殼體多工位螺紋加工自動控制機的設(shè)計說明書

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摘 要 我們所說的螺紋加工自動控制機是很多機械產(chǎn)品或者是電子產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)，目前它的被廣泛應(yīng)用在各個行業(yè)。螺紋加工機主要加工目標(biāo)是箱體或者殼體，最主要的工序就是螺紋加工。它占螺紋加工控制機殼體機械加工總工作量大約為60%。這個百分比是不可小看的，為了提高螺紋加工機的效率，我們必須著重處理攻絲問題。 現(xiàn)在多工位螺紋加工機器基本都是改裝的，沒有特定種類的，改裝的基礎(chǔ)機械結(jié)構(gòu)類似于我們經(jīng)常使用的鉆床，好處是我們對它已經(jīng)非常了解，所以容易操作，不過也有很多突出問題，就是它保留了鉆床使用的缺點，比如：加工精度低，震動較大，機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍性差，只能針對特殊工件等。雖然我們現(xiàn)在可以在市場上買到簡易的螺紋攻絲機，但是它們并不理想，缺點突出，畢竟行業(yè)不重視，因此我們自己設(shè)計一種高效率的殼體多工位螺紋加工機符合社會的需要。 經(jīng)過我們不斷的市場調(diào)查，資料搜集，匯總。基本認(rèn)識到攻絲結(jié)構(gòu)部分的工作原理：首先要用彈簧把攻絲頭和夾頭連接起來，也就是浮動連接，這樣可以實現(xiàn)自動進給，表面了連接頭之間的磨損，為了提高加工效率我們先設(shè)計兩個攻絲頭，進給運動主要靠普通絲杠導(dǎo)軌來實現(xiàn)。 為了精確安裝定位工件，我們必須實現(xiàn)6個工位的分度，因此設(shè)計一個伺服控制系統(tǒng)，但我習(xí)慣上把它叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前普遍采用PLC編程來實現(xiàn)，因為它能自動控制避免了過程繁瑣。這樣工作效率大大提高，最主要的是能夠緩解工人的壓力，符合社會道德要求。 關(guān)鍵詞： 螺紋加工機 PLC自動控制 絲杠導(dǎo)軌 軸 ABSTRACT Automatic control machine is a lot of what we call the thread or is the main structure of electronic products, mechanical products right now, it is widely used in various industries.Threader main processing targets or shell is enclosure, the main thread machining process is.It accounts for thread machining processing control machine shell total workload is about 60%.This percentage is not to look down upon, in order to improve the efficiency of the screw thread processing machine, we must focus on dealing with tapping. Now transfer thread processing is mainly by the drilling machine transformation and become simple and easy tapping machine, but there are process trival, low quality and precision is not enough, easy to accidents such as shortcomings.And the tapping machine on market and does not apply to small hole thread tapping, so according to the characteristics of thread machining machine automatic control design of a utility model transfer thread machine automatic control is very necessary. Adopts screw in design of the basic institutions to implement tapping head feed movement up and down, tapping head adopts double linkage, it and tap holder using floating connection, which can realize the feed type.Through the rotary table servo system six workstation dividing positioning, application of PLC programming to realize the automatic control of the machine.Thus can improve the work efficiency, reduce the labor intensity of workers