3947 自動線工業(yè)機械手控制系統(tǒng)設計,自動線,工業(yè),機械手,控制系統(tǒng),設計 1. 任務內容：1、 完 成 直 列 式 加 工 自 動 線 的 總 體 方 案 設 計 ；2、 完 成 直 列 式 加 工 自 動 線 的 總 體 機 械 結 構 設 計 ；2、 完 成 直 列 式 加 工 自 動 線 的 氣 動 系 統(tǒng) 結 構 設 計 ；3、 節(jié) 拍 可 柔 性 調 節(jié) ；5、 本 自 動 線 為 模 塊 式 組 合 結 構 ， 能 根 據(jù) 要 求 組 合 出 不 同 結 構 形 式 、動 作 順 序 ， 且 拆 裝 組 合 靈 活 、 方 便 、 快 速 ， 重 量 輕 ， 防 銹 防 腐 。2．要求：該氣動多功能教學實驗臺自動線，以直列式 5－6 工位的機械加工自動線為對象，實現(xiàn)自動線的上料、輸送、定位、加緊、加工、松開、卸料、檢測等多種組合動作的模擬加工自動線設計。動力為小型壓縮機組（功率為 1.5Kw，氣源壓力為 0.4~0.8Mpa） ，傳動控制元件采用小型氣動元件、行程開關、接近開關、光電傳感器、電磁傳感器、可編程控制器（PLC ）或單片機等，各種運動部件設計成整體可以更換的模塊式結構，以滿足 PLC 控制的多樣性和柔性化要求。生產(chǎn)節(jié)拍可柔性調節(jié)3． 始參數(shù)是：1、 采用直列式 5－6 工位的機械加工自動線為對象，實現(xiàn)自動線的上料、輸送、翻轉、轉位、定位、加緊、加工、松開、卸料、檢測等多種組合動作的模擬加工自動線設計。2、 動力為小型壓縮機組（功率為 1.5Kw，氣源壓力為 0.4~0.8Mpa） ，傳動系統(tǒng)為氣動系統(tǒng)；負載力 10－50kg ，運動速度 0－ 3m/min，可調。3、 檢測控制元件采用小型氣動元件、行程開關、接近開關、光電傳感器、電磁傳感器等方式。控制精度在 2mm 以內。4、 電氣控制采用可編程控制器（PLC ）與繼電控制相結合的方式。5、輸送采用步伐式間歇方式，工作節(jié)拍在 1 分 30 秒～2 分 30 秒內可調。圖紙內容及張數(shù)1、總體方案設計示意圖（三維圖，用 CAXA 或 Pro/E 設計）： 1 張；2、電氣控制和 PLC 控制系統(tǒng)原理圖(含梯形圖)： 1 張3、檢測控制系統(tǒng)原理圖：1 張4、PLC 和電氣系統(tǒng)接線圖： 1 張5、PLC 程序清單 1 份 6、外購件明細表： 1 份7、自動線機架三維原理圖和結構裝配圖，所有非標零件圖： 1 套 上述圖紙必須用計算機繪圖來完成。實物內容及要求”其 他1、 說明書一份；2、 處文文獻翻譯；3、 任務書；參考文獻１、何存興·液壓傳動與氣壓傳動·華中科技大學出版社，2000，２、雷天覺·新編液壓工程手冊·機械工業(yè)出版社，1999，12， ３、機械設計手冊編寫組·機械設計手冊（1～5 冊）·機械工業(yè)出版社，1998，４、楊培元·液壓系統(tǒng)設計簡明手冊·機械工業(yè)出版社，19985、５、 械制圖手冊編寫組·機械制圖手冊·機械工業(yè)出版社，1998，126、６、 用機床設計手冊·機械工業(yè)出版社，７、齊占慶·機床電氣控制技術·機械工業(yè)出版社，畢業(yè)設計（論文）進度計劃設計起訖時間工作內容 地點第 6 周第 7 周第 7、8 周第 9—14 周第 15—16 周第 17 周了解課題，熟悉相關資料，仔細閱讀有關書籍，到圖書館查閱有關資料。 到實習工廠、機制、電工實驗室實習和德利化油器廠，全面熟悉有關課題的實際內容，并提出初步設計方案。完成設計方案的確定、初步計算、元件的選取工作。完成有關計算，進行自動線總裝配圖、氣動系統(tǒng)裝配圖和非標零件圖的設計。完成外文翻譯，整理資料，編寫設計計算說明書。參加畢業(yè)答辯。 設計室圖書館主校區(qū)湛江市設計室設計室答辯室畢業(yè)論文（設計）答辯提問錄學生姓名 黃偉軍 學號 2000121611所在學院 工程學院 專業(yè) 機械制造及其自動化答辯日期 答辯時間答辯組所提問題及學生解答情況（簡述）答辯小組組長(簽名) 年 月 日畢業(yè)論文（設計）成績評定指導教師評語：指導教師(簽名) 年 月 日答辯小組評語：答辯小組組長(簽名) 年 月 日畢業(yè)論文（設計）成績系主任（簽名）年 月 日審批單位（蓋章）年 月 日目 錄目錄……………………………………………………………………….1摘要……………………………………………………………………….2一， 應用系統(tǒng)總體方案設計………………………………………2１．１ PLC 控制系統(tǒng)類型…………………………………………3１．２系統(tǒng)的運行方式…………………………………………….3二， 系統(tǒng)硬件設計根據(jù)２．１工藝要求………………………………………………………3２．２設備狀況………………………………………………………4２．３控制功能………………………………………………………4２．４I/O 點數(shù)和種類………………………………………………...5三.系統(tǒng)軟硬件設計文件……………………………………………..5３．１ PLC 型號的選擇………………………………………………5３．２確定安排 PLC 的輸入\輸出點…………………………………..11３．３ 工藝流程圖與動作順序表……………………………………..14３．４ PLC 現(xiàn)場器件的安裝接線較長………………………………...15.３．５各模塊程序設計……………………………………………….15.