以前大部分產(chǎn)品主要是從美國(guó)、德國(guó)、日本國(guó)家引進(jìn)，而現(xiàn)在隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)的提高，像濟(jì)南、深圳、廣州等地的一些企業(yè)都紛紛推出了國(guó)產(chǎn)的全自動(dòng)螺絲機(jī)產(chǎn)品。由于全自動(dòng)螺絲機(jī)使用范圍很廣，所以在廣東、山東、上海、江蘇、福建等沿海省市的裝配業(yè)、電器電子、家具制造、儀器儀表、玩具以及電動(dòng)自行車、摩托車裝配還有汽車制造業(yè)和一些流水線作業(yè)的企業(yè)和廠家都紛紛使用了全自動(dòng)鎖螺絲機(jī)。再加上售后服務(wù)的進(jìn)一步跟上，打消了以往顧客擔(dān)心產(chǎn)品無(wú)售后服務(wù)的顧慮，使全自動(dòng)螺絲機(jī)的銷勢(shì)進(jìn)一步得到穩(wěn)定3。隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高，自動(dòng)化設(shè)備企業(yè)的生存與發(fā)展形勢(shì)也使得越來越多的企業(yè)關(guān)注工廠自動(dòng)化這一領(lǐng)域，也給螺絲機(jī)一行業(yè)帶來了發(fā)展商機(jī)。目前，我國(guó)非標(biāo)自動(dòng)化企業(yè)數(shù)量較多，但規(guī)模與分工還有待發(fā)展。如何參與這一行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)成為一個(gè)挑戰(zhàn)！1.3本文的主要研究?jī)?nèi)容 本課題的研究?jī)?nèi)容主要是針對(duì)桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及控制方式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和仿真分析及優(yōu)化。 首先，考慮課題所要求的工作需要，擬訂幾個(gè)可行的結(jié)構(gòu)和控制方案，并對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行可行性分析，經(jīng)過方案比較和各方面的綜合考慮，確定出最佳方案。 然后，確定桌上型三坐標(biāo)機(jī)械臂的安裝配置形式，并完成桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過Solidworks和AutoCAD工程軟件繪出三維模型和二維工程圖并進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。 接下來，利用Matlab矩陣實(shí)驗(yàn)室及ADAMS虛擬樣機(jī)機(jī)械仿真軟件來對(duì)所設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析，找出有欠缺設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。 確保了結(jié)構(gòu)的合理性之后，即可設(shè)計(jì)并合理配置各運(yùn)動(dòng)軸的控制方式和控制模式，編制必要的控制程序，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與機(jī)械結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 最后結(jié)合控制再次針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行整體優(yōu)化分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的最終改進(jìn)。第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 引言 本章主要研究?jī)?nèi)容為選定桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)型式，各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)形式，以及他們的驅(qū)動(dòng)方式和控制方式。需要對(duì)現(xiàn)有不同方案進(jìn)行綜合分析，經(jīng)查閱文獻(xiàn)及參考各類資料，針對(duì)本螺絲機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)和工作要求，最終確定桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案龍門式三坐標(biāo)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)形式。2.2 桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的整體設(shè)計(jì) 自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)在進(jìn)行擰螺絲前需要將螺栓分離開來并輸送到指定位置，因此要整個(gè)螺絲機(jī)分為送料料機(jī)構(gòu)和鎖付機(jī)構(gòu)。送料機(jī)構(gòu)選用振動(dòng)式分料機(jī)電產(chǎn)品，通過氣壓傳動(dòng)講螺栓送到指定位置4。