三孔承壓螺母自動(dòng)上下料裝置設(shè)計(jì)【9張cad圖紙+文檔全套資料】

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The topics to be developed by the loading and unloading device in flexible, can replace manual work in high temperature and the dangerous operation area, and may at any time change the relevant parameters according to the work piece change and the movement flow requirements.Based on the automatic loading and unloading device in recent years throughout the development of the design, combined with automatic feeding device, analyzes systematically the machine automatic technology under the feeding device, the design scheme for drive and PLC control. The design method of integrated, fully considering the characteristics of soft, hardware and complementary optimization. On the overall structure, mechanical hand execution structure, driving system and control system analysis and design.Through the work above, the design scheme of economical, practical, high reliability model of mechanical hand, also has certain reference value for the design of control system of other economic PLC.Key words: automatic feeding device, AC motor, programmable logic controller (PLC), automatic control.manipulator ；AC motor ； programmable logic controller (PLC)； automatic control；sorting material目 錄摘 要2Abstract3目 錄4第一章 緒論71.1 研究的目的及意義71.2 自動(dòng)上下料裝置在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)71.3 主要研究的內(nèi)容81.4 解決的關(guān)鍵問題8第二章 總體方案設(shè)計(jì)92.1 自動(dòng)上下料裝置工程概述92.2 工業(yè)自動(dòng)上下料裝置總體設(shè)計(jì)方案論述102.3 自動(dòng)上下料裝置機(jī)械傳動(dòng)原理112.4 自動(dòng)上下料裝置總體方案設(shè)計(jì)112.5 本章小結(jié)13第3章 三孔承壓螺母自動(dòng)上下料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)143.1供料機(jī)構(gòu)的任務(wù)基本組成及設(shè)計(jì)要求143.2 工作原理介紹153.3機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)153.3.1 排序原理153.3.2總體布局示意圖163.3.3滾動(dòng)軌道的設(shè)計(jì)163.3.4 推動(dòng)氣缸的軌道及輸料槽設(shè)計(jì)173.4本章小結(jié)18第4章 送料氣缸選型194.1送料機(jī)構(gòu)的要求194.2 氣缸的確定194.2.1 氣缸缸徑的計(jì)算194.2.2活塞寬度的確定204.2.3 缸體長(zhǎng)度的確定204.2.4缸筒壁厚的計(jì)算204.2.5 活塞桿強(qiáng)度和氣缸穩(wěn)定性計(jì)算214.2.6缸筒壁厚的驗(yàn)算234.2.7 缸筒的加工要求254.2.8法蘭設(shè)計(jì)254.2.9 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算264.2.10密封件的選用284.3氣缸的選型304.4 送料氣缸型號(hào)確定314.5 導(dǎo)向裝置314.6 平衡裝置32第五章 PLC控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)345.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)345.2 控制系統(tǒng)的性能要求345.3 傳感器的選擇355.3.1 位置檢測(cè)裝置354.3.2 傳感器355.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析與選擇365.5 自動(dòng)上下料裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)375.6 元件選取及工作原理375.6.1 氣源裝置385.6.2 氣缸輸出直線往復(fù)式385.7 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理385.7.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則385.7.2 PLC種類及型號(hào)選擇405.8 控制原理圖的介紹說明40總結(jié)與展望42參考文獻(xiàn)43致謝45第一章 緒論1.1 研究的目的及意義自動(dòng)上下料裝置作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色?？梢园徇\(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)。能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。工業(yè)自動(dòng)上下料裝置是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)自動(dòng)上下料裝置是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。本課題試圖開發(fā)PLC對(duì)自動(dòng)上下料裝置的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)Σ煌伾奈锪习搭A(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行分揀，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。采用PLC控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行的自動(dòng)化裝置，可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對(duì)自動(dòng)上下料裝置進(jìn)行新的分配任務(wù)時(shí)，可以允許方便的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，而對(duì)于位置改變時(shí)，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.2 自動(dòng)上下料裝置在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 目前，國(guó)際上的自動(dòng)上下料裝置公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國(guó)的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奧地利的工GM公司。