自動線工業(yè)機械手控制系統(tǒng)設(shè)計
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自動線工業(yè)機械手控制系統(tǒng)設(shè)計
目 錄
目錄…………………………………………………………………… 1
摘要…………………………………………………………………… 4
第一章：總體方案分析與制定………………………………… 4
1.1準(zhǔn)備工作階段…………………………………………………5
1.2 總體設(shè)計階段…………………………………………………6
1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………6
第二章：上料輸送槽設(shè)計……………………………………… 6
2.1上料槽的設(shè)計…………………………………………………6
2.2上料缸的設(shè)計…………………………………………………8
2．3上料活塞桿的設(shè)計……………………………………… 9
2．4汽缸耗氣量的設(shè)計……………………………………… 10
第三章：傳輸帶設(shè)計……………………………………………10
3．1帶型號的選擇………………………………………………10
3．2初選設(shè)計參數(shù)………………………………………………10
3．3帶能力的計算……………………………………………10
3．4帶驅(qū)動力所需傳動功率的計算………………………… 11
3．5拉緊裝置重錘質(zhì)量的計算…………………………………16
3．6靜載荷校核輥子計算………………………………………16
3．7運載計算……………………………………………………17
第四章：步進電機的選用……………………………………… 19
4．1選用電機型號………………………………………………19
4．2驗算矩頻特性………………………………………………19
4．3空載摩擦力矩………………………………………………21
4．4加載摩擦力矩………………………………………………21
4．5校核長速啟動………………………………………………21
第五章：夾具的設(shè)計……………………………………………22
5．1定位基準(zhǔn)的選擇……………………………………………22
5．2切削力及夾緊力計算………………………………………22
5．3定位誤差的分析……………………………………………24
第六章：工業(yè)機械手………………………………………… 24
6．1夾緊缸……………………………………………………26
6．2升降缸……………………………………………………28
第七章：氣動系統(tǒng)設(shè)計………………………………………28
7．1耗氣量的計算……………………………………………28
7．2選擇控制元件……………………………………………29
7．3貯氣罐……………………………………………………29
7．4選擇氣動輔件……………………………………………30
7．5確定管徑…………………………………………………30
7．6壓力損失…………………………………………………31
7．7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……………………………………………34
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(yīng)用于各類自動化場合的微機控制器，熟練掌握和應(yīng)用各類PLC是對本專業(yè)學(xué)生的較高要求，為了提高學(xué)生應(yīng)用PLC解決實際問題的能力，本畢業(yè)設(shè)計以模擬生產(chǎn)實際的自動線為控制對象，設(shè)計出一條能滿足PLC和單片機控制多項教學(xué)實驗要求，具有現(xiàn)場柔性組合功能的教學(xué)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(shù)融合在一起的先進技術(shù)設(shè)備，以滿足對學(xué)生的實踐訓(xùn)練要求。
【關(guān)鍵詞】生產(chǎn)線設(shè)計、自動線設(shè)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 of 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(zhǔn)備工作階段
1）調(diào)查研究工作
(1)被加工工件的年產(chǎn)綱領(lǐng)，工件在自動線上所要完成的工藝內(nèi)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(jié)構(gòu)，形狀尺寸。材料，技術(shù)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(zhì)量、生產(chǎn)率等情況、國內(nèi)外類似零件的有關(guān)技術(shù)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(lǐng)（件／年）；生產(chǎn)節(jié)拍：由下列公式計算：
=； N=
＿自動線的生產(chǎn)節(jié)拍（分／件）；
－自動化的負荷率一般為0.65～0.85復(fù)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；
由《自動生產(chǎn)線技術(shù)》天津電儀職大編 電子工業(yè)出版社出版一書查得。一般可?。?