附錄：附加外文翻譯……………………………………………21鳴謝……………………………………………………..27 參考資料……………………………………………….28【摘要】本文主要介紹以模擬生產(chǎn)實際的自動線為對象，利用電子、機械、檢測技術融為一體的 PLC 的控制技術，實現(xiàn) PLC 控制的多樣性和柔性化控制要求，其中包括 PLC 的選型，系統(tǒng)的運行方式，步進電動機的 PLC 控制，工業(yè)機械手的 PLC 控制【關鍵詞】PLC、 步進電動機、 工業(yè)機械手【Abstract】The main introduction of this text regards producing the real transfer machine in simulation as the target , utilize control technology of PLC that the electron, machinery, detection technique combine together, realize variety and flexibility that PLC controls control and require，Including the selecting type of PLC, systematic operation way, PLC which walks into the motor controls, PLC of the industry manipulator controls【Key words 】PLC,walks into the motor, industry manipulator第一章 應用系統(tǒng)總體方案設計１.1 PLC 控制系統(tǒng)原理１.2 系統(tǒng)的運行方式用 PLC 構成的控制系統(tǒng)有三種運行方式,即自動、半自動和手動。1.自動運行方式。自動運行方式是控制系統(tǒng)的主要運行方式。這種運行方式的主要特點是在系統(tǒng)工作過程中，系統(tǒng)按給定的程序自動完成被控對象的動作，不需要人工干預。系統(tǒng)的啟動可由ＰＬＣ本身的啟動系統(tǒng)進行也可由ＰＬＣ發(fā)動啟動預告，由操作人員確認并按下啟動響應啟動響應按鈕后，ＰＬＣ自動啟動系統(tǒng)。2.半自動運行方式。這種運行方式的特點是系統(tǒng)在啟動和運行過程中的某些步驟需要人工干預才能進行下去。半自動方式多用于檢測手段不完善，需要人工判斷或某些設備不具備自控條件需要人工干涉的場合。3.手動運行方式。手動運行方式不是控制系統(tǒng)的主要運行方式，而是用于設備調試、系統(tǒng)調整和特殊情況下的運行方式，因此它是自動運行方式的輔助方式。與系統(tǒng)運行的方式的設計相對應，第二章．系統(tǒng)硬件設計根據(jù)２．１　工藝要求加工自動生產(chǎn)線的工藝要求是以機械加工自動線為對象，實現(xiàn)自動線的上料、輸送、夾緊加工、轉位、夾緊加工、松開、卸料多種動作的模擬加工自動線設計。采用小型壓縮機組（功率為１.5ＫＷ,氣源壓力為 0.4`0.8Mpa）為動力,用小型氣動元件、行程開關、接近開關、光電開關、可編程控制器（ＰＬＣ）來實現(xiàn)動作要求。２．２　設備狀況自動線的上料采用氣缸的動作又由相應的電磁閥來控制。自動線的輸送動作由步進電動機帶動實現(xiàn)間隔輸送，實現(xiàn)設計要求的輸送狀況。從輸送帶到夾緊加工過程是利用簡單機械手（１）控制對象實現(xiàn)工件的加工，再利用機械手送回由步進電機控制的傳送帶上，繼續(xù)下一個工位的操作。用簡單機械手（２）實現(xiàn)工件的轉位加工，用機械手（３）實現(xiàn)卸料的動手，至此完成整個生產(chǎn)線的動作過程。其中機械手（１） 、機械手（２） 、機械手（３）的全部動作都由氣缸驅動，其中上升、下降動作由上升／下降氣缸完成;夾緊、放松動作由夾緊／放松氣缸完成；右轉、左轉由右轉／左轉氣缸完成。所有氣缸的動作又由相應的電磁閥來控制。其中上升／下降氣缸和左轉／右轉氣缸分別由雙線圈兩位電磁閥控制。上升／下降、左轉／右轉分別上升／下降電磁閥、左轉／右轉電磁閥控制。機械手的放松／夾緊氣缸由一個單線圈兩位置電磁閥控制，當該線圈通電時，機械手夾緊，該線圈斷電時，機械手放松。為了使機械手在工作過程中實現(xiàn)自動或半自動運行，選用限位行程開關（上升、下降、左轉、右轉位置控制）和光電開關（有工件檢測）給相應電磁閥傳遞啟動信號。２．３　控制功能由工藝要求和設備狀況設計系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機型、模塊、軟件等內容?！∩a(chǎn)線控制系統(tǒng)應有如下功能要求：（１）自動操作。系統(tǒng)自動操作啟動，自動生產(chǎn)線按要求自動運行。（１）手動操作。就是用按鈕操作對機械手和其他動作的每一種運動單獨進行控制。（２）復位操作。根據(jù)上述功能要求，控制系統(tǒng)需要設計成單級控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對系統(tǒng)各驅動器件的控制。運行方式需要選用自動運行方式和手動運行方式以實現(xiàn)不同情況的動作要求。２．４　I/O 點數(shù)和種類根據(jù)工藝要求、設備狀況和控制功能，統(tǒng)計系統(tǒng) I/0 點數(shù)。手一的輸入點數(shù)：上下限位行程開關，２個；左右限位行程開關，２個；右下限位行程開關（裝料） ，１個。輸出點：五個電磁閥線圈。同理：機械手二有五個輸入點，五個輸出點。機械手三有五個輸入點。五個輸出點 1)推工件缸有一個行程開關，一個接近傳感器，二個電磁閥線圈。 二個輸入，二個輸出。加各種光電開關和手動按鈕和轉換開關，共有：３６個輸入點，２６個輸出點?？