自動(dòng)上下料裝置延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。自動(dòng)上下料裝置最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)自動(dòng)上下料裝置與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，自動(dòng)上下料裝置的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。1.3 主要研究的內(nèi)容隨著自動(dòng)上下料裝置技術(shù)的飛速發(fā)展和自動(dòng)上下料裝置應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強(qiáng)、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其成本低、可開發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。本論文主要研究自動(dòng)上下料裝置以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：要求獨(dú)立完成工業(yè)自動(dòng)上下料裝置PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。位置可用不接觸式或接觸式行程開關(guān)，自動(dòng)上下料裝置與夾緊都用氣缸傳力，氣閥可以選中間位停止的，雖然較貴，PLC選用三菱）處裝有擋板使定位精確。1.4 解決的關(guān)鍵問題1 自動(dòng)上下料裝置的控制系統(tǒng)2 元件的匹配規(guī)則和知識(shí)的獲取及其表達(dá)形式。3 傳感器的類型選擇。第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 自動(dòng)上下料裝置工程概述自動(dòng)上下料裝置工程是一門跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及到力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、氣動(dòng)液壓技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。人們將已有學(xué)科分支中的知識(shí)有效地組合起來用以解決綜合性的工程問題的技術(shù)稱之為“系統(tǒng)工程學(xué)”。以自動(dòng)上下料裝置設(shè)計(jì)為例，系統(tǒng)工程學(xué)認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)將其作為一個(gè)系統(tǒng)來研究、開發(fā)和運(yùn)用，從自動(dòng)上下料裝置的整體出發(fā)來研究其系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分之間的有機(jī)聯(lián)系和系統(tǒng)外部環(huán)境的相互關(guān)系的一種綜合性的設(shè)計(jì)方法。從系統(tǒng)功能的觀點(diǎn)來看，將一部復(fù)雜的機(jī)器看成是一個(gè)系統(tǒng)，它由若干個(gè)子系統(tǒng)按一定規(guī)律有機(jī)地聯(lián)系在一起，是一個(gè)不可分的整體。如果將系統(tǒng)拆開、則將失去作為一個(gè)整體的特定功能。因此，在設(shè)計(jì)一部較復(fù)雜的機(jī)器時(shí)，從機(jī)器系統(tǒng)的概念出發(fā)，這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具有如下特性：（1） 整體性 由若干個(gè)不同性能的子系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)總的機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有作為一個(gè)整體的特定功能。（2） 相關(guān)性 系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間有機(jī)聯(lián)系、有機(jī)作用，具有某種相互關(guān)聯(lián)的特性。（3） 目的性 每個(gè)系統(tǒng)都應(yīng)有明確的目的和功能，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的組合方式?jīng)Q定于系統(tǒng)的目的和功能。（4） 環(huán)境適應(yīng)性 任何一個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境中，必須能適應(yīng)外部環(huán)境的變化。因此，在進(jìn)行自動(dòng)上下料裝置設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要重視組成自動(dòng)上下料裝置系統(tǒng)的各個(gè)部件、零件的設(shè)計(jì)，更應(yīng)該按照系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)，根據(jù)自動(dòng)上下料裝置的功能要求，將組成自動(dòng)上下料裝置系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)部件、零件合理地組合，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良適于工作需要的自動(dòng)上下料裝置產(chǎn)品。在比較復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)上下料裝置系統(tǒng)中大致包括如下:操作機(jī)，它是完成自動(dòng)上下料裝置工作任務(wù)的主體，包括機(jī)座、手臂、手腕、末端執(zhí)行器和機(jī)構(gòu)等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它包括作為動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)單元，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由各種傳動(dòng)零、部件組成的傳動(dòng)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)，它主要包括具有運(yùn)算、存儲(chǔ)功能的電子控制裝置（計(jì)算機(jī)或其他可編程編輯控制裝置），人機(jī)接口裝置（鍵盤、示教盒等），各種傳感器的信息放大、傳輸和處理裝置，傳感器、離線編程、設(shè)備的輸入/輸出通訊接口，內(nèi)部和外部傳感器以及其他通用或?qū)Ｓ玫耐鈬O(shè)備。工業(yè)自動(dòng)上下料裝置的特點(diǎn)在于它在功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性，因而工業(yè)自動(dòng)上下料裝置能有效地應(yīng)用于柔性制造系統(tǒng)中來完成傳送零件或材料，進(jìn)行裝配或其他操作。在柔性制造系統(tǒng)中，基本工藝設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床、鍛壓、焊接、裝配等生產(chǎn)設(shè)備）、輔助生產(chǎn)設(shè)備、控制裝置和工業(yè)自動(dòng)上下料裝置等一起形成了各種不同形式地工業(yè)自動(dòng)上下料裝置技術(shù)綜合體地工業(yè)自動(dòng)上下料裝置系統(tǒng)。在其他非制造業(yè)地生產(chǎn)部門，如建筑、采礦、交通運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)領(lǐng)域引用自動(dòng)上下料裝置系統(tǒng)亦是如此。