由于振動(dòng)式分料機(jī)電產(chǎn)品的原理及結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜，而且技術(shù)和市場(chǎng)也已經(jīng)非常成熟，所以此螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)中主要針對(duì)鎖付機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了降低返修率可以在螺栓傳動(dòng)管間加傳感器來檢查三個(gè)管是否都有螺栓通過，如果有則可以進(jìn)行下一步工作，如果沒有就需要將信號(hào)傳送給PLC，PLC通過分析計(jì)算給分料機(jī)構(gòu)和下料機(jī)構(gòu)的氣缸下達(dá)命令重新輸送螺栓。根據(jù)工藝要求，自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)工作時(shí)需要電動(dòng)螺絲刀上下移動(dòng)調(diào)節(jié)距離，以方便更換工件和調(diào)節(jié)不同工件間的誤差，因此需要一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副來控制電動(dòng)螺絲刀的上下移動(dòng)。桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的整體方案為：采用振動(dòng)分料和吹氣送料機(jī)構(gòu)和龍門三坐標(biāo)機(jī)械臂式鎖付機(jī)構(gòu)。其中振動(dòng)分料和吹氣送料機(jī)構(gòu)指：由螺釘分離板、檔釘板、固定斜槽板及圓柱銷相配合的電磁振動(dòng)給料器將螺釘自動(dòng)分離。利用氣缸驅(qū)動(dòng)螺釘分離板、擋釘板，利用擋釘板上固定的圓柱銷受固定斜槽板上的起移動(dòng)凸輪作用的斜槽限制，將位于螺釘輸送槽最前端的一只螺釘分離開，并僅將一只螺釘推入螺釘分離板側(cè)面的落釘口。經(jīng)傳感器判斷后，控制高壓噴氣口噴出高壓氣流，將螺釘通過螺釘輸送軟管吹向電動(dòng)旋具。其震動(dòng)分料裝置結(jié)構(gòu)形式如圖2-1所示：圖2-1 螺絲機(jī)震動(dòng)分料盤 龍門三坐標(biāo)機(jī)械臂式鎖付機(jī)構(gòu)是指：將XYZ三運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸置于龍門機(jī)架上，其中Z坐標(biāo)軸上附加一個(gè)R旋轉(zhuǎn)軸，即用于鎖付的旋轉(zhuǎn)主軸，當(dāng)傳感器檢測(cè)到由送料機(jī)構(gòu)傳送過來的螺釘已就位，便由控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)對(duì)工件進(jìn)行鎖緊，如若沒有正確檢測(cè)到就位螺釘，則向送料機(jī)構(gòu)發(fā)出信號(hào)提示其輸送螺釘。2.3自動(dòng)鎖螺絲機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)形式及驅(qū)動(dòng)方式本自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的X坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)選擇由滾珠絲杠副帶動(dòng)的直線導(dǎo)軌。具體設(shè)計(jì)為：選定單滑塊直線導(dǎo)軌并在螺絲機(jī)底座上雙排對(duì)稱安裝配置，將工作平臺(tái)平放并固定在雙排直線導(dǎo)軌滑塊上以保證其平穩(wěn)，同時(shí)工作平臺(tái)也通過某種方式與絲杠螺母相固結(jié)，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)X軸絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠螺母帶動(dòng)工作平臺(tái)沿X軸直線導(dǎo)軌前后移動(dòng)5。而螺絲機(jī)Y坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)則是選擇由伺服電機(jī)帶動(dòng)的同步齒輪和齒輪帶來完成。具體設(shè)計(jì)為：選定高精度且有一定承載能力的直線導(dǎo)軌放置在龍門機(jī)架左右立柱中間，通過某連接介質(zhì)（如齒輪帶夾），將Y軸導(dǎo)軌滑塊與同步齒輪帶相連接，當(dāng)伺服電機(jī)帶動(dòng)同步齒輪帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)直線導(dǎo)軌滑塊沿Y坐標(biāo)軸方向平行移動(dòng)。至于Z坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，可以借鑒X軸的運(yùn)動(dòng)方式，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副來完成。 2.4 本章小結(jié) 本章主要確定了桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案龍門式三坐標(biāo)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)形式。確定了采用振動(dòng)分料和吹氣送料機(jī)構(gòu)和龍門三坐標(biāo)機(jī)械臂式鎖付機(jī)構(gòu)的整體方案6。并且選定了各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)形式，其中：X坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)選擇由滾珠絲杠副帶動(dòng)的直線導(dǎo)軌，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；Y坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)選擇由伺服電機(jī)帶動(dòng)的同步齒輪和齒輪帶來完成；Z坐標(biāo)軸通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副來完成。