自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計[答辯畢業(yè)論文 資料 ]

需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載上海電機學(xué)院畢業(yè)設(shè)計課 題 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計專 業(yè) 年 級 2009 級 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 學(xué) 院（系）院長（簽字） 年 月 日自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計I摘 要供料及出料具有很多人類所不具有的能力，包括快速分析環(huán)境能力；抗干擾能力強，能長時間工作和工作精度高?？梢哉f供料及出料是工業(yè)進(jìn)步的產(chǎn)物，它也發(fā)揮了在當(dāng)今工業(yè)的至關(guān)重要的作用。如今，供料及出料工業(yè)已成為世界各國備受關(guān)注的產(chǎn)業(yè)。本文闡述了自動化供料及出料的發(fā)展歷史，國內(nèi)外的應(yīng)用狀況，及其巨大的優(yōu)越性，提出了具體的供料及出料設(shè)計要求和進(jìn)行了總體方案設(shè)計具體結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算；在分析國內(nèi)外智能供料及出料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一種新型供料及出料結(jié)構(gòu)將驅(qū)動系統(tǒng)機構(gòu)相結(jié)合，在兩個電機的驅(qū)動下，通過一些簡單的傳動機構(gòu)，使供料及出料可以實現(xiàn)運行。建立了供料及出料的準(zhǔn)靜態(tài)模型，進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)分析，從而獲得供料及出料在步態(tài)運動時各部件的受力狀況。關(guān)鍵詞：供料及出料，步態(tài)行走，供料及出料；工業(yè)；傳動；強度自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計AbstractFeeding and discharging ability of many humans do not have, including rapid analysis of environmental capacity; strong anti-interference ability, can work for a long time and high precision work. Can be said that the feeding and discharging is a product of industrial progress, it also plays a vital role in today's industry. Now, the feeding and discharging industrial countries in the world has become the concern of the industry.This paper describes the automatic feeding and the development history, application status at home and abroad, and its great superiority, proposed the concrete material feeding and discharging the design requirements and the specific structure design, calculation of overall scheme design;In the analysis of domestic and foreign intelligence information and basic research on the current situation, this paper designed a new type of feeding and discharging structure - will drive system of combined mechanism, the drive two motors, through some simple transmission mechanism, the material feeding and discharging can be implemented to run. Establishment of the feeding and quasi static model material, quasi static analysis is carried out, so as to obtain the feeding and the stress state of material in the gait motion components.Keywords: feeding and discharging, gait, feeding and discharging; industrial; transmission; strength自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計III目 錄摘 要 .IAbstract .II目 錄 .III1 緒論.11.1 課題研究意義 .11.2 自動化車床設(shè)備應(yīng)用 .11.3 自動化車床設(shè)備 .21.4 自動化車床設(shè)備趨勢 .22 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)方案設(shè)計.32.1 機構(gòu)方案設(shè)計 .32.2 機構(gòu)方案論述 .43 供料及出料四連桿機構(gòu)設(shè)計.63.1 四連桿機構(gòu)設(shè)計 .63.2 確定設(shè)計變量 .73.3 建立目標(biāo)函數(shù) .73.4 確定約束條件 .83.5 寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 .94 輸送帶裝置設(shè)計.104.1 同步帶的概述 .104.1.1 同步帶介紹 .104.1.2 同步帶傳動的主要失效形式 .114.2 同步帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則 .134.3 同步帶分類 .134.4 同步帶傳動計算 .144.4.1 同步帶計算選型 .144.4.