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I 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 論文 柔性制造實驗裝置設(shè)計 電控制 PLC 所 在 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 老 師 年 月 日 II 摘 要 本次設(shè)計是柔性制造實驗裝置設(shè)計的設(shè)計 在這里主要包括 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 回 轉(zhuǎn)部位系統(tǒng)的設(shè)計 這次畢業(yè)設(shè)計對設(shè)計工作的基本技能的訓(xùn)練 提高了分析和解決 工程技術(shù)問題的能力 并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計創(chuàng)造了一定條件 整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動機(jī)產(chǎn)生動力通過聯(lián)軸器將需要的動力傳遞到絲桿上 絲桿帶 動絲桿螺母 從而帶動整機(jī)運動 提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平 更顯示其優(yōu)越 性 有著廣闊的發(fā)展前途 本論文研究內(nèi)容 1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 柔性制造實驗裝置工作性能分析 3 電動機(jī)的選擇 4 柔性制造實驗裝置的傳動系統(tǒng) 執(zhí)行部件設(shè)計 5 對設(shè)計零件進(jìn)行設(shè)計計算分析和校核 6 繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計零件的零件圖 關(guān)鍵詞 柔性制造實驗裝置 聯(lián)軸器 滾珠絲杠 III Abstract The experimental design is the flexible manufacturing system design design Here include transmission system design turning parts of the system design the graduation project design work on basic skills training to improve the ability to analyze and solve engineering problems and for the general mechanical design to create a certain condition The whole structure is mainly generated by the electric motor power the power needed to pass through the coupling to the screw screw drive screw nut thus boosting the overall campaign to raise labor productivity and production automation More show its superiority has a broad development prospects This thesis research 1 the overall structural design 2 Flexible manufacturing apparatus for analyzing the performance of the experimental work 3 Select the motor 4 Transmission flexible manufacturing test equipment perform the component design 5 for the design of parts to design computational analysis and verification 6 to draw the whole assembly drawings and assembly drawings and designs important parts parts parts diagram Keywords flexible manufacturing test equipment couplings ball IV 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 1 緒論 1 1 1 柔性制造實驗裝置在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 1 1 2 本課題研究的內(nèi)容及方法 1 1 2 1 主要的研究內(nèi)容 1 1 2 2 設(shè)計要求 2 2 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計 3 3 水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計 4 3 1 水平進(jìn)給滾珠絲桿副的選擇 5 3 1 1 導(dǎo)程確定 5 3 1 2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 5 3 1 3 估計工作臺質(zhì)量及負(fù)重 5 3 1 4 確定絲桿的等效負(fù)載 5 3 1 5 確定絲桿所受的最大動載荷 6 3 1 6 精度的選擇 7 3 1 7 選擇滾珠絲桿型號 7 3 2 校核 7 3 2 1 臨界壓縮負(fù)荷驗證 8 3 2 2 臨界轉(zhuǎn)速驗證 9 3 2 3 絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 9 3 3 電機(jī)的選擇 10 3 3 1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量 10 3 3 2 電機(jī)扭矩計算 11 