and other purposes. Keywords: Tapping machine, Rotary table ,Servo control system, Automatic control motor housing I 螺紋加工控制機多工位殼體螺絲加工機的設(shè)計 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1選題的意義和必要性 1 1.2課題簡介 1 1.3主要工作 1 2 機械部分 2 2.1 螺紋加工自動控制機的設(shè)計 2 2.1.1方案比較 2 2.1.2螺紋加工控制機螺紋孔加工機的基本結(jié)構(gòu) 3 2.2攻絲頭的設(shè)計 3 2.3軸的設(shè)計 4 2.3.1軸的材料 4 2.3.2軸徑的初步估算 4 2.3.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 2.3.4軸的強度校核 4 2.4絲杠設(shè)計與電機的選擇 5 2.4.1絲杠的設(shè)計 5 2.4.2電機選擇 7 2.4.3絲杠的校核 9 2.5齒輪的設(shè)計 9 2.6同步齒形帶和帶輪的選擇 10 2.6.1同步齒形帶和帶輪的選擇 10 2.6.2同步齒型帶傳動的張緊裝置 10 2.7導(dǎo)軌的設(shè)計 11 2.8主軸軸承的選擇 13 2.8.1滾動軸承的選擇 13 2.8.2滑動軸承的選擇 14 3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 15 3.1概述 15 3.2伺服系統(tǒng)的選擇 15 3.2.1伺服電機選擇 15 3.2.2伺服驅(qū)動器選擇與應(yīng)用 15 3.2.3電子齒輪的功能 16 3.3控制方案的設(shè)計 17 3.3.1控制方案的選擇 17 3.3.2 PLC的選擇 17 3.3.3電氣控制主回路接線圖 18 3.3.4絲杠和攻絲電機的主回路設(shè)計 19 3.4電器元件的選擇 20 3.4.1接觸器的選擇 20 3.4.2熱繼電器的選擇 21 3.4.3數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的選擇 21 3.4.4感應(yīng)控制熱敏電子 21 3.4.5所選電器元件參數(shù)表 21 3.5梯形圖設(shè)計 22 結(jié) 論 24 參考文獻 25 附錄1：外文翻譯 26 附錄2：外文原文 37 致 謝 42 1 緒論 1.1選題的意義和必要性 螺紋加工控制機是電器產(chǎn)品及其各種機械設(shè)備的主要部件，其市場需求量大。螺紋加工控制機的主要機械加工部件為箱體，箱體加工的難點是攻絲，其占螺紋加工控制機殼體機械加工總工作量大約為60%。所以怎樣解決攻絲問題是提高螺紋加工控制機加工效率的關(guān)鍵所在。 現(xiàn)在多工位螺紋加工主要是經(jīng)鉆床改造而成的簡易攻絲機，但是存在過程繁瑣、質(zhì)量低、精度不夠，易出事故等缺點。所以對于螺紋加工控制機加工特征，需要設(shè)計新的微電極殼體螺絲孔加工機。 1.2課題簡介 本機床主要完成沖壓螺紋加工控制機殼體安裝螺紋絲孔加工（螺紋孔已經(jīng)沖好、完成攻絲加工），對加工機要求效率高、定位準(zhǔn)確、雙攻絲頭工作、六個工位、能夠?qū)崿F(xiàn)半自動化（人工上料），使用伺服控制系統(tǒng)來實現(xiàn)6工位分度。 1.3主要工作 查閱與攻絲機床和伺服系統(tǒng)相關(guān)的外文文獻資料，了解普通攻絲機床和伺服系統(tǒng)的工作原理；通過整理與匯總資料，提出多個螺紋加工控制機殼體螺紋絲孔加工機的設(shè)計方案，并進行方案比較，最后選擇最優(yōu)方案。完成螺紋加工控制機殼體螺紋絲孔加工機床方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定其傳動方式和結(jié)構(gòu)布局；對傳動機構(gòu)進行必要的分析和校核；完成指定零件圖設(shè)計和整機裝配圖；根據(jù)螺紋加工控制機的加工特點選擇合適的控制方案和伺服控制系統(tǒng)。 II 螺紋加工控制機多工位殼體螺絲加工機的設(shè)計 2 結(jié)構(gòu)組成 2.1 螺紋加控制工機的設(shè)計 2.1.1兩種辦法類比 A圖 螺紋加工機方式1 B圖 螺紋加工機方式2 辦法一整體結(jié)構(gòu)有主軸箱，減速箱、主軸、底座、工作臺、進給機構(gòu)，軸箱與臺鉆結(jié)構(gòu)相似。所以很明顯的看出機器太大，要考慮的東西太多，不好操作，普通工人很難操作，制造成本很高，并且效率低，不符合我們的要求。 辦法二給人的主觀印象是簡便靈巧、適合大多數(shù)人操作。它其實是由我們所熟悉的鉆床改裝過來的，進給運動主要靠普通絲杠導(dǎo)軌來驅(qū)動，進給運動方向是上下運動。箱體螺紋過程中，攻絲頭的運轉(zhuǎn)靠多組齒輪傳遞扭矩，因此必須有齒輪減速裝置，這里我們用電動機可以實現(xiàn)。 那么通過兩種方式的比較，在現(xiàn)實背景下我們得出的結(jié)論是方式2比較好。 2.1.2攻絲機的組成 螺紋加工裝置—齒輪減速機構(gòu)用交流電機連接，它的好處是攻絲頭的主運動容易掌控在合理范圍內(nèi)，在不改變電動機轉(zhuǎn)速的情況下能夠讓旋轉(zhuǎn)力輸送給絲錐。 導(dǎo)軌傳動裝置—螺紋加工頭的往返主要靠普通絲杠導(dǎo)軌來驅(qū)動，進給運動方向是上下運動，工作臺由絲杠帶動，在導(dǎo)軌上來回運動，其位移可以由微電機掌控。 