自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計【8張CAD圖紙+說明書完整資料】

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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 I Abstract II 目 錄 III 1 緒論 1 1 1 課題研究意義 1 1 2 自動化車床設(shè)備應(yīng)用 1 1 3 自動化車床設(shè)備 2 1 4 自動化車床設(shè)備趨勢 2 2 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 3 2 1 機構(gòu)方案設(shè)計 3 2 2 機構(gòu)方案論述 4 3 供料及出料四連桿機構(gòu)設(shè)計 6 3 1 四連桿機構(gòu)設(shè)計 6 3 2 確定設(shè)計變量 7 3 3 建立目標(biāo)函數(shù) 7 3 4 確定約束條件 8 3 5 寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 9 4 輸送帶裝置設(shè)計 10 4 1 同步帶的概述 10 4 1 1 同步帶介紹 10 4 1 2 同步帶傳動的主要失效形式 11 4 2 同步帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則 13 4 3 同步帶分類 13 4 4 同步帶傳動計算 14 4 4 1 同步帶計算選型 14 4 4 2 同步帶的主要參數(shù) 結(jié)構(gòu)部分 16 4 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 19 5 凸輪機構(gòu)的設(shè)計 20 5 1 凸輪從動件運動規(guī)律 20 5 2 凸輪輪廓線曲線的設(shè)計 21 5 3 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定 24 5 4 滾子半徑的選擇 24 5 4 1 凸輪理論輪廓內(nèi)凹部分 24 5 4 2 凸輪理論輪廓的外凸部分 24 5 5 直動滾子推桿盤形凸輪 26 5 6 直動平底推桿盤形凸輪 26 6 氣缸設(shè)計 28 6 1 供料用氣缸的計算 28 6 2 下擺動關(guān)節(jié)氣缸的計算 29 6 3 四連桿關(guān)節(jié)氣缸的計算 30 7 氣動原理設(shè)計 33 8 PLC 控制部分設(shè)計 35 8 1 可編程序控制器的選擇及工作過程 35 8 1 1 可編程序控制器的選擇 35 8 1 2 可編程序控制器的工作過程 35 8 2 可編程序控制器的使用步驟 36 8 3 可編程序控制器控制方案 37 8 3 1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 37 8 3 2 控制要求 37 8 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 1 1 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 3 2 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 行還是同時進行等 應(yīng)試做各動作時間的分配方案表 進行比較 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 7 3 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iMix iiy n 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 12 iMiyxXf sn3Lyi co iiix 2 S 為運動區(qū)間的分段數(shù) 1 3 si 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 X Xf 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 圖 2 3 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 ar3221 L 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 arcos3214 L 所以 b 32214239 L 式 a b 為兩個約束條件 將 代入式 a b L5412xL 23 得 069 121211 xg42 x 曲柄存在的條件 按曲柄存在條件 由機械原理知識可知 12L 13 324L 4 43 把它們寫成不等式約束條件 將 代入上式 得1 512x 23 03 xg24 615 042 xg17 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 01 Xg2 0 g 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 12 3 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 12min TTL321 ts 03649 1211 xxg 22 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 20 80 v 50m s P 300kw i 10 對于要求 同步的傳動也可用于低速傳動 圖3 1 同步帶傳動 同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組 成 它綜合了帶傳動 鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點 轉(zhuǎn)動時 通過帶齒與輪的齒槽 相嚙合來傳遞動力 同步帶傳動具有準(zhǔn)確的傳動比 無滑差 可獲得恒定的速比 傳 動平穩(wěn) 能吸振 噪音小 傳動比范圍大 一般可達(dá)1 10 允許線速度可達(dá)50M S 傳 遞功率從幾瓦到百千瓦 傳動效率高 一般可達(dá)98 結(jié)構(gòu)緊湊 適宜于多軸傳動 不需潤滑 無污染 因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作 本產(chǎn)品廣泛用于紡織 機床 煙草 通訊電纜 輕工 化工 冶金 儀表儀器 食品 礦山 石油 汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中 同步帶的使用 改變了帶傳動單 純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?擴展了帶傳動的范圍 從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研 究對象 給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑 2 同步帶的特點 1 傳動準(zhǔn)確 工作時無滑動 具有恒定的傳動比 2 傳動平穩(wěn) 具有緩沖 減振能力 噪聲低 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 11 3 傳動效率高 可達(dá)0 98 節(jié)能效果明顯 4 維護保養(yǎng)方便 不需潤滑 維護費用低 5 速比范圍大 一般可達(dá)10 線速度可達(dá)50m s 具有較大的功率傳遞范圍 可達(dá)幾瓦到幾百千瓦 6 可用于長距離傳動 中心距可達(dá)10m以上 4 1 2 同步帶傳動的主要失效形式 在同步帶傳動中常見的失效形式有如下幾種 1 同步帶的承載繩斷裂破壞 同步帶在運轉(zhuǎn)過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式 失效原因是帶在傳遞動 力過程中 在承載繩作用有過大的拉力 而使承載繩被拉斷 此外當(dāng)選用的主動撈輪 直徑過小 使承載繩在進入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應(yīng)力作用 也 會產(chǎn)生彎曲疲勞折斷 見圖3 2 圖3 2 同步帶承載繩斷裂損壞 2 同步帶的爬齒和跳齒 根據(jù)對帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析 帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學(xué)兩種因素所 引起 因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒 可采用以下一些措施 1 控制同步帶所傳遞的圓周力 使它小于或等于由帶型號所決定的許用圓周力 2 控制帶與帶輪間的節(jié)距差值 使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi) 3 適當(dāng)增大帶安裝時的初拉力開 使帶齒不易從輪齒槽中滑出 4 提高同步帶基體材料的硬度 減少帶的彈性變形 可以減少爬齒現(xiàn)象的產(chǎn)生 3 帶齒的剪切破壞 帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中 在剪切和擠壓應(yīng)力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此 裂紋逐漸向齒根部擴展 并沿承線繩表面延件 直至整個帶齒與帶基體脫離 這就是 帶齒的剪切脫落 見圖3 3 造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個 1 同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差 使帶齒無法完全進入輪齒槽 從而產(chǎn)生不完 全嚙合狀態(tài) 而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷 從而產(chǎn)生應(yīng)力集中 導(dǎo) 致帶齒剪切損壞 2 帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過少 使嚙合帶齒承受過大的載荷 而產(chǎn) 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 生剪切破壞 3 同步帶的基體材料強度差 為減少帶齒被剪切 首先應(yīng)嚴(yán)格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差 保證帶齒與輪齒能 正確嚙合 其次應(yīng)使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大于6 此外在選材上應(yīng)采 用有較高勿切韌擠壓強度的材料作為帶的基體材料 圖3 3 帶齒的剪切破壞 4 帶齒的磨損 帶齒的磨損 見圖3 4 包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損 造 成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉 因此減少帶齒的磨損 應(yīng) 在安裝時合理的調(diào)整帶的張緊力 在帶齒齒形設(shè)計時 選用較大的帶齒齒頂圓角半徑 以減少嚙合時輪齒的擠壓和刮削 此外應(yīng)提高同步帶帶齒材料的耐磨性 圖3 4 帶齒磨損 5 同步帶帶背的龜裂 圖3 5 同步帶在運轉(zhuǎn)一段時期后 有時在帶背會產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象 而使帶失效 同步帶帶 背產(chǎn) 生龜裂的原因如下 1 帶基體材料的老化所引起 2 帶長期工作在道低的溫度下 使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 13 圖3 5 同步帶帶背龜裂 防止帶背龜裂的方法是改進帶基體材料的材質(zhì) 提向材料的耐寒 耐熱性和抗老 化性能 此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作 4 2 同步帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則 據(jù)對同步帶傳動失效形式的分析 可知如同步帶與帶輪材料有較高的機械性能 制造工藝合理 帶 輪的尺寸控制嚴(yán)格 安裝調(diào)試也正確 那么許多失效形式均可避 免 因此 在正常工作條件下 同步帶傳動的主要失效形式為如下三種 1 同步帶的承載繩疲勞拉斷 2同步帶的打滑和跳齒 3 同步帶帶齒的磨損 因此 同步帶傳動的設(shè)計淮則是同步帶在不打滑情況下 具有較高的抗拉強度 保證承線繩不被拉斷 此外 在灰塵 雜質(zhì)較多的工作條件下應(yīng)對帶齒進行耐磨性計 算 4 3 同步帶分類 同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類 弧齒又有三種系列 圓弧齒 H系列又稱HTD 帶 平頂圓弧齒 S系列又稱為STPD 帶 和凹頂拋物線齒 R系列 梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種 簡稱為單面帶和雙面 帶 雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型 代號DA 和交錯齒型 代號DB 梯形齒同步帶有兩種尺寸制 節(jié)距制和模數(shù)制 我國采用節(jié)距制 并根據(jù)ISO 5296制訂了同步帶傳動相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB T 11361 11362 1989和GB T 11616 1989 弧齒同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外 其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同 帶的節(jié)距相當(dāng) 其齒高 齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大 帶齒受載后 應(yīng)力 分布狀態(tài)較好 平緩了齒根的應(yīng)力集中 提高了齒的承載能力 故弧齒同步帶比梯形 齒同步帶傳遞功率大 且能防止嚙合過程中齒的干涉 弧齒同步帶耐磨性能好 工作時噪聲小 不需潤滑 可用于有粉塵的惡劣環(huán)境 已在食品 汽車 紡織 制藥 印刷 造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 4 4 同步帶傳動計算 4 4 1 同步帶計算選型 設(shè)計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率 載荷性質(zhì) 原動機類型和每天連續(xù)工作的 時間長短等因素共同確定的 表達(dá)式如下 dAmPK 式中 需要傳遞的名義功率 工作情況系數(shù) 按表2工作情況系數(shù) 選取 1 5 AK 表3 3 工作情況系數(shù)WPK Ad5 43 1 確定帶的型號和節(jié)距 可根據(jù)同步帶傳動的設(shè)計功率Pd 和小帶輪轉(zhuǎn)速n1 由同步帶選型圖中來確定所 需采用的帶的型號和節(jié)距 其中Pd 4 5kw n1 960 15 027 64 rpm 查表3 4 表3 4 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 15 選同步帶的型號為H 節(jié)距為 Pb 8 00mm 選擇小帶輪齒數(shù)z1 z2 可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定 查表3 3 3得 查得小帶輪最小齒數(shù)14 實際齒數(shù)應(yīng)該大于這個數(shù)據(jù) 初步取值z1 21故大帶輪齒數(shù)為 z2 i z1 1 z1 34 故z1 21 z2 21 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1 d2 小帶輪節(jié)圓直徑d1 d2 Pbz1 8 00 21 3 14 53 5mm 驗證帶速v 由公式v d1n1 60000計算得 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 s vmax 40m s mdnv 276 01605 34 160 確定帶長和中心矩 現(xiàn)在選取軸間間距為取 1350mm0a 10 同步帶帶長及其齒數(shù)確定 0L2 a21d 2 53 4 35 2866 4mm 11 帶輪嚙合齒數(shù)計算 有在本次設(shè)計中傳動比為1 所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半 即 17 mz 12 基本額定功率 的計算0P 查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4 3可以知道 20vmTPa 2100 85N m 0 448kg m a 所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為 0 21KW0P10 1 48 52 2 表3 5 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量 4 4 2 同步帶的主要參數(shù) 結(jié)構(gòu)部分 1 同步帶的節(jié)線長度 同步帶工作時 其承載繩中心線長度應(yīng)保持不變 因此稱此中心線為同步帶的節(jié) 線 并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮 稱為節(jié)線長度 在同步帶傳動中 帶節(jié)線長度 是一個重要 參數(shù) 當(dāng)傳動的中心距已定時 帶的節(jié)線長度過大過小 都會影響帶齒與輪齒的 正常嚙合 因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中 對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值 要 求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi) 見表3 6 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 17 表3 6 帶節(jié)線長度表 2 帶的節(jié)距Pb 如圖3 4 所示 同步帶相鄰兩齒對應(yīng)點沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距 帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小 節(jié)距越大 帶的各部分尺寸越 大 承載能力也隨之越高 因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù) 在節(jié)距制同步帶系列中 以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號 在制造時 帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制 梯形 齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表3 5 3 帶的齒根寬度 一個帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度 以s表示 帶的齒根寬度大 則使帶齒抗剪切 抗彎曲能力增強 相應(yīng)就能傳動較大的裁荷 圖3 7 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 表 3 7 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 4 帶的齒根圓角 帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t 齒根圓角半徑大 可減少齒的應(yīng)力集中 帶的承載能力得到提高 但是齒根回角半徑也不宜過大 過大 則使帶 齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小 所以設(shè)計時應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值 5 帶齒齒頂圓角半徑八 帶齒齒項圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產(chǎn)生于沙 由于在同 步帶傳動中 帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合 因此在帶齒進入或 退出嚙合時 帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊 而產(chǎn)生干涉 從而引起帶齒的磨損 因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合 減少帶齒頂部的磨損 宜采用較大的齒頂圓 角半徑 但與齒根圓角半徑一樣 齒頂圓角半徑也不宜過大 否則亦會減少帶齒與輪 齒問的有效接觸面積 6 齒形角 梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響 如齒形角霹過小 帶齒縱向截面形狀近似矩形 則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi) 易產(chǎn)生 干涉 但齒形角度過大 又會使帶齒易從輪齒槽中滑出 產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn) 象 4 5 同步帶的設(shè)計 在這里 我們選用梯形帶 帶的尺寸如表3 8 帶的圖形如圖3 5 表3 8 同步帶尺寸 型號 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑 H 8 40 6 12 4 3 1 02 1 02 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 19 圖 同步帶 4 6 同步帶輪的設(shè)計 同步帶輪的設(shè)計的基本要求 1 保證帶齒能順利地嚙入與嚙出 由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動 因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐 角處的干涉 并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽 2 輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形 能獲得大的接觸面積 提高帶齒的承載能 力即在選探輪齒齒廓曲線時 應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時變形小 磨擦損耗小 并保證與 帶齒均勻接觸 有較大的接觸面積 使帶齒能承受更大的載荷 3 有良好的加了工藝性 加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員 從而可提高生產(chǎn) 率 降低制造成本 4 具有合理的齒形角 齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù) 大的齒形角有利于帶齒的順利 嚙入和嚙出 但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象 而齒形角過小 則會造成帶齒與輪齒 的嚙合干涉 因此輪齒必須選用合理的齒形角 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 5 凸輪機構(gòu)的設(shè)計 5 1 凸輪從動件運動規(guī)律 基本運動規(guī)律 從動件位移 s 隨凸輪轉(zhuǎn)角 的變化情況如圖 2 3 所示 圖中橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角 縱坐標(biāo)代表從動件位移 s 速度 v 和加速度 a 隨凸輪轉(zhuǎn)角 的變化規(guī)律稱為從動件運動 規(guī)律 從動件運動規(guī)律又可分為基本運動規(guī)律 基本運動規(guī)律有以下幾種 圖 2 3 等速運動規(guī)律 從動件在運動過程中速度為常數(shù) 而在運動的始 末點處速度產(chǎn) 生突變 理論上加速度為無窮大 產(chǎn)生無窮大的慣性力 機構(gòu)將產(chǎn)生極大的沖擊 稱 為剛性沖擊 次類運動規(guī)律只使用于低速運動的場合 等加速等減速運動規(guī)律 從動件在運動過程中加速度為常數(shù) 而在運動的始 末 點處加速度有突變 產(chǎn)生較大的加速度和慣性力 由此而引起的沖擊稱為柔性沖擊 這種運動規(guī)律只適用與中速運動的場合 余弦加速度運動規(guī)律 又名簡諧運動規(guī)律 從動件在整個運動過程中速度皆連續(xù) 但在運動的始 末點處加速度有突變 產(chǎn)生柔性沖擊 因而也只適用中速運動場合 正弦加速度運動規(guī)律 又名擺線運動規(guī)律 從動件在整個運動過程中速度和加速 度皆連續(xù)無突變 避免了剛性沖擊和柔性沖擊 可以用于高速運動的場合 在工程實際中 為使凸輪機構(gòu)獲得更好的工作性能 經(jīng)常采用以某種基本運動規(guī) 律為基礎(chǔ) 輔之以其他運動規(guī)律與其組合 從而獲得組合運動規(guī)律 當(dāng)采用不用的運 動規(guī)律組合成改進型運動規(guī)律時 它們在連接點處的位移 速度和加速度應(yīng)分別相等 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 21 這就是兩運動規(guī)律組合時必須滿足的邊界條件 常用的組合運動規(guī)律有 改進性等速運動規(guī)律 改進性正弦加速度運動規(guī)律和改 進性梯形加速度運動規(guī)律 基本的從動件運動規(guī)律方程如表 2 1 從動件運動位移方程 從動件運動方程 運動規(guī)律 推程 0 1 回程 0 3 等速運動規(guī)律 S 1 S h 3 0 12 S 2 21 2 0 32 S h 2 23 2 等加速等減速運動規(guī)律 12 1 S h 2 21 1 2 32 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 25 5 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 0 部分工作輪廓無法加工 因此也無法實現(xiàn)從動件的預(yù)期運動規(guī)律 即出現(xiàn)了 失真 現(xiàn)象 綜上可知 滾子半徑不宜過大 但因滾子裝在銷軸上 故亦不宜過小 一般我們 采用 2 8 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 673AmP 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 33 7 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 6 2 24D H 10 S21三位四通電磁滑閥 3 3 QF 44 手動截止閥 1 4 QSL 26S QTY 20 S11壓力組件 1 5 YJ 1 壓力繼電器 1 6 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 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 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 35 8 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 考慮到 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 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機相連 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 然后進行自診斷 當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后 進入下一階段 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)信息全部進入I 0狀態(tài)表后 CPU工作進入到第三個階段 在這個階 段中 可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描 并根據(jù)各I 0狀態(tài)和有關(guān)指令進行 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 定時器等也要進行分配 可編程序控制器是通過編號來 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 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 1 60 2 Mae GeerT Passive Dynamie Walking of Roboties Researeh D 1990 9 2 62 82 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 38 42 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 15 71 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 6 734 736 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 14 18 10 馬宏緒 張彭 張良起 供料及出料動態(tài)的步態(tài)控制與實時時位控 制方法供料及出料 2005 vo120 l 10 18 11 繩濤 馬宏緒 王越 仿人供料及出料未知地面控制方法研究 N 華中科 技大學(xué)學(xué)報 2004 年 31 期 161 163 12 姜山 程君實 陳佳品 包志軍 基于遺傳算法的供料及出料步態(tài)優(yōu) 化 J 上海交通大學(xué)學(xué)報 1999 vo1 33 10 1280 1283 13 包志軍 仿人型供料及出料運動特性研究 D 上海交通大學(xué)博士論文 2000 14 48 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計 致 謝 在即將完成畢業(yè)設(shè)計階段的學(xué)習(xí)之際 我首先特別感謝導(dǎo)師對我的無限關(guān)