4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及主軸設(shè)計計算 13 4 1 電機(jī)的選擇 13 4 2 同步帶傳動計算 13 4 2 1 同步帶計算選型 13 4 2 2 同步帶的主要參數(shù) 結(jié)構(gòu)部分 16 4 2 3 同步帶的設(shè)計 18 4 2 4 同步帶輪的設(shè)計 19 4 3 主軸組件設(shè)計計算 20 4 3 1 主軸的材料與熱處理 20 4 3 2 主軸直徑的選擇 21 4 3 3 主軸前后軸承的選擇 22 4 3 4 軸承的選型及校核 23 4 3 5 主軸前端懸伸量 24 4 3 6 主軸支承跨距 25 V 4 3 7 主軸結(jié)構(gòu)圖 26 5 4 8 主軸的校核 26 4 3 9 軸承壽命校核 29 4 3 10 主軸組件中相關(guān)部件 29 5 PLC 控制部分設(shè)計 32 5 1 可編程序控制器的選擇及工作過程 32 5 1 1 可編程序控制器的選擇 32 5 1 2 可編程序控制器的工作過程 32 5 2 可編程序控制器的使用步驟 33 5 3 可編程序控制器控制方案 34 5 3 1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 34 5 3 2 控制要求 34 5 4 PLC 控制原理圖設(shè)計 34 結(jié)論 36 致 謝 37 參考文獻(xiàn) 39 1 1 緒論 1 1 柔性制造實驗裝置在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 中國在上世紀(jì) 80 年代開始研究大型機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 超過 20 年取得了長足 的進(jìn)步 結(jié)構(gòu)用在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床等主機(jī)床的快速發(fā)展焊接生產(chǎn)一代鍛焊鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計和 制造技術(shù) 在汽車制造行業(yè) 在上世紀(jì) 90 年代增加了汽車生產(chǎn)在中國開始從國外引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備陸 續(xù)出臺 并且在汽車旋轉(zhuǎn)軸線 所述制動蹄 車輪與制造過程的其它部分中常用的各 種先進(jìn)技術(shù) 以提高了產(chǎn)品的效率和質(zhì)量 在造船 汽車 鍋爐和壓力容器制造行業(yè) 也成為生產(chǎn)技術(shù)的重要手段 目前 有多種獲得認(rèn)可船級社國家技術(shù)在生產(chǎn)中已被使 用 由于十一五期間開始探索有效的技術(shù) 因為 取得了可喜的成績 目前 數(shù)控柔性制造的設(shè)計機(jī)構(gòu)或根據(jù)具體情況來設(shè)計特殊的設(shè)備柔性化的數(shù)控實驗 生產(chǎn)實驗裝置的絕大多數(shù) 所謂傳統(tǒng)的數(shù)控實驗生產(chǎn)固定矯治器的柔性結(jié)構(gòu) 具體數(shù) 字體驗柔性制造系統(tǒng)的運動特性只能容納一定范圍內(nèi) 它的成本越多 不利于柔性制 造數(shù)控實驗開發(fā) 未來趨勢可分為以下三個方面 2 選擇一個視覺傳感器 用于檢測磁跡 因為涉及到開發(fā)的圖像處理的技術(shù) 信息融合技術(shù) 2 多傳感器要面對更復(fù)雜的任務(wù) 3 常規(guī)的控制技術(shù)來控制智能控制技術(shù) 這也將是一個移動裝置中使用柔性數(shù)控實驗生 產(chǎn)控制 1 2 本課題研究的內(nèi)容及方法 1 2 1 主要的研究內(nèi)容 在獲得了豐富的數(shù)控柔性制造基地的實驗設(shè)計的理論資料和文檔以及相關(guān)的知識和 國外 考慮到生產(chǎn)測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點靈活的 CNC 應(yīng)用任務(wù)的具體特點和數(shù)控柔性 制造實驗 分析 使用三個自由度聯(lián)合設(shè)備數(shù)控柔性制造測試目的與生產(chǎn)流程的自動化 來確定 為了實現(xiàn)這些目標(biāo) 研究文章要進(jìn)行如下 1 根據(jù)現(xiàn)場的操作和數(shù)控柔性制造實驗設(shè)備自身的環(huán)境要求的結(jié)構(gòu)特點 以確定數(shù)控 2 柔性制造測試設(shè)備的整體設(shè)計 2 確定數(shù)控柔性制造實驗裝置的性能參數(shù) 初始靜態(tài)分析模型中 選擇根據(jù)實際情況 的電機(jī) 3 是功能為一個完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計的數(shù)控柔性制造開始的實驗裝置的各個組成部分 4 填充的主要阻力成分和硬度檢查 1 2 2 設(shè)計要求 1 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能 提出三維數(shù)控柔性制造實驗裝置的整體設(shè)計方案 2 完成三維數(shù)控柔性制造實驗裝置結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計 3 通過相關(guān)設(shè)計計算 完成電機(jī)選型 4 完成三維數(shù)控柔性制造實驗裝置結(jié)構(gòu)的三維造型 繪制三維數(shù)控柔性制造實驗裝 置結(jié)構(gòu)總裝配圖 主要零件圖 3 2 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計 數(shù)控柔性制造實驗裝置的設(shè)計應(yīng)滿足幾個條件中的第一個是 必須確保在工件和 可靠的定位的可靠性 以保持片的精確度和該點的相對位置 該點必須符合用于選擇 合適的定位機(jī)構(gòu)的要求 也具有足夠的強(qiáng)度和剛度 除了工件 工具的重量 而且也 通過其自身的重量也受槍驅(qū)動慣性期間發(fā)生和振動 