＝８％??； ?。剑玻ァ。弧。眩剑啡f ?。弧 。?.8。
Ｔ＝２３６０小時／年
即：Ｗ＝７００００＊（１＋８％＋２％）＝７７０００（件／年）
＝分
Ｗ＝40000(1+8%+2%)=44000件／年
＝４萬臺時：
＝分／件
自動線工序節(jié)拍的平衡：
；
－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；
Ｌ－—工作行程長度（min）;
-分別為切入、及切出長度(min);
-動力部件的進給量（mm/min）；
與不重合的輔助時間(min),可取為（0.3~0.5）分，對主軸需要一位時可取為0.6分。取；
（分/件）。
分析產(chǎn)量綱領(lǐng)是否合乎建設(shè)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(shè)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?qū)嶋H需要的工作循環(huán)時間分鐘，時間短，勞動強度大，一般適用于機械手的大加工，所以本設(shè)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(shè)計階段
內(nèi)容：１擬定工藝方案，并繪制工序圖及加工示意圖
２．?dāng)M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(jié)構(gòu)，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
３． 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(zhì)量的自動檢驗及自動控制
９． 刀具的自動調(diào)整及自動更換
１． ３結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計工作。
第二章 上料輸料槽設(shè)計
２.1上料槽的設(shè)計：
輸送槽側(cè)壁與工作端面間隙d的計算原理圖（如圖）;
輸料槽側(cè)壁與工件端面間隙的計算如下：
上圖為求輸料槽側(cè)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(dǎo)致工件偏轉(zhuǎn)，當(dāng)其偏轉(zhuǎn)到兩對角與輸料槽側(cè)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(gòu)成一個力矩，使工件有繞０點轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動矩越大，當(dāng)d大到一定程度時，可能產(chǎn)生卡住或完全偏轉(zhuǎn)而失去定向，所以要克服上述現(xiàn)象，應(yīng)使工件對角線與水平面夾角大于摩擦角r即：
(摩擦系數(shù))。由上圖可知B=L+d 式中Ｂ為滑道寬度。
由：
因為：
由三角函數(shù)關(guān)系有：
當(dāng)考慮在極限位置時， ．這樣間隙的最大值為：
=
另外由于工件長度存在公差，輸送槽寬度Ｂ存在制造公差，所以實際上常用下式確定最大寬度：
－保證工件在槽中滾動傳送所需要的最小間隙．
由5mmmm,所以適合使用要求。
２． ２上料缸設(shè)計
上料缸所需的上料力可由下分式算得；
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
m-子一個工件的質(zhì)量；
g-重力加速度；
（牛）
由《機械設(shè)計手冊》第二版第五卷機械工業(yè)出版一書查得；
當(dāng)活塞桿推力工作時氣缸的直徑
F-活塞桿的推力；
p-氣缸工作壓力；pa;
-載荷率，可由工作頻率定，一般取=0.20.5,現(xiàn)取=0.5.
則：
由《機械設(shè)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(nèi)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(dāng)取D=50mm; d=14mm時，
；
——活塞桿的推力（N）；
——活塞桿的拉力（N）；
D——活塞直徑(m);
d——氣缸工作壓力(pa);
——載荷率?。?
則： >333.73N，適合工作要求.
選用QGCX系列氣缸，氣缸內(nèi)徑，壓力表為0.6mpa時，氣缸推力= 353.25333.73N
由表：420.2-50QGCX系列的外形尺寸。
2．3活塞桿的計算：
當(dāng)活塞桿的L較小時，時，只按強度條件計算，活塞桿直徑d:
；其中：——氣缸的推力；
——活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa）,
——材料的抗拉強度，（pa）;s-安全系數(shù),s1.4; d為活塞直徑.
活塞桿用４５鋼， ，取s=10，則：
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）壓縮空氣消耗量;D——氣缸內(nèi)徑m；S——缸的行程m
?——氣缸前進（桿伸出）時完成全行程所需時間。
以上設(shè)計由《自動生產(chǎn)線技術(shù)》電子工業(yè)出版社 電儀職大編一本為設(shè)計參考。
第三章 傳輸帶設(shè)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<500kw,I<6軸間距，有較大的傳動。
由《自動生產(chǎn)線技術(shù)》天津電儀職大編，輸送帶寬度可按經(jīng)驗公式選?。海耣+200MM
Ｂ－輸送帶寬度
b－輸送物的寬度．
Ｂ２７６＋２００＝４７６mm
3．2初定設(shè)計參數(shù)：
帶寬Ｂ＝５００mm，帶速Ｖ＝３／６０＝０．０５m/s，上托輥間距m，下托輥間距＝３m?,上下托輥槽角為０，上下托輥徑＝８９mm.
3. 3帶能力計算：
當(dāng)帶速Ｖ＝０．０５m./s時，帶的輸送能力為:
Ｇ－單件物品的質(zhì)KG，Ｔ－物品輸送機的間距． m.