旋轉(zhuǎn)工作臺— 回轉(zhuǎn)工作臺每個位置上安裝一個固定螺紋加工機殼體的柱銷，總共設(shè)置6個自由度，為了實現(xiàn)6個自由度的安裝，因此設(shè)計一個伺服控制系統(tǒng)。 2.2螺紋加工頭的制定 如上所示 1，2,3,4,5分別是轉(zhuǎn)軸、攻絲機外殼、套筒、連接部分、螺紋加工尖端 螺紋加工端與轉(zhuǎn)軸的下端緊密聯(lián)接，通過滑動軸承來與箱體連接。攻絲頭上下運動，與絲錐夾頭采用可以上下懸空的碰觸，用彈性裝置來消除絲錐頭的進給行程和攻絲錐進給速度的差值。 2.3轉(zhuǎn)軸制定 2.3.1轉(zhuǎn)軸金屬的使用 四十五號鋼材料，前提正火改善硬度等性能 2.3.2轉(zhuǎn)軸尺寸大小 因為有兩根軸運轉(zhuǎn)，不能出現(xiàn)太遠(yuǎn)，更不能太近容易互相干擾，所以設(shè)計它們的合適間距為30毫米，螺紋加工尖斷的半徑設(shè)置為4毫米，轉(zhuǎn)軸下端的半徑設(shè)計為6毫米，轉(zhuǎn)軸上端的半徑設(shè)計是10毫米 2.3.3轉(zhuǎn)軸零件裝配畫法 C圖轉(zhuǎn)軸零件畫法圖 1、與減速機構(gòu)相連接的軸 2、兩軸固定裝置 3、鍵和槽 4、滾動軸密封左蓋 5、軸承橡膠座墊 6、軸承 7、軸承保護裝置8、減速齒形結(jié)構(gòu) 9、槽 10、保護軸承裝置 11、滾動軸密封右蓋 2.3.4轉(zhuǎn)軸抗彎檢測和計算 翻找以前數(shù)據(jù)（2）251 實心轉(zhuǎn)軸抗彎公式： （Tt）大于或等于Tt=TcP=(96000p.n)0.2d 3 （a） 因為我們所選的是四十五號鋼材料，Tt的值為30～40，取為35 n＝2000轉(zhuǎn)每秒，使轉(zhuǎn)軸的直徑為20毫米 Tt=14.6小于（Tt）的值，所以合格[2]. 2.4螺紋加工電機裝置和絲杠制定 2.4.1絲杠裝置制定 因為普通導(dǎo)軌傳動裝置械結(jié)構(gòu)簡單，且成本低，有很好的拴住特點，滾動導(dǎo)軌傳動裝置因為內(nèi)部有滾柱，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不經(jīng)濟。所以我們考慮工作臺的運動情況，選用滑動導(dǎo)軌傳動裝置。 （1）計算滑動導(dǎo)軌傳動裝置位移L 參考資料[4]12頁 L=Smax（nNmax） （b） N max—馬達（電動）上極限旋轉(zhuǎn)速率 S max—放置工件平板的上極限位移速率 n—馬達和齒輪之間的傳動比 因為馬達采用連接滑動導(dǎo)軌傳動裝置，Nmax、Smax、i設(shè)置為1x10#3轉(zhuǎn)每分鐘、10米每分鐘、1 （2）估算滑動導(dǎo)軌傳動裝置的載荷和轉(zhuǎn)動速度 翻找以前數(shù)據(jù)（2）10頁 滑動導(dǎo)軌傳動裝置的轉(zhuǎn)動速度 N=S（L1000） （c） N、滑動導(dǎo)軌傳動裝置的轉(zhuǎn)動速度 S、滑動導(dǎo)軌傳動裝置的移動速度 考慮到滑動導(dǎo)軌傳動裝置長度小，所以滑動導(dǎo)軌傳動裝置的轉(zhuǎn)動速度基本不會波動，設(shè)置N為80轉(zhuǎn)每分鐘 滑動導(dǎo)軌傳動裝置的移動速度S為0.8米每轉(zhuǎn) 滑動導(dǎo)軌傳動裝置的載荷f 翻找以前數(shù)據(jù)（2）10頁 f=F縱+u（Ja+Jb+F軸） （d） 翻找以前數(shù)據(jù)（2）圖7計算出 F縱等于一千牛頓， F軸等于五百牛頓， Ja等于九百八十牛頓 Jb等于零 u等于零點一 滑動導(dǎo)軌傳動裝置的載荷f等于1150牛頓 （3）滑動導(dǎo)軌傳動裝置載荷的f動 翻找以前數(shù)據(jù)（2）11頁 F動=HFmax60nUw（100UaUb） （e） 翻找以前數(shù)據(jù)（2）19頁 H、Ua、Ub、Uw分別設(shè)置為2萬小時、1.5、1、 96% F動=200006011481.5601000（10010.97）≈25000N F動的結(jié)果是根據(jù)Fmax的取值來定的。 翻找以前數(shù)據(jù)（2）11頁 F動=UeFmax （f） 翻找以前數(shù)據(jù)（2）19頁得Ue等于4.5， 所以的F動約13000牛頓 通過比較我們選最大F動為25000N （4） 計算所通過的極小半徑 滑動導(dǎo)軌傳動裝置極大彎曲范圍 設(shè)置δ等于3微米 計算所通過的極小半徑R=0.510f靜lπδE10 翻找以前數(shù)據(jù)（2）11頁 S總=-4位移+0.1S （g） 翻找以前數(shù)據(jù)（2）11頁 靜摩擦力： F靜=Jau （h） 查表知u、S、Ja分別為0.2 125毫米 980牛頓， 所以根據(jù)上面兩個公式計算：S總、R、f靜分別為290毫米，17.3毫 米，196牛頓 （5） 滑動導(dǎo)軌傳動裝置的類別 設(shè)置D等于32 毫米，d等于27.2毫米 （6）計算行程補償值與預(yù)拉伸力 翻找以前數(shù)據(jù)（2）11頁 余量： △=11.6△t0.001（Sk+2Sa+Sn） （i） 其中△t、Sa、Sk、Sn分別為2.5攝氏度、-2L（導(dǎo)程）=40毫米、125毫米、153毫米， 綜上計算出△等于9.38微米 翻找以前數(shù)據(jù)（2）12頁 f拉=1.95R#24=3622牛頓 （j） （7）導(dǎo)軌傳動裝置的滑動軸承參數(shù)確定 極限抗彎受力 f總 6550牛=f拉3622牛+fmax2828牛 設(shè)定滑動軸承里面直徑20毫米 翻找以前數(shù)據(jù)（2）12頁 F緊=（13f拉）=2201牛頓 （k） 根據(jù) 優(yōu)先載荷大于f緊 由此翻找以前數(shù)據(jù)（3）523頁確定7003c 2.4.2螺紋加工裝置 假設(shè)我們加工的箱體零件100kg，導(dǎo)軌傳動裝置長度僅僅10毫米， F阻： 根據(jù)f阻=umg=0.110010=1000牛頓 設(shè)置軸向力等于450牛頓，滑動導(dǎo)軌傳動裝置全長710毫米，滑動導(dǎo)軌傳動裝置d等于27.2毫米，Ia轉(zhuǎn)動慣量: Ia=2457.17.60.114≈13千克每平方米。 