偝绦蛱菪螆D1總程序梯形圖2總程序梯形圖3總程序梯形圖4總程序梯形圖5總程序梯形圖6總程序梯形圖7總程序梯形圖8總程序梯形圖9總程序梯形圖1012341自動線工業(yè)機械手控制系統(tǒng)設計目 錄目錄…………………………………………………………………… 1摘要…………………………………………………………………… 4第一章：總體方案分析與制定………………………………… 41.1 準備工作階段…………………………………………………51.2 總體設計階段…………………………………………………61.3 結構設計………………………………………………………6第二章：上料輸送槽設計……………………………………… 62.1 上料槽的設計…………………………………………………62.2 上料缸的設計…………………………………………………82．3 上料活塞桿的設計……………………………………… 92．4 汽缸耗氣量的設計……………………………………… 10第三章：傳輸帶設計……………………………………………103．1 帶型號的選擇………………………………………………1023．2 初選設計參數(shù)………………………………………………103．3 帶能力的計算……………………………………………103．4 帶驅動力所需傳動功率的計算………………………… 113．5 拉緊裝置重錘質量的計算…………………………………163．6 靜載荷校核輥子計算………………………………………163．7 運載計算……………………………………………………17 第四章：步進電機的選用……………………………………… 194．1 選用電機型號………………………………………………194．2 驗算矩頻特性………………………………………………194．3 空載摩擦力矩………………………………………………214．4 加載摩擦力矩………………………………………………214．5 校核長速啟動………………………………………………21第五章：夾具的設計……………………………………………225．1 定位基準的選擇……………………………………………225．2 切削力及夾緊力計算………………………………………2235．3 定位誤差的分析……………………………………………24第六章：工業(yè)機械手………………………………………… 246．1 夾緊缸……………………………………………………266．2 升降缸……………………………………………………28第七章：氣動系統(tǒng)設計………………………………………287．1 耗氣量的計算……………………………………………287．2 選擇控制元件……………………………………………297．3 貯氣罐……………………………………………………297．4 選擇氣動輔件……………………………………………307．5 確定管徑…………………………………………………307．6 壓力損失…………………………………………………317．7 空氣壓力機的選擇………………………………………31鳴謝……………………………………………………………33附錄一：參考資料……………………………………………34附錄二：外文文獻……………………………………………344附錄三：外文文獻翻譯………………………………………37 【摘要】可 編 程 控 制 器 （ PLC） 是 一 種 廣 泛 應 用 于 各 類 自 動 化 場 合 的 微 機 控制 器 ， 熟 練 掌 握 和 應 用 各 類 PLC 是 對 本 專 業(yè) 學 生 的 較 高 要 求 ， 為 了 提 高 學 生應 用 PLC 解 決 實 際 問 題 的 能 力 ， 本 畢 業(yè) 設 計 以 模 擬 生 產(chǎn) 實 際 的 自 動 線 為 控 制對 象 ， 設 計 出 一 條 能 滿 足 PLC 和 單 片 機 控 制 多 項 教 學 實 驗 要 求 ， 具 有 現(xiàn) 場 柔性 組 合 功 能 的 教 學 實 驗 自 動 加 工 生 產(chǎn) 線 ， 該 自 動 線 是 一 種 將 電 子 、 計 算 機 、機 械 、 氣 動 、 檢 測 等 技 術 融 合 在 一 起 的 先 進 技 術 設 備 ， 以 滿 足 對 學 生 的 實 踐訓 練 要 求 ?！娟P鍵詞】生產(chǎn)線設計、自動線設計、PLC 控制、工業(yè)生產(chǎn)線。 【Abstract】The programmable controller(PLC) is a kind of computer controller applied to all kinds of automatic occasions extensively, acquire proficiency in and use all kinds of PLC to be requiring higher to this professional student, for improve student use PLC ability to solve practical problem, this graduation project regards producing the real transfer machine in simulation as the target of controlling, design one can meet PLC and one-chip computer control multiple teaching experiment requests, teaching experiment of making the function up 5of on-the-spot flexibility processes the production line automatically, transfer machine this electron, computer, machinery, pneumatic one measuring, in order to meet practice in students train the request.