第3章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型及計(jì)算3.1 引言本章要對(duì)桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的整體及各部分零部件進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及對(duì)于XYZR軸直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠副、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、同步齒輪與齒輪帶等進(jìn)行選型計(jì)算和校核計(jì)算。3.2 龍門機(jī)架的設(shè)計(jì)龍門結(jié)構(gòu)是機(jī)床中最常用的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)之一，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。典型結(jié)構(gòu)有以下幾種：定梁式，橫梁固定工作臺(tái)前后移動(dòng)；動(dòng)梁式，橫梁上下移動(dòng)工作臺(tái)前后移動(dòng)；動(dòng)柱式，工作臺(tái)固定，龍門架立柱前后移動(dòng)；橋式，工作臺(tái)固定，橫梁前后移動(dòng)。結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)情況與設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)定梁式結(jié)構(gòu)，橫梁固定在龍門架立柱之間，工作臺(tái)可以沿X軸直線導(dǎo)軌前后移動(dòng)7。X軸工作臺(tái)的移動(dòng)采用滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)，安裝多導(dǎo)軌，防止傾覆并承受工況軸向力、徑向力。Y軸方向上使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步齒輪，提高傳動(dòng)精度。3.2.1 底座的設(shè)計(jì)底座設(shè)計(jì)在保證支撐強(qiáng)度和平穩(wěn)性的前提下以方便和容易加工為主，基本尺寸設(shè)定為660 x550 x125mm。底座上需要安裝機(jī)架左右立柱所以左右兩側(cè)對(duì)稱開出立柱安裝槽，為將其穩(wěn)定的固定住并與工作臺(tái)面保持較高的垂直度，所以在底座左右側(cè)面分別鉸出M12螺紋孔。由于底座上還需放置雙排X軸直線導(dǎo)軌，為充分保證其平行度和水平程度并且減少加工面積，底座的上邊面相對(duì)中心對(duì)稱的留出接近導(dǎo)軌寬度的凸起部分，以便精確地安裝X軸導(dǎo)軌。另外底座上表面正中部分開出的凹槽是為精準(zhǔn)安放X軸驅(qū)動(dòng)部件滾珠絲杠滑臺(tái)特意留出。其初步設(shè)計(jì)如圖3-1所示：圖3-1 底座3.2.2 左右立柱的設(shè)計(jì)龍門機(jī)架左右立柱的主要作用是支撐Y軸導(dǎo)軌零部件以及Z軸和主旋轉(zhuǎn)軸部件。所以其設(shè)計(jì)原則為在保證支撐強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量簡(jiǎn)化并且合理挖出空心以適當(dāng)減少重量。其主體尺寸初步設(shè)定為：100 x80 x450mm。左立柱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-2所示：圖3-2 左立柱右立柱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-3所示：圖3-3 右立柱其中，由于左立柱除與右立柱一同支撐Y軸導(dǎo)軌零部件以及Z軸和主旋轉(zhuǎn)軸部件之外，還需安放驅(qū)動(dòng)Y軸同步齒輪帶運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)，所以左右立柱的主要區(qū)別則在于前者要設(shè)計(jì)伺服電機(jī)放置槽，而后者只需對(duì)應(yīng)打出同步齒輪軸安裝孔即可。3.2.3 橫梁的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中橫梁的作用就是將Y軸直線導(dǎo)軌置于其上，所以選定了導(dǎo)軌之后再來確定橫梁的形狀尺寸。3.3 Y軸直線導(dǎo)軌、伺服電機(jī)的選型、計(jì)算3.3.1 Y直線導(dǎo)軌的選型及校核計(jì)算直線導(dǎo)軌由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、反向裝置、保持架、密封裝置等組成，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載，同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。由于其大承載、高精度、高速度、低磨損、高可靠性及標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)良特性，已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于數(shù)控機(jī)械、自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)對(duì)于各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)精度要求很高，所以為保證Y軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的精確度，首選THK直線導(dǎo)軌。