V-帶速，m/s. T=1m
每小時輸送的件數(shù)：n=3600件．
由《運輸機械設(shè)計選用手冊》：帶寬與輸送能力的匹配關(guān)系查得：
選用Ｂ＝５００mm，帶速輸送能力＝６９大于
的輸送能力，所以適合使用要求。
3．4 帶驅(qū)動力及所需傳動功率算：
１） 圓周驅(qū)動力的計
傳動滾筒上所需要圓周驅(qū)動力為所需阻力之各由下式計算:
--為主要阻力N,阻力；
--為特種主要阻力,即托輥前傾摩擦阻力及導(dǎo)料槽摩擦阻力N；
--特種附加力.即清掃器卸料器及翻轉(zhuǎn)回程分支與輸送帶的阻力Ｎ．
-為傾斜阻力Ｎ
＝mgun
由表2-32特種阻力得：工件與輸送帶間的摩擦系數(shù)為：Ｋ＝0.5~0.7
=2.52X9.81X0.6X10=148.33(N)
由表２－３１附加阻力：＝
-是加料段送物料和輸送帶間的慣性阻力及摩擦阻力．
＝Ｐ（Ｖ－）＝（Ｖ－）＝０．１２６Ｘ０．０５＝６．３Ｘ
＝＝＝０
即：＝＋＝１４８．３３＋６．５Ｘ１４８．３４（Ｗ）
２） 傳動功率的計算：
＝Ｖ
－傳動滾筒軸所需功率ＫＷ
－圓周驅(qū)動力ＫＷ
?。郑瓗賛/s
=XV=148.38XX0.05=7.419X(KW)
驅(qū)動電機軸所需功率＝（ＫＷ）帶式輸送機所需功率
（反饋功率）式中：
（KW）
３） 輸送帶張力的計算：
（1） 制輸送帶下垂棄的最小張力：
承載分支：
-上托輥間距。=1m
-每米長輸送帶的質(zhì)量。Kg/m
-每米長輸送物料的質(zhì)量kg/m
= 其中：輸送能力；p-物料的松散密度。Kg/;
V-帶速。M/s
初選輸送帶NW-150=3層。查表：1-6得：
NW-150輸送還第層質(zhì)量1.15kg/.上膠層=30mm。下膠層=1.5mm。
每毫米厚料質(zhì)量為1.19kg/則：
=I3X11.5+(3.0+1.5)X1.19IX1.0=8.805KG/M
== 其中：N-第小時輸送的件數(shù)（個/小時）
G-每個零件的質(zhì)量（T）；V-帶速M/S
則：N
回程分支：
１） 輸送帶工作時不打滑需保持的最小張力：
]
- 滿載輸送機起動或制動時出現(xiàn)的最大圓周驅(qū)動力
u-——傳動滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)
表：2-33光滑裸露的鋼滾筒干態(tài)運行。U=0.35~0.40
--傳動滾筒的圓包角，一般取=2.8~4.2rad ()
——抗拉系數(shù)。見表：2-34?。簎=0.35 =200
則：=3.40
起動時傳動滾筒上最大圓周力如下圖分布：
其中：——驅(qū)動力W
——起動系數(shù)。=1.3~1.7取：=1.5
則：
由：計算輸送機各張力，忽略附加阻力，可得點張力：
其中：——第米長輸送帶的質(zhì)量kg/m
H——輸送機高度差H=0
G——重力加速度
——輸送帶清掃器的摩擦阻力。=0
f——模擬摩擦系數(shù)根據(jù)工作條件及制造，安裝水平選取。參見表：2-30
水平的電動工況，工作環(huán)境良好，制造安裝良好，還速低，物料內(nèi)摩擦系數(shù)小，f=0.020.
l——輸送機長度（頭、尾、滾筒中心距）M
——承載分支托輥每米長旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量kg/m
第米長輸送帶的質(zhì)量 kg/m
F6>
=92.71+0.02X15X9.81(4.78+8.805)
=92.71+39.98=132.69(N)<1388.73
則：取=1388.73W,可得穩(wěn)定運行工況下：
則取?？傻梅€(wěn)定運行工況下：
４） 輸送帶層數(shù)的計算:
為穩(wěn)定工況下輸送帶最大張力N
n為穩(wěn)定工況下輸送帶靜安全系數(shù)
為輸送帶縱向拉斷強度.n/(mm層.)見表: =150N/mm層)
B為帶寬.mm.B=500mm
=(層)
按表2-16取最小值三層與初選相同.