【Key words】Production line design, transfer machine design, PLC control, industrial production line.第一章 總體方案分析１．１準備工作階段1）調查研究工作(1)被加工工件的年產(chǎn)綱領，工件在自動線上所要完成的工藝內容。在自動線上的安裝位置。使用條件及其它特殊要求。(2)零件的結構，形狀尺寸。材料，技術條件以及在機器中所起的作用。該產(chǎn)品的發(fā)展前途，毛坯的種數(shù)和工件的加工余量。(3)被加工工件原來的工藝方法、加工質量、生產(chǎn)率等情況、國內外類似零件的有關技術資料。２）確定是否適宜建造的自動生產(chǎn)線(1)分析零件；(2)分析毛坯情況是否適用自動生產(chǎn)線；由自動線的Ｔ－年基本工時（小時／年）一般規(guī)定按一班制工作時為２３６０小時／年．按兩班帛工作時為４６５０小時／年；Ｎ－自動線加工對象的年產(chǎn)納領（件／年） ；生產(chǎn)節(jié)拍：由下列公式計算：= ； N=ft60rn?12()nQp?＿自動線的生產(chǎn)節(jié)拍（分／件） ；f－自動化的負荷率一般為 0.65～0.85 復雜的自動線取較低值，簡單的自動線取較高值；Ｑ－產(chǎn)品＊機器）的年產(chǎn)量（臺／年） ；N 每臺產(chǎn)包含對象產(chǎn)品（零件）的數(shù)量（件／臺） ；－備品率；1p由《自動生產(chǎn)線技術》天津電儀職大編　　電子工業(yè)出版社出版一書查得。一般可?。海剑福ァ?；　　 ＝２％??；?。眩剑啡f　　；　　 ＝0.8。12p?Ｔ＝２３６０小時／年即：Ｗ＝７００００＊（１＋８％＋２％）＝７７０００（件／年）＝ 分ft603.81477??Ｗ＝40000(1+8%+2%)=44000 件／年6＝４萬臺時：nQ＝ 分／件ft6023.8574??自動線工序節(jié)拍的平衡： ；gqftt??cgmL????－每一個工序需要的工作循環(huán)時間（min） ；－基本工作時間（min）,包括切入及切出時間；qtＬ－—工作行程長度（min）;-分別為切入、及切出長度(min);,rcL-動力部件的進給量（mm/min） ；m?與 不重合的輔助時間(min),可取為（0.3~0.5 ）分，對主軸需要一位時ftp可取為 0.6 分。取 ；0.5gt?（分/件） 。.27gt?3.分析產(chǎn)量綱領是否合乎建設生產(chǎn)線由于年生產(chǎn)量大，每一工序所需工時少，有于現(xiàn)代化大生產(chǎn)中，效率所需要求高，勞動強度大，因此還是要用現(xiàn)代化的機加工比較好。因此由上述所設計的，用現(xiàn)代的機加工是合理的。(3)分析勞動條件由以上計算得，每一個工序實際需要的工作循環(huán)時間 分鐘，3.057gt?時間短，勞動強度大，一般適用于機械手的大加工，所以本設計就采用機械手代勞人力作機加工，使生產(chǎn)效率大大的提高。1.2 總體設計階段內容：１擬定工藝方案，并繪制工序圖及加工示意圖２．擬定全線自動化方案３．確定自動生產(chǎn)線的總體布局，繪制自動線的總聯(lián)系尺寸圖４．繪制自動線周期表５．對沒有充分把握的某些工序，選取工藝及結構，進行必要的試驗工作。典型切削加工自動生產(chǎn)線１．機床工作循環(huán)自動化２．工件在機床上的裝卸自動化7３．工件定位與夾緊的自動化４．工件在工序間的輸送自動化５．排屑的自動化６．自動線的上料與下料的自動化７．自動線的鏈鎖保護自動化８．加工質量的自動檢驗及自動控制９．刀具的自動調整及自動更換１． ３結構設計主要進行工藝裝備（機床、夾具、輔助工具、九具、量具）等工作。輸送裝備、液壓、電氣等條件的設計工作。第二章 上料輸料槽設計２.1 上料槽的設計：輸送槽側壁與工作端面間隙 d 的計算原理圖（如圖）;輸料槽側壁與工件端面間隙的計算如下：上圖為求輸料槽側座壁與工件端面間隙 d 的計算圖。工件在下滑過程中工件所受的按摩阻力的不一致性，導致工件偏轉，當其偏轉到兩對角與輸料槽側壁接觸時，就要在接觸的角處產(chǎn)生一個反作用力Ｎ，該力與力臂 a 構成一個力矩，使工件有繞０點轉動的趨勢。由圖可知，間隙 d 大小影響了力矩的大小，d 越大轉動矩越大，當 d 大到一定程度時，可能產(chǎn)生卡住或完全偏轉而失去定向，所以要克服上述現(xiàn)象，應使工件對角線與水平面夾角大于摩擦角 r 即：tg?????(摩擦系數(shù)) 。由上圖可知 B=L+d　式中Ｂ為滑道寬度。由： cos()/:cosBLdCL????即因為： 22CDOS?所 以由三角函數(shù)關系有：8221cos:tgdLDLt??????得當考慮在極限位置時， ?。@樣間隙的最大值 為：.gt???maxd= 　　　　　　　2max1dLn???27638765()15????另外由于工件長度存在公差 ，輸送槽寬度Ｂ存在制造公差 ，所以實際上常cf f?用下式確定最大寬度： maxinLBJJ??214()?－保證工件在槽中滾動傳送所需要的最小間隙．minJ由 5mm mm,所以適合使用要求。?２． ２上料缸設計上料缸所需的上料力可由下分式算得；fkamg??k-工作安全系數(shù);a-上料器上的工件個數(shù);-磨擦系數(shù)；取 ?0.15m-子一個工件的質量；g-重力加速度；（牛）102.98.37.4f????由《機械設計手冊》第二版第五卷機械工業(yè)出版一書查得；當活塞桿推力工作時氣缸的直徑 4FDp???F-活塞桿的推力；p-氣缸工作壓力； pa;60.1??-載荷率，可由工作頻率定，一般取 =0.2 0.5,現(xiàn)取 =0.5.??:?