2.2 工業(yè)自動(dòng)上下料裝置總體設(shè)計(jì)方案論述（一） 確定負(fù)載目前，國(guó)內(nèi)外使用的工業(yè)自動(dòng)上下料裝置中，負(fù)載能力的范圍很大，最小的額定負(fù)載在5N以下，最大可達(dá)9000N。負(fù)載大小的確定主要是考慮沿自動(dòng)上下料裝置各運(yùn)動(dòng)方向作用于機(jī)械接口處的力和扭矩。其中應(yīng)包括自動(dòng)上下料裝置末端執(zhí)行器的重量、抓取工件或作業(yè)對(duì)象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力等。由本次設(shè)計(jì)給的設(shè)計(jì)參數(shù)可初估本次設(shè)計(jì)屬于小負(fù)載。（二） 驅(qū)動(dòng)方式由于伺服電機(jī)具有控制性能好，控制靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，對(duì)環(huán)境沒有影響，體積小，效率高，適用于運(yùn)動(dòng)控制要求嚴(yán)格的中、小型自動(dòng)上下料裝置等特點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)（三）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)上下料裝置傳動(dòng)裝置中應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和體積小，在傳動(dòng)鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高自動(dòng)上下料裝置的運(yùn)動(dòng)和位置控制精度。在自動(dòng)上下料裝置中常采用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)和鋼帶傳動(dòng)等，由于齒輪傳動(dòng)具有效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，且大學(xué)學(xué)習(xí)掌握的比較扎實(shí)，故本次設(shè)計(jì)選用齒輪傳動(dòng)。（四）工作范圍工業(yè)自動(dòng)上下料裝置的工作范圍是根據(jù)工業(yè)自動(dòng)上下料裝置作業(yè)過程中操作范圍和運(yùn)動(dòng)軌跡來確定，用工作空間來表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響自動(dòng)上下料裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式、自由度數(shù)和操作機(jī)各手臂關(guān)節(jié)軸線的長(zhǎng)度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動(dòng)范圍的選擇（五） 運(yùn)動(dòng)速度自動(dòng)上下料裝置操作機(jī)手臂的各個(gè)動(dòng)作的最大行程確定后，按照循環(huán)時(shí)間安排確定每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，就能進(jìn)一步確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度，用m/s或（）/s表示，各動(dòng)作的時(shí)間分配要考慮多方面的因素，例如總的循環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)短，各動(dòng)作之間順序是依序進(jìn)行還是同時(shí)進(jìn)行等。應(yīng)試做各動(dòng)作時(shí)間的分配方案表，進(jìn)行比較，分配動(dòng)作時(shí)間除考慮工藝動(dòng)作的要求外，還應(yīng)考慮慣性和行程的大小，驅(qū)動(dòng)和控制方式、定位方式和精度等要求。2.3 自動(dòng)上下料裝置機(jī)械傳動(dòng)原理本課題設(shè)計(jì)的是一種小經(jīng)濟(jì)型裝配自動(dòng)上下料裝置。該自動(dòng)上下料裝置為多關(guān)節(jié)型，具有六個(gè)自由度。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此控制簡(jiǎn)單，編程操作方便。機(jī)身采用薄壁整體鑄件，這樣可以使結(jié)構(gòu)輕巧，使用靈活。內(nèi)部鑄件既作為內(nèi)部齒輪安裝殼體與軸的支撐座，又作為承力骨架，這樣不僅節(jié)省材料，減少加工量，又使整體減少質(zhì)量5。2.4 自動(dòng)上下料裝置總體方案設(shè)計(jì)工業(yè)自動(dòng)上下料裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下3。(1) 直角坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的但是，這種直角坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)自動(dòng)上下料裝置的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的自動(dòng)上下料裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。直角坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置的工作空間為一空間長(zhǎng)方體。直角坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。(2) 圓柱坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，這種自動(dòng)上下料裝置構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。(3) 球坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)自動(dòng)上下料裝置的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的(4) 關(guān)節(jié)型自動(dòng)上下料裝置結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型自動(dòng)上下料裝置的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(d)。關(guān)節(jié)型自動(dòng)上下料裝置動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)自動(dòng)上下料裝置本體尺寸，其工作空間比較大。此種自動(dòng)上下料裝置在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的自動(dòng)上下料裝置。具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求搬運(yùn)的加工工件的質(zhì)量達(dá)5KG，同時(shí)考慮到數(shù)控機(jī)床布局的具體形式及對(duì)自動(dòng)上下料裝置的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該自動(dòng)上下料裝置手臂運(yùn)動(dòng)范圍大,且有較高的定位準(zhǔn)確度。如圖:工件由導(dǎo)軌從上至下滾入送料機(jī)構(gòu),某一個(gè)工件滾到送料機(jī)構(gòu)時(shí), 氣缸向左推動(dòng)送料機(jī)構(gòu),推送到液壓夾頭,同時(shí)尾座頂往前頂出,將工件推送到液壓夾頭,液壓夾頭動(dòng)裝夾工件,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下料.2.5 本章小結(jié)本章主要完成對(duì)自動(dòng)上下料裝置整體方案的一個(gè)分析和設(shè)計(jì),通過多種方案的選擇來確定最終要確定的方案. 