3． 5拉緊裝置重錘質(zhì)量計算:
--回程分支托輥每米長旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量kg/m
=2.1[6.3+3.1215]=19.785(KG)
則拉緊力為19.785X9.81=194.09(W)
3．6靜載校核輥子計算：
承載分支：
-承載分支托輥靜左荷N
-為承左分支托輥間距m;
e-為輥子載荷系數(shù)．由表２－３５查得
Ｖ-帶速m./s;
-每米長輸送帶質(zhì)量kg/m ;
-輸送能力kg/s
（e=1;=1;v=0.05m/s; =8.805kg/m;=0.126kg/s）
查表２－７４輥子承載能力：上輥，Ｌ＝６００mm．軸承４Ｇ２０４
承載能力１０７０Ｎ能滿足要求．
回程分支
為回程分支托輥靜載荷，Ｎ；為回程分支托輥間距m;
由表２－７４輥子承載能力：下輥，Ｌ＝６０0mm軸承４Ｇ２０４承載能力１０７０Ｎ能滿足要求。
3. 7動載計算：
承載分支
——承載分支托輥動載荷Ｎ；
——回程分支托輥動載荷Ｎ；
——運行系數(shù)郵表２－３６，每天運行９～１６小時，＝１.1
沖擊系數(shù)見表：２－３７；暢料料度>150~300.帶速Ｖ２m./s; =1.20;
工況系數(shù)見表：2-38正常工作和維護條件=1；
昀能滿足要求。
（１） 托輥設(shè)計
由《新型帶式輸送機設(shè)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(zhì)量
500mm
89mm
600mm
4G204
740
800
175.5
170
160
M12
11.6
2)平行下托輥組::
帶寬
D
L
軸承
z
A
H1
P
Q
D
質(zhì)量
500mm
89mm
600mm
4G204
792
740
100
145
90
M12
10.4
3)滾筒的設(shè)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=
為滾筒表面壓強mpa;B—帶寬mm;為圓包角。為圓周力Ｎ；；所以初選適合。安裝尺寸如下：
Ｂ
D
L
Ｌ１
Ｌ２
Ｋ
Ｍ
Ｑ
Ｐ
Ｈ
h
500
200
600
114
495
140
70
100
120
M12
33
H1
d
b
n-dy
70
20
16
22
2-m8x1
第四章 步進電動機的選用：
4．１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(zhuǎn)矩ＷＭ
為0.7８4ＷＭ，最高空載起動頻率為５００HZ;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為：0.701X;外形尺寸：外徑＝５５mm; 長度：70mm;軸徑＝６mm
驗算步矩角與脈沖當(dāng)量的適合條件：
；
４． 2驗算矩頻特性：
步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機的電位轉(zhuǎn)矩（靜止?fàn)顟B(tài)），步進電機的名義起動轉(zhuǎn)矩，其與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為
由《機械設(shè)計手冊》第二版，機械工業(yè)出版社出版，ＢＦ 反應(yīng)式步進電動機技術(shù)參數(shù)表：＝０.7８４NM
查《機電綜合設(shè)計指導(dǎo)》表２－１２得：＝０.８８６
選電機型號時應(yīng)滿足步進電機所需起動力矩小于步進電機起動轉(zhuǎn)矩
即：
；
；附加摩擦力矩。
；
——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（kgcm） ——為電機最大角加速度（rad/）
t——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）;
——為脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）
——為選步進電機的步矩角（度/秒）；
=0.534(Nm)
4．3空載摩擦力矩
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=0.7~0.85; =0.85 圓滾輪的圓周長（ cm）
４． 4加摩擦力矩
——為運動牽引力；
——預(yù)緊帶輪傳動效率，一般以0.9;
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?fàn)顟B(tài)開始升速在零時刻，啟動頻率為零，在一段時間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速，啟動結(jié)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：允許啟動的頻率為600HZ，所以啟動頻率應(yīng)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(shè)計
5．1 定位基準(zhǔn)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(yīng)該選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(zhǔn)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
刀片材料：高速鋼
刀桿尺寸：ＤＸＬ＝50X50 GB1115-85
細齒：Ｚ＝８，刀具內(nèi)徑孔＝22mm；
夾緊力：由《簡明銑工手冊》賈風(fēng)桐主編。機械工業(yè)出版社出版。表：3-13查得：
其中：-為系數(shù)；
-為背吃刀量；
-為每齒進給量;
a- 為側(cè)吃刀量；
z-為銑刀齒數(shù)；
-為銑刀直徑；
n-為銑刀轉(zhuǎn)數(shù)。
：3-14
所以：=774（N）
當(dāng)三把刀銑削時：
水平分力：
垂直分力：