對Im= 0.0035螺紋加工裝置馬達內(nèi)部線圈受力分析，我們可以把它想象為兩個轉(zhuǎn)動慣量的相會影響，因為轉(zhuǎn)動速度不斷改變，所以這個相互影響不能小看，所以我們制定以下方案來討論。 初選螺紋加工裝置型號10CG012[5],Im= 0.003,考慮到任何方案都必須考慮最差的情況，我們?nèi)÷菁y加工機起始速度3米每分鐘 在加工零件后，螺紋加工機區(qū)域平穩(wěn)后的轉(zhuǎn)速Vn等于Vou360=405.5轉(zhuǎn)每秒，兩部分轉(zhuǎn)動慣量只和為I總：0.000474+0.0035=0.004024千克每平方米。 翻找以前數(shù)據(jù)（4）154頁 螺紋加工裝置轉(zhuǎn)動力F: F=VoVnf阻π2 =3405.51000π2≈0.86牛每米 （l） 螺紋加工裝置從初速度到速度平穩(wěn)過程中所用的時間一般取t等于0.3s，所以起始速度Vc等于360=50微米每秒，利用線速度和角加速度公式: 翻找以前數(shù)據(jù)（4）155頁 a=wt=500.3≈166.7 （m） 由此可得慣性力矩Ta=166.70.004024≈0.0671牛每米 那么我們大約計算出總的力矩為0.0671+0.86等于0.9271牛每米 螺紋加工機的最優(yōu)輸出參數(shù)制定，做到這里會想到以上計算都是在理想狀態(tài)下，現(xiàn)實中電機不可能全部功率都轉(zhuǎn)換為機械能，所以我們還要考慮浪費掉的效率。 翻找以前數(shù)據(jù)（4）155頁，取u等于0.3， 那么電機總工是W1=0.9721（1-0.3）等于1.39牛米。 翻找以前數(shù)據(jù)公式（4）155頁 W=W1e=1.391.6=2.224牛米 （n） （通常安全因子e為1.6） 初選螺紋加工裝置型號10CG012[5]我們假設(shè)極限轉(zhuǎn)矩為10.0牛米，很明顯100.75大于W=2.224，所以我們假設(shè)很成功。 2.4.3滑動導(dǎo)軌傳動裝置檢驗和計算 我們知道絲杠是攻絲機的關(guān)鍵承受載荷的地方，為此有必要檢查的抗壓抗彎能力，不過這和絲桿導(dǎo)桿的尺寸有關(guān)，這里我們要先選擇合適的尺寸，在根據(jù)這個尺寸計算它是否滿足要求承受載荷能力大小計算： 翻找以前數(shù)據(jù)公式（4）155頁 Q＞f檢=FhFmFpK （o） 系數(shù)Fh、Fp、依次取1、1.3 Fm取1000牛 K等于60rT112=60（10003）16000 最后代入得f檢等于81534牛 翻找以前數(shù)據(jù)可知滿足檢驗條件 剛才我們除了考慮承受載荷能力還要考慮絲杠內(nèi)部導(dǎo)桿的抗彎能力 翻找以前數(shù)據(jù)（4）156頁 K剛度={（Nu）u}（6.28lM）+（fuMh） u、M、h依次表是抗彎系數(shù)、彈性模量、橫截面積取值依次為0.7、21011 帕、10、1平方厘米，得K剛度等于0.009符合。 2.5減速機構(gòu)制定[6] 減速箱內(nèi)零件主要是齒輪，為此我們選擇的一個齒輪金屬類型是40號鉻，查表可得它的抗壓值是290布氏（淬火），另一個齒輪減速機構(gòu)金屬材料為45鋼（滲碳淬火）查表可得它的抗壓值是250布氏 。 翻找以前數(shù)據(jù)（5）39頁 （2HM ）=U1+U2查機械原理課本 （p） H兩齒輪間距等于60毫米 M模數(shù) U1和U2分別代表大小齒輪的齒數(shù) 查機械原理課本，一般設(shè)模數(shù)為1.5 得倆齒輪總齒數(shù)為80，再根據(jù)i設(shè)置為3，所以大齒輪齒數(shù)為60，小齒輪齒數(shù)20。大齒輪節(jié)圓半徑為45毫米，小齒輪節(jié)圓半徑為15毫米 兩個齒輪的齒根高和齒頂高相同得Hf1=1.251.5=1.9毫米 ，Ha1=1.5毫米 齒寬系數(shù)為1所以齒寬23毫米. 根據(jù)上述可知道M模數(shù)為1.5齒數(shù)U3+U4 U4+U5都等于3021.5=40.這里我們假設(shè)另外兩組的傳動比i都是1,所以U4為21,U3和U5都為19 齒輪3,5節(jié)圓半徑為14.25毫米,齒輪4節(jié)圓半徑為15.75毫米. 齒輪345齒根高,齒頂高分別對應(yīng)上面兩個齒輪,即1.875毫米和1.5毫米 齒寬系數(shù)為1所以齒寬8毫米. 2.6齒輪組的帶輪和連接帶型制定 2.6.1齒輪組的帶輪和連接帶型制定[7] 首先分析減速箱齒輪的傳動比為1,也就是有相同旋轉(zhuǎn)速度,那么確定帶型是同步的,由此可知輪子也是一樣的,首先要考慮的就是它們的長度,這里設(shè)為L,根據(jù)書上的知識知選擇H重帶型,相應(yīng)的H輪子. D圖 輪子結(jié)構(gòu) E圖 皮帶 2.6.2齒輪組的帶輪和連接帶型調(diào)緊結(jié)構(gòu) F圖 齒輪組的帶輪和連接帶型調(diào)緊結(jié)構(gòu)圖 1,13銷 2,4帶輪密封蓋 3,軸 4,軸承上端蓋 5,沉頭螺釘 6,張緊裝置 7,皮帶 8,輪子 9,支撐板 10,楔子 11,楔形槽 12,齒形機構(gòu)外殼 14底座 F圖裝置主要就是把皮帶拉緊.