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） .164.5 同步帶的設(shè)計 .18自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計4.6 同步帶輪的設(shè)計 .195 凸輪機構(gòu)的設(shè)計.205.1 凸輪從動件運動規(guī)律 .205.2 凸輪輪廓線曲線的設(shè)計 .215.3 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定 .245.4 滾子半徑的選擇 .245.4.1 凸輪理論輪廓內(nèi)凹部分 .245.4.2 凸輪理論輪廓的外凸部分 .245.5 直動滾子推桿盤形凸輪 .265.6 直動平底推桿盤形凸輪 .266 氣缸設(shè)計.286.1 供料用氣缸的計算 .286.2 下擺動關(guān)節(jié)氣缸的計算 .296.3 四連桿關(guān)節(jié)氣缸的計算 .307 氣動原理設(shè)計.338 PLC 控制部分設(shè)計 .358.1 可編程序控制器的選擇及工作過程 .358.1.1 可編程序控制器的選擇 .358.1.2 可編程序控制器的工作過程 .358.2 可編程序控制器的使用步驟 .368.3 可編程序控制器控制方案 .378.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 .378.3.2.控制要求 .378.4 PLC 控制原理圖設(shè)計 .38總結(jié)與展望.40參 考 文 獻(xiàn).41致 謝.42自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計11 緒論1.1 課題研究意義市場的開放性和全球化使產(chǎn)品的競爭日趨激烈。而決定產(chǎn)品競爭力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開發(fā)時間(Time ) ， 產(chǎn)品 (Quality)，成本 (Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在 20 世紀(jì) 50 至 40 年代主要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在 70 年代競爭力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80 年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90 年代為市場響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強競爭力。制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對市場的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產(chǎn)量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000 年統(tǒng)計資料，在主要的生產(chǎn)國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)品充斥市場。1.2 自動化車床設(shè)備應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的 15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機床、測量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高 85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，自動化車床設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的自動化車床設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 個 20 孔，若以搖臂鉆床加工，單單與锪沉頭孔就要842.5 小時，另外還要劃線工時 151.1 小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計要 171.6 小時，劃線也簡單，只要 1.9 小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標(biāo)軸，使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置，結(jié)合自動化車床設(shè)備不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機 30 種箱形與桿形零件的 2000 多個操作中，有 40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少 20%的加工時間。1975 年法國巴黎機床展覽會也反映了自動化車床設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢。1.3 自動化車床設(shè)備自動化車床設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序。現(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。