沒有足夠的強(qiáng)度和剛度可以發(fā)生 斷裂或彎曲 為更大的力量 強(qiáng)度 剛度計算是必需的 最后 盡可能具有一定的通 用性 如果可以的話 你應(yīng)該考慮的問題 組件轉(zhuǎn)化產(chǎn)物 以適應(yīng)不同的形狀和雙方 的大小 在為了滿足這些要求 可制成的模塊化結(jié)構(gòu) 快速更換各種零件和配件的延 長使用的機(jī)構(gòu) 水平運動 電動機(jī) 聯(lián)軸器 滾珠絲杠 回轉(zhuǎn)運動 電動機(jī) 聯(lián)軸器 帶輪 環(huán)形實驗臺 4 3 水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計 表 3 1 滾珠絲桿副支承 支承 方式 簡圖 特點 一端 固定 一端 自由 簡單的結(jié)構(gòu) 盡可能通過拉伸和穩(wěn)定性相對于臨界 速度是較低的支柱設(shè)計 這種植物的負(fù)載容量小 端部的軸向剛度 僅適用于短螺釘 一端 固定 一端 游動 以固定螺母 并在同軸電纜的兩端支承 有必要以 使結(jié)構(gòu)更復(fù)雜 更困難的 并且所述螺釘桿的軸向 剛性的在上部臨界速度和穩(wěn)定性的兩端螺桿的長度 存在的擴(kuò)展空間 此安裝方法一般用在一個較長的 螺釘 的場合的速度 該力將不得不增加的大球軸 承的數(shù)量角接觸 利用高速的不是更經(jīng)濟(jì)的推力球 軸承 代替角接觸球軸承 兩端 固定 只有軸承無間隙 軸向剛度螺旋一端固定四倍 在 一般情況下 壓縮螺旋不是 沒有條的穩(wěn)定性 固 有頻率是比固定端更高 可以預(yù)拉伸可以通過預(yù)拉 伸和熱膨脹的問題 結(jié)構(gòu)和程序后松動螺釘減輕重 量都比較困難 這樣的設(shè)備適合于剛性和換檔精度 的情況 5 3 1 水平進(jìn)給滾珠絲桿副的選擇 滾珠絲桿副就是由絲桿 螺母和滾珠組成的一個機(jī)構(gòu) 他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運動 轉(zhuǎn)和直線運動進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換 絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體 絲杠轉(zhuǎn)動時帶動滾珠 滾動 設(shè)水平進(jìn)給最大行程為 200mm 兩側(cè)各留 10mm 的安全距離 最快進(jìn)給速度為 18m min 絲杠等組件大概質(zhì)量為 50kg 工作臺大概質(zhì)量為 80kg 移動部件大概質(zhì)量為 30kg 3 1 1 導(dǎo)程確定 電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器連接 故其傳動比 i 1 選擇電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 則絲杠的導(dǎo)程為cmkgfMrn 2min 150maxmax 最 大 轉(zhuǎn) 矩 取 Ph 12mmnVPH1250 18 ee 3 1 2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 基本公式 in rPVh 最大進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速 min 1502 8max rn 最小進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速 i 3 inih 絲桿的等效轉(zhuǎn)速 212mi1axrtttm 式中取 故21t in 0 2in1axtnm 3 1 3 估計工作臺質(zhì)量及負(fù)重 絲杠等組件重量 NXgG1968 01 工作臺重量 742 移動部件重量 m2 33 3 1 4 確定絲桿的等效負(fù)載 工作負(fù)載是指機(jī)床工作時 實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力 他的數(shù)值用進(jìn)給 牽引力的實驗公式計算 選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌 取摩擦系數(shù)為 0 03 K 為顛覆力矩影 響系數(shù) 一般取 1 1 1 5 本課題中取 1 3 則絲桿所受的力為 NGFGFGfKFZx 215 2 03 3 12 2 3y12yma 6 0min F 其等效載荷按下式計算 式中取 21t 1nNtnFm49 321mi3ax 3 1 5 確定絲桿所受的最大動載荷 316mhkahtwm10 nT ffCar fw 負(fù)載性質(zhì)系數(shù) 查表 取 fw 1 2 ft 溫度系數(shù) 查表 取 ft 1 fh 硬度系數(shù) 查表 取 fh 1 fa 精度系數(shù) 查表 取 fa 1 fk 可靠性系數(shù) 查表 取 fk 1 Fm 等效負(fù)載 nz 等效轉(zhuǎn)速 Th 工作壽命 取絲桿的工作壽命為 15000h 由上式計算得 Car 17300N 表 3 1 1 各類機(jī)械預(yù)期工作時間 Lh 表 3 1 2 精度系數(shù) fa 7 表 3 1 3 可靠性系數(shù) fk 表 3 1 4 負(fù)載性質(zhì)系數(shù) fw 3 1 6 精度的選擇 滾珠絲杠副的精度對電氣機(jī)床的定位精度會有影響 在滾珠絲杠精度參數(shù)中 導(dǎo) 程誤差對機(jī)床定位精度是最明顯的 一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意 300 行程變m 動量 應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的 1 3 1 2 在最后精度驗算中確定 選用滾珠絲30V 杠的精度等級絲軸為 1 3 級 1 級精度最高 考慮到本設(shè)計的定位精度要求及其經(jīng)濟(jì) 性 選擇 X 軸精度等級為 3 級 3 1 7 選擇滾珠絲桿型號 計算得出 Ca Car 17 3KN 則 Coa 2 3 Fm 34 6 51 9 KN 公稱直徑 Ph 12mm 則選擇 FFZD 