確定了自動(dòng)上下料裝置的總體設(shè)計(jì)方案后，就要針對(duì)自動(dòng)上下料裝置的各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。第3章 三孔承壓螺母自動(dòng)上下料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1供料機(jī)構(gòu)的任務(wù)基本組成及設(shè)計(jì)要求供料機(jī)構(gòu)的任務(wù)是把待加工的物品（工件）從存料器（料箱）中分離出來，按照自動(dòng)機(jī)的加工要求，定量、定時(shí)、定向地送到加工位置。供料機(jī)構(gòu)主要由四大部分（機(jī)構(gòu)、裝置）組成。(1) 定時(shí)裝置定時(shí)裝置主要是按照自動(dòng)機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍，使供料機(jī)構(gòu)定時(shí)工作，準(zhǔn)時(shí)供料。在定時(shí)裝置設(shè)計(jì)中，主要解決工件送料與自動(dòng)機(jī)加工節(jié)奏協(xié)調(diào)一致問題。一般由供料機(jī)構(gòu)與相關(guān)的其它機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)鏈來保證，所以供料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)必須與自動(dòng)機(jī)工作循環(huán)相協(xié)調(diào)。也可以采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的供料機(jī)構(gòu)，例如電磁振動(dòng)供料器、供送料機(jī)械手，但要由控制系統(tǒng)或設(shè)計(jì)諸如閘門等隔離裝置，使供料機(jī)構(gòu)停止或送料。(2) 定量裝置定量裝置是根據(jù)自動(dòng)機(jī)加工工藝的要求，在每一個(gè)工作循環(huán)送出規(guī)定數(shù)量的工件。定量可以分為量（如重量、體積）和數(shù)（如件、個(gè)），例如酒類、洗衣粉等物料主要是定量，螺釘、香皂、工件等主要是定數(shù)，成卷的塑料帶、薄鐵皮、細(xì)鋼棒等物料則是定長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)供送物料的形、性態(tài)等來確定。定量裝置往往需要隔離裝置、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)等來配合。（3）定向裝置保證工件按照工藝加工的方位要求送出。定向送料在單件物品加工中是一個(gè)關(guān)鍵問題。定向機(jī)構(gòu)一般與糾正、剔除機(jī)構(gòu)等配合工作。（4）其它裝置例如，定位裝置、隔離裝置、卷料的矯直機(jī)構(gòu)、帶狀料的糾偏調(diào)位機(jī)構(gòu)不符合要求工件的剔除機(jī)構(gòu)、缺料檢測(cè)機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)等等。定位在自動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中也是一個(gè)比較重要的問題，送料不到位或有偏差都會(huì)影響自動(dòng)機(jī)的正常工作。在設(shè)計(jì)中，可把定位裝置歸到工藝執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，也可歸到供料機(jī)構(gòu)中。任何供料機(jī)構(gòu)必須具有定時(shí)定量裝置，而定向和定量裝置，而定向和其他裝置可根據(jù)工件及加工要求設(shè)置。供料機(jī)構(gòu)是自動(dòng)機(jī)、自動(dòng)線中的主要工作機(jī)構(gòu)之一，其性能優(yōu)劣及自動(dòng)化程度直接影響到自動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)率、加工質(zhì)量及其勞動(dòng)條件。因此，對(duì)供料機(jī)構(gòu)有如下的一些要求：1） 根據(jù)自動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍及工位位置，快速、準(zhǔn)確、可靠地將工件送到位；2） 供料過程平穩(wěn)、無沖擊，不能損傷工件；3） 適應(yīng)性強(qiáng)，調(diào)整方便；4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。3.2 工作原理介紹振動(dòng)盤是一種自動(dòng)組裝機(jī)械的輔助設(shè)備，能把各種產(chǎn)品有序排出來，它可以配合自動(dòng)組裝設(shè)備一起將產(chǎn)品各個(gè)部位組裝起來成為完整的一個(gè)產(chǎn)品。自動(dòng)送料振動(dòng)盤是一種自動(dòng)定向排序的送料設(shè)備,是通過振動(dòng)將無序工件自動(dòng)有序定向排列整齊、準(zhǔn)確地輸送到下道工序,有個(gè)脈沖電磁鐵，可以使料斗垂直方向振動(dòng)，由于彈簧片的傾斜，使料斗繞其垂直軸做扭擺振動(dòng)。振動(dòng)盤的工作原理： 振動(dòng)盤料斗下面有個(gè)脈沖電磁鐵，可以使料斗作垂直方向振動(dòng)，由傾斜的彈簧片帶動(dòng)料斗繞其垂直軸做扭擺振動(dòng)。料斗內(nèi)零件，由于受到這種振動(dòng)，而沿螺旋軌道上升，直到送到出料口。 其工作目的是通過振動(dòng)將無序工件自動(dòng)有序定向排列整齊、準(zhǔn)確地輸送到下道工序。 振動(dòng)盤的應(yīng)用行業(yè)： 振動(dòng)盤廣泛應(yīng)用于電子、五金、塑膠、醫(yī)藥、食品、玩具、文具、日常用品的制造等各個(gè)行業(yè)，是解決工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備供料的必須設(shè)備。振動(dòng)盤除滿足產(chǎn)品的定向排序外還可用于分選、檢測(cè)、計(jì)數(shù)包裝等，是一種現(xiàn)代化高科技產(chǎn)品。3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.3.1 排序原理待測(cè)工件由振動(dòng)盤自動(dòng)排序進(jìn)料，排好順序的工件由進(jìn)料氣缸控制，待I區(qū)發(fā)出指令給進(jìn)料氣缸，此時(shí)進(jìn)料氣缸的活塞桿推動(dòng)待測(cè)工件到達(dá)I區(qū)。經(jīng)過，如果工件不合格，由出料氣缸1的活塞桿將工件內(nèi)圈推到廢品箱里，此時(shí)擋板I壓縮彈簧并打開，工件被推出，彈簧復(fù)位，擋板I關(guān)閉。如果工件合格，由撥料氣缸帶動(dòng)滑動(dòng)氣缸的撥桿使工件運(yùn)動(dòng)到II區(qū)（此時(shí)進(jìn)料氣缸動(dòng)作，推動(dòng)第二個(gè)待測(cè)工件到達(dá)I區(qū)），3.3.2總體布局示意圖總體布局示意圖如圖9所示：圖2.3 示意圖3.3.3滾動(dòng)軌道的設(shè)計(jì)1 軌道材料的選擇軌道材料應(yīng)選擇耐磨性較高的材料。一般導(dǎo)軌選擇HT200，是一種經(jīng)濟(jì)耐磨的材料。2 軌道的基本尺寸圖2.4 軌道結(jié)構(gòu)3.3.4 推動(dòng)氣缸的軌道及輸料槽設(shè)計(jì) 由于撥桿要從軌道上縮回,并隨著推動(dòng)氣缸在兩個(gè)區(qū)間移動(dòng),所以推動(dòng)氣缸整體上要能夠隨著推動(dòng)氣缸而滑動(dòng)?；瑒?dòng)氣缸的軌道材料選擇HT200，其平面結(jié)構(gòu)圖如圖所示：圖2.5 推動(dòng)氣缸軌道輸料槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：3.4本章小結(jié)本章主要對(duì)工件自選機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以一種常見的工件為例子來進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與計(jì)算。