其機(jī)構(gòu)特征如下圖3-4所示：圖3-4 THK直線導(dǎo)軌8設(shè)定使用條件其選型步驟如下圖所示：初步選定直線導(dǎo)軌型號(hào)設(shè)定滑塊尺寸及數(shù)目計(jì)算滑塊最大負(fù)荷比較需求壽命最終型號(hào)確認(rèn) 圖3-5 THK直線導(dǎo)軌選型流程設(shè)定Y軸直線導(dǎo)軌橫跨在兩龍門立柱之間側(cè)立安裝，其導(dǎo)軌滑塊上承載負(fù)荷總重為20Kg，即Fc=200N（此設(shè)定值已添加了一定的安全系數(shù)）?？紤]到Z軸及主旋轉(zhuǎn)軸零部件全部安裝在此Y軸導(dǎo)軌滑塊之上，所以初步選定HRW 35CA全滾珠L(zhǎng)M寬幅滾動(dòng)導(dǎo)軌。其主要參數(shù)如下：表3-1HRW 35CA直線導(dǎo)軌主要參數(shù)導(dǎo)軌寬度W1安裝高度M滑塊總長(zhǎng)W滑塊安裝孔個(gè)數(shù)滑塊安裝孔尺寸導(dǎo)軌總長(zhǎng)精度等級(jí)69mm35mm120mm6個(gè)M8600mm高級(jí)基本額定載荷靜容許力矩質(zhì)量(動(dòng)載)C（靜載）CoMAMBMCLM滑塊LM軌道27.2KN45.9KN529Nm529Nm1490Nm1.4Kg/個(gè)9.9Kg/m1）靜容許力矩校核2）壽命校核3.3.2 Y軸伺服電機(jī)的選型計(jì)算 伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)把輸入的信號(hào)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。伺服電機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓，以此滿足機(jī)械設(shè)備對(duì)高精度、快速響應(yīng)的要求；伺服電機(jī)還具有較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求，并能夠承受頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和正、反轉(zhuǎn)9。計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩：克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩：加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩：伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 ，最大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，參考BONMET電機(jī)選型手冊(cè)可選JEF 571530 BF 1000伺服電機(jī)，其主要參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩T=0.5Nm，額定轉(zhuǎn)速n=3000r/s，額定功率P=0.15KW。BONMET伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)SFC配置：SA3L04C，SFC+配置：SA3L04C。3.4 X軸直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠及電機(jī)的選型、計(jì)算3.4.1 X軸直線導(dǎo)軌的選型及校核計(jì)算設(shè)定X軸直線導(dǎo)軌對(duì)稱安裝在底座上，雙排導(dǎo)軌滑塊上承載負(fù)荷總重為10Kg，即Fc=100N（此設(shè)定值已添加了一定的安全系數(shù)）。初步選定球保持器型LM直線導(dǎo)軌。其主要參數(shù)如下：表3-2SHS 25C直線導(dǎo)軌主要參數(shù)導(dǎo)軌寬度W1安裝高度M滑塊總長(zhǎng)W滑塊安裝孔個(gè)數(shù)滑塊安裝孔尺寸導(dǎo)軌總長(zhǎng)精度等級(jí)23mm36mm70mm4個(gè)M8400mm高級(jí)基本額定載荷靜容許力矩質(zhì)量(動(dòng)載)C（靜載）CoMAMBMCLM滑塊LM軌道31.7KN52.4KN566Nm566Nm563Nm0.54Kg/個(gè)3.2Kg/m1）靜容許力矩校核2）壽命校核3.4.2 X軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)選型及校核計(jì)算滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。它具有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)：摩擦損失小，傳動(dòng)效率高；釆用雙螺母預(yù)緊后，可以很好地消除間隙，提高了傳動(dòng)剛度；摩擦阻力小，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；壽命長(zhǎng)、精度保持性好。3.5 Z軸滾珠絲杠滑臺(tái)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型、計(jì)算借鑒上節(jié)中X軸絲杠滑臺(tái)及電機(jī)的選型。絲杠由于不承受徑向力，軸向力主要為安裝在Z機(jī)械臂滑臺(tái)滑塊上的R主軸零部件的自重。