型內(nèi)循環(huán)浮動返向器 雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿副 絲桿的型號為 FFZD4010 3 公稱直徑 d0 40mm 絲桿外徑 d1 39 5mm 鋼球直徑 dw 7 144mm 絲桿底徑 d2 34 3mm 圈數(shù) 3 圈 Ca 30KN Coa 66 3KN 剛度 kc 973N m 3 2 校核 滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率 其扭 轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率 承受軸向負(fù)荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度 KO 有絲桿本身 的拉壓剛度 KS 絲桿副內(nèi)滾道的接觸剛度 KC 軸承的接觸剛度 Ka 螺母座的剛度 8 Kn 按不同支撐組合方式計算而定 3 2 1 臨界壓縮負(fù)荷驗證 絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大 采用一端固定一端支撐的方式 臨界壓 縮負(fù)荷按下列計算 NFKLEIfFcr max201e 式中 E 材料的彈性模量 E 鋼 2 1X1011 N m 2 LO 最大受壓長度 m K1 安全系數(shù) 取 K1 1 3 Fmax 最大軸向工作負(fù)荷 N f1 絲桿支撐方式系數(shù) f 1 15 1 I 絲桿最小截面慣性距 m 4 42 2 1 6woddI 式中 do 是絲桿公稱直徑 mm dw 滾珠直徑 mm 絲桿螺紋不封閉長度 Lu 工作臺最大行程 螺母長度 兩端余量 Lu 300 148 20X2 488mm 支撐距離 LO 應(yīng)該大于絲桿螺紋部分長度 Lu 選取 LO 620mm 代入上式計算得出 Fca 5 8X108N 可見 Fca F max 臨界壓縮負(fù)荷滿足要求 9 3 2 2 臨界轉(zhuǎn)速驗證 滾珠絲杠副高速運轉(zhuǎn)時 需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 要求絲杠的最crn 高轉(zhuǎn)速 2230KPAEILfnCZcr 式中 A 絲桿最小截面 A 24 6 2m10 9 3 414 d 絲杠內(nèi)徑 單位 2dm P 材料密度 p 7 85 103 Kg m 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 單位為 本設(shè)計中該值為cL 148 2 300 620 488 2 440mmc 安全系數(shù) 可取 0 82K2K fZ 絲杠支承系數(shù) 雙推 簡支方式時取 18 9 經(jīng)過計算 得出 6 3 104 該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速 所以滿足要求 crnmin r 3 2 3 絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke 的計算公式LAEs maxin 式中 A 絲杠最小橫截面 2 4dm 螺母座剛度 KH 1000N m 當(dāng)導(dǎo)軌運動到兩極位置時 有最大和最小拉壓剛度 其中 L 植分別為 750mm 和 100mm 經(jīng)計算得 min 1 2 1 sCHe KK sradmWB k 式中 Ke 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 N m 10 KH 螺母座的剛度 N m K H 1000 N m Kc 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 N m KS 絲杠本身的拉壓剛度 N m KB 軸承的接觸剛度 N m 經(jīng)計算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠(yuǎn)大于 1500r min 能滿足要求 3 3 電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件 每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個距角增量 電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例 相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率 步進(jìn)電機(jī)具有慣量低 定位精度高 無累計誤差 控制簡單等優(yōu)點 所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中 選擇步進(jìn)電動機(jī)時首先要保證步 進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率 再者還要考慮轉(zhuǎn)動慣量 負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán) 境等因素 3 3 1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量 a 回轉(zhuǎn)運動件的轉(zhuǎn)動慣量 328md42LJR 上式中 d 直徑 絲桿外徑 d 39 5mm L 長度 1m P 鋼的密度 7800 2kg m 經(jīng)計算得 20 RJ b 水平進(jìn)給直線運動件向絲桿折算的慣量 2 PMJL 上式中 M 質(zhì)量 水平進(jìn)給直線運動件 M 160kg 11 P 絲桿螺距 m P 0 001m 經(jīng)計算得 2 810 4 9kgJL c 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量 查表得 204kg mJW 因此 28 m0 8kg4 10 9 LR 3 3 2 電機(jī)扭矩計算 a 折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩 atJnT602mxax 上式中 in 15r J 0 0028kg m2 ta 加速時間 KS 