第4章 送料氣缸選型對(duì)氣動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾-放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)上下料機(jī)械手（如圖2-1所示），是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，動(dòng)作強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。4.1送料機(jī)構(gòu)的要求 1.保證工件準(zhǔn)確定位為使和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。2.具有足夠的強(qiáng)度和剛度除受到被夾持工件的反作用力外，還受到在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使的中心在回轉(zhuǎn)軸線上，以使扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。3.考慮被抓取對(duì)象的要求根據(jù)工作需要，通過比較，由于工件為圓柱形，故形狀設(shè)計(jì)成V型。4.2 氣缸的確定4.2.1 氣缸缸徑的計(jì)算內(nèi)徑D可按下列公式初步計(jì)算：氣缸的負(fù)載為推力 式（3-1）式中 氣缸實(shí)際使用推力15000（N）；氣缸的負(fù)載效率，一般取0.507；氣缸的總效率，一般取=0709；計(jì)算=0.8；氣缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力（MPa）本次設(shè)計(jì)中氣缸已知系統(tǒng)壓力=7MPa；根據(jù)式（3-1）得到內(nèi)徑：=49.3mm查缸筒內(nèi)徑系列/mm(GB/T 2348-1993)可以取為50mm?；钊麠U外徑：表3-1 活塞桿直徑系列活塞桿直徑系列/mm(GB/T 2348-1993)4、5、6、8、10、12、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360所以取d=45mm4.2.2活塞寬度的確定活塞的寬度一般取=（0.6-1.0）即=（0.6-1.0）50=（30-50）mm取=35mm 4.2.3 缸體長(zhǎng)度的確定氣缸缸體內(nèi)部的長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般氣缸缸體的長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑的20-30倍。即：缸體內(nèi)部長(zhǎng)度233mm 4.2.4缸筒壁厚的計(jì)算在中、低壓系統(tǒng)中，氣缸的壁厚基本上由結(jié)構(gòu)和工藝上的要求確定，壁厚通常都能滿足強(qiáng)度要求，一般不需要計(jì)算。但是，當(dāng)氣缸的工作壓力較高和缸筒內(nèi)徑較大時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。當(dāng)時(shí)，稱為薄壁缸筒，按材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算，計(jì)算公式為 式（3-2） 式中，缸筒內(nèi)最高壓力； 缸筒材料的許用壓力。=, 為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，當(dāng)時(shí)，一般取。當(dāng)時(shí),按式（3-3）計(jì)算 (該設(shè)計(jì)采用無縫鋼管) 式（3-3）根據(jù)缸徑查手冊(cè)預(yù)取=30此時(shí)最高允許壓力一般是額定壓力的1.5倍，根據(jù)給定參數(shù)，所以： =71.5=10.5MP=100110（無縫鋼管），取=100，其壁厚按公式（3-3）計(jì)算為 滿足要求，就取壁厚為6mm。4.2.5 活塞桿強(qiáng)度和氣缸穩(wěn)定性計(jì)算A.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算活塞桿的直徑按下式進(jìn)行校核式中，為活塞桿上的作用力；為活塞桿材料的許用應(yīng)力，=,n一般取1.40。滿足要求B.氣缸穩(wěn)定性計(jì)算活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞氣缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及氣缸的安裝方式等因素有關(guān)。若活塞桿的長(zhǎng)徑比且桿件承受壓負(fù)載時(shí)，則必須進(jìn)行氣缸穩(wěn)定性校核?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式進(jìn)行式中，為安全系數(shù)，一般取=24。 a.當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí) b.當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)式中，為安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)，見表1；為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；為柔性系數(shù)，其值見表3-2； 為由氣缸支撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表1；為活塞桿材料的彈性模量，對(duì)鋼取；為活塞桿橫截面慣性矩；為活塞桿橫截面積；為由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值，為系數(shù)，具體數(shù)值見表3-3。表3-2氣缸支承方式和末端系數(shù)的值支承方式支承說明末端系數(shù)一端自由一端固定1/4兩端鉸接1一端鉸接一端固定2兩端固定4表3-3 、的值材料鑄鐵5.61/160080鍛鐵2.51/9000110鋼4.91/500085c.當(dāng)時(shí),缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進(jìn)行校核。此設(shè)計(jì)安裝方式中間固定的方式，此缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。4.2.6缸筒壁厚的驗(yàn)算下面從以下三個(gè)方面進(jìn)行缸筒壁厚的驗(yàn)算： A氣缸的額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全： 式（3-4）根據(jù)式（3-4）得到：顯然，額定油壓=7MP，滿足條件；B為了避免缸筒在工作時(shí)發(fā)生塑性變形，氣缸的額定壓力值應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例范圍： 式（3-5） 式（3-6）先根據(jù)式（3-6）得到：=41.21再將得到結(jié)果帶入（3-5）得到：顯然，滿足條件；C耐壓試驗(yàn)壓力，是氣缸在檢查質(zhì)量時(shí)需承受的試驗(yàn)壓力。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，氣缸在此壓力 下，全部零件不得有破壞或永久變形等異?，F(xiàn)象。各國(guó)規(guī)范多數(shù)規(guī)定: 當(dāng)額定壓力時(shí)（MPa）D為了確保氣缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應(yīng)大于耐壓試驗(yàn)壓力： (MPa） 式（3-7）因?yàn)椴楸硪阎?596MPa，根據(jù)式（3-7）得到：至于耐壓試驗(yàn)壓力應(yīng)為：因?yàn)楸褖毫h(yuǎn)大于耐壓試驗(yàn)壓力，所以完全滿足條件。