設(shè)定R 主軸零部件的總質(zhì)量為10Kg。 已知，上節(jié)中所選的滾珠絲杠滑臺(tái)的垂直承載可達(dá)20Kg，其精度和運(yùn)動(dòng)速度也可滿足Z軸運(yùn)動(dòng)要求，所以可選擇相同型號(hào)的產(chǎn)品。電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩：所以，電機(jī)也可選擇上節(jié)中X軸上所選用的42步進(jìn)電機(jī)。此滾珠絲杠滑臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)形式如圖3-5所示：圖3-7 滾珠絲杠滑臺(tái)3.6 R旋轉(zhuǎn)主軸零部件的設(shè)計(jì) R旋轉(zhuǎn)主軸零部件自上而下依次連接，主要包括刀桿接頭、聯(lián)結(jié)軸、萬(wàn)向聯(lián)軸器（上）、滑動(dòng)軸、滑動(dòng)彈簧、滑動(dòng)套管、調(diào)整螺桿螺帽、萬(wàn)向聯(lián)軸器（下）、刀桿軸、電動(dòng)改錐、護(hù)套、夾嘴。其結(jié)構(gòu)及內(nèi)部連接設(shè)計(jì)如圖3-6所示：圖3-8 R旋轉(zhuǎn)主軸其中，萬(wàn)向聯(lián)軸器的使用和滑動(dòng)緩沖部分的設(shè)計(jì)是主軸設(shè)計(jì)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。1） 萬(wàn)向聯(lián)軸器十字萬(wàn)向聯(lián)軸器是一種撓性聯(lián)軸器，它可以使軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)流暢不至于因?yàn)檩S線不在一條直線上而發(fā)生干涉問題，實(shí)現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。萬(wàn)向聯(lián)軸器最大的特點(diǎn)是具有較大的角向補(bǔ)償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，有時(shí)還能起到緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。而且和其他的撓性聯(lián)軸器相比，十字萬(wàn)向聯(lián)軸器有更好的調(diào)節(jié)范圍而且使用兩個(gè)萬(wàn)向聯(lián)軸器能更好的解決本次設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題11?？紤]本設(shè)計(jì)中對(duì)于精度的要求較高，選定SC型精密二節(jié)式萬(wàn)向聯(lián)軸器SC10A（上）和SC06A（下）。2） 滑動(dòng)緩沖設(shè)計(jì)留出一定的緩沖距離，在螺絲機(jī)進(jìn)行擰螺絲工作時(shí)，主軸的下壓在滑動(dòng)緩沖下不至于產(chǎn)生太大的下壓沖力，導(dǎo)致起子頭及螺絲頭的破壞。當(dāng)然根據(jù)螺絲的大小及扭力大小的不同，緩沖預(yù)留長(zhǎng)度也不同，基本保持在26mm之間。當(dāng)緩沖長(zhǎng)度不在要求之內(nèi)時(shí)，用調(diào)整螺桿來加以改善。3.7 本章小結(jié)本章對(duì)桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)龍門機(jī)架、各坐標(biāo)軸、機(jī)械臂、旋轉(zhuǎn)主軸等全部機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行了詳盡的設(shè)計(jì)、選型、校核計(jì)算。并且按照相關(guān)技術(shù)及結(jié)構(gòu)要求對(duì)螺絲機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)建立了三維立體模型，通過觀察分析，消除了結(jié)構(gòu)干涉及對(duì)各類不合理設(shè)計(jì)的優(yōu)化改進(jìn)。第4章 基于Matlab和ADAMS的聯(lián)合仿真4.1 引言本章中介紹利用控制軟件Matlab及虛擬樣機(jī)仿真分析軟件ADAMS，對(duì)上章中所設(shè)計(jì)的桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合仿真。在Matlab的Simulink模塊中建立電機(jī)控制模型，并編制控制程序，導(dǎo)入模型及控制數(shù)據(jù)至ADAMS中生成仿真動(dòng)畫和圖線，并基于此進(jìn)行分析改進(jìn)。4.2 基于Matlab軟件的控制內(nèi)容設(shè)計(jì)4.2.1 Simulink模塊電機(jī)仿真控制模型的建立在Matlab的Simulink模塊下，利用SimPowerSyste-mToolbox豐富的模塊庫(kù)，在分析伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型12。1） 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)作為數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，非常適合在精度和穩(wěn)定性要求不高的位置或速度控制系統(tǒng)中開環(huán)運(yùn)行，且控制方式簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制的缺點(diǎn)是無(wú)法知道電機(jī)是否失步或者超步,在高精度的位置伺服系統(tǒng)中，這一缺點(diǎn)將直接影響系統(tǒng)性能。