保持傳動平穩(wěn),關(guān)鍵內(nèi)部結(jié)構(gòu)是里面彈簧的自動伸縮特性,避免太松或者太緊. 2.7微電機導(dǎo)軌制定 作為微電機的輔助系統(tǒng),但是它是非常重要的部分,試想一下,如果軌道抗壓抗彎能力差,摩擦力大,直線度和平行度不高會怎樣?為了解決這些問題我們首先要先對軌道做一些處理,比如加工時用什么潤滑劑,怎樣定位軌道來保持穩(wěn)定剛性.綜上所述,明顯滾珠軌道符合. G圖 滑塊和軌道配合裝置 G圖 因為是滾動滑道,所以里面的鋼珠和軌道都要經(jīng)過調(diào)制做冷硬處理.部件在滑塊上沿著軌道移動,經(jīng)過往返裝置循環(huán)移動. 導(dǎo)軌承受壓力取值: F=d1mg-d2f=1800牛 d1,d2,f,mg=1000牛 分別是接觸點的長度,滑塊重量,零件重量 從開始使用到報廢時間T估算; 翻找以前數(shù)據(jù)（6）8,115頁 T=(FaFcFhFtF動P動Fw)εE （q） Fa,Fc,Fh,Ft,Fw,分別表示為誤差,接觸,熱度,受力系數(shù)值 分別取值1,0.55,1,1,1.3 F動,P動,分別表示不變,可變受力 ε為3,E 指數(shù)和用時單位 綜上求出T=11564千米 H圖 滑塊受力圖 2.8螺紋加工控制機的主軸和軸承制定 2.8.1鉆床和直連微電機軸承 軸承的選用很大程度上取決于工作狀態(tài),鉆床和直連微電機軸承運轉(zhuǎn)速度高,為了減少摩擦力明顯用滾動軸承,根據(jù)軸的尺寸大小選擇軌道填充物體,細(xì)軸明顯用鋼球填充代號7003C為了保持正常工作,習(xí)慣成對使用. 參考機械設(shè)計書328--330頁常用的潤滑方式有三種油潤滑,固體潤滑,脂潤滑,查表13-10,采用滴油潤滑. 2.8.2螺紋加工控制機轉(zhuǎn)軸部分軸承制定[4] 參考機械設(shè)計書第十二章螺紋加工機兩根軸相差不遠(yuǎn),并且受力方向是垂直方向,經(jīng)過慎重考慮選用滑動止推,有磨礪磨損,刮傷,咬合,疲勞剝落腐蝕等失效形式,所以選用合金材料. 根據(jù)工作溫度,所受壓力,軸頸圓周速度,基油脂潤滑. 3 機械伺服機構(gòu)制定 3.1背景和地位 隨著社會的不斷發(fā)展,經(jīng)濟的提高,機械產(chǎn)品越來越趨近于智能化。比如能夠精準(zhǔn)定位,自動控制加工,緊急情況下自動報警或者停止.這些高端產(chǎn)品都有一個伺服系統(tǒng),就像電腦CPU一樣,采集數(shù)據(jù),比較分析,輸出命令.達到控制機械的目的.這里我們主要分析PLC編程語言. 3.2伺服控制系統(tǒng)制定 3.2.1螺紋控制機伺服制定 目前我國在這方面稍顯不足,日本制造業(yè)發(fā)達,隨之誕生的機械產(chǎn)品也很高端,其中MINAS電機是佼佼者，周期短,脈沖高,表明處理信息快,高效.能同時加工多個工件,效率非常高. 3.2.2微型計算機制定 微型計算機有三種類型:數(shù)據(jù)處理型,混合型,檢測控制型.如下圖屬于監(jiān)測控制型, I圖 主機接口 轉(zhuǎn)矩檢測端子,速度檢測端子為串聯(lián),能夠及時處理力信號和速度信號,外界數(shù)據(jù)線接口有電源輸入接口,微電機接口,安全保護端口有接地端子,外置I/0網(wǎng)絡(luò)端口,旋轉(zhuǎn)編程接口 . J圖 電路 根據(jù)接線圖我們看可以看出開啟關(guān)閉,備用,跟隨,處理,轉(zhuǎn)速計算,控制位置等裝置.所以這套系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確定位零件,精確加工零件. 3.2.3伺服系統(tǒng)電子齒輪的作用 和實際存在的機械齒輪結(jié)構(gòu)一樣,微電機的伺服系統(tǒng)也存在齒輪宏觀作用是一樣的,都可以調(diào)節(jié)速度.比如機械齒輪利用傳動比,伺服系統(tǒng)則利用脈沖.PLC的脈沖對于工件工位起重要作用,根據(jù)公式D＝H*K47*2K4aK4b這里我們D為2的17次方 K47為1，K4a等于16，K4b等于5000，得出H等于6千脈沖正好改變6個工位． 3.3伺服控制方案制定 3.3.1選擇PLC的原因 PLC就想電腦CPU一樣,它可以實現(xiàn)機械的自動化加工,能夠節(jié)省工人時間和緩解工人疲勞,還有就是在于信息智能化,精準(zhǔn)的收集數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù),從而可以高效準(zhǔn)確地加工零件. 3.3.2電機伺服系統(tǒng)制定 虛線內(nèi)施加的額定電壓為36福特 K圖 電路圖 二極管--電容器控制電流信號 L圖 寄存控制器電路 0H0--0H15可以鎖存和驅(qū)動,此信號為低電脈沖,這些信號端最大組狀允許信號是雙向的兩條引線內(nèi)部有小電阻,能夠進入終端服務(wù). M圖引線排列和功能 3.3.3微電機伺服機構(gòu)的實物結(jié)構(gòu)圖 M圖微電機伺服機構(gòu)的實物結(jié)構(gòu)圖 3.3.4導(dǎo)軌傳動裝置與螺紋加工機器的線路圖 N圖是計數(shù)器CLa/CLb連接螺紋加工機器，繼電器CLc/CLd連接導(dǎo)軌傳動裝置. N圖導(dǎo)軌傳動裝置與螺紋加工機器的線路圖 O圖3-8 伺服系統(tǒng)PLC路線 3.4電機各類部件 3.4.1接觸器制定[8] 觸發(fā)器有JK,RS,D觸發(fā)器,它有兩個互補輸送段,可以儲存二進制數(shù)字使用,我們制定RS-Q 寄存器的制定,根據(jù)微機原理及應(yīng)用書第10頁可知寄存器由觸發(fā)器組成,緩沖寄存器,計數(shù)器,累加器,移位寄存器. 