1.4 自動化車床設(shè)備趨勢自動化車床設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，自動化車床設(shè)備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計32 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)方案設(shè)計2.1 機構(gòu)方案設(shè)計由輸送帶將坯料送到料架上，供料裝置將坯料送入車床主軸的中心，夾緊工件；平端面、端面倒角；加工完后，工件落入出料托盤中，托盤隨后向輸出斜槽傾斜。由輸送帶輸出。在加工過程中，工件托架必須要轉(zhuǎn)到一個離開加工碎屑的位置。1、 圓形工件的料架；2、工件（末加工） ；3、氣缸；4、四連桿機構(gòu)（雙搖桿）5、出料斜槽；6、加工完的工件；7、供料用氣缸；8、夾具；9、工具滑塊10、供料設(shè)備；11、出料裝置；12、擺動關(guān)節(jié)；13、杠桿圖示所示為自動車床的供料和出料機構(gòu)。V 形的高度可調(diào)。托架從料架中取出一個未加工的工件，并把工件輸送到機床主軸的中心，在這個位置，被一個凸輪（未顯示）推進(jìn)到夾具中，加工完后，工件落入出料托盤中，這個托盤隨后向輸出斜槽傾斜。整個設(shè)備是裝在一個基座上的，并與機器上工具的區(qū)域連接。在加工過程中，工件托架必須要轉(zhuǎn)到一個離開加工碎屑的位置。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計適用元件：標(biāo)準(zhǔn)氣缸 ESN標(biāo)準(zhǔn)氣缸 DNG或 DNC接近開關(guān) SM氣缸安裝腳架 LBG雙耳環(huán) SGS單向流量閥 GR耳軸支座 LNZ安裝附件管接頭2.2 機構(gòu)方案論述負(fù)載大小的確定主要是考慮沿供料及出料各運動方向作用于機械接口處的力和扭矩。其中應(yīng)包括供料及出料末端的重量、抓取工件或作業(yè)對象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力等。由本次設(shè)計給的設(shè)計參數(shù)可初估本次設(shè)計屬于小負(fù)載。驅(qū)動方式由于伺服電機具有控制性能好，控制靈活性強，可實現(xiàn)速度、位置的精確控制，對環(huán)境沒有影響，體積小，效率高，適用于運動控制要求嚴(yán)格的中、小型供料及出料等特點，故本次設(shè)計采用了伺服電機驅(qū)動（三）傳動系統(tǒng)設(shè)計供料及出料傳動裝置中應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量和體積小，在傳動鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高供料及出料的運動和位置控制精度。在供料及出料中常采用的機械傳動機構(gòu)有齒輪傳動、蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動、同步齒形帶傳動、鏈傳動、行星齒輪傳動、諧波齒輪傳動和鋼帶傳動等，由于齒輪傳動具有效率高，傳動比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長等優(yōu)點，且大學(xué)學(xué)習(xí)掌握的比較扎實，故本次設(shè)計選用齒輪傳動。（四）工作范圍工業(yè)供料及出料的工作范圍是根據(jù)工業(yè)供料及出料作業(yè)過程中操作范圍和運動軌自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計5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供料及出料的機械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式、自由度數(shù)和操作機各手臂關(guān)節(jié)軸線的長度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動范圍的選擇（五） 運動速度供料及出料操作機手臂的各個動作的最大行程確定后，按照循環(huán)時間安排確定每個動作的時間，就能進(jìn)一步確定各動作的運動速度，用 m/s 或（° ）/s 表示，各動作的時間分配要考慮多方面的因素，例如總的循環(huán)時間的長短，各動作之間順序是依序進(jìn)行還是同時進(jìn)行等。應(yīng)試做各動作時間的分配方案表，進(jìn)行比較，分配動作時間除考慮工藝動作的要求外，還應(yīng)考慮慣性和行程的大小，驅(qū)動和控制方式、定位方式和精度等要求。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計3 供料及出料四連桿機構(gòu)設(shè)計3.1 四連桿機構(gòu)設(shè)計連桿機構(gòu)是最常用的機構(gòu)，因此連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在機構(gòu)設(shè)計中十分重要，研究工作開展得也最為廣泛。有大量的文獻(xiàn)介紹有關(guān)平面四桿機構(gòu)、平面五桿機構(gòu)、柔性連桿機構(gòu)、曲柄連桿機構(gòu)、槽輪連桿機構(gòu)、凸輪連桿組合機構(gòu)和齒輪連桿等機構(gòu)的優(yōu)化。鑒于四連桿機構(gòu)的典型性，本節(jié)結(jié)合四連桿機構(gòu)的函數(shù)再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計問題，闡述連桿機構(gòu)優(yōu)化問題的一般方法及流程。四連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計就是對四連桿機構(gòu)的參量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使得機構(gòu)給定的運動和機構(gòu)所實現(xiàn)的運動之間誤差最小。因此四連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的過程，就是尋找使得四連桿機構(gòu)運動誤差最小的一組機構(gòu)設(shè)計參量。四連桿機構(gòu)設(shè)計參量確定后，就可認(rèn)為實現(xiàn)了機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。