以上所用公式中各量的意義解釋如下：式中: 缸筒內(nèi)徑（）； 缸筒外徑（）； 氣缸的額定壓力（） 氣缸發(fā)生完全塑形變形的壓力（）； 氣缸耐壓試驗(yàn)壓力（）； 缸筒發(fā)生爆破時(shí)壓力（）； 缸筒材料抗拉強(qiáng)度（）； 缸筒材料的屈服強(qiáng)度（； 缸筒材料的彈性模量（）； 缸筒材料的泊桑系數(shù) 鋼材：=0.3 4.2.7 缸筒的加工要求缸筒內(nèi)徑采用H7級(jí)配合，表面粗糙度為0.16，需要進(jìn)行研磨；熱處理：調(diào)制，HB240；缸筒內(nèi)徑的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；剛通直線度不大于0.03mm；油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺；在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。4.2.8法蘭設(shè)計(jì)氣缸的端蓋形式有很多，較為常見的是法蘭式端蓋。本次設(shè)計(jì)選擇法蘭式端蓋（缸筒端部）法蘭厚度根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算： 式（3-8）式中， -法蘭厚度（m）；密封環(huán)內(nèi)經(jīng)d=40mm（m）；密封環(huán)外徑（m）；=50mm系統(tǒng)工作壓力（pa）；=7MPa附加密封力（Pa）；值取其材料屈服點(diǎn)353MPa；螺釘孔分布圓直徑（m）；=55mm密封環(huán)平均直徑（m）；=45mm法蘭材料的許用應(yīng)力（Pa）；=/n=353/5=70.6MPa法蘭受力總合力（m） 所以=13.2mm為了安全取=14mm4.2.9 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算連接圖如下：圖3-1缸體端部法蘭用螺栓連接1-前端蓋；2-缸筒螺栓強(qiáng)度根據(jù)下式計(jì)算：螺紋處的拉應(yīng)力:(MPa) 式（3-9）螺紋處的剪應(yīng)力(MPa) 式（3-10）合成應(yīng)力 (MPa) 式（3-11）式中, 氣缸的最大負(fù)載，=A，單桿時(shí)，雙桿是螺紋預(yù)緊系數(shù)，不變載荷=1.251.5，變載荷=2.54；氣缸內(nèi)徑；缸體螺紋外徑；螺紋內(nèi)經(jīng)；螺紋內(nèi)摩擦因數(shù)，一般取=0.12;變載荷取=2.54；材料許用應(yīng)力，,為材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，一般取n=1.21.5；Z螺栓個(gè)數(shù)。最大推力為：使用4個(gè)螺栓緊固缸蓋，即：=4螺紋外徑和底徑的選擇：=10mm =8mm系數(shù)選擇：選取=1.3=0.12根據(jù)式（3-9）得到螺紋處的拉應(yīng)力為：=根據(jù)式（3-10）得到螺紋處的剪應(yīng)力為：根據(jù)式（3-11）得到合成應(yīng)力為：=367.6MPa由以上運(yùn)算結(jié)果知，應(yīng)選擇螺栓等級(jí)為12.9級(jí)；查表的得：抗拉強(qiáng)度極限=1220MP;屈服極限強(qiáng)度=1100MP；不妨取安全系數(shù)n=2可以得到許用應(yīng)力值：=/n=1100/2=550MP證明選用螺栓等級(jí)合適。4.2.10密封件的選用A.對(duì)密封件的要求在液壓元件中，氣缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊氣缸，如擺動(dòng)氣缸等。氣缸不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對(duì)溫度的適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。密封件一般以斷面形狀分類，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。B. O形密封圈的選用氣缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。C.動(dòng)密封部位密封圈的選用由于O型密封圈用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)存在起動(dòng)阻力大的缺點(diǎn)，所以用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。氣缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支撐座（或?qū)蛱祝┑拿芊獾??；钊h(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長(zhǎng)，但密封性能差，內(nèi)泄漏量大，而且工藝復(fù)雜，造價(jià)高。對(duì)內(nèi)泄漏量要求不嚴(yán)而要求耐高溫的氣缸，使用這種密封圈較合適。V形圈的密封效果一般，密封壓力通過壓圈可以調(diào)節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴(yán)重。因其是成組使用，模具多，也不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度不高、出力大的大直徑氣缸，用這種密封圈較好。U形圈雖是唇形密封圈，但安裝時(shí)需用支撐環(huán)壓住，否則就容易卷唇，而且只能在工作壓力低于10MPa時(shí)使用，對(duì)壓力高的氣缸不適用。比較而言，能保證密封效果，摩擦阻力小，安裝方便，制造簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的密封圈就屬Yx型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈 ，分軸用和孔用兩種。綜上，所以本設(shè)計(jì)選用Yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料組合使用，可以顯著提高密封性能：a.降低摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象；b.具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)；c.安裝溝槽簡(jiǎn)單，拆裝簡(jiǎn)便。這種組合的特別之處就是允許活塞外園和缸筒內(nèi)壁有較大間隙，因?yàn)榻M合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，降低了活塞與缸筒的加工要求，密封方式圖如下：圖3-2 密封方式圖4.3氣缸的選型經(jīng)過比較，參考市場(chǎng)上的氣缸類型，選擇一種可靠?jī)?yōu)質(zhì)的氣缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商速易可（上海）有限公司http:/www.tonab.net/about_us.asp。速易可氣動(dòng)（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動(dòng)化廠商，產(chǎn)品以TONAB品牌營(yíng)銷國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，產(chǎn)品主要有空氣凈化組件、氣動(dòng)控制組件、氣動(dòng)執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人、食品包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、半導(dǎo)體設(shè)備、軌道交通、煙草機(jī)械、機(jī)床自動(dòng)控制、真空搬運(yùn)、汽車制造、教學(xué)培訓(xùn)等行業(yè)。速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿氣缸、滑臺(tái)氣缸、止動(dòng)氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿氣缸、帶鎖氣缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型氣缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)氣動(dòng)輔助零組件。