則：964307.9.5()1Dm????由《機械設計手冊》第二怎么每五卷，機械工業(yè)出版社出版，表：42.2-4缸筒內徑系列查得：D=40mm; d/D=0.25;則：d=10mm 由表 42.2-5 得：活塞桿行徑系列?。篸=10mm,，當取 D=50mm; d=14mm 時， ； 214FDP???2()d?:——活塞桿的推力（N） ；1——活塞桿的拉力（N） ；2FD——活塞直徑(m);d——氣缸工作壓力(pa); ——載荷率?。?0.5??則： >333.73N，適合工作要求.1F260.4.13.2()N???選用 QGCX 系列氣缸，氣缸內徑 ，壓力表為 0.6mpa 時，氣缸推力= 353.254?333.73N?由表：420.2-50QGCX 系列的外形尺寸。2．3 活塞桿的計算：當活塞桿的 L 較小時， 時，只按強度條件計算，活塞桿直徑 d:10d?；其中： ——氣缸的推力；149.625PPFd?????1F10——活塞桿材料的許用應力（Pa）,p? /pbs??——材料的抗拉強度， （pa）;s-安全系數(shù),s 1.4; d 為活塞直徑.b ?活塞桿用４５鋼， 　　　，取 s=10，則：610ba???36490.257..9101dm?????所以強度條件滿足要求2. 4 耗氣量的計算：氣缸單位時間壓縮空氣消耗量：（ 缸前進時（桿伸出時）桿腔包括桿室缸）121;4vvDsqt???vq壓縮空氣消耗量 ;D——氣缸內徑 m；S——缸的行程 m3/m——氣缸前進（桿伸出）時完成全行程所需時間。1t12430.4.317650(/)vqs?????以上設計由《自動生產(chǎn)線技術》電子工業(yè)出版社　電儀職大編一本為設計參考。第三章 傳輸帶設計３．1 帶型的選擇：根據(jù)工件狀況選擇：膠帆布平帶（由數(shù)層掛腦帆布粘合而成，有開邊式和包邊式）特點：抗拉強度大，耐濕性好、價廉，耐熱，耐油性能差，開邊式較柔軟，Ｖ〈３０m/s p minF16=92.71+0.02X15X9.81(4.78+8.805)6F=92.71+39.98=132.69(N)150~300.帶速Ｖ ２m./s; d ?=1.20;df工況系數(shù)見表：2-38 正常工作和維護條件 =1；af af01.98.1246.5107pN?????昀能滿足要求。（１）托輥設計由《新型帶式輸送機設計手冊》張金成主編，治金工業(yè)出版社1)平行類，平等上托輥尺寸如下：單位:mm帶寬 D L 軸承 A E H1 P Q D 質量500mm 89mm 600mm 4G204 740 800 175.5 170 160 M12 11.62)平行下托輥組::帶寬 D L 軸承 z A H1 P Q D 質量500mm 89mm 600mm 4G204 792 740 100 145 90 M12 10.4193)滾筒的設計:初選:DT- 型.D=200 的滾輪?傳動滾筒平均表面壓強,傳動滾筒平均表面壓強不得超過圖,其最大的允許值,滾筒直徑的計算公式為:D= 2[]UFB??為滾筒表面壓強 mpa;B—帶寬 mm; 為圓包角。 為圓周力Ｎ；[]??UF；所以初選適合。安裝尺寸如下：02148.3205Dm???Ｂ D L Ｌ１ Ｌ２ Ｋ Ｍ Ｑ Ｐ Ｈ h500 200 600 114 495 140 70 100 120 M12 33H1 d b sQn-dy70 20 16 22 2-m8x1第四章 步進電動機的選用：204．１選電機型號步矩角：初選步進電機型號為５５１３Ｆ０１０相數(shù)為４步矩角Ｑ ，電壓為２７Ｖ。相電流為３Ａ，最大轉矩Ｗ Ｍ0.9? :為 0.7８4Ｗ Ｍ，最高空載起動頻率為５００HZ;轉子轉動慣量為：:0.701X ;外形尺寸：外徑 ＝５５mm; 長度： 70mm;軸徑 ＝６mm5210kgm? ??驗算步矩角與脈沖當量的適合條件：；02(1)36pQbrJi????0.92.14.;04636p PJmJm???４．2 驗算矩頻特性：步進電機最大靜轉矩 是指電機的電位轉矩（靜止狀態(tài)） ，步進電maxJM機的名義起動轉矩 ，其與最大靜轉矩的關系為P maxqjM??由《機械設計手冊》第二版，機械工業(yè)出版社出版，ＢＦ　反應式步進電動機技術參數(shù)表： ＝０.7８４N Mmaxj :查《機電綜合設計指導》表２－１２得： ＝０.８８６?0.86.740.689()mpM???:選電機型號時應滿足步進電機所需起動力矩小于步進電機起動轉矩即： 　　　0;kpmkpakfM???；kaM為 加 速 力 矩； 附加摩擦力矩。kf?為 空 載 摩 擦 力 矩 021；　max0362bpkavQMJt?????——為傳動系統(tǒng)各部件慣量折算到電機軸上的總等效傳動慣量（kg cm） J?:——為電機最大角加速度（rad/ ）? 2st——運動部件從靜止啟動加速到最大快速速度所需的時間（ s）——為運動部件最大快進速度（mm/min）; maxv——為脈沖當量（mm/脈沖）pJ——為選步進電機的步矩角（度/秒） ；bQ=0.534(N m)302.91460.71KQM???:4．3 空載摩擦力矩2kfGLi???其中：G——為運動部件的總重力（N）——傳動摩擦系數(shù)；I——為傳動比； ——傳動系統(tǒng)總效率。一般取f?=0.7~0.85; =0.85 圓滾輪的圓周長（ cm）??0l520.3.14.25()8kfMwcm???:４． 4 加摩擦力矩22000 (1)(1)mYJFLFLii????????22——為運動牽引力；mF——預緊帶輪傳動效率，一般以 0.9;0?0??0M21537.2.14(0.95).87()8WM????:0..76..4Kqakf Ncm????從上式可看出：電機初選滿足要求。