四連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計包括四連桿機構(gòu)優(yōu)化模型建立和優(yōu)化模型求解二個主要過程。通過對四連桿機構(gòu)的分析確定優(yōu)化方案，確定設(shè)計變量，給出目標(biāo)函數(shù)，并將機構(gòu)設(shè)計制約條件，如桿長條件、傳動角條件等，寫成相應(yīng)的約束條件，即可建立機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型。下面介紹四連桿機構(gòu)函數(shù)再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計模型的建立。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計73.2 確定設(shè)計變量根據(jù)設(shè)計要求，由機械原理知識可知，設(shè)計變量有 L1、L2 、L3、L4 、 。將曲柄的長度取為一個單位長度 1，其余三桿長可表示為 L1 的倍數(shù)。由圖 1 所示的幾何關(guān)系可知 43221)(arcosL為桿長的函數(shù)。另外，根據(jù)機構(gòu)在機器中的許可空間，可以適當(dāng)預(yù)選機架 L4 的長度，取 L4=5，經(jīng)以上分析，只剩下 L2、L3 兩個獨立變量，所以，該優(yōu)化問題的設(shè)計變量為 TTLX321,因此。本優(yōu)化設(shè)計為一個二維優(yōu)化問題。3.3 建立目標(biāo)函數(shù)按軌跡的優(yōu)化設(shè)計，可以將連桿上 M 點 與預(yù)期軌跡點坐標(biāo)偏差最小為尋miyx,優(yōu)目標(biāo)，其偏差為 和 ，如圖 2。為此，把搖桿運iMixiiyn,21動區(qū)間 2 到 5 分成 S 等分， M 點坐標(biāo)有相應(yīng)分點與之對應(yīng)。將各分點標(biāo)號記作 ，根據(jù)i均方根差可建立其目標(biāo)函數(shù)，即 min2/12iMiyxXf sn3Lyicoiiix2，S 為運動區(qū)間的分段數(shù))1(3si 43221(arcosL于是由以上表達(dá)式便構(gòu)成了一個目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對應(yīng)于每一個機構(gòu)設(shè)計方案（即給定 ） ，即可計算出均方根差 。21,XXf自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計圖 23.4 確定約束條件根據(jù)設(shè)計條件，該機構(gòu)的約束條件有兩個方面：一是傳遞運動過程中的最小傳動角應(yīng)大于 50 度；二是保證四桿機構(gòu)滿足曲柄存在的條件。以此為基礎(chǔ)建立優(yōu)化線束條件。保證傳動角 50圖 3按傳動條件，根據(jù)圖 3 可能發(fā)生傳動角最小值的位置圖，由余弦定理6428.05cos（見圖 3（a） ）6428.0arcos)(ar3221L所以（a）322324149.)(L自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計9（見圖 3（b） ）6428.0arcos2)(arcos3214L所以（b）32214239.)(L式（a） 、 （b）為兩個約束條件，將 ， ， ， 代入式（a） 、 （b） ，L5412xL23得 069.121211 xg42x曲柄存在的條件按曲柄存在條件，由機械原理知識可知， ，12L13 324L，443把它們寫成不等式約束條件（將 ， ， ， 代入上式） ，得1512x2303xg24615042xg17經(jīng)過分析，上述七個約束條件式中， 和 為緊約束條件， 為松Xg2 Xg73約束條件，即滿足 和 的 ，必滿足不等式 ，所01Xg2 0g以本優(yōu)化問題實際起作用的只有 和 兩個不等式約束條件。123.5 寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型綜上所述，可得本優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型為 si iMiyxXf0 2/12minTTL321,ts.03649.1211 xxg22 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計即本優(yōu)化問題具有兩個不等式約束的二維約束優(yōu)化問題。4 輸送帶裝置設(shè)計4.1 同步帶的概述4.1.1 同步帶介紹同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。同步帶傳動（見圖3-1）時，傳動比準(zhǔn)確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-2080，v后，不論選擇多大的滾子，都能做出工作輪廓。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計255.4.2 凸輪理論輪廓的外凸部分如圖 2-8b 所示，工作輪廓曲率半徑 理論輪廓曲率半徑 與滾子半徑 三者之間 的關(guān)系為:(2-8)=+圖 2-8 滾子半徑對工作輪廓的影響如圖 2-6b，當(dāng) 時， ；這時，可以作出論拖的工作輪廓；> >0如圖 2-6c，當(dāng) 時，雖然能作出凸輪工作輪廓，但出現(xiàn)了尖點；尖點處是極=容易磨損的。如圖 2-6d，當(dāng) 時， ，這時，作出的工作輪廓出現(xiàn)了相交的包絡(luò)線。這Mg=(3.057+0.1+0.660+0.309+0.139) 10=41.65 N。根據(jù)公式 F=PA+ ，系統(tǒng)壓為最低 0.3Mpa 考慮，可得0F壓側(cè)的輸出力為 94.2 N；拉側(cè)的輸出力為 65.7 N，顯然滿足要求。參照（ISO6432 標(biāo)準(zhǔn)） ，氣缸 1 選用缸徑為 20mm，行程為 25mm 的亞德客超薄氣缸，代號為 ACQ-20 25 。同理，下壓氣缸 4 選用亞德客筆型氣缸，代號為 PB-10 30。