4.4 送料氣缸型號(hào)確定送料氣缸采用煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63，關(guān)于此氣缸的資料詳情請(qǐng)參看煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠公司主頁：www.bota.cn/products.asp.1. 在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng), 則驅(qū)動(dòng)力： 2測(cè)定手腕質(zhì)量為60kg,設(shè)計(jì)加速度，則慣性力： 3.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), 總受力 所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求。4.5 導(dǎo)向裝置在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加的剛性，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增加的剛性和導(dǎo)向性。4.6 平衡裝置在本設(shè)計(jì)中，為了使的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在送料氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。氣缸運(yùn)行長(zhǎng)度選擇為=118mm,氣缸內(nèi)徑為=110mm,氣缸運(yùn)行速度，加速度時(shí)間=0.1s,壓強(qiáng)p=0.5MPa,則驅(qū)動(dòng)力： 1測(cè)定質(zhì)量為80kg,則重力： 2設(shè)計(jì)加速度，則慣性力： 3.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)， 總受力 所以選擇尺寸符合實(shí)際使用要求。選擇尺寸滿足使用要求。第五章 PLC控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)自動(dòng)上下料裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)自動(dòng)上下料裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高自動(dòng)上下料裝置整體可靠性、實(shí)用性具有重要的意義，同時(shí)也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當(dāng)前自動(dòng)上下料裝置廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及PLC的發(fā)展之后，提出了采用PLC的控制方法。5.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)自動(dòng)上下料裝置的控制系統(tǒng)一般是使自動(dòng)上下料裝置運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)為目的，包括高性能的計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的系統(tǒng)硬件和控制軟件。自動(dòng)上下料裝置的控制部分可分為4個(gè)部分：自動(dòng)上下料裝置及其感知器、環(huán)境、任務(wù)、控制器。自動(dòng)上下料裝置是由各種機(jī)構(gòu)組成的裝置，它通過感知器的內(nèi)部傳感器實(shí)現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測(cè)和信息交互；環(huán)境即指自動(dòng)上下料裝置所處的周圍環(huán)境；任務(wù)是指自動(dòng)上下料裝置要完成的操作，它需要適當(dāng)?shù)某绦蛘Z言描述，并把它們存入控制機(jī)中，隨著系統(tǒng)的不同，任務(wù)的輸入可能是程序方式，或文字、圖形或聲音方式；控制器包括軟件和硬件兩大部分，相當(dāng)于自動(dòng)上下料裝置的大腦，它以計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ每刂破鬟\(yùn)行程序的方式來完成給定的任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)的硬件一般包括3個(gè)部分：(1) 感知部分 用來收集自動(dòng)上下料裝置的內(nèi)部和外部的信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受自動(dòng)上下料裝置的本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受自動(dòng)上下料裝置的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。(2) 控制裝置 用來處理各種信息，完成控制過程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計(jì)算機(jī)相應(yīng)的接口等。(3) 驅(qū)動(dòng)部分 為了使自動(dòng)上下料裝置完成操作及移動(dòng)功能，自動(dòng)上下料裝置各關(guān)節(jié)可選用、液動(dòng)、電氣等方式驅(qū)動(dòng)。5.2 控制系統(tǒng)的性能要求對(duì)于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求：(1) 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動(dòng)后其運(yùn)動(dòng)性能從偏離平衡點(diǎn)恢復(fù)到原平衡點(diǎn)狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動(dòng)控制必須滿足的基本要求，對(duì)穩(wěn)定性的研究是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的一個(gè)基本問題。 (2) 過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到新的平衡狀態(tài)時(shí)具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時(shí)間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。(3) 穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實(shí)際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)之一就是在兼顧其他性能指標(biāo)的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個(gè)允許的限制值。5.3 傳感器的選擇 傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。它主要被用于檢測(cè)系統(tǒng)本身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對(duì)位置檢測(cè)裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進(jìn)行選用。位置檢測(cè)裝置檢測(cè)自動(dòng)上下料裝置動(dòng)作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺傳感器是為了完成自動(dòng)上下料裝置對(duì)物料的識(shí)別。5.3.1 位置檢測(cè)裝置在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)自動(dòng)上下料裝置執(zhí)行左旋/右旋，前伸/回縮，上升/下降等動(dòng)作時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測(cè)裝置檢測(cè)動(dòng)作是否到位，常用的位置檢測(cè)裝置是行程開關(guān)。