觸發(fā)器工作時長最好不要過10小時,它與實際電流有一定的增減關(guān)系,由此不斷調(diào)整自己的工作狀態(tài)時刻保持請求和響應(yīng)信號,用該信號確定數(shù)據(jù)傳送方向.寄存器從開始投入使用到第一次維修之間的時長是不同的,具體的可以參考國內(nèi)外市場. 3.4.2熱繼電器的制定 數(shù)據(jù)輸出寄存器有8個數(shù)據(jù)輸入端,端口地址I/0寫信號CLK,累加器把數(shù)據(jù)總線送至該觸發(fā)器寄存,這樣更加方便靈活. 3.4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器制定 模擬量由小到大將輸入模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,從而得到大小不同的數(shù)字量. 3.4.4感應(yīng)控制熱敏電子[8] 它屬于一個閉環(huán)控制系統(tǒng)的放大裝置,根據(jù)熱量信號來改變電阻值,在額定電壓不變的情況下.電流也電阻成反比,從而調(diào)節(jié)電流信號,反聵到輸出端. 3.4.5上述電機部件數(shù)值表 表一觸發(fā)器RS-Q 表二熱敏電阻 表三模數(shù)轉(zhuǎn)換器 表四寄存器 3.5原理框架圖設(shè)計 P圖 原理框架 結(jié) 論 我設(shè)計的題目是殼體多工位螺紋加工自動控制機的設(shè)計,基本上能滿足箱體零件的螺紋加工,但是致命缺點就是伺服系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計較差,PLC編碼確實不會,希望老師給予幫助,我會認(rèn)真學(xué)習(xí).雖然自己理論上制定出螺紋加工自動控制機的方案,但是很明顯有很足的地方,有主觀原因,也有客觀原因.首先文獻資料老舊,已經(jīng)不符合現(xiàn)代技術(shù)的要求,書的種類繁多沒有統(tǒng)一指標(biāo),最主要的原因還是自己能力有限,學(xué)得不夠,知識儲備不足.造成很多誤解和捏造.不過通過這個畢業(yè)設(shè)計題我重新學(xué)到很多關(guān)于機械之外的知識,對我以后適應(yīng)社會有很大幫助. 參考文獻 [1] 薛宏坤.上海機電工業(yè)技術(shù)改造成果選[M].上海；上海人民出版社，1974 [2] 濮良貴，機械設(shè)計[M].北京.第七版；高等教育出版社，1999 [3] 劉剛. 精密滾珠絲杠副[M].南京；南京工藝裝備廠，2001 [4] 毛謙德.袖珍機械設(shè)計師手冊[M].北京.第二版；機械工業(yè)出版社，2000 [5] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京.第二版；高等教育出版社，2001 [6] 于英江.機械制造常用計算大全[M].黑龍江.第一版；黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1992 [7] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊[M]第二卷.北京.第三版；機械工業(yè)出版社，2004 [8] 趙永成，王豐，李明穎.機電傳動控制[M].上海.第一版；中國計量出版社，2003 [9] 日本松夏公司編著.交流伺服系統(tǒng)說明書.日本松下公司，2003 [10] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊[M].第一卷.北京.第三版；機械工業(yè)出版社，2004 [11] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊[M].第五卷.北京.第三版；機械工業(yè) 出版社，2004 [12] 東北工學(xué)院《機械零件設(shè)計手冊》編寫組編.機械零件設(shè)計手冊[M].吉林 第二版；冶金工業(yè)出版社，1981 [13] 劉品，劉麗華.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].哈爾濱.修訂版；哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001 [14] 林述溫.機電裝備設(shè)計[M].北京；機械工業(yè)出版社，2002 [15] 胡佑德.伺服系統(tǒng)原理與設(shè)計[M].北京；北京理工大學(xué)出版社，1993 [17] T.Saotome,F.Yokoi.Precision,Internal Threading of Stainless Steel Precision Engineering,1984 [18] H. Ferdinando, I. N. Sandjaja, G. Sanjaya, Automatic Drilling Machine for Printed Circuit Board, Department of Electrical Engineering Petra Christian University,2009 38 附錄1：外文翻譯 印刷電路板的自動打孔機 彼得基督教大學(xué)機電專業(yè) 摘要 在電子儀表上使用印刷電路板（PCB）是常見的。