4，5 校核長速啟動：突變啟動在電機中很多用到故不需校核；而升速啟動，是步進電機靜止狀態(tài)開始升速在零時刻，啟動頻率為零，在一段時間內，按一定的升速規(guī)律升速，啟動結束時，步進電機達到了最高運行速度。查看所選電機 55BF009 曲線圖，已知空載啟動動力矩為： 60.512( )查得：Nm:允許啟動的頻率為 600HZ，所以啟動頻率應小于允許啟動頻率 600HZ，才能保證不會發(fā)生丟步。第五章 夾具設計5．1 定位基準的選擇：由零件可知：連桿大端加工的尺寸有兩端面距離 ，表面粗糙度為0.19?6.3 和羰面到小頭端的中心距離為： ，為了使定位誤差為零，應該選m?0.4265用以大孔和連桿表面加工大頭孔的剝邊銷一起定位，為了提高加工效率，現(xiàn)用把羰面銑刀對三個面同時進行加工。同時，為了縮短輔助時間，準備采用氣動夾緊。5.2 切削力及夾緊力計算：由《實用加工工藝手冊》機械工業(yè)出版社出版；九具：選用圓柱端面銑刀23刀片材料：高速鋼刀桿尺寸：ＤＸＬ＝50X50 GB1115-8503~45??015Y?012?細齒：Ｚ＝８，刀具內徑孔＝22mm；夾緊力：由《簡明銑工手冊》賈風桐主編。機械工業(yè)出版社出版。表：3-13 查得：09.81(6)FFCxyupzcCqafZKnw?:其中： -為系數(shù)； Fc-為背吃刀量；pa-為每齒進給量;zfa- 為側吃刀量；z-為銑刀齒數(shù)；-為銑刀直徑；0dn-為銑刀轉數(shù)。 3;1.;0.65;.83;0;.83FFFFCxyuWq???：3-140.5()9HBSK表所以： =774（N ）0.1.650.830.583. 219()()Fn???:當三把刀銑削時： 74()F?實水平分力： 1.25.()HN?實垂直分力： 0.369.()VF?實在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內，安全系數(shù) 1234K?24其中： 為基本安全系數(shù)，?。?.51K為加工性質系數(shù)，?。?.1;2為刀具鈍化系數(shù)，?。?.13K為斷續(xù)切削系數(shù)，取 1.14則： 1.5.1254.09.()HFN????選用氣缸——斜楔夾緊機構，楔角 a= ,其結構形式選區(qū)用ＩＶ型，則擴力比 i=3.42，則為克服水平切削力，實際夾緊力應為： 12()HfKF??故： Ｎ＝ ，12HKFf?其中 為夾具定痊面及夾緊面上的表面摩擦系數(shù)12f及12509.40.:18.92()fNN??則當推力 作功時：=112.53 m 6.3420.510D???310?由《機械設計手冊》第二版第五卷，機械工業(yè)貶出版，表：42.2-4 缸筒內徑系列查得：D=125mm. 由 得 d=31.25.由表 42.1-5 活塞桿直徑系列查得砸碎.2d2mm。選用氣缸 D= 125mm，當壓縮空氣單位壓力 p=0.5Mpa 時，氣缸推力為?3900W，由已知斜楔機構的拉力比 I=3.42,故用氣缸產(chǎn)生的實際夾緊力為：3900X3.42=13338(W)，此時，Ｎ氣應大于所需的 10198.92Ｎ的夾緊力，故夾具可安全工作。5.3 定位誤差分析由平面圖所示在零件的圖樣中，零件設有平等度或垂直度等的定位誤差，所以按標注一般的定位誤差分析研究，夾具能滿足使用要求的。25第六章 工業(yè)機械手6．１夾緊缸1）夾緊力的計算其中： 為摩擦系數(shù)，G 為零件重量。則：f?? 2.598164.()0f N??,其中：I 為安全系數(shù)，取 I=2;則：fi實 164.3.7()f實2）缸徑計算當拉力 做功時： 2F24FDdp????其中：D——活塞直徑；p——氣缸工作壓力；p=0.6 ;610a?-——載荷率由于工作頻率高，一般?。?；? 0.3??d——活塞桿直徑一般?。篸/D=0.2~0.3；取 d/D=0.25(m)則： =38.88mm22643.7(0.5)147.806501DD??????由《機械設計手冊》第二怎么每五卷，機械工業(yè)出版社出版，表：42.2-4 缸筒內徑系列查得：D=40mm; d/D=0.25;則：d=10mm 由表 42.2-5 得：活塞桿行徑系列?。篸=10mm,，當取 D=50mm; d=14mm 時，； 214FDP???22()4FDdP????:——活塞桿的推力（N） ； 1F——活塞桿的拉力（N） ；2D——活塞直徑(m);d——氣缸工作壓力(pa); ——載荷率?。?0.5??則： >333.73W，適合工作要求.2F226(0.4.1).3.25()W????26選用 QGCX 系列氣缸，氣缸內徑 ，壓力表為 0.6mpa 時，氣缸推力= 353.2540?333.73w?由表：42.22-50QGCX 系列的外形尺寸。3)活塞桿的計算：當活塞桿的 L 較小時， 時，只按強度條件計算，活塞桿直徑 d:10d?；其中： ——氣缸的推力；149.625PPFd?????1F——活塞桿材料的許用應力（Pa）,p /pbs??——材料的抗拉強度， （pa）;s-安全系數(shù),s 1.4; d 為活塞直徑.b ?活塞桿用４５鋼， 　　　，取 s=10，則：610ba???36490.257..9101dm?????所以強度條件滿足要求。 4) 筒壁厚的計算按薄壁筒公式計算： []DPtJI??J——氣缸筒的壁厚 mm； D——氣缸筒子內徑 mm；——扣帽子缸筒試驗壓力，一般取 =1.59tp tpP——氣缸筒壓力（ Pa）27[ ]——缸筒材料許用應力（Pa）[ ]= ； ??/bs60,235bmpaQ?材料抗拉強度][s——安全系數(shù)，一般取：s=6~8,取 s=8 則：630.41.502.4128J m?????由表 42.2-9 氣缸壁厚查得：Q235 有 D= ,40,5m???汽 缸 厚5mm>3mm 所以適合使用要求。6．