位置閉環(huán)控制通過在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝位置傳感器，可將位置信號(hào)實(shí)時(shí)地傳給控制核心，然后根據(jù)位置偏差控制電機(jī)運(yùn)行。建立步進(jìn)電機(jī)Simulink模型如圖4-1所示：圖4-1 步進(jìn)電機(jī)Simulink模型2） 伺服電機(jī)伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。建立伺服電機(jī)Simulink模型如圖4-2所示：圖4-2 伺服電機(jī)Simlink模型4.2.2 在Matlab中完成C程序控制并導(dǎo)出控制數(shù)據(jù)按照預(yù)先設(shè)定的工作內(nèi)容分別創(chuàng)建XYZ三坐標(biāo)軸及R主旋轉(zhuǎn)軸的數(shù)學(xué)函數(shù)模型，然后據(jù)此來編制C程序。運(yùn)行程序檢查是否有誤，修改更正后生成電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角位移時(shí)間的關(guān)系數(shù)據(jù)，步長(zhǎng)初步設(shè)定為0.1s。驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性，反復(fù)校驗(yàn)無(wú)誤后導(dǎo)出數(shù)據(jù)并存成.txt格式文檔。4.3 模型及數(shù)據(jù)導(dǎo)入ADAMS/View模塊進(jìn)行聯(lián)合仿真首先，將在Solidworks軟件中建立的三維立體模型精簡(jiǎn)為簡(jiǎn)化模型并存成能與ADAMS兼容的.x_t格式文件；然后，進(jìn)入ADAMS/View界面導(dǎo)入簡(jiǎn)化版三維模型，然后，在此基礎(chǔ)上做一些合并和刪除零部件等必要的模型修改，以保證仿真運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)一致；添加必要的約束、運(yùn)動(dòng)及作用力13，添加后其效果如下圖所示：圖4-3 聯(lián)合仿真模型（3） 將Matlab中建立的控制模型及數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ADAMS/View中，完成兩軟件的聯(lián)合仿真，保存反正動(dòng)畫，分析仿真數(shù)據(jù)和圖線并作出修正和改進(jìn)10。4.4 本章小結(jié) 本章中通過Matlab及ADAMS兩個(gè)軟件的聯(lián)合仿真分析，完成了螺絲機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)干涉檢查11，并且通過對(duì)動(dòng)畫及各類運(yùn)動(dòng)及力圖線的分析研究，對(duì)之前的結(jié)構(gòu)模型做出了修正和改進(jìn)，為下面控制的設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。第5章 自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的PLC控制5.1 引言可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來的嶄新的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。使用PLC控制有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：（1）編程簡(jiǎn)單，使用方便；（2）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性；（3）功能強(qiáng)，擴(kuò)充方便，性價(jià)比高；（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量少，維修方便；（5）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（6）體積小、重量輕、能耗低，是“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品。目前PLC已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，PLC已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱的首位。5.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器簡(jiǎn)稱為PLC（ProgrammableLogicController）主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。其控制系統(tǒng)示意圖如圖5-1所示：圖5-1 PLC控制系統(tǒng)示意圖PLC實(shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無(wú)異。可編程序控制器主要由CPU（中央處理單元）、存儲(chǔ)器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊（簡(jiǎn)稱I/O模塊）、編程器和電源五大部分組成14。1）CPU模塊CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機(jī)處理器（CPU）和存儲(chǔ)器組成。CPU類似于人類的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)工作。