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計圖 2.10 AIRTAC 超薄氣缸參照供料用傳動方案設(shè)計，又下擺動關(guān)節(jié)的沖壓力 Pz=8.6 N，選擇的氣缸類型分別為（表 2.4）：氣缸名稱 上模板氣缸 下壓氣缸品牌及類型 AIRTAC ACQ-25X12 AIRTAC ACQ-40X50缸徑 mm 25 40活塞桿外徑 mm 9 14行程 mm 10 40受壓面積 mm2(押側(cè)/拉側(cè))421/298 1057/756理論輸出力 N(押側(cè)/拉側(cè))117.3/103.3 337.0/216.7表 2.4 下擺動關(guān)節(jié)氣缸的規(guī)格氣缸的運動時序表如下：氣缸名稱 速度 /msT（伸出）/s T（收回）/s上模板氣缸 21 0-0.5 2.5-3下壓氣缸 23 0.5-2.5 1.5-3表 2.5 下擺動關(guān)節(jié)氣缸的運動時序表6.3 四連桿關(guān)節(jié)氣缸的計算對四連桿關(guān)節(jié)連接滑塊進(jìn)行受力分析（在最大壓力角 處） ，圖示如下：219自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計31圖 2.27 連接滑塊的受力分析連接滑塊受力來自兩個部分，第一是氣缸給的動力，第二是連接滑塊和滑銷之間的摩擦阻力。連接滑塊的摩擦阻力又來自兩個部分，其一是滑塊上方零部件的重量和自重引起的 ，另一個是由送料凸輪給的力 F 在水平方向的分量引起的 。其中， 是連接滑af bf1F塊、螺釘、墊圈、彈簧墊片、送料夾滑塊、連接螺釘、送料夾、送料夾固定螺釘在送料滑銷上的壓力之和，跟據(jù) proe 中質(zhì)量分析，設(shè)置材料 Q235A 的密度為，可分別得出各零件的質(zhì)量。637.8210m公 斤 /經(jīng)分析，得總質(zhì)量 M=(連接滑塊質(zhì)量+六角螺釘質(zhì)量+墊圈質(zhì)量+彈簧墊片質(zhì)量+連接螺釘質(zhì)量) X 2+送料夾 X 3 +送料夾固定螺釘 X 6 + 送料夾滑塊質(zhì)量。即 M=（0.065+0.0038+0.0014+0.0026+0.0038）X 2 + 0.0068 X 3 + 0.0019 X 6 + 0.132= 0.245 Kg故， =Mg=0.2168 X 10 =2.164 NaF又查得剛和剛（粗糙度 3.2）之間的 u=0.1。3摩 擦 系 數(shù)N （1）0.31afuMg（2）12sinbN根據(jù)連接滑塊 Y 方向的力衡，可知 （3）2cosabfF聯(lián)立（1） （2） （3）解得 F= 0.340 N根據(jù)要求，四連桿關(guān)節(jié)氣缸選用筆型氣缸（ISO6432 標(biāo)準(zhǔn)） ，理論出力計算公式是：自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計F=PA+ 0F式中：F 氣缸理論輸出力（N）P工作壓力(MPa)A活塞受力面積（ ）2m彈簧復(fù)位力（N）0系統(tǒng)壓力為 0.3 0.5MPa，選用復(fù)動型氣缸時， =0 N，取系統(tǒng)壓力極小值時，可得：0F2.51.673AmP³=氣缸活塞面積大于 6.288 即可。2m.1.4573dp即氣缸缸徑大于 1.457 就行。參照（ISO6432 標(biāo)準(zhǔn)） ，選用缸徑為 12mm，行程為 40mm 的筆型氣缸足夠滿足要求。選用亞德客氣缸，代號為 PB-12 40。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計337 氣動原理設(shè)計氣動原理圖如圖 4-1 所示。整個氣動系統(tǒng)就是要對供料氣缸、擺動氣缸、四連桿氣缸動作進(jìn)行控制。圖 4-1 氣動原理圖氣路元件表如圖 4-1 所示：圖 4-1 氣路元件表序號 型號規(guī)格 名稱 數(shù)量1 L1-25 單向節(jié)流閥 62 24D H-10-S21三位四通電磁滑閥 33 QF-44 手動截止閥 14 QSL-26S QTY-20-S11壓力組件 15 YJ-1 壓力繼電器 16 Q24DH-10-S1兩位三通電磁滑閥 1自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計各 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 調(diào) 速 ， 凡 是 能 采 用 排 氣 口 節(jié) 流 方 式 的 ， 都 在 電 磁 閥 的 排 氣 口 安 裝節(jié) 流 阻 尼 螺 釘 進(jìn) 行 調(diào) 速 ， 這 種 方 法 的 特 點 是 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 效 果 尚 好 。 如 手 臂 伸 縮 氣 缸在 接 近 氣 缸 處 安 裝 兩 個 快 速 排 氣 閥 ， 可 加 快 起 動 速 度 ， 也 可 調(diào) 節(jié) 全 程 上 的 速 度 。 升降 氣 缸 采 用 進(jìn) 氣 節(jié) 流 的 單 向 節(jié) 流 閥 以 調(diào) 節(jié) 手 臂 的 上 升 速 度 ， 由 于 手 臂 靠 自 重 下 降 ，其 度 調(diào) 節(jié) 仍 采 用 在 電 磁 閥 排 氣 口 安 裝 節(jié) 流 阻 尼 螺 釘 來 完 成 。 氣 液 傳 送 器 氣 缸 側(cè) 的 排氣 節(jié) 流 ， 可 用 來 調(diào) 整 回 轉(zhuǎn) 液 壓 緩 沖 器 的 背 壓 大 小 。 為 簡 化 氣 路 ， 減 少 電 磁 閥 的 數(shù) 量 ，各 工 作 氣 缸 的 緩 沖 均 采 用 液 壓 緩 沖 器 ， 這 樣 可 以 省 去 電 磁 閥 和 切 換 節(jié) 流 閥 或 行 程 節(jié)流 閥 的 氣 路 阻 尼 元 件 。 電 磁 閥 的 通 徑 ， 是 根 據(jù) 各 工 作 氣 缸 的 尺 寸 、 行 程 、 速 度 計 算出 所 需 壓 縮 空 氣 流 量 ， 與 所 選 用 電 磁 閥 在 壓 力 狀 態(tài) 下 的 公 稱 使 用 流 量 相 適 應(yīng) 來 確 定的 。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計358 PLC 控制部分設(shè)計考慮到氣缸的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對氣缸進(jìn)行控制.