２升降缸1）由國家 ISOＳ標準查得ＱＧＣＸ系列 的重量為 1.57kg.則：40?重力為 1.57X9.8=15.39(N)由于作用在第二個升降缸活塞桿上的壓力除了第一個夾緊缸外還有以工業(yè)機器手相連接橫梁，所以考慮到其它有重力，所在作用在第二個升降缸工的壓力為：21FK?Ｋ--是安全系數(shù)，?。海耍?0 25.39046.7()N?由于升降機是推力做功：即： ，Ｄ為氣缸直徑(mm); 為氣缸4FDP???2F推力， （Ｎ） 。—載荷率， 則：?0.3~5取 =.364174.28104.28..Dm??????由《機械設計手冊》第二版第五卷，工業(yè)出版社出版，表 42.2-4 缸筒內徑系列查得 D=50mm; 活塞桿的直徑：由經(jīng)驗得：d/D=0.25則：d=50X0.25=12.5mm。由表 42.2-5 活塞桿直徑查得，取：d=14mm驗算：當 D=50mm, d=14mm 時，2824FDP???其中： F——活塞桿的推力（ N） ；D——活塞桿的直徑（mm）P——氣缸工作壓力（ pa）=0.6 ; 為載荷率，610??0.5?則： >461.7（N ）260.5.10.58.7()4F?????適合工作要求。由表 42。2-21 QGA 系列后法蘭式氣缸外形及安裝?尺寸：2） 活塞桿的驗算：由于氣缸行程大 ，所按縱向彎曲限力驗算：10Ld?氣缸受軸向壓力以后會產(chǎn)生軸向彎曲，當縱向力達到極限力 以后RF活塞桿會產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。由：長細比：r/R=85 時：n12()RfAFaLn??L-——活塞桿計算長度 mm H ——活塞桿菌橫載面積； R——活塞桿橫載面回轉半徑。實心桿 R=d/4;n——系數(shù)，取 n=1；f——材料強度實驗值，取 f=49X Pa710a——系數(shù)對鋼?。?1/5000；則： =30522。834（N ） 461.7N724910(.14)7539.35RFd?????? ?適合使用要求。29２） 筒壁厚的計算按薄壁筒公式計算： []DPtJI??J——氣缸筒的壁厚 mm； D——氣缸筒子內徑 mm；——扣帽子缸筒試驗壓力，一般取 =1.59tp tpP——氣缸筒壓力（ Pa）[ ]——缸筒材料許用應力（Pa）[ ]= ； ??/bs60,235bmpaQ?材料抗拉強度][s——安全系數(shù)，一般?。簊=6~8,取 s=8 則：630.51.0128J m?????由表 42.2-9 氣缸壁厚查得：Q235 有 50???選用 QGA11 系列后法蘭式氣缸：行程：s=0~3000 取 s=300mm;氣缸前進時完全行程的時間 =3s;st查 ISO900 國家標準 GQA11 40 氣缸重量 m=3.52kg;?由于第三個氣缸是轉缸作旋轉用，選用 D=63mm,d=16mm,推力為 1700N 適用于推拉旋轉。S=50mm, =2sst第七章 氣動系統(tǒng)設計7．1 耗氣量的計算：氣缸單位時間壓縮空氣消耗量：121;4vvDsqt???--（ 缸前進時（桿伸出時）桿腔包括桿室缸）壓縮空氣消耗量 ;1vq1v 3/msD——氣缸內徑 mm；30S——缸的行程 mm——氣缸前進（桿伸出）時完成全行程所需時間。1t夾緊缸： 12 30.4..512(/)vqEms?????升降缸： 1243..3960(/)4v s?旋轉缸： 12430..15(/)vqms?????7．2 選擇控制元件 １） 選擇各型號閥； 根據(jù)系統(tǒng)對控制元件工作壓力及流量的要求，按照氣動回路原理初選各控制閥如下：主控制換向閥：由于名氣缸要求的工作壓力 P=0 .6Mpa，流量為最大的一個為 Q= 查《機械設計手冊》第二版第五卷表32.091/ms??42.6-14 初選 YVZ 的通徑為 15mm，其額定流量為 Q=?。故初選其型號為 YVZ5320。32.781/s??節(jié)流閥：因為各氣缸氣流量有所不同，在壓力一定的條件下，需要通過節(jié)流進行壓力控制，由其流量和工作壓力，可選用 QLA—L6節(jié)流閥。7．3 貯氣罐貯存壓縮空氣，調節(jié)系統(tǒng)設備用氣量與空壓機流量之間的平衡為目的，則有： 012()cqtpv??——貯存氣罐容積（ ）;cv3m——空壓機供氣量。 /s1qt——氣動系統(tǒng)中設備裝置消耗的自由空氣流量 /s3m——大氣壓力；0p0.13ppa?31——貯存罐中氣體能夠上升達到的最高壓力 mpa1p——為貯氣罐中氣體允許下降到的最低壓力 mpa 2代入數(shù)值得； 0.5652cv?3m取 D=30mm,貯氣罐的高度為其內徑的 2~3 倍。得；h=80mm.7．4 選擇氣動輔件輔件的選擇與控制元件相適應，選擇氣動三元件，型號為：398.213G1/87．5 確定管徑：1) 按各管徑與氣動元件通徑相一臻的原則，初定各段管徑。同時考慮各缸不同的工作的特點，按其中用氣量最大的缸主控閥的通徑初步確定 oe 段的管徑也是 25mm .而總氣源管 yo 段的管徑，考慮為同時供氣、由流量為供給各缸流量之和的關系：Ｑ＝ 可導出：d=222144dvd????取標準管徑為：４０mm.22153.d??2)驗算壓力損失供氣管 y 處到Ａ缸進氣口Ｘ處的損失（因Ａ缸的管路較細，損失要比Ｂ缸管路的大）是否允許范圍內 。[]p???沿程壓力損失由式： 式中 沿程壓力損失； d 管內徑，2ldvg???ld＝0.04m；l 管長，　l=0.6m;v 管中流速，Ｖ＝ ＝ ＝１１.8m/s; 沿程阻力QA327.410????系數(shù)，由雷諾數(shù)ＲＥ和管壁相對粗糙度 確定。d?根據(jù)溫度 ，由表４２.１－５查得運動粘度 v=03c 521.60/ms??，45182.10.6evdR????:.??