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)式、滾輪式、微動(dòng)式和組合式。本設(shè)計(jì)中采用直線接觸式行程開關(guān)檢測(cè)自動(dòng)上下料裝置動(dòng)作是否到位，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí)，碰到行程開關(guān)，終結(jié)上一個(gè)動(dòng)作，準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。4.3.2 傳感器自動(dòng)上下料裝置吸取物體時(shí)按吸力的大小可分為硬吸取和軟吸取。硬吸取是吸盤用最大的吸力吸取物體，以保證可靠性；軟吸取方式是吸盤使吸力保持在能穩(wěn)固吸取物體的最小值，以避免損傷物件。軟吸取時(shí)吸力不夠時(shí)被吸物體會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，滑覺傳感器就是為了檢測(cè)滑動(dòng)而設(shè)計(jì)的，可以檢測(cè)垂直于吸物方向物體的位移、由重力引起的變形，以達(dá)到修正吸力，防止吸取物的滑動(dòng)。滑動(dòng)傳感器主要用于檢測(cè)物體接觸面直接的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的大小和方向，判斷是否吸住物體以及應(yīng)用多大的吸力等。5.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析與選擇液壓驅(qū)動(dòng)，功率重量比大，可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。電氣驅(qū)動(dòng)，控制精度高，驅(qū)動(dòng)力較大，響應(yīng)快，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便。但是由于這種驅(qū)動(dòng)方式價(jià)格昂貴，限制了在一些場(chǎng)合的應(yīng)用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)10氣壓驅(qū)動(dòng)具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)自動(dòng)上下料裝置中應(yīng)用較多。另一方面，技術(shù)作為“廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上，幾乎都配有系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，全部自動(dòng)化流程中約有30裝有系統(tǒng)，有90的包裝機(jī)械，70的鑄造、焊接設(shè)備，50的自動(dòng)操機(jī)、40的鍛造設(shè)備和洗衣設(shè)備、30的采煤機(jī)械，20的紡織機(jī)械、制鞋業(yè)、木材加工、食品機(jī)械，43的工業(yè)自動(dòng)上下料裝置裝有氣壓系統(tǒng)。日、美、德等國(guó)的元件銷售平均每年增長(zhǎng)超過10-15。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，且仍以較大速度發(fā)展，自動(dòng)上下料裝置技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具。表5.4給出了各種控制方式的比較：表5.4 各種控制方式的比較通過以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較選用驅(qū)動(dòng)的方式，不僅能夠滿足了本設(shè)計(jì)的要求，而且節(jié)約了成本。5.5 自動(dòng)上下料裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)根據(jù)自動(dòng)上下料裝置的要求，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中氣缸的運(yùn)動(dòng)方式主要有（1）直線運(yùn)動(dòng)（缸體固定，活塞桿運(yùn)動(dòng)）；系統(tǒng)包括二位二通電磁閥、一個(gè)氣缸、消聲器（若干）等。圖中的調(diào)速閥控制氣缸上升和下降、伸長(zhǎng)和縮短、過程中的速度，防止速度過大對(duì)物料及自動(dòng)上下料裝置臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運(yùn)動(dòng)方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動(dòng)作是由二位二通電磁閥控制的。5.6 元件選取及工作原理氣壓驅(qū)動(dòng)是利用壓縮氣體的壓力能來實(shí)現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣，也包括燃?xì)夂驼羝?。典型的氣壓傳?dòng)系統(tǒng)由以下四部分組成：5.6.1 氣源裝置氣源裝置是獲得具有一定能量的壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機(jī)，有的還配有氣源凈化處理裝置、氣罐等附屬設(shè)備。它將原動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。氣壓傳動(dòng)對(duì)氣源的要求：(1) 要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。(2) 要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。下面對(duì)于主要的氣源裝置元件進(jìn)行如下介紹：1、空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。容積型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。本設(shè)計(jì)選用容積型壓縮機(jī)。2、儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動(dòng)，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)。儲(chǔ)氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高10%，并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設(shè)計(jì)選用立式儲(chǔ)氣罐，因?yàn)樗倪M(jìn)氣口在下，出氣口在上，以利用進(jìn)一步分離空氣中的油、水。5.6.2 氣缸輸出直線往復(fù)式 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，如氣缸輸出直線往復(fù)式機(jī)械能，擺動(dòng)氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式機(jī)械能。氣缸是執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對(duì)于前伸/回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對(duì)于上升/下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時(shí)，活塞桿下降，反之活塞桿上升。5.7 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理5.7.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則一、 PLC機(jī)型的選擇 PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功