系統(tǒng)增量 取 15s 1 則 ta 0 2s3ta 經(jīng)計算得 mNT 2 mx b 折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩 IPF 20f 上式中 F 0 導(dǎo)軌摩擦力 F0 Mf 而 f 摩擦系數(shù)為 0 02 F 0 Mgf 32N P 絲桿螺距 m P 0 001m 傳動效率 0 90 I 傳動比 I 1 經(jīng)計算得 mNTf 75 0 12 c 折算至電機(jī)軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩 i2 1 2000 PT 上式中 P0 滾珠絲桿預(yù)加載荷 1500N 0 滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率為 0 9 經(jīng)計算的 T0 0 05N M 則快速空載啟動時所需的最大扭矩 mNf 82 0max 根據(jù)以上計算的扭矩及轉(zhuǎn)動慣量 選擇電機(jī)型號為 SIEMENS 的 IFT5066 其額定轉(zhuǎn) 矩為 6 7 NA 13 4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及主軸設(shè)計計算 4 1 電機(jī)的選擇 查 SEW 減速電機(jī)的規(guī)格表 選用如下減速電機(jī) 表 5 1 選用的電機(jī)的詳細(xì)參數(shù) 電機(jī)額定功 率 Pm kW 輸出轉(zhuǎn)速 na r min 輸出扭 矩 Ma N m 減速機(jī) 速比 i 輸出軸許用徑 向載荷 FRa N 使用系數(shù) SEW fB 減速機(jī) 型號 電機(jī) 型號 重量 kg 0 37 56 47 22 5 2870 1 55 DT71D4 SF37 14 此型號的電機(jī)在一定程度上保證了驅(qū)動功率有一定的盈余 因數(shù)在電機(jī)起動時 若機(jī)床上有工件 則此時的起動功率會比平時工作時的功率要大 且減速電機(jī)本身還 有一定的使用系數(shù) 4 2 同步帶傳動計算 4 2 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(jī)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mP 工作情況系數(shù) 按表 5 2 工作情況系數(shù) 選取 1 7 AKAK 表 5 2 工作情況系數(shù) 14 WPKAd 63 07 1 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 0 40kw n 1 56rpm 查表 5 3 表 5 3 同步帶選型表 選同步帶的型號為 H 節(jié)距為 P b 8 00mm 1 選擇小帶輪齒數(shù) z1 z2 15 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 34 故大帶輪齒數(shù)為 z 2 i z1 1 z1 34 故 z1 34 z 2 34 確定帶輪的節(jié)圓直徑 d1 d 2 小帶輪節(jié)圓直徑 d1 Pbz1 8 00 34 3 14 86 53mm 大帶輪節(jié)圓直徑 d2 Pbz2 8 00 34 3 14 86 53mm 驗證帶速 v 由公式 v d1n1 60000 計算得 s v max 40m s 其中 vmax 40m s 由表 3 2 4mv 276 060153 84 60 查得 a 確定帶長和中心矩 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 得 2 7 021021dad 所以有 ma2 34614 20 現(xiàn)在選取軸間間距為取 224mm 0a 10 同步帶帶長及其齒數(shù)確定 0L2 a21d 53 86 4 3 719 7mm 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1 20vmTPa 2100 85N m 0 448kg m a 16 所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為 0 21KW0P101 48 52 2 表 5 4 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量 13 計算作用在軸上力 rF rFvPd10 71 6N 4 2 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 5 5 表 5 5 帶節(jié)線長度表 17 2 帶的節(jié)距 Pb 如圖 4 2 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 4 6 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(qiáng) 相應(yīng)就能傳動較大的裁荷 圖 5 1 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 表 5 6 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸 18 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(jìn)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(jìn)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 2 3 同步帶的設(shè)計 在這里 我們選用梯形帶 帶的尺寸如表 5 7 帶的圖形如圖 5 2 表 5 7 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 19 圖 5 2 同步帶 4 2 4 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 同步帶輪的設(shè)計結(jié)果 同步帶輪用梯形齒 其圖形如圖 5 3 20 圖 5 3 同步帶輪 4 3 主軸組件設(shè)計計算 