當(dāng)氣缸的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。8.1 可編程序控制器的選擇及工作過程8.1.1 可編程序控制器的選擇目前，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等?？紤]到本氣缸的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。8.1.2 可編程序控制器的工作過程可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為四個階段。第一階段是初始化處理?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機相連，CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機時，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。第二階段是處理輸入信號階段。在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計運算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。8.2 可編程序控制器的使用步驟在可編程序控制器與被控對象(機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程)構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)時，通常以七個步驟進(jìn)行:(1)系統(tǒng)設(shè)計即確定被控對象的工作原理，控制要求，動作及動作順序。(2)I/0分配即確定哪些信號是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號;哪些信號是由可編程序控制器送到被控對象的，并分配相應(yīng)的輸出端號.此外，對用到的可編程序控制器內(nèi)部的計數(shù)器、定時器等也要進(jìn)行分配?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^編號來識別信號的。(3)畫梯形圖它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器(LCD或CRT)，則畫出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對簡易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。(4)助記符機器程序相當(dāng)于微機的助記符程序，是面向機器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡易編程器時，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。(5)編制程序即檢查程序中每條語法錯誤，若有則修改。這項工作在編程器上進(jìn)行。(6)調(diào)試程序即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。程序自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計37設(shè)計(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試)也可在別的工具上進(jìn)行。如IBM-PC機，只要這個機器配有相應(yīng)的軟件。(7)保存程序調(diào)試通過的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盤上備用。8.3 可編程序控制器控制方案8.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求以上各動作均采用氣動方式驅(qū)動，即用五個二位五通電磁閥(每個閥有兩個線圈，對應(yīng)兩個相反動作)分別控制五個氣缸，使氣缸完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及氣缸抓放動作。其中旋轉(zhuǎn)運動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。這樣，可用PLC的8個輸出端與電磁閥的8個線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵，從而使氣缸按預(yù)先安排的動作序列工作.如果欲改變氣缸的動作，不需改變接線，只需將程序中動作代碼及順序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六個動作末端均放置一限位開關(guān)，以檢測動作是否到位，如果某動作沒有到位，則出錯指示燈亮。8.3.2.控制要求為了滿足生產(chǎn)需要，氣缸應(yīng)設(shè)置手動工作方式、單動工作方式和自動工作方式。（1）手動工作方式便于對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修，設(shè)置手動工作方式。用按鈕對氣缸每一動作單獨進(jìn)行控制。（2）單動工作方式從原點開始，按照自動工作循環(huán)的步序，每按下一次起動按鈕，氣缸完成一步的工作后，自動停止。（3）自動工作方式按下起動按鈕，氣缸從原點開始，按工序自動反復(fù)連續(xù)工作，直到按下停止按鈕，氣缸在完成最后一個周期的動作后，返回原點自動停機。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計8.4 PLC 控制原理圖設(shè)計PLC 時專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電器技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和裝我能力，通常 PLC 不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程，連線問題的自然語言編程。