在實驗階段，而不是最后階段，不得不靠自己打電路板上的孔。如果用手工完成鉆孔，在電路板上打大量的洞和通孔將會影響到鉆孔時的速度。這個想法是實行自動鉆孔。該系統(tǒng)主要分為兩部分，個人電腦中的工業(yè)工程軟件和鉆孔機本身?？缀屯椎淖鴺?biāo)由PCB繪圖軟件生成為文本文件。 PC將提取，然后通過RS - 232連接送他們到計算機。該鉆機配備與MCS - 51家庭最低系統(tǒng)。這個控制鉆孔機的機械部分。要移動鉆頭到具體地點，要使用兩個步進電機。這使得控制系統(tǒng)成為開環(huán)系統(tǒng)。在實驗中，X和Y軸有不同的誤差，分別為2.34％和4.34％。這是因為在蠕蟲系統(tǒng)中的電機和機械部分存在有撓度。 9100米的距離有90個洞（9x10），平均每個為5分左右 關(guān)鍵詞-PCB，鉆孔機，洞，通孔 1.引言 電子電路的發(fā)展通常使用PCB或印刷電路板。制作PCB其中一個工藝就是制作一個洞，無論是過孔還是焊盤。對于小型印刷電路板，這個過程能夠快一點完成。但對于較大的一個，這可能需要更長的時間。 本文論述了PCB自動鉆孔機的發(fā)展。經(jīng)過蝕刻的過程后，印刷電路板放入這個系統(tǒng)，然后被自動打孔 同樣的系統(tǒng)已經(jīng)作出，但控制器是個人電腦，并使用相機檢測坐標(biāo)位置[1]。另一個系統(tǒng)試圖使用優(yōu)化機制遺傳算法，以縮短鉆孔所需的時間[2]。后一個研究了用PLC替換換控制器[3]。所有前面提到的的系統(tǒng)都反應(yīng)遲緩。 系統(tǒng)包括一個微控制器（89C51）,一個鉆孔程序和一臺PC。其鉆孔過程是89C51的責(zé)任，但是PC發(fā)出了該洞的坐標(biāo)。 機械設(shè)備通過步進電機把鉆頭帶到坐標(biāo)位置，X和Y軸。有一個直流電動機它控制鉆頭向上和向下。圖1顯示了機械系統(tǒng)的部分。 所有的電動機由89C51的控制，而89C51單片機接收來自PC的信息。電腦可以通過由為PCB設(shè)計的軟件生成的文本文檔得到坐標(biāo)信息。這些數(shù)據(jù)是通過RS - 232串口傳送的。 直流電機 （Z軸） 進電機 （Y軸） 軸 軸 （Z軸） （Y軸） 軸 直流電機 （X軸） 步進電機 （X軸） 圖1 機械結(jié)構(gòu) 這項研究的目的是要縮短鉆孔所需的時間。以使它的性能優(yōu)于以前的系統(tǒng)。 2.前系統(tǒng) 以前的系統(tǒng)有幾個缺點。其中之一就是他們所需的鉆孔時間太長。從直接檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了工作于X和Y軸的軸發(fā)生了彎曲。這使得鉆頭的運動不理想。有時，當(dāng)步進電機旋轉(zhuǎn)時，鉆頭仍然靜止。 軸與電動機之間的結(jié)合點結(jié)合也不怎么樣。這也貢獻給了無效的運動。 因為步進馬達的速度被PLC的輸出速度而限制導(dǎo)致系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)不能移動很快。步進電機通過脈沖工作。如果脈沖太快則會丟失脈沖，但如果脈沖太慢，步進馬達將會變慢。最壞的是，當(dāng)PLC輸出速度超出其能力時，我們不能使用。 3.第一個進程 第一個進程是修改技術(shù)性部分。彎曲軸被替換為新的。但是運動過程還是不滿意。 如果軸與電動機之間的連接點之間結(jié)合不緊密。這使得運動效率很低。新機構(gòu)就是為了提高效率而加入的。 畢竟這些機構(gòu)，運動方面不是很滿意。事實上問題就是這樣存在的，該步進電機的位置是不好的。 另一個加的部分是限位開關(guān)。兩個限位開關(guān)被添加到系統(tǒng)中。這兩個開關(guān)放置在Z軸上。 4．硬件設(shè)計 該系統(tǒng)是由89C51通用微控制器控制的。配置是單芯片和MAX232被用于串行通信外設(shè)與PC通信。 制造一些電機驅(qū)動器，兩個用于步進電機（X和Y軸），一個用于直流馬達（Z軸），一個用于鉆頭。驅(qū)動使用光耦合器從模擬系統(tǒng)中剔除數(shù)字系統(tǒng)。 5.軟件設(shè)計 有兩個部分，即個人電腦和89C51。雙方有不同的功能，但他們必須攜手運行系統(tǒng)。個人電腦得到協(xié)調(diào)信息然后發(fā)送到89C51通過串行端口。當(dāng)收到這些數(shù)據(jù)時，89C51移動鉆頭到位置，然后開始工作。一個洞結(jié)束后，89C51請求PC得到下一坐標(biāo)。 首先，我們將討論89C51的軟件。它的作用是溝通與PC間的數(shù)據(jù)，來控制所有的機制系統(tǒng)。 要控制步進電機，89C51必須產(chǎn)生脈沖信號。從預(yù)實驗得知，延遲的連續(xù)脈沖為2.5ms。這是最佳的延遲。較短的延遲使得脈沖丟失而長拖延使系統(tǒng)緩慢。 當(dāng)步進電機旋轉(zhuǎn)時89C51還監(jiān)控限位開關(guān)，這將保證這次鉆眼將不能超出限定位置。 鉆頭使用直流電動機在Z軸向上和向下移動，有兩個限位開關(guān)看守在這個軸運動。 PC中的軟件讀取由PCB設(shè)計軟件生成的文件[4]。 PCB設(shè)計軟件可生成一個文件的文本。在文件中，我們可以找到關(guān)于打開文件的坐標(biāo)信息。因此，印刷電路板也必須用本軟件設(shè)計。 圖2顯示了打開的個人電腦軟件的屏幕截圖。點擊打開文件按鈕來打開word文件。坐標(biāo)來自放置在數(shù)據(jù)庫中的文件中。圖3顯示了數(shù)據(jù)庫截圖。 