4 3 1 主軸的材料與熱處理 主軸材料主要根據(jù)剛度 載荷特點 耐磨性和熱處理變形大小等因素選擇 主軸的剛度與材料的彈性模量 E 值有關(guān) 鋼的 E 值較大 2 1 10 N cm 左右 72 所以 主軸材料首先考慮用鋼料 鋼的彈性模量 E 的數(shù)值和鋼的種類和熱處理方式無 關(guān) 即不論是普通鋼或合金鋼 其彈性模量 E 基本相同 因此在選擇鋼料時應(yīng)首先選 用價格便宜的中碳鋼 如 45 鋼 只有在載荷特別重和有較大的沖擊時 或者精密特 殊主軸需要減少熱處理后的變形時 或者軸向移動的主軸需要保證其耐磨性時 才考 慮選用合金鋼 當(dāng)主軸軸承采用滾動軸承時 軸頸可不淬硬 但為了提高接觸剛度 防止敲碰損 傷軸頸的配合表面 不少 45 鋼主軸軸頸仍進(jìn)行高頻淬火 HRC48 54 有關(guān) 45 鋼主 軸熱處理情況如下表 5 8 所列 21 表 5 8 使用滾動軸承的 45 鋼主軸熱處理等參數(shù) 材 料 牌 號 工 作 條 件 使 用 機(jī) 床 常 用 代 用 熱 處 理 硬 度 輕中負(fù)載 車 鉆 銑 磨床主軸 45 50 調(diào)質(zhì) HB220 250 輕中負(fù)載局部要 求高硬度 磨床的切割片 軸 45 50 高頻淬火 HRC52 58 輕中負(fù)載 PV 40 N m cm s 2 車 鉆 銑 磨床的主軸 45 50 淬火回火高頻 淬火 HRC42 50 HRC52 58 此次設(shè)計的特殊主軸 考慮到主軸材料的選擇原則 選用價格便宜的中碳鋼 45 鋼 查表 2 2 中 因工作中承受輕 中負(fù)荷 且要求局部高硬度 故熱處理采用高頻 淬火 HRC52 58 4 3 2 主軸直徑的選擇 主軸直徑對主軸組件剛度的影響很大 直徑越大 主軸本身的變形和軸承變形引 起的主軸前端位移越小 即主軸組件的剛度越高 但主軸前端軸頸直徑 D1 越大 與之相配的軸承等零件的尺寸越大 要達(dá)到相同的 公差則制造越困難 重量也增加 同時 加大直徑還受到軸承所允許的極限轉(zhuǎn)速的限 制 甚至為特殊結(jié)構(gòu)所不允許 通常 主軸前軸頸直徑 D1 可根據(jù)傳遞功率 并參考現(xiàn)有同類特殊的主軸軸頸尺寸 確定 查 金屬切削特殊設(shè)計 第 506 頁表 5 12 中 幾種常見的通用特殊鋼質(zhì)主軸前 軸頸的直徑 D1 可供參考 如下表 5 9 所示 特殊 查上表中對應(yīng)項 初取 D1 D2 30 表 5 9 主軸前軸頸直徑 D1 的選擇 機(jī)床功率 千瓦 機(jī)床 1 47 2 5 2 6 3 6 3 7 5 5 5 6 7 3 7 4 11 11 14 7 車床 60 80 70 90 70 105 95 130 110 145 140 165 銑床 50 90 60 90 60 95 75 100 90 105 100 115 22 外圓磨床 50 90 55 70 70 80 75 90 75 100 4 3 3 主軸前后軸承的選擇 根據(jù)前述關(guān)于軸承的選擇原則 查 金屬切削設(shè)計簡明手冊 第 375 頁 選取主 軸前支承的 36206 是舊型號 新型號是 7206C 即接觸角為 15 的角接觸球軸承 23 圖 5 5 軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸 4 3 4 軸承的選型及校核 滾動軸承的選擇包括軸承類型選擇 軸承精度等級選擇和軸承尺寸選擇 軸承類型選擇適當(dāng)與否 直接影響軸承壽命以至機(jī)器的工作性能 選擇軸承類型 時應(yīng)當(dāng)分析比較各類軸承的特性 并參照同類機(jī)器中的軸承使用經(jīng)驗 在選擇軸承類型時 首先要考慮載荷的大小 方向以及軸的轉(zhuǎn)速 一般說來 球 軸承便宜 在載荷較小時 宜優(yōu)先選用 滾子軸承的承載能力比球軸承大 而且能承 受沖擊載荷 因此在重載荷或受有振動 沖擊載荷時 應(yīng)考慮選用滾子軸承 但要注 意滾子軸承對角偏斜比較敏感 當(dāng)主要承受徑向載荷時 應(yīng)選用向心軸承 當(dāng)承受軸向載荷而轉(zhuǎn)速不高時 可選 用推力軸承 如轉(zhuǎn)速較高 可選用角接觸球軸承 當(dāng)同時承受徑向裁荷和軸向載荷時 若軸向載荷較小 可選用向心球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承 若軸向載荷較大 而轉(zhuǎn)速不高 可選用推力軸承和向心軸承的組合方式 分別承受軸向載荷和徑向載荷 當(dāng)軸向載荷較大 且轉(zhuǎn)速較高時 則應(yīng)選用接觸角較大的角接觸軸承 各類軸承適用的轉(zhuǎn)速范圍是不相同的 在機(jī)械設(shè)計手冊中列出了各類軸承的極限 轉(zhuǎn)速 一般應(yīng)使軸承在低于極限轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn) 向心球軸承 角接觸球軸承和短圓柱痞 子軸承的極限轉(zhuǎn)速較高 適用于較高轉(zhuǎn)速場合 推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低 只能用于 較低轉(zhuǎn)速場合 其次 在選擇軸承類型時還需考慮安裝尺寸限制 裝拆要求 以及軸承的調(diào)心件 能和風(fēng)度 一般球軸承外形尺寸較大 滾子軸承較小 滾針軸承的徑向尺寸最小而軸 向尺寸較大 此外 不同系列的軸承 其外形尺寸也不相同 選擇軸承一般應(yīng)根據(jù)機(jī)械的類型 工作條件 可靠性要求及軸承的工作轉(zhuǎn)速 n 預(yù) 先確定一個適當(dāng)?shù)氖褂脡勖?Lb 用工作小時表示 再進(jìn)行額定動裁荷和額定靜載荷的 計算 對于轉(zhuǎn)速較高的軸承 n 10r min 可按基本額定動載荷計算值選擇軸承 然后校 核其額定靜載荷是否滿足要求 當(dāng)軸承可靠性為 90 軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī) 條件下運轉(zhuǎn)時 取 500h 作為額定壽命的基準(zhǔn) 同時考慮溫度 振動 沖擊等變化 則 軸承基本額定動載荷可按下式進(jìn)行簡化計算 rTndmhCPf C 基本額定動載荷計算值 N 24 P 當(dāng)量動載荷 