根據(jù) 、 查得有關手冊得： ，溫度 ，壓力０.4Mpa 時 值可?.265?03c?由式（42.1-2、41.6-4 算出： 332730.419.81/6.5/gNm???????:3223240.61.8.2556./1.4/1.6049l apNmMP???????o-e 段的沿程壓力損失： 3124137././054.Re.7106QvssAd???????由式： 可查得：4110..Re2.25?和 22311 .85.1.9;0.96./.109lvp NmMpadg??? ????????e-x 段沿程壓力損失： 332433 233.0/1541.8/.0Re.10;6.8.3:.5;.556.109lQvMSAmsvdp MPa???? ????????可 查 得由 y-x 的所有沿程壓力損失： 43313.6210..llllp p?????????7.6 壓力損失：1) 局部壓力損失(1)流經(jīng)管路中的局部壓力損失： 210rexvprgy????部阻力系數(shù)： 0.35;, 2,1.;3, ; .29,0.29.58;45,:2(.16)16;y yof ea fhijk hijkl l?????????????a入 口 局 部 阻 力 系 數(shù)分 另 為 三 通 管 局 部 阻 力 系 數(shù)流 經(jīng) 載 止 閥 處 局 部 阻 力 系 數(shù)彎 頭 局 部 阻 力 系 數(shù) 分 別 為軟 管 處 局 部 阻 力 系 數(shù) 近 似 計 算33122223,1;.85.1[0.5(.)(.310.29.0162.91)998.38]6./.609xxpNmMpa???????????????出 口 阻 力 系 數(shù)(2)流經(jīng)元、輔件的壓力損失，流經(jīng)減壓閥的壓力損失較小可忽略不計，其余：2 ,bdgbdpPP???????g式 中 :分 別 為 流 經(jīng) 分 水 濾 氣 器 的 壓 力 損 失 流 經(jīng) 油 霧 器 的 壓 力 損 失 .流 經(jīng) 載 止 式 換 向 閥 的 壓 力 損 失 .查表得 4 2.6-312(6.10561)0.561pMpapa? ??????15 得：(3)總局部壓力損失： 20.,0.15,0.15..,bdgpMapapaP???????2)總壓力損失： 23(5.601.5)0.62lppMpa?????考慮排氣口消聲器等末計入的壓力損失： ;.~:.1jpppKK???????取1.106208.6apa?j則 :從： 的計算可知，壓力損失主要在氣動元、輔件上，所以在不要精確計算的場合，可不細算，只要在安全系數(shù) 中取較大值就可以了。pk?0.68[]0.1jpaMpa??????執(zhí)行元件需工作壓力 p=0.4Mpa，壓力損失.,.50.469j jPPpMPa????供 氣 壓 力說明供氣壓力滿足了執(zhí)行元件需要的工作壓力，故以上選擇的通徑和管徑是可以的。8）空氣壓力機的選擇在選擇空壓機之前，必須算出自由空氣量（一個標準大氣壓下的流量）34330.10.412.1/3ApQms???????7. .BPM氣缸的用氣量和下式計算： 11{[()]/}nnmZZtiijQaT???式中： －一臺用氣設備上的氣缸總用氣量；ZQn-用氣設備臺數(shù)，五臺氣缸同時動作。M－一臺設備上的用氣執(zhí)行元件個數(shù)，A――一臺設備中某一氣缸在一個周期內的平均用氣量。t―某個氣缸一個單行程的時間，Ｔ某設備的一次工作循環(huán)時間。同時設備利用系數(shù) 漏損系數(shù) ；備用系數(shù) 則：0.95;??1.2K?21.4K?氣缸的用氣量：查手冊選用型號為：310.952.3.67/nJ ZiQQms????ＺＷ－0.1/7，排氣量為： ,排氣壓力為：０.6ＭＰa。電機功率為：1.5kw.3./in鳴謝在這次畢業(yè)設計中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W的知識做了一次系統(tǒng)的復習，更深一步了解了所學的知識，培養(yǎng)了我綜合運用所學知識，獨立分析問題和解決問題的能力，也使我學會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡查找資料和運用資料，還使我學會如何與同學共同討論問題。同時也遇到很多問題，如設計綜合考慮不夠周全。但這對我以后的工作有很大的幫助,今后我會在工作中不斷的學習,努力的提高自己的水平。最后感謝學校、學院各位老師給我的教育和培養(yǎng)，特別感謝我的導師給我精心的指導。35設計參考資料： 1、 《自動生產(chǎn)線技術》 天津電儀職大編 電子工業(yè)出版；2、 《機械設計手冊（1～5 冊） 》 機械設計手冊編寫組 機械工業(yè)出版社，1998；3、 《運輸機械設計選用手冊》 《運輸機械設計選用手冊》編輯委員會編 代學工業(yè)出版；4、 《新型帶式輸送機設計手冊》 張釣主編 冶金工業(yè)出版社；5、 《實用加工工藝手冊》 機械工業(yè)組編 機械工業(yè)出版社；6、 《機械零件手冊》周開勤. 北京：高等教育出版社，1994；7、 《簡明機械零件設計手冊.》朱龍根.北京：機械工業(yè)出版社，1997；8、 《畫法幾何及機械制圖》 馬曉湘 鐘均祥 主編 華南理工大學出版社；9、 《機電一體化系統(tǒng)設計手冊》 楊黎明 主編 國防工業(yè)出版社；10、 《機械制圖手冊》機械制圖手冊編寫組 機械工業(yè)出版社，1998，12；11、 《液壓傳動與氣壓傳動》何存興 華中科技大學出版社，2000；12、機械設計《課程設計圖冊》第三版，龔桂義 主編；哈爾濱工業(yè)大學；13、 《機械零件手冊》 周開勒 主編 高等教育出版社