圖2 電腦屏幕截圖 圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)截圖 我們還可以加載以前的數(shù)據(jù)庫，并保存當(dāng)前數(shù)據(jù)庫。在這里，人們可以選擇是否手動選定的坐標(biāo)還是選擇自動。通過手動選項，可以選擇坐標(biāo)，然后將其發(fā)送到89C51。 在自動模式下，軟件將排序首先從X坐標(biāo)，然后Y，這使得鉆頭行動有效率。 當(dāng)鉆進過程中，用戶可以通過單擊取消按鈕來停止它。復(fù)位按鈕是用來重置鉆頭位置的。 從電腦發(fā)送的坐標(biāo)有幾種格式。這取決于坐標(biāo)中的位數(shù)。每一個動作，軸用4個字節(jié)儲存，即10s mm（在040h），1s mm（在041h），0.1s ss（在042h）和0.01s mm（在043h）。必須有一些規(guī)則用來放置內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。規(guī)則是有點復(fù)雜。但是，這是強制性的信息該文本文件是固定的。 表1a和1b顯示了每個軸的內(nèi)存地址。 表1a X軸記憶地址 記憶地址 功能 040h 控制每10mm 041h 控制每1mm 042h 控制每0.1mm 043h 控制每0.01mm 表 1b Y軸記憶地址 記憶地址 功能 044h 控制每10mm 045h 控制每1mm 046h 控制每0.1mm 047h 控制每0.01mm 第1條為9字節(jié)坐標(biāo)。例如，坐標(biāo)是1.23:4.56。這個數(shù)據(jù)是9個字節(jié)長（點和冒號包含當(dāng)中）。 “1”將被放置在內(nèi)存地址030h，“.”是在031h，“2”是在032h，等等。這使用ASCII碼，因此該值必須先減掉030h。 內(nèi)存地址040h到043h被清除這將重置鉆頭的立位置。在030h的值是由減去在041h的值。其結(jié)果是用于移動鉆頭所需的位置。如果結(jié)果為負(fù)，則鉆向后移動。在89C51的將不從地址031h，034h和036h計算因為結(jié)果不是數(shù)字， 第2條是10個字節(jié)的坐標(biāo)。例如，1.23:45.67和12.34; 5.67.第3條是11個字節(jié)坐標(biāo)。例如，12.34:56.78。有了這些規(guī)則，89C51的過程中協(xié)調(diào)移動鉆頭。 6.實驗 用于實驗的PCB展示在圖4中。前三個是和以前的系統(tǒng)相同的電路板。該實驗與過去系統(tǒng)相比。系統(tǒng)一用相機[1]，系統(tǒng)2通過GA優(yōu)化系統(tǒng)3采用PLC[3]。 表2顯示了X和Y軸的性能。該X軸的性能比Y軸更好。從力學(xué)的角度來看這是有道理的。原因是認(rèn)為，Y軸仍然有很少的彎曲。另一原因是在Y軸步進電機位置不是很好。 圖 4a 16孔PCB 圖 4b 21孔PCB 圖 4c 34孔PCB 圖 4d 90孔PCB 表 2a X軸性能 表 2a X軸性能 表3 當(dāng)前系統(tǒng)和之前16孔PCB比較 表4 當(dāng)前系統(tǒng)和之前21孔PCB比較 表5 當(dāng)前系統(tǒng)和之前34孔PCB比較 表6 鉆孔所需時間 表3至5比較當(dāng)前與以前的系統(tǒng)的表現(xiàn)。結(jié)果表明，整個針對當(dāng)前系統(tǒng)的 表現(xiàn)并不總是更好。 對各種印刷電路板鉆孔的鉆探所需時間圖4所示是不同的?，F(xiàn)在的系統(tǒng)可以提高這個性能。系統(tǒng)1依賴圖像處理和有限引腳輸出的并行端口，而系統(tǒng)2取決于GA操作所需的時間。系統(tǒng)3取決于PLC的I / O端口能力。通常，普通離散PLC的I / O端口限制了處理數(shù)據(jù)的頻率?，F(xiàn)在的系統(tǒng)可以最大限度地減少了步進電機的延遲。這顯著降低鉆孔浪費的時間，其意義是重大的。 7.結(jié)論 現(xiàn)在的系統(tǒng)比之前的系統(tǒng)變現(xiàn)的更加出色。這一結(jié)果是因為更換X和Y軸上的軸。系統(tǒng)可以通過使用較小延遲的步進電機來提升工作表現(xiàn)。 附錄2：外文原文 致 謝 在這次畢業(yè)論文設(shè)計中,各位指導(dǎo)老師給予我大力的支持和熱情的幫助。我尤其要感謝的是我的指導(dǎo)教師甄恒洲老師，他不顧上課及各種事務(wù)的勞累,擠出許多寶貴的時間對我進行輔導(dǎo)答疑,對我要求很嚴(yán)格,同時對論文中提出很多具體問題，同時又很客觀,鼓勵我認(rèn)真對待每一次的設(shè)計,使我從中學(xué)到了很多知識。在這次畢業(yè)論文設(shè)計中,我不僅鞏固了專業(yè)領(lǐng)域知識,也學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的知識.使我更加充分地接觸了機電、機械方向的先進東西。 還有今天在這的老師們，感謝你們在這里為我提出寶貴意見。 因此在這里,我對以上提及到的所有方方面面的人致以最誠摯的謝意！ 我即將離開這片校土，回想在大連大學(xué)度過的每一個美好的日子，每一段快樂時光，回想起每一位關(guān)心疼愛我的老師，還有親如兄弟姐妹的同學(xué)，心中確實有些戀戀不舍。我在這里不光學(xué)到了大量的文化知識，更學(xué)會了如何做人，如何做事。我將銘記各位老師的教誨，珍惜今后的青春年華，帶上所有關(guān)心愛我的人祝福囑托，以夢為馬，不負(fù)韶華！