國際電動委員會詳細(xì)地說明了語法，語義和下述 5 種編程語言：功能圖，梯形圖，功能快圖，指令表，結(jié)構(gòu)文本。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符合來描述程序的一種程序設(shè)計語言。采用梯形圖程序設(shè)計語言，這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述時間繁盛的條件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級種，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。梯形圖程序設(shè)計語言是最常用的一種程序設(shè)計語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)；自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計39與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同是：梯形圖中的電流不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此應(yīng)用時需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待。梯形圖是使用得最多的梯形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的有點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為編程自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計總結(jié)與展望總結(jié)本文對供料及出料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。由于作者的水平有限，而且對有些相關(guān)學(xué)科，如傳感器技術(shù)、控制技術(shù)等并不是很了解，仍有許多問題需要解決，還有許多問題值得進(jìn)一步討論和更加深入的研究與展望：(1)機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題在供料及出料設(shè)計過程中，包括機械臂，采用模塊化設(shè)計，不同功能結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計，各模塊之間連接采用最優(yōu)方式。但是在模塊各零件設(shè)計過程中，各參數(shù)計算選擇主要從結(jié)構(gòu)強度和剛度要求出發(fā)，很多零件為了匹配，比實際需求尺寸大很多。包括一些非關(guān)鍵零件設(shè)計，均是根據(jù)前人經(jīng)驗設(shè)計，選擇尺寸。這種設(shè)計不僅增加了整個系統(tǒng)質(zhì)量，同時增加了電機負(fù)載，造成了資源浪費。（2）計算機的有限元的分析沒有做。通過對計算機有限元軟件的更深層次挖掘，對零件的強度和剛度和臂部的力學(xué)分析，會得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。這個以后可以作為后續(xù)學(xué)習(xí)的方向。(3) 機械臂自主控制系統(tǒng)的建立有待于進(jìn)一步研究，以及它的運動控制技術(shù)，路徑規(guī)劃技術(shù)，實時視覺技術(shù)，定位和導(dǎo)航技術(shù)，多傳感集成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，高性能計算技術(shù)，無線通信與因特網(wǎng)技術(shù)問題也是多個有待研究的方面。供料及出料在未來生活中，包括消防、探測等危險作業(yè)中的應(yīng)用將會越來越廣。包括在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用將是發(fā)展的必然趨勢，也是我國國防科技行業(yè)重點支持的方向之一。通過對供料及出料機械臂系統(tǒng)設(shè)計，在整體系統(tǒng)的各各方面積累了比較豐富的設(shè)計經(jīng)驗，相信經(jīng)過不斷的發(fā)展和改進(jìn)供料及出料將走向成熟和實用化。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計41參 考 文 獻(xiàn)1 張永學(xué). 雙足供料及出料步態(tài)規(guī)劃及控制研究D. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文. 2001. 160.2 Mae GeerT. Passive Dynamie Walking of Roboties ResearehD. 1990，9(2): 6282. 3 劉志遠(yuǎn). 供料及出料動態(tài)研究D. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士論文. 1991.4 劉志遠(yuǎn)，戴紹安，裴潤，張栓，傅佩深. 零力矩點與供料及出料動態(tài)穩(wěn)定性的關(guān)系J. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 1994，vol.26(1):3842.5 紀(jì)軍紅. HIT-I 供料及出料步態(tài)規(guī)劃研究D. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士論文，2000:1571.6 麻亮，紀(jì)軍紅，強文義，傅佩深. 基于力矩傳感器的雙足供料及出料在線模糊步 態(tài)調(diào)整器設(shè)計J. 控制與決策. 2000，Vol.15(6):734736.7 竺長安. 供料及出料系統(tǒng)分析、設(shè)計及運動控制D. 國防科技大學(xué)博士論文. 1992.8 馬宏緒. 供料及出料動態(tài)研究D. 國防科技大學(xué)博士論文. 1995.9 馬宏緒，應(yīng)偉福，張彭. 供料及出料姿態(tài)穩(wěn)定性分析J. 計算技術(shù)與自動化. 1997，vol.16(3):1418.10 馬宏緒，張彭，張良起.供料及出料