N fh 壽命因數(shù) 1 fn 速度因數(shù) 0 822 fm 力矩載荷因數(shù) 力矩載荷較小時取 1 5 較大時取 2 fd 沖擊載荷因數(shù) 1 5 fT 溫度因數(shù) 1 CT 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷 N 查文獻(xiàn) 3 中的表 6 2 8 至 6 2 12 得 f h 1 f n 0 822 f m 1 5 f d 1 5 f T 1 在本輸送裝置中 可以假設(shè)軸承只承受徑向載荷 則當(dāng)量動載荷為 P XFr YFa 查文獻(xiàn) 3 的表 6 2 18 得 X 1 Y 0 所以 P F r 1128N 由以上可得 NfCTndmh 6 3087128 05 基本額定載荷 基本額定靜載荷 極限速度為kr k5 10 rC 10000r min 質(zhì)量為 0 219kg 然后校核該軸承的額定靜載荷 額定靜載荷的計算公式為 rCPS00 式中 基本額定靜載荷計算值 N 0 當(dāng)量靜載荷 N 安全因數(shù)0S 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷 N rC 查文獻(xiàn) 3 的表 6 2 14 知 對于深溝球軸承 其當(dāng)量靜載荷等于徑向載荷 查文獻(xiàn) 3 的表 6 2 14 知 安全系數(shù) 2 10 S 則軸承的基本額定靜載荷為 kNCPSCr 6 13528 00 由上式可知 選取的軸承符合要求 4 3 5 主軸前端懸伸量 主軸前端懸伸量 a 指的是主軸前支承支反力的作用點到主軸前端受力作用點之間 的距離 它對主軸組件剛度的影響較大 懸伸量越小 主軸組件剛度越好 25 主軸前端懸伸量 a 取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸 一般應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取 有時 為了提高主軸剛度或定心精度 也可不按標(biāo)準(zhǔn)取 另外 主軸前端懸伸量 a 還與前支承中軸承的類型及組合型式 工件或夾具的夾 緊方式以及前支承的潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān) 因此 在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下 應(yīng)盡可能減小懸伸量 a 以利于提高主軸組件的 剛度 初算時 可查 金屬切削特殊設(shè)計 第 158 頁 如下表 5 10 所示 表 5 10 主軸的懸伸量與直徑之比 類型 機(jī) 床 和 主 軸 的 類 型 a D1 通用和精密車床 自動車床和短主軸端銑床 用滾動軸承支 承 適用于高精度和普通精度要求 0 6 1 5 中等長度和較長主軸端的車床和銑床 懸伸量不太長 不是 細(xì)長 的精密鏜床和內(nèi)圓磨 用滾動和滑動軸承支承 適用于絕 大部分普通生產(chǎn)的要求 1 25 2 5 孔加工特殊 專用加工細(xì)長深孔的特殊 由加工技術(shù)決定需 要有長的懸伸刀桿或主軸可移動 由于切削較重而不適用于有高 精度要求的特殊 2 5 根據(jù)上表所列 所設(shè)計的特殊屬于 型 所以取 a D1 為 1 25 2 5 即 a 1 25 2 5 D 1 1 25 2 5 30 37 5 75 初取 a 45 4 3 6 主軸支承跨距 主軸支承跨距 L 是指主軸前 后支承反力作用點之間的距離 合理確定主軸支承跨距 可提高主軸部件的靜剛度 可以證明 支承跨距越小 主軸自身的剛度越大 彎曲變形越小 但支承的變形引起的主軸前端的位移量將增大 支承跨距大 支承的變形引起的主軸前端的位移量較小 但主軸本身的彎曲變形將增 大 可見 支承跨距過大或過小都會降低主軸部件的剛度 有關(guān)資料對合理跨距選擇的推薦值可作參考 1 L 4 5 D 1合 理 2 L 3 5 a 用于懸伸長度較小時 合 理 26 3 L 1 2 a 用于懸伸長度較大時 合 理 根據(jù)此次設(shè)計的特殊剛性主軸的懸伸量較大 取 L 2 5a 為宜 即此次設(shè)計的合 理 主軸兩支承的合理跨距 L 2 5a 2 5 120 300合 理 初取 L 280 4 3 7 主軸結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)以上的分析計算 可初步得出主軸的結(jié)構(gòu)如圖 5 6 所示 圖 5 6 主軸結(jié)構(gòu)圖 5 4 8 主軸的校核 主軸在工作中的受力情況嚴(yán)重 而允許的變形則很微小 決定主軸尺寸的基本因 素是所允許的變形的大小 因此主軸的計算主要是剛度的驗算 與一般軸著重于強(qiáng)度 的情況不一樣 通常能滿足剛度要求的主軸也能滿足強(qiáng)度的要求 剛度乃是載荷與彈性變形的比值 當(dāng)載荷一定時 剛度與彈性變形成反比 因此 算出彈性變形量后 很容易得到靜剛度 主軸組件的彈性變形計算包括 主軸端部撓 度和主軸傾角的計算 對于兩支承主軸 若每個支承中僅有一個單列或雙列滾動軸承 或者有兩個單列 球軸承 則可將主軸組件簡化為簡支梁 如下圖 5 7 所示 若前支承有兩個以上滾動軸 承 可認(rèn)為主軸在前支承處無彎曲變形 可簡化為固定端梁 如圖 5 8 所示 27 圖 5 7 主軸組件簡化為簡支梁 圖 5 8 主軸組件簡化為固定端梁 此次設(shè)計的主軸 前支承選用了一個雙列角接觸球軸承作為支承 即可認(rèn)為主軸 在前支承處無彎曲變形 可簡化為上圖 5 8 所示 a 主軸的前端部撓度 0 250 1sy b 主軸在前軸承處的傾角 rad 容 許 值 軸 承 c 在安裝帶輪處的傾角 容 許 值 齒65170850236851095D1 07 879il mL 平 均 總 E 取為 52 10MPa 44 40875 1 1 3690 66dI 4349 9253 9282zpF Ndn 主 計件 0 57 yzN0 17 xzFN 28 由于小帶輪的傳動力大 這里以小帶輪來進(jìn)行計算 4429510295103 7852 QPF Nmzn 主計主 主 將其分解為垂直分力和水平分力 由公式 tatanQynQzyF 可得 2105 647 zyFN 801352 3ZMl Nm A件 yy件176 2xxFd 件 主軸載荷圖如下所示 圖 5 9 主軸受力圖 計算 在垂直平面 1 6QZFabclyEI 2 3ZFcylI 3 23 6zMcylEI 29 1230 17szyy QZFabEIl 齒 23 6ZFlcEI 齒 2 3 ZMlcEI 齒 35 9 齒 齒 1齒 2齒 3 6ZIl軸 承 zlI軸 承 2ZlI軸 承 35 10 軸 承 軸 承 1軸 承 2軸 承 3 計算 在水平面 1 6QyFabclEI 2 yFclI 3 23 6yxMclEI 230 7s yIl 齒 1 6ylEI 齒 2 yxlcI 齒 351 8 齒 齒 齒 2齒 3 6QyFabEIl 軸 承 1 yFcI 軸 承 2 yxEI 軸 承 35 0 軸 承 軸 承 軸 承 2軸 承 3 合成 20 18 sszyy 2501 齒 齒 齒 3 軸 承 軸 承 Z軸 承 Y 4 3 9 軸承壽命校核 由軸承為 36206C 角接觸球軸承 3 P XF r YFaX 1 Y 0 對 軸受力分析 圖 5 10 軸承受力圖 由軸承壽命的計算公式 預(yù)期的使用壽命 L10h 15000h L10h h L 10h n1670 PC 180673 28 10 367 10 284 9524 30 15000h 軸承壽命滿足要求 4 3 10 主軸組件中相關(guān)部件 4 3 10 1 軸肩擋圈 前支承雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承之間所用的擋圈 可查 機(jī)械設(shè)計 課程設(shè)計手冊 第 56 頁表 5 1 可得此次選用的擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖 5 11 所示 圖 5 11 軸肩擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù) 其中 D 95 d 80 H 6 4 3 10 2 圓螺母 鎖緊靠主軸后支承一邊的推力球軸承以及鎖緊兩推力球軸承內(nèi)的套筒 分別采用 兩個圓螺母 為了增加可靠性 再加一止動螺釘 圓螺母具體的參數(shù)可查 機(jī)械設(shè)計 課程設(shè)計手冊 第 60 頁表 5 6 結(jié)構(gòu)如下圖 5 12 所示 圖 5 12 圓螺母 GB812 88 htdkD1mC 4503 2 31 其中 鎖緊靠主軸后支承一邊的推力球軸承用的圓螺母 D p M80 2 d 115 d 103 m 15 h 10 36 h 10 t 4 75 tK1maxminaxmin 4 C 1 5 C 11 鎖緊兩推力球軸承內(nèi)的套筒用的圓螺母 D p M72 2 d 105 d 93 m 15 h 10 36 h 10 t 4 75 t K1maxminaxmin 4 C 1 5 C 11 4 3 10 3 主軸用套筒及其鎖緊部分 根據(jù)前面的計算和設(shè)計 可以直接得到主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖 2 19 所示 套筒的鎖緊部分采用彈性套 當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓時 彈性套就會隨之變形 從而鎖緊或 松開套筒 主軸需要軸向移動 調(diào)節(jié) 時 便松開螺栓 彈性套也隨之松開套筒 調(diào) 節(jié)完主軸軸向位置后 應(yīng)擰緊螺栓以鎖緊主軸 同時 彈性套和螺栓固定在主軸組件的箱體上 彈性套的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)如下圖 2 20 所示 圖 5 13 主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù) 32 5 PLC 控制部分設(shè)計 考慮到電機(jī)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 對電機(jī)進(jìn)行 控制 當(dāng)電機(jī)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 5 1 可編程序控制器的選擇及工作過程 5 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 考慮到本電機(jī)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 5 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(jī)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(jī)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 33 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 5 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(jī)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 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(jī)器程序 相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序 是面向機(jī)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(jī) 只要這個機(jī)器配 有相應(yīng)的軟件 34 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 5 3 可編程序控制器控制方案 5 3 1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 以上各動作均采用電機(jī)方式驅(qū)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 從而使電機(jī)按預(yù)先安排的動作序列工作 如果欲改變 電機(jī)的動作 5 3 2 控制要求 為了滿足生產(chