接插件自動(dòng)檢測(cè)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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工件必須按要求停放在規(guī)定位置，等待搬運(yùn)站機(jī)械手取走工件，于是這里采用了氣動(dòng)裝置運(yùn)送工件。即在工件進(jìn)入上料裝置后，氣動(dòng)推至指定位置，當(dāng)料被取走后，上料裝置復(fù)位，等待下一工件進(jìn)入，如此往復(fù)循環(huán)完成上料。本動(dòng)作過程中，工件檢測(cè)通過光電傳感器來實(shí)現(xiàn)，位置的控制是依靠行程開關(guān)，整個(gè)系統(tǒng)由PLC控制。這種上料裝置不儀生產(chǎn)率高，且通用性廣，適用于各種的接插件例如RJ45等零件的自動(dòng)上料。該課題來源于生產(chǎn)實(shí)際，主要解決生產(chǎn)中人工檢測(cè)接插件效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、誤判等問題，為企業(yè)設(shè)計(jì)接插件的自動(dòng)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)接插件檢測(cè)上料自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)不良品的自動(dòng)判別和剔除，提升企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平，并為同類問題的解決提供參考方案。 1．1 自動(dòng)檢測(cè)上料現(xiàn)狀 自動(dòng)化生產(chǎn)的產(chǎn)品常常是成批大量的，在生產(chǎn)過程中要把工件按一定的節(jié)拍和方位送到工作位置。文中針對(duì)各種小型柱、套、蓋、片等物料的自動(dòng)上料，如型號(hào)為RJ45的接插件，設(shè)計(jì)完成了上料站總體結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖、PLC控制程序。具有一定的實(shí)用價(jià)值。 為了檢測(cè)這些產(chǎn)品或者檢測(cè)生產(chǎn)這些產(chǎn)品的設(shè)備，那么急需設(shè)計(jì)出成本較低，測(cè)量精度相對(duì)較高，測(cè)量速度較快的測(cè)量裝置。如此才可以滿足快速發(fā)展的自動(dòng)化生產(chǎn)線對(duì)測(cè)量技術(shù)的更高要求。國(guó)外西歐美日等國(guó)家在這方面已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，各種檢測(cè)設(shè)備已投入市場(chǎng)。但是此類設(shè)備成本昂貴，且是針對(duì)某一檢測(cè)范圍的各種零件的檢測(cè)。自動(dòng)化的迅速進(jìn)展，廣大用戶要求快速測(cè)量工件的整體形狀精度，這已成為該領(lǐng)域近期的發(fā)展趨勢(shì)。所以，高價(jià)購(gòu)買的國(guó)外檢測(cè)設(shè)備實(shí)屬浪費(fèi)。而我國(guó)在檢測(cè)技術(shù)上已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，只是沒有將先進(jìn)的技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。為解決我國(guó)中小企業(yè)在檢測(cè)方面遇到的問題，設(shè)計(jì)了檢測(cè)精度、效率都較高的自動(dòng)檢測(cè)裝置。 1．2 自動(dòng)檢測(cè)上料的意義 目前，我國(guó)散狀原料的上料系統(tǒng)多采用人工目測(cè)上料量及手工操作方式，作業(yè)條件差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率低，生產(chǎn)過程的可靠性、穩(wěn)定性和精確性都較差，這與許多企業(yè)已實(shí)現(xiàn)的后段工序生產(chǎn)過程自動(dòng)化狀況極不適應(yīng)．因此應(yīng)用微機(jī)技術(shù)對(duì)上料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制是極為重要的。據(jù)資料介紹，德國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已率先研制出微機(jī)控制的沖量式流量計(jì)，并廣泛應(yīng)用于冶金、礦山等行業(yè)． 自動(dòng)檢測(cè)上料系統(tǒng)模塊化技術(shù)是制造業(yè)由傳統(tǒng)的單一品種大批量加工模式向多品種、中小批量方式發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。該項(xiàng)技術(shù)研究開創(chuàng)了一種模塊化、組合化的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng), 即將整個(gè)系統(tǒng)分為幾個(gè)獨(dú)立而又互相關(guān)聯(lián)的模塊, 各個(gè)模塊具有自身的運(yùn)動(dòng)精度和位置精度, 它可縮短自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)研制周期及降低設(shè)計(jì)成本, 及時(shí)為企業(yè)提供所需的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備。該項(xiàng)目以檢測(cè)難度大、檢測(cè)項(xiàng)目多、檢測(cè)精度要求高、檢測(cè)批量大等為特點(diǎn), 以油泵油嘴行業(yè)的三大精密偶件檢測(cè)為代表, 進(jìn)行了應(yīng)用研究。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)由自動(dòng)上料定位系統(tǒng), 全自動(dòng)分選下料系統(tǒng)等五個(gè)部分組成, 被測(cè)工件從上料測(cè)量直至下料, 皆通過高精度的機(jī)械及定位系統(tǒng)準(zhǔn)確地傳送到指定位置。并在測(cè)量工位上全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)又通過二次定位結(jié)構(gòu), 保證了測(cè)量系統(tǒng)的定位精度, 同時(shí)為根據(jù)需求更換測(cè)量模塊提供了極大方便。 模塊化自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)適用于小型零件或偶件的自動(dòng)檢測(cè)分選, 工件或偶件的尺寸范圍在30×30×80mm 以內(nèi)可直接應(yīng)用, 有些做少許改動(dòng)也能適用。應(yīng)用自動(dòng)檢測(cè)模塊化技術(shù), 研制的小尺寸精密零件及偶件全自動(dòng)檢測(cè)與分選設(shè)備, 發(fā)揮了機(jī)、電、氣、光與計(jì)算機(jī)一體化的優(yōu)越性, 設(shè)計(jì)起點(diǎn)高, 智能化程度高, 使得多種幾何量參數(shù)或多種綜合性能參數(shù)能同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行高精度測(cè)量并自動(dòng)分選, 該項(xiàng)技術(shù)屬國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。并可推廣到汽車、軸承、壓縮機(jī)、液壓、氣動(dòng)等行業(yè)應(yīng)用。為某電子接插件產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料、卸料，完成對(duì)該產(chǎn)品的OPEN／ＳＨＯＲＴ檢測(cè)，完成LED通斷檢測(cè)，并將相應(yīng)不良品分別剔除。 2 上料檢測(cè)機(jī)構(gòu)的構(gòu)造及其工藝分析 2．1 被檢測(cè)元件的介紹 2．1．1 RJ45型網(wǎng)卡接口 RJ45接口通常用于數(shù)據(jù)傳輸，最常見的應(yīng)用為網(wǎng)卡接口。 RJ45是各種不同接頭的一種類型（例如：RJ11也是接頭的一種類型，不過它是電話上用的）；RJ45頭跟據(jù)線的排序不同的法有兩種，一種是橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕；另一種是綠白、綠、橙白、藍(lán)、藍(lán)白、橙、棕白、棕；因此使用RJ45接頭的線也有兩種即：直通線、交插線。10 100base tx RJ45接口是常用的以太網(wǎng)接口，支持10兆和100兆自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接速度，網(wǎng)卡上以及 Hub 上接口的外觀為 8 芯母插座 ，如圖1： 、 圖1 接口 RJ45接口pc端的，網(wǎng)線為 8 芯公插頭 2．1．2 RJ45型網(wǎng)線插頭 RJ45 型網(wǎng)線插頭又稱水晶頭，共有八芯做成，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)和 ADSL 寬帶上網(wǎng)用戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間網(wǎng)線（稱作五類線或雙絞線）的連接。在具體應(yīng)用時(shí)，RJ45 型插頭和網(wǎng)線有兩種連接方法（線序），分別稱作 T568A 線序和 T568B 線序。如圖2： 圖2 接頭 RJ45 型網(wǎng)線插頭引腳號(hào)的識(shí)別方法是：手拿插頭，有 8 個(gè)小鍍金片的一端向上，有網(wǎng)線裝入的矩形大口的一端向下，同時(shí)將沒有細(xì)長(zhǎng)塑料卡銷的那個(gè)面對(duì)著你的眼睛，從左邊第一個(gè)小鍍金片開始依次是第1 腳、第2 腳、…、第8 腳。 2．1．3 RJ45型網(wǎng)卡接插件規(guī)格參數(shù) 圖3 接插件規(guī)格 2．2 上料檢測(cè)機(jī)構(gòu)的構(gòu)造 圖4 整體結(jié)構(gòu) 整個(gè)機(jī)構(gòu)的構(gòu)造如圖4所示，主要包括：電機(jī)，同步帶（輪），汽缸，傳動(dòng)軸，卡槽，檢測(cè)電路，支撐架和底板等。 2．3 工藝分析 2．3．1 原始數(shù)據(jù)及技術(shù)要求 1.裝置的設(shè)計(jì)以某一接插件為例，如RJ45； 2.檢測(cè)要求： OPEN檢測(cè)，不良品剔除； SHORT檢測(cè)，不良品剔除； LED通斷檢測(cè)，不良品剔除。 3.合格產(chǎn)品直接流入生產(chǎn)流線，裝置的總體外形尺寸盡量小。 2．3．2 自動(dòng)上料模塊、下料分選模塊的主要技術(shù)指標(biāo) 為某電子接插件產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料、卸料，完成對(duì)該產(chǎn)品的OPEN／ＳＨＯＲＴ檢測(cè)，完成LED通斷檢測(cè)，并將相應(yīng)不良品分別剔除。 (1) 定位精度: ±0. 1mm (2) 下料分組數(shù): ≤6 組 (3) 效率: 每件≤2 秒 (4) 無劃傷、碰傷、工件無分離 2．3．3 外部控制 (1) 同步帶要求順著到所上料倉(cāng)的上料方向逆起順停。 (2) 同步帶控制從屬于流程選擇方式:自動(dòng)、手動(dòng)、非常手動(dòng)。 (3) 當(dāng)同步帶帶工作機(jī)在自動(dòng)方式時(shí)，汽缸、卡槽及推桿根據(jù)需要可以工作在 手動(dòng)或非常手動(dòng)方式。 2．3．4 連鎖控制 (1)汽缸在自動(dòng)、手動(dòng)、非常手動(dòng)等上位操作方式下，只要皮帶未運(yùn)行，汽缸不運(yùn)行。 (2) 當(dāng)所設(shè)定的上料量完成后，自動(dòng)停機(jī)。 (3) 汽缸在自動(dòng)、手動(dòng)操作方式下，當(dāng)所選擇的上料料倉(cāng)到達(dá)汽缸位或卡槽位時(shí)，汽缸自動(dòng)停止。 3 自動(dòng)檢測(cè)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 由以上分析可知，從接插件的運(yùn)送到自動(dòng)檢測(cè)再到最后的判斷（合格品流入生產(chǎn)線 不合格品被剔除），需要兩大條件：1.理論上的工作節(jié)拍。其中包含多個(gè)工位，每個(gè)工位之間必須緊密聯(lián)系，相互配合。2.實(shí)際上的傳輸系統(tǒng)。這就包含多個(gè)傳動(dòng)和輸送單元，例如電機(jī)，同步帶輪，汽缸，卡槽等。以下對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行具體分析。 3.1 擬定設(shè)計(jì)方案 本機(jī)構(gòu)的目的是為了達(dá)到接插件檢測(cè)的自動(dòng)化，同時(shí)又要保證檢測(cè)，上料，剔除等工序的連續(xù)進(jìn)行，因此必須從電氣和力學(xué)兩方面入手。開始時(shí)同步帶輪被電機(jī)帶動(dòng)，進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)同步帶向前移動(dòng)。被檢測(cè)的RJ45型接口由人工放置于同步帶上。在此，切記一重要步驟：即讓接口的口部面向著正方向。后面會(huì)提到為什么需要這么做。在這里選擇同步帶結(jié)構(gòu)，如圖5所示。 圖5 同步帶 主要考慮到工件的勻速前進(jìn)，以及工序的連續(xù)性。工件通過同步帶到達(dá)第一個(gè)工位，即等待工位。即進(jìn)入一個(gè)橫向的流道，這個(gè)流道與同步帶處于同一平面但互相垂直。這時(shí)第一個(gè)進(jìn)入的工件被流道擋板擋住，氣缸在PLC電路系統(tǒng)的控制下，把工件推入橫向流道，一直推到流道末端，被擋板擋住。此時(shí)就進(jìn)入了第二個(gè)工位。即待檢測(cè)工位。橫向流道如圖6所示。 圖6 通道 接著氣缸回復(fù)到原位，而同步帶在同一時(shí)刻把第二個(gè)工件已經(jīng)輸送到第一工位，工件同樣被擋板擋住，由氣缸推入第二工位。而剛才的第一個(gè)零件，被一個(gè)帶有6個(gè)等寬和等高槽的卡板卡起，這里槽的寬度與深度，都和工件自身的尺寸相匹配?？ò迦鐖D7所示。 圖7 卡板 為一帶有滑塊的薄板。而這塊卡板，為整個(gè)機(jī)構(gòu)的一個(gè)核心運(yùn)動(dòng)部件。機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)目的，就是要讓卡板在同一平面內(nèi)，作X軸方向的水平運(yùn)動(dòng)，以及作Y軸方向的豎直運(yùn)動(dòng)。從而形成一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)往復(fù)回路，運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)矩形。而卡板的起始位置，就是這個(gè)坐標(biāo)軸的零點(diǎn)。其運(yùn)動(dòng)如圖8。 圖8 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 要實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)想，就必須放置一根橫向?qū)к壓鸵桓v向?qū)к?。其中橫向?qū)к壍囊欢耍B接另一個(gè)縱向滑塊，而縱向?qū)к壷苯优c地面相連接。這樣，卡板上的滑塊就能在橫向?qū)к壣纤椒较蛞苿?dòng)，同時(shí)橫向?qū)к壣系幕瑝K在縱向?qū)к壣县Q直方向移動(dòng)，就達(dá)到了所預(yù)期的四方位往復(fù)運(yùn)動(dòng)。兩根導(dǎo)軌如圖9所示 圖9 導(dǎo)軌 為了讓滑塊移動(dòng)，我們?cè)谶@里采用了2個(gè)型號(hào)相同的氣缸做控制單元。一個(gè)設(shè)置在橫向滑塊上，推動(dòng)滑塊進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)。一個(gè)設(shè)置在縱向滑塊上，推動(dòng)滑塊進(jìn)行縱向運(yùn)動(dòng)。氣缸的缸頭推進(jìn)部分用螺釘與滑塊進(jìn)行緊固，另一端缸體固定于地面。氣缸推動(dòng)的節(jié)拍也全程由PLC系統(tǒng)控制。氣缸如圖10所示 圖10 氣缸 剛才進(jìn)入卡板的第一個(gè)工件，此時(shí)被卡板卡住，向Y軸方向進(jìn)給一個(gè)單位，再向X軸方向進(jìn)給一個(gè)單位。此時(shí)的工件進(jìn)入第三個(gè)工位，即檢測(cè)工位。因?yàn)榭ò迳显O(shè)置了6個(gè)卡槽，我們?cè)谶@規(guī)定，第1，3，5號(hào)槽為檢測(cè)槽，分別進(jìn)行接插口的OPEN檢測(cè)，SHORT檢測(cè)，LED通斷檢測(cè)。第2，4，6號(hào)槽為剔除槽，與1，3，5號(hào)槽分別對(duì)應(yīng)。在每個(gè)槽的缺口處，各用一個(gè)氣缸與之匹配。其中1，3，5號(hào)氣缸頭安裝上檢測(cè)用RJ45水晶插頭，2，4，6號(hào)氣缸則為剔除氣缸。另外，1，3，5號(hào)氣缸的運(yùn)作是同步進(jìn)行的，這樣的目的是為了使檢測(cè)時(shí)間縮短，可以同時(shí)檢測(cè)3個(gè)接口，從而提高了生產(chǎn)效率。例如：第1號(hào)槽檢測(cè)接插口的OPEN為合格，則由卡板運(yùn)至2號(hào)卡槽停留一下再運(yùn)送到3號(hào)卡槽，進(jìn)行SHORT檢測(cè)。如果OPEN檢測(cè)不合格，則運(yùn)送至2號(hào)卡槽后，剔除氣缸工作，對(duì)工件進(jìn)行剔除。待3號(hào)卡槽檢測(cè)SHORT為合格，再由卡板運(yùn)至4號(hào)卡槽，停留下再運(yùn)至5號(hào)卡槽進(jìn)行LED通斷檢測(cè)。若SHORT檢測(cè)不合格，則在4號(hào)卡糟處，由氣缸進(jìn)行剔除。如果LED通斷檢測(cè)為不合格，則在6號(hào)卡槽處進(jìn)行剔除。待3道檢測(cè)程序都結(jié)束后，合格接插口由卡板運(yùn)送至檢測(cè)系統(tǒng)末端，直接流入生產(chǎn)線。值得注意的是，卡板在2個(gè)控制運(yùn)動(dòng)氣缸的作用下，全程做著往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使下一個(gè)工件也經(jīng)過剛才的一道道工序，達(dá)到完全一樣的效果。并且每個(gè)工件間是緊密而連續(xù)的，其中的檢測(cè)氣缸和剔除氣缸的節(jié)拍，都由PLC系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制。 3．2 設(shè)計(jì)方案論證 為達(dá)到從上料到檢測(cè)再到不合格品的剔除最后到合格品直接流入生產(chǎn)線這一系列的工作，我們必須將整個(gè)機(jī)構(gòu)劃分為幾個(gè)大的部分。其相互之間的聯(lián)系與配合如圖11所示，這個(gè)框圖直接闡明了機(jī)構(gòu)運(yùn)作的過程。 剔除氣缸剔除 生產(chǎn)線 接插件 同步帶 助推氣缸 卡板 OPEN檢測(cè) SHORT檢測(cè) LED通斷檢測(cè) 檢測(cè)氣缸 合格品 不合格品 X，Y軸方位氣缸控制 圖11 框圖 4 主要零件的選擇及計(jì)算 4．1 電機(jī)的選擇 為了解決幾個(gè)工位節(jié)拍和配合的問題，本機(jī)構(gòu)將選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下 ，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置，只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按 圖12 步進(jìn)電機(jī) 設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。由于脈沖信號(hào)數(shù)與步距角的線性關(guān)系，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。 　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器 　　雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。 　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 4．1．1 分類 　　現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 　　永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積小，步進(jìn)角為7.5度 或15度； 　　反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 　　混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角為1.8度而五相步進(jìn)角為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 4．1．2 基本原理 　　通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù) 圖13 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 4．1．3 步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù) 電機(jī)固有步距角： 　　它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時(shí)為0.9°、整步工作時(shí)為1.8°），這個(gè)步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。 　　步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)： 　　是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 　　保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）： 　　是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。 　　DETENT TORQUE： 　　是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國(guó)內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。 4．1．4 步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn) 1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。 2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 4．步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲? 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 4．1．5 電機(jī)的參數(shù)計(jì)算 功率，扭矩與轉(zhuǎn)速計(jì)算：P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60 其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米 P=2πfM/400(半步工作） 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS) 4．2 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 同步帶傳動(dòng)早在1900年已有人研究并多次提出專利，但其實(shí)用化卻是在二次世界大戰(zhàn)以后。由于同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)零件，隨著二次大戰(zhàn)后工業(yè)的發(fā)展而得到重視，于1940年由美國(guó)尤尼羅爾(Unirayal)橡膠公司首先加以開發(fā)。1946年辛加公司把同步帶用于縫紉機(jī)針和纏線管的同步傳動(dòng)上，取得顯著效益，并被逐漸引用到其他機(jī)械傳動(dòng)上。同步帶傳動(dòng)的開發(fā)和應(yīng)用，至今僅60余年，但在各方面已取得迅速進(jìn)展。 4．2．1 分類 1．按用途分 (1) 一般工業(yè)用同步帶傳動(dòng) 即梯形齒同步帶傳動(dòng)（圖14）。它主要用于中、小功率的同步帶傳動(dòng)，如各種儀器、計(jì)算機(jī)、輕工機(jī)械中均采用這種同步帶傳動(dòng)。 (2) 高轉(zhuǎn)矩同步帶傳動(dòng) 又稱HTD帶(High Torque Drive)或STPD帶傳動(dòng)(Super Torque Positive Drive)。由于其齒形呈圓弧狀(圖6-2)，在我國(guó)通稱為圓弧齒同步帶傳動(dòng)。它主要用于重型機(jī)械的傳動(dòng)中，如運(yùn)輸機(jī)械(飛機(jī)、汽車)、石油機(jī)械和機(jī)床、發(fā)電機(jī)等的傳動(dòng)。 ?圖14 帶輪結(jié)構(gòu) (3) 特種規(guī)格同步帶傳動(dòng) 這是根據(jù)某種機(jī)器特殊需要而采用的特種規(guī)格同步帶傳動(dòng)，如工業(yè)縫紉機(jī)用的、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用的同步帶傳動(dòng)。 (4) 特殊用途的同步帶傳動(dòng) 即為適應(yīng)特殊工作環(huán)境制造的同步帶。 2. 按規(guī)格制度分 (1) 模數(shù)制? 同步帶主要參數(shù)是模數(shù)m(與齒輪相同)，根據(jù)不同的模數(shù)數(shù)值來確定帶的型號(hào)及結(jié)構(gòu)參數(shù)。在60年代該種規(guī)格制度曾應(yīng)用于日、意、蘇等國(guó)，后隨國(guó)際交流的需要，各國(guó)同步帶規(guī)格制度逐漸統(tǒng)一到節(jié)距制。目前僅前蘇聯(lián)及東歐各國(guó)仍采用模數(shù)制。 圖15 齒型 Pb—節(jié)距??? ht—齒厚?? hs—帶厚 (2) 節(jié)距制? 即同步帶的主要參數(shù)是帶齒節(jié)距，按節(jié)距大小不同，相應(yīng)帶、輪有不同的結(jié)構(gòu)尺寸。該種規(guī)格制度目前被列為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。由于節(jié)距制來源于英、美，其計(jì)量單位為英制或經(jīng)換算的公制單位。 (3) DIN米制節(jié)距? DIN米制節(jié)距是德國(guó)同步帶傳動(dòng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定的規(guī)格制度。其主要參數(shù)為齒節(jié)距，但標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距數(shù)值不同于ISO節(jié)距制，計(jì)量單位為公制。在我國(guó)，由于德國(guó)進(jìn)口設(shè)備較多，故DIN米制節(jié)距同步帶在我國(guó)也有應(yīng)用。隨著人們對(duì)齒形應(yīng)力分布的解析，開發(fā)出了傳遞功率更大的圓弧齒同步帶，緊接著人們根據(jù)漸開線的展成運(yùn)動(dòng)，又開發(fā)出了與漸開線相近似的多圓弧齒形，使帶齒和帶輪能更好的嚙合，使得同步帶傳動(dòng)嚙合性能和傳動(dòng)性得到進(jìn)一步優(yōu)化，且傳動(dòng)變得更平穩(wěn)、同步帶精確、噪音更小。三種齒形傳遞能力、噪音水平、打滑扭矩的比較如圖? ? 圖16 比較圖 4．2．2 同步帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 1．工作時(shí)無滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比 同步帶傳動(dòng)是一種嚙合傳動(dòng)，雖然同步帶是彈性體，但由于其中承受負(fù)載的承載繩具有在拉力作用下不伸長(zhǎng)的特性，故能保持帶節(jié)距不變，使帶與輪齒槽能正確嚙合，實(shí)現(xiàn)無滑差的同步傳動(dòng)，獲得精確的傳動(dòng)比。 2．傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果好 ??? 由于同步帶作無滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，故有較高的傳動(dòng)效率，一般可達(dá)0.98。它與三角帶傳動(dòng)相比，有明顯的節(jié)能效果。 3．傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊 ??? 同步帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般可達(dá)到l0左右，而且在大傳動(dòng)比情況下，其結(jié)構(gòu)比三角帶傳動(dòng)緊湊。因?yàn)橥綆鲃?dòng)是嚙合傳動(dòng)，其帶輪直徑比依靠摩擦力來傳遞動(dòng)力的三角帶帶輪要小得多，此外由于同步帶不需要大的張緊力，使帶輪軸和軸承的尺寸都可減小。所以與三角帶傳動(dòng)相比，在同樣的傳動(dòng)比下，同步帶傳動(dòng)具有較緊湊的結(jié)構(gòu)。 4．維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低 ??? 由于同步帶中承載繩采用伸長(zhǎng)率很小的玻璃纖維、鋼絲等材料制成，故在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中帶伸長(zhǎng)很小，不需要像三角帶、鏈傳動(dòng)等需經(jīng)常調(diào)整張緊力。此外，同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)中也不需要任何潤(rùn)滑，所以維護(hù)保養(yǎng)很方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)比三角帶、鏈、齒輪要低得多。 5．惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作 盡管同步帶傳動(dòng)與其它傳動(dòng)相比有以上優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)安裝時(shí)的中心距要求等方面極其嚴(yán)格，同時(shí)制造工藝復(fù)雜、制造成本高。 4．2．3 同步帶的結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)格 1．同步帶結(jié)構(gòu) 如圖6-5所示，同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。 工業(yè)用同步帶帶輪及截面形狀如圖所示。 ? 圖17 同步帶結(jié)構(gòu) 1—帶背? 2—承載繩? 3—帶齒? 4—包布帶 ? 圖18 常用同步帶輪結(jié)構(gòu) ? ? a)RPP同步帶 ? b)梯形齒同步帶 ? c)圓弧齒同步帶 ? d)梯形齒雙面同步帶 ? e)圓弧齒雙面同步帶 ? f)交錯(cuò)雙面齒同步帶 圖19 常用同步帶結(jié)構(gòu) 2．同步帶規(guī)格型號(hào) ???根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T11616-1989、GB/T11362-1989,我國(guó)同步帶型號(hào)及標(biāo)記方法分別如表6-1和圖6-8所示。 4．2．4 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 1．失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則 同步帶傳動(dòng)主要失效形式有： (1) 承載繩斷裂? 原因是帶型號(hào)過小和小帶輪直徑過小等。 表1 同步帶型號(hào)? 型????? 號(hào) 名?稱 節(jié)????? 距 mm in MXL(Minima Extra Light) XXL(Extra Extra Light) XL(Extra Light) L(Light) H(Heavy) XH(Extra Heavy) XXH(Double Extra Heavy) 最輕型 超輕型 特輕型 輕?型 重?型 特重型 最重型 2.032 3.175 5.080 9.525 12.700 22.225 31.750 0.08 0.125(1/8) 0.200(1/4) 0.375(3/8) 0.5(1/2) 0.875(7/8) 1.25 (a)??????????????????????????????????????????????????? (b) 圖20 同步帶標(biāo)記舉例 (a) 單面齒同步帶標(biāo)記????? (b) 雙面齒同步帶標(biāo)記 (2) 爬齒和跳齒? 原因是同步帶傳遞的圓周力過大、帶與帶輪間的節(jié)距差值過大、帶的初拉力過小等。 (3) 帶齒的磨損? 原因是帶齒與輪齒的嚙合干涉、帶的張緊力過大等。 (4) 其他失效方式? 帶和帶輪的制造安裝誤差引起的帶輪棱邊磨損、帶與帶輪的節(jié)距差值太大和嚙合齒數(shù)過少引起的帶齒剪切破壞、同步帶背的龜裂、承載繩抽出和包布層脫落等。在正常的工作條件下，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在不打滑的條件下，保證同步帶的抗拉強(qiáng)度。在灰塵雜質(zhì)較多的條件下，則應(yīng)保證帶齒的一定耐磨性。 　 同步帶是以鋼絲繩或玻璃纖維為強(qiáng)力層，外覆以聚氨酯或氯丁橡膠的環(huán)形帶，帶的內(nèi)周制成齒狀，使其與齒形帶輪嚙合。 　　同步帶傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，對(duì)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(duì)于要求同步的傳動(dòng)也可用于低速傳動(dòng)。 　　同步帶傳動(dòng)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(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)各自的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動(dòng)力。 同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)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(dòng)效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)，不需潤(rùn)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(chǎng)所下正常工作。 本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機(jī)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(jī)械傳動(dòng)中。 4．2．5 同步輪簡(jiǎn)介 　 同步輪,一般由材料45#鋼,鋁合金,銅，尼龍等,材料加工而成. 　　廣泛用于機(jī)床﹑紡織﹑印刷﹑食品包裝﹑電線電纜﹑儀器儀表﹑石油化工﹑煙草﹑通訊等各行業(yè)的新型機(jī)械帶傳動(dòng)中。 　　同步輪與同步帶配合使用! 圖21 同步輪 同步輪規(guī)格 ? ①梯形齒 ②T 型同步帶輪 ③HTD(STD) 同步帶輪 4．2．6 同步帶輪的計(jì)算公式 同步帶輪的節(jié)圓直徑計(jì)算： Dp=p×Z/∏ 　　 Dp： 節(jié)徑 　　 Z ： 齒數(shù) 　　 ∏： 圓周率 同步帶輪實(shí)際外圓直徑計(jì)算：De= Dp-2δ 　　 Dp：節(jié)徑 　　 δ：節(jié)頂距 同步帶輪中心距及同步帶節(jié)線長(zhǎng)計(jì)算 L’ ：近似皮帶節(jié)線長(zhǎng) C? ： 兩軸的中心距 Dp ： 大帶輪的節(jié)徑 dp ： 小帶輪節(jié)徑 中心距的確定 B= L – 1.57 (Dp + dp) L： 皮帶節(jié)線長(zhǎng) 4．3 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4．3．1 氣缸的介紹 引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件。工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；氣體在壓縮機(jī)氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)等的殼體通常也稱“氣缸”。 氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域：印刷（張力控制）、半導(dǎo)體（點(diǎn)焊機(jī)、芯片研磨）、自動(dòng)化控制、機(jī)器人等等?！? 因?yàn)橄到y(tǒng)承受負(fù)載不大，而且行程也不長(zhǎng)，本裝置選用輕巧型CG1系列雙作用氣缸，缸徑為20mm，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，行程可以根據(jù)需要選擇。采用氣緩沖，缸筒為無桿缸蓋壓成一體，缸筒與桿蓋為螺紋連接，缸筒、缸蓋和活塞都采用鋁合金，軸向尺寸短，重量比其它系列氣缸輕10％一50％。 4．3．2 氣缸的種類 氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的和作往復(fù)擺動(dòng)的兩類（見圖）。作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸 4種。①單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚 能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧 圖22 氣缸 或自重返回。②雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。④沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速(10～20米／秒)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以作功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲(chǔ)氣腔、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。作往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。 4．3．3 氣缸的作用與分類 　　將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)氣缸、氣爪等。 4．3．4 氣缸的結(jié)構(gòu) 　　氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖23 氣缸的結(jié)構(gòu) 1）缸筒 　　缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。對(duì)鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。 　　SMC CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。 2）端蓋 　　端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。 3）活塞 　　活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設(shè)有活塞密封圈。活塞上的耐磨環(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(zhǎng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒?dòng)部分長(zhǎng)度來決定?；瑒?dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。 4）活塞桿 　　活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。 5）密封圈 　　回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)處的部件密封稱為動(dòng)密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。 6）氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對(duì)活塞進(jìn)行潤(rùn)滑。也有小部分免潤(rùn)滑氣缸。 4．3．5 氣缸的參數(shù)計(jì)算 (1)氣缸作用力的大?。? 根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。 下面是氣缸理論出力的計(jì)算公式： F：氣缸理論輸出力(kgf) F'：效率為85%時(shí)的輸出力(kgf)--(F'＝F×85%） D：氣缸缸徑(mm) P：工作壓力(kgf/cm2) 通常在工程中確定輸出力的大小時(shí)，可直接查閱經(jīng)驗(yàn)圖24、圖25。 圖24 圖表 圖25 圖表 在工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇氣缸缸徑，可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗(yàn)表1中查出。 (2)氣缸行程的長(zhǎng)短： 氣缸的行程與使用場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)(圖1-3)。由圖1-3可看出，不同的安裝形式其氣缸的行程比不同。圖中活塞桿最大計(jì)算長(zhǎng)度(Ｌ)可由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表3-2中查出。在工程設(shè)計(jì)中由作用力的大小選擇出氣缸缸徑。再根據(jù)使用場(chǎng)合的實(shí)際行程來驗(yàn)算一下活塞桿的強(qiáng)度是否產(chǎn)生縱向彎曲。 理論推力、拉力表 表2 單位：kgf 圖26 機(jī)構(gòu)行程比(Ｌ為活塞桿最大計(jì)算長(zhǎng)度) 1鉸鏈-鉸鏈 1鉸鏈-鉸鏈 3固定-鉸鏈 4固定-固定 (3)活塞(或缸)的運(yùn)動(dòng)速度： 活塞運(yùn)動(dòng)速度與氣源壓力、負(fù)載、摩擦力、進(jìn)排氣管接頭通徑等有密切關(guān)系。其中，以排氣速度影響最大。如果要求活塞桿高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)選用內(nèi)徑較大的進(jìn)、排氣口及導(dǎo)管、通常為了得到緩慢的、平穩(wěn)的活塞桿運(yùn)動(dòng)速度，可選用帶節(jié)流裝置的或氣-液阻尼裝置的氣缸。節(jié)流調(diào)速的方式有：當(dāng)水平安裝的氣缸去推負(fù)載時(shí)，推薦用排氣節(jié)流；如果用垂直安裝的氣缸舉升重物時(shí)，則選用帶緩沖裝置的氣缸。從下列的圖27 “閥的有效截面積及氣缸速度”的關(guān)系里，可以根據(jù)氣缸的缸徑和使用速度來選擇用于控制氣缸的控制元件--閥的有效截面積，并由此來判斷閥的通徑大小。使用方法，縱軸上表示氣缸的速度，由此引出水平線，找出與計(jì)劃使用的氣缸尺寸的交點(diǎn)，由此交點(diǎn)引垂直線，便可從橫軸的交點(diǎn)上得知所需的有效截面積。根據(jù)有效載面積選擇較適合的閥。上述氣缸速度為僅考慮了電磁閥的有效截面積而計(jì)算出的數(shù)值。這里未考慮調(diào)速器、配管、管接頭等回路因素和氣缸的負(fù)荷率等。 活塞桿徑與活塞桿最大計(jì)算長(zhǎng)度(Ｌ)之間的關(guān)系 圖27 運(yùn)動(dòng)速度 (4)安裝形式的選擇： 由安裝位置、使用目的等因素決定。在一般場(chǎng)合下，多用固定式氣缸。在需要隨同工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)(如車床、磨床等)應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在除要求活塞桿做直線運(yùn)動(dòng)外，又要求缸作較大的圓弧擺動(dòng)時(shí)，則選用軸銷式氣缸。僅需要在360°或180°之內(nèi)作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，應(yīng)選用單葉片或雙葉片擺動(dòng)氣缸，另有特殊要求，應(yīng)選用相適當(dāng)?shù)奶胤N氣缸和組合式氣缸。 圖28 氣缸的種類 5)氣缸的空氣消耗量： 空氣消耗量是操作費(fèi)用的一部分，圖1-6系根據(jù)以下公式計(jì)算的空氣消耗。 Ｑ：每厘米行程空氣消耗量(Ｌ/ｃｍ) D：活塞或活塞桿直徑(mm) Ｓ：氣缸行程(此外為常數(shù)10mm) P：操作壓力(kgf/cm2) 利用此公式計(jì)算的空氣消耗量為近似值，因?yàn)橛袝r(shí)在氣缸室內(nèi)的供應(yīng)空氣，并不完全排放(特別是在高速狀態(tài)下)，實(shí)際所需消耗量可能稍低于圖上所讀出的數(shù)據(jù)。 4．3．6 氣缸的使用要求 (1)氣缸正常的工作條件：介質(zhì)、環(huán)境溫度一般為-20～80℃，工作壓力一般為0．1～ 1．0ＭPａ。具體條件見各類氣缸技術(shù)參數(shù)表。 (2)安裝前，應(yīng)在1．5倍工作壓力下進(jìn)行試驗(yàn)，不應(yīng)漏氣。 (3)安裝的氣源進(jìn)口處需設(shè)置油霧器，以利工作中潤(rùn)滑。氣缸的合理潤(rùn)滑極為重要，往往因潤(rùn)滑不好而產(chǎn)生爬行，甚至不能正常工作。 (4)安裝時(shí)，要注意動(dòng)作方向，活塞桿不允許承受偏心負(fù)載或橫向負(fù)載。 (5)負(fù)載在行程中有變化時(shí)，應(yīng)使用有足夠輸出力的氣缸，并要附加緩沖裝置。 (6)不使用滿行程，特別活塞桿伸出時(shí)，不要使活塞與缸蓋相碰擊。否則容易引起活塞和缸蓋等零件損壞。 4．3．7 氣缸控制部分 氣缸的運(yùn)動(dòng)通過磁鐵換向閥控制，根據(jù)不同指令控制活塞推出或者拉升，具體控制流程為：行程開關(guān)Sl觸發(fā)傳感器1發(fā)出指令使閥的YV1端得電工作，氣缸上升→撞到行程開關(guān)S2傳感器2工作→發(fā)出指令使閥的YV2端得電工作，氣缸下降。氣動(dòng)控制原理如圖29所示。 圖29 氣動(dòng)原理 4．4 氣動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 4．4．1 導(dǎo)軌的介紹 導(dǎo)軌(daogui)guide rail:金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導(dǎo)移動(dòng)裝置或設(shè)備并減少其摩擦的一種裝置。導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊，用于導(dǎo)引、固定機(jī)器部件、專用設(shè)備、儀器等。導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑 圖30 導(dǎo)軌 線軸承更高的額定負(fù)載， 同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。 4．4．2 導(dǎo)軌的應(yīng)用 　　導(dǎo)軌在我們的日常生活中的應(yīng)用也是很普遍的，如滑動(dòng)門的滑糟、火車的鐵軌等等都是導(dǎo)軌的具體應(yīng)用。還有就是導(dǎo)軌可以用于任何需要帶滑動(dòng)滑動(dòng)的機(jī)器或設(shè)備上面，如有用于電梯導(dǎo)軌，還有就是窗簾上有時(shí)也會(huì)用到它。 4．4．3 導(dǎo)軌的主要型號(hào) 　　TH35-7.5導(dǎo)軌、TH35-15導(dǎo)軌、G32-15導(dǎo)軌、G32-15(1.2MM)導(dǎo)軌、TH15-5.5導(dǎo)軌、TH35-7.0導(dǎo)軌、TH35-10導(dǎo)軌、TH35-7.5L導(dǎo)軌、TH35-7.5L(1.5MM)導(dǎo)軌、G32-15L導(dǎo)軌。 4．4．4 導(dǎo)軌的選用 氣動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)行的設(shè)計(jì)是本課題研究的核心部分。在此，我們選用燕尾槽導(dǎo)軌來進(jìn)行設(shè)計(jì)。其形狀如圖31所示。 圖31 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) 為了使卡板達(dá)到上下左右的四方位運(yùn)動(dòng)，我們采用了1根橫向?qū)к壟c2根縱向?qū)к夁B接的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖32所示。 圖32 橫軌 縱軌 其中縱向?qū)к壟c地面相連接，橫向?qū)к壖茉O(shè)在縱向?qū)к壣稀榱诉_(dá)到卡板的運(yùn)動(dòng)平衡，在橫向?qū)к壍膬深^各架設(shè)一根縱向?qū)к?。橫向?qū)к壍倪\(yùn)動(dòng)，也就是卡板的縱向運(yùn)動(dòng)。 4．4．5 滑塊的選用 要使導(dǎo)軌發(fā)揮其應(yīng)有的作用，就必須選擇與之相匹配的滑塊作為運(yùn)動(dòng)部件。其選用的注意點(diǎn)如下： 1、不同品牌的滑塊和軌道不能互換，即A牌滑塊裝在B牌軌上，是不許可的； 2、同品牌、同寬度但不同系列的導(dǎo)軌，滑塊和軌道是不可 圖33 滑塊 的導(dǎo)軌，MSA系列為高組裝，MSB為低組裝，同樣是20的導(dǎo)軌，這兩個(gè)系列的軌道不是同的，故不能互換； 3、同品牌、同系列、同尺寸的導(dǎo)軌，如果是普通精度要求，即一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械常用的N級(jí)，是可以互換的，包括工廠出貨時(shí)滑塊和軌道都是分開出的，可以隨機(jī)組裝；但是如果精度要求比較高，比如機(jī)床上用的精密級(jí)的導(dǎo)軌，在原廠對(duì)同一平面的導(dǎo)軌組裝好滑塊后進(jìn)行配磨處理，以保證同平面的滑塊的等高性，嚴(yán)格來講，是不能互換的，即使都是同樣長(zhǎng)度的導(dǎo)軌，不同平面的兩組導(dǎo)軌，每個(gè)平面都會(huì)有1個(gè)主軌即基準(zhǔn)軌，1個(gè)或多個(gè)副軌即從動(dòng)軌，主軌和副軌都不允許交叉使用，如把A平面的主軌同B平面的主軌或副軌搭配；當(dāng)然，在一些特殊情況比如滑塊損壞，而生產(chǎn)又不許可停止，只有拿同樣尺寸的滑塊來臨時(shí)代替。 本課題所用的滑塊為燕尾槽形狀，與燕尾槽導(dǎo)軌相匹配。如圖34所示 圖34 滑塊結(jié)構(gòu)圖 橫向?qū)к壣系幕瑝K在縱向?qū)к壣弦苿?dòng)，而連接卡板的滑塊在橫向?qū)к壣弦苿?dòng)，合起來就達(dá)到了卡板的四方位移動(dòng)。 4．4．6 助推氣缸的選擇 在這里，我們采用2個(gè)氣缸分別作為橫向與縱向移動(dòng)的動(dòng)力源。用于控制卡板縱向運(yùn)動(dòng)的氣缸固定在地面上，氣缸頭與橫軌中心相連接，這樣有利于橫軌在縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)的平衡性。而用于控制卡板橫向運(yùn)動(dòng)的氣缸直接固定在橫軌上，缸頭與卡板上的滑塊相連接，起到了橫向助推的作用。 5 其它零件的選擇及計(jì)算 5．1 支架的選擇 支架是支撐整個(gè)機(jī)構(gòu)的一種大型部件。支架的形狀和材料直接決定了機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，壽命等。在本課題中，我們選擇L型板作為支架，L型板分前板和后板，前板如圖35所示，用于支撐電機(jī)，同步帶等元件。后板如圖36所示，用于支撐護(hù)板，卡板等元件。其中后板上開3個(gè)等間距方槽，每個(gè)方槽位置與剔除氣缸相對(duì)應(yīng)，是用于不合格品的剔除窗口。L型板的背面用加強(qiáng)筋加固。 圖35 前板 圖36 后板 5．2 流道的設(shè)計(jì) 流道也是機(jī)構(gòu)中一個(gè)重要的組成部分。它是連接同步帶和卡板的輸送單元，同時(shí)也是推進(jìn)氣缸進(jìn)行推進(jìn)的通道。流道的高度和寬度，應(yīng)比被檢測(cè)工件略大，同時(shí)也要保證氣缸能夠完全推進(jìn)。流道的長(zhǎng)度，應(yīng)該與推進(jìn)氣缸的行程相匹配。流道兩個(gè)側(cè)壁分別開一個(gè)槽，槽的大小比被檢測(cè)工件略大，供工件的流入和流出。前槽連接同步帶，后槽連接護(hù)板。流道的結(jié)構(gòu)如圖37所示。 圖37 流道 5．3 護(hù)板的選用 護(hù)板，是位于卡板兩側(cè)的2塊L型板。其作用相當(dāng)于一個(gè)檢測(cè)通道，在卡板把被檢測(cè)工件頂起的過程中，工件由于受力不均勻，易于從卡板上掉落，從而影響了整個(gè)檢測(cè)過程。有了護(hù)板的支撐，工件就能平穩(wěn)向前推進(jìn)。護(hù)板的寬度和高度，比工件略大。長(zhǎng)度應(yīng)該大于整個(gè)檢測(cè)通道。護(hù)板板壁上開槽，其位置與6個(gè)檢測(cè)氣缸相匹配，供檢測(cè)氣缸的推進(jìn)。護(hù)板如圖38所示。 圖38 護(hù)板 6 總裝配體的設(shè)計(jì) 6．1 總裝配圖 接插件自動(dòng)檢測(cè)上料機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)如圖39所示。 圖39 總裝配圖 6．2 機(jī)構(gòu)的安裝與調(diào)試 整個(gè)機(jī)構(gòu)安置于一塊底板上。L型板（前板和后板）用直徑為M6的螺釘連接在底板上。在4角上各連接一個(gè)螺釘。步進(jìn)電機(jī)放在前板的背面，通過前板上的軸與同步帶的主動(dòng)輪相連接。從動(dòng)輪連接在前板的另一根軸上。同步帶的護(hù)板同樣用4個(gè)直徑為M6的螺釘固定于前板上。推進(jìn)氣缸固定于工作臺(tái)上。氣缸頭與流道相配合。流道下有圓柱與地面相支撐。流道的出口槽用直徑為M6的螺釘和護(hù)板相連接。護(hù)板的另一頭有圓柱支撐。護(hù)板的定位在卡板兩側(cè)，中間空隙比卡板稍寬以便于卡板在其中做四方位移動(dòng)。卡板上裝有一滑塊，可以在橫向?qū)к壣弦苿?dòng)。橫軌上有滑塊，可以在豎軌上移動(dòng)。豎軌固定于地面。用于橫向推動(dòng)的氣缸固定在橫軌上，用于縱向推動(dòng)的氣缸固定在地面上，用一L型小板相固定。 結(jié) 論 本次所設(shè)計(jì)的接插件自動(dòng)檢測(cè)上料機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是產(chǎn)品針對(duì)性強(qiáng)，加工工藝范圍相對(duì)集中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，易于維護(hù)、維修和保養(yǎng)，且面向的市場(chǎng)較為廣泛，有多數(shù)零件為標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，設(shè)計(jì)費(fèi)用低及制造周期較短，對(duì)于從事小型生產(chǎn)加工企業(yè)可以接受，特別是從事電子方面流水線作業(yè)的中小型企業(yè)。作好各方面的加工精度設(shè)計(jì)、嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)、制造要求可以使機(jī)構(gòu)各方面運(yùn)動(dòng)參數(shù)得以保證，并按照要求的維修、維護(hù)及保養(yǎng)的要求，機(jī)構(gòu)的壽命可以較大的延長(zhǎng)。最重要的是，該課題來源于生產(chǎn)實(shí)際，主要解決生產(chǎn)中人工檢測(cè)接插件效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、誤判等問題，為企業(yè)設(shè)計(jì)接插件的自動(dòng)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)接插件檢測(cè)上料自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)不良品的自動(dòng)判別和剔除，提升企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平，并為同類問題的解決提供參考方案。本機(jī)構(gòu)采用同步帶輪驅(qū)動(dòng)，汽缸推進(jìn)以及PLC電路控制全部工位節(jié)拍運(yùn)作，最大限度地保證了機(jī)構(gòu)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，使生產(chǎn)流水作業(yè)源源不斷地進(jìn)行，效益得以提高。在設(shè)計(jì)本機(jī)構(gòu)的過程中，也遇到過種種難題，例如幾個(gè)工位的配合節(jié)拍問題，滑動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)等等。最后，都通過反復(fù)地論證與修改得以解決。始終堅(jiān)持設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單化的結(jié)構(gòu)，來達(dá)到應(yīng)有的作用。同時(shí)，對(duì)機(jī)構(gòu)的某幾個(gè)檢測(cè)單元的尺寸稍做修改，就能用來檢測(cè)不同類型的接插元件。從而節(jié)約了成本，也擴(kuò)大了運(yùn)作范圍。  致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)約半年，從題目的認(rèn)知與分析、零件圖的內(nèi)容及要求、原始材料的準(zhǔn)備與查詢、相關(guān)產(chǎn)品的搜索及了解、開題報(bào)告的整理與審查、設(shè)計(jì)原理與技術(shù)的采用、方案的選取等等各個(gè)方面，指導(dǎo)教師李清副教授都給予我相當(dāng)多的幫助和指導(dǎo)，并經(jīng)常與我交流設(shè)計(jì)情況，為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利地完成起到了重要的指導(dǎo)和督促作用。在論文完成之際，深深感謝李清導(dǎo)師。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的寫作和修改過程中，正值工作繁忙，同樣感謝李老師和單位領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我的理解與支持。在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于一些原理及技術(shù)上的應(yīng)用，圖書的查詢等工作，許多同學(xué)也給予了許多幫助，在此，我對(duì)李清老師表示由衷的感激和敬意，也對(duì)熱心幫助的同學(xué)表示謝意。正是在與他們的交流學(xué)習(xí)中，我獲得了很大啟發(fā)，促使我更努力地去鉆研學(xué)習(xí)，度過了難忘的四年大學(xué)生活。 最后，對(duì)南京理工大學(xué)紫金學(xué)院這四年來對(duì)我的培養(yǎng)教導(dǎo)表示最誠(chéng)摯的感謝。無論是曾經(jīng)幫助還是未幫助過我的人，祝福你們！  參 考 文 獻(xiàn) [1] 尚久浩. 自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003(5) [2] 詹宿賢. 自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：北京輕工業(yè)出版社，1987(6) [3] 張鍵民. 機(jī)電—體化系統(tǒng)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，1996 [4] 鄭叔芳，吳曉林. 機(jī)械工程測(cè)量學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版社，1999(9) [5] 陳立定. 電氣控制與可編程序控制器的原理及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004． [6] 許福玲. 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