2）I/O模塊I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)。從外部引入的尖蜂電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作，所以CPU模塊不能直接與外部輸入/輸出裝置相連。I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。3）編程器編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運(yùn)行時(shí)梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運(yùn)行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時(shí)使用，一臺(tái)編程器可供多臺(tái)可編程序控制器公用。4）開關(guān)量I/O模塊開關(guān)量模塊的輸入輸出信號(hào)僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。各I/O點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管或其它元件顯示在面板上，外部I/O接線一般接在模塊的接線端子上，某些模塊使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部連線的情況下，可以迅速地更換模。5.3硬件及梯形圖程序設(shè)計(jì)（1）資源分配如下表5-1所示：表5-1 I/O分配圖（2）PLC控制原理接線圖如下圖5-2所示：圖5-2 PLC控制原理接線圖 （3）PLC控制流程圖如下圖5-3所示： 圖5-3 PLC控制流程圖（4）梯形圖控制程序的設(shè)計(jì)見附錄。5.4本章小結(jié)本章針對(duì)螺絲機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制需求，詳細(xì)設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)控制方案，完成了基于可編程控制器PLC的伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。并通過設(shè)定工作內(nèi)容完成了控制原理及控制流程的設(shè)計(jì)。結(jié) 論本文以桌面型機(jī)械臂式自動(dòng)鎖螺絲機(jī)為設(shè)計(jì)對(duì)象，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)系統(tǒng)全面的查閱和分析后，根據(jù)自動(dòng)化，機(jī)械化，智能化的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)螺絲機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及控制方式進(jìn)行了系統(tǒng)全面的設(shè)計(jì)，經(jīng)過認(rèn)真的仿真分析，又對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了全面的修正和改進(jìn)。本研究?jī)?nèi)容的主要成果包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：首先，現(xiàn)有的螺絲機(jī)大多屬于專用產(chǎn)品，不具有通用性，而本桌面型自動(dòng)螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)可以很輕易的通過改變控制程序及更換螺絲刀旋具，即可應(yīng)用于不同工作內(nèi)容的螺絲擰緊，通用性大大提高；其次，螺絲機(jī)XZ坐標(biāo)軸選擇了高精度滾珠絲杠滑臺(tái)的使用，配以精準(zhǔn)地電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，充分提高了自動(dòng)螺絲機(jī)的可靠性、穩(wěn)定性和精確度；最后，本設(shè)計(jì)中XY運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸選用了THK球保持器型直線導(dǎo)軌，其絕對(duì)優(yōu)良的精度保持及負(fù)載能力，使得螺絲機(jī)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)度有了質(zhì)的提升。 總體而言，本設(shè)計(jì)內(nèi)容迎合了當(dāng)代技術(shù)及市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，其發(fā)展有著廣闊的空間。但是，此桌面型自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)也存在著一些不足之處，螺絲機(jī)的智能化水平還有待進(jìn)一步提高，例如，連續(xù)送料、定扭矩、可選擇提供記數(shù)功能、防漏打功能、螺絲滑牙及浮鎖檢測(cè)等15，這些都是在未來的發(fā)展中需要著重努力的地方。參考文獻(xiàn)1 趙成家. 自動(dòng)緊螺絲機(jī)J/OL. 礦山機(jī)械，1980/03期.2 何俊. 多軸自動(dòng)螺絲機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)研究D. 南京：東南大學(xué)，2012.3 鄭凡超. 自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)與分析D. 寧波：寧波大紅鷹學(xué)院，2011.4 K. 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