在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)
其中：為基本安全系數(shù)，取：1.5
為加工性質(zhì)系數(shù)，取：1.1;
為刀具鈍化系數(shù)，?。?.1
為斷續(xù)切削系數(shù)，取1.1
則：
選用氣缸——斜楔夾緊機構(gòu)，楔角a=,其結(jié)構(gòu)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(yīng)為：
故： Ｎ＝，
其中為夾具定痊面及夾緊面上的表面摩擦系數(shù)
當(dāng)推力 作功時：
=112.53m
由《機械設(shè)計手冊》第二版第五卷，機械工業(yè)貶出版，表：42.2-4缸筒內(nèi)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2mm。選用氣缸D=125mm，當(dāng)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(gòu)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(yīng)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(shè)有平等度或垂直度等的定位誤差，所以按標(biāo)注一般的定位誤差分析研究，夾具能滿足使用要求的。
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：
,其中：I為安全系數(shù)，取I=2;則：
2）缸徑計算
當(dāng)拉力做功時：
其中：D——活塞直徑；
p——氣缸工作壓力；p=0.6;
-——載荷率由于工作頻率高，一般?。海?
d——活塞桿直徑一般?。篸/D=0.2~0.3；取d/D=0.25(m)
則：=38.88mm
由《機械設(shè)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(nèi)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(dāng)取D=50mm; d=14mm時，
；
——活塞桿的推力（N）；
——活塞桿的拉力（N）；
D——活塞直徑(m);
d——氣缸工作壓力(pa);
——載荷率?。?
則： >333.73W，適合工作要求.
選用QGCX系列氣缸，氣缸內(nèi)徑，壓力表為0.6mpa時，氣缸推力= 353.25333.73w
由表：42.22-50QGCX系列的外形尺寸
。
3)活塞桿的計算：
當(dāng)活塞桿的L較小時，時，只按強度條件計算，活塞桿直徑d:
；其中：——氣缸的推力；
——活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa）,
——材料的抗拉強度，（pa）;s-安全系數(shù),s1.4; d為活塞直徑.
活塞桿用４５鋼， ，取s=10，則：
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：
J——氣缸筒的壁厚mm；
D——氣缸筒子內(nèi)徑mm；
——扣帽子缸筒試驗壓力，一般取=1.59
P——氣缸筒壓力（Pa）
[]——缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）[]=；
材料抗拉強度
s——安全系數(shù)，一般?。簊=6~8,取s=8則：
由表42.2-9氣缸壁厚查得：Q235有D=,
5mm>3mm所以適合使用要求。
6．２升降缸
1）由國家ISOＳ標(biāo)準(zhǔn)查得ＱＧＣＸ系列的重量為1.57kg.則：
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：
?。?-是安全系數(shù)，取：Ｋ＝30
由于升降機是推力做功：即：，Ｄ為氣缸直徑(mm);為氣缸推力，（Ｎ）。
—載荷率，則：
由《機械設(shè)計手冊》第二版第五卷，工業(yè)出版社出版，表42.2-4缸筒內(nèi)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(dāng)D=50mm, d=14mm時，
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，
則：>461.7（N）
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：
氣缸受軸向壓力以后會產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力達到極限力以后
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：
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(zhuǎn)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=49XPa
a——系數(shù)對鋼?。?/5000；
則：=30522。834（N）461.7N
適合使用要求。
２） 筒壁厚的計算
按薄壁筒公式計算：
J——氣缸筒的壁厚mm； D——氣缸筒子內(nèi)徑mm；
——扣帽子缸筒試驗壓力，一般取=1.59
P——氣缸筒壓力（Pa）
[]——缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）[]=；
材料抗拉強度
s——安全系數(shù)，一般取：s=6~8,取s=8則：
由表42.2-9氣缸壁厚查得：Q235有
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;
查ISO900國家標(biāo)準(zhǔn)GQA1140氣缸重量m=3.52kg;
由于第三個氣缸是轉(zhuǎn)缸作旋轉(zhuǎn)用，選用D=63mm,d=16mm,推力為1700N適用于推拉旋轉(zhuǎn)。S=50mm,=2s
第七章 氣動系統(tǒng)設(shè)計
7．1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）壓縮空氣消耗量;
D——氣缸內(nèi)徑mm；
S——缸的行程mm
?——氣缸前進（桿伸出）時完成全行程所需時間。
夾緊缸：
升降缸：
旋轉(zhuǎn)缸：
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(shè)計手冊》第二版第五卷表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。
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(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備用氣量與空壓機流量之間的平衡為目的，則有：
——貯存氣罐容積（）;
——空壓機供氣量。/s
t——氣動系統(tǒng)中設(shè)備裝置消耗的自由空氣流量/s
——大氣壓力；
——貯存罐中氣體能夠上升達到的最高壓力mpa
——為貯氣罐中氣體允許下降到的最低壓力mpa
代入數(shù)值得；0.5652
取D=30mm,貯氣罐的高度為其內(nèi)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(yīng)，選擇氣動三元件，型號為：398.213G1/8
7．5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(guān)系：Ｑ＝可導(dǎo)出：d=取標(biāo)準(zhǔn)管徑為：４０mm.
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(nèi)。
沿程壓力損失由式：式中沿程壓力損失；d管內(nèi)徑，d＝0.04m；
l管長， l=0.6m;v管中流速，Ｖ＝＝＝１１.8m/s;沿程阻力系數(shù)，由雷諾數(shù)ＲＥ和管壁相對粗糙度確定。
根據(jù)溫度，由表４２.１－５查得運動粘度v=
，
根據(jù)、查得有關(guān)手冊得：，溫度，壓力０.4Mpa時值可由式（42.1-2、41.6-4算出：
o-e段的沿程壓力損失：
由式：可查得：
e-x段沿程壓力損失：
由y-x的所有沿程壓力損失：
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：
部阻力系數(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：
查表得42.6-15得：
(3)總局部壓力損失：
2)總壓力損失：
考慮排氣口消聲器等末計入的壓力損失：
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。
執(zhí)行元件需工作壓力p=0.4Mpa，壓力損失
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(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的流量）
氣缸的用氣量和下式計算：
式中：－一臺用氣設(shè)備上的氣缸總用氣量；
n-用氣設(shè)備臺數(shù)，五臺氣缸同時動作。
M－一臺設(shè)備上的用氣執(zhí)行元件個數(shù)，
A――一臺設(shè)備中某一氣缸在一個周期內(nèi)的平均用氣量。
t―某個氣缸一個單行程的時間，
Ｔ某設(shè)備的一次工作循環(huán)時間。
同時設(shè)備利用系數(shù)漏損系數(shù)；備用系數(shù)則：氣缸的用氣量：
查手冊選用型號為：ＺＷ－0.1/7，
排氣量為：,排氣壓力為：０.6ＭＰa。電機功率為：1.5kw.
鳴謝
在這次畢業(yè)設(shè)計中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識，培養(yǎng)了我綜合運用所學(xué)知識，獨立分析問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運用資料，還使我學(xué)會如何與同學(xué)共同討論問題。同時也遇到很多問題，如設(shè)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(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。最后感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師給我的教育和培養(yǎng)，特別感謝我的導(dǎo)師給我精心的指導(dǎo)。
設(shè)計參考資料：
1、《自動生產(chǎn)線技術(shù)》 天津電儀職大編 電子工業(yè)出版；
2、《機械設(shè)計手冊（1～5冊）》 機械設(shè)計手冊編寫組 機械工業(yè)出版社，1998；
3、《運輸機械設(shè)計選用手冊》 《運輸機械設(shè)計選用手冊》編輯委員會編 代學(xué)工業(yè)出版；
4、《新型帶式輸送機設(shè)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(shè)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(xué)出版社；
9、《機電一體化系統(tǒng)設(shè)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(xué)出版社，2000；
12、機械設(shè)計《課程設(shè)計圖冊》第三版，龔桂義 主編；哈爾濱工業(yè)大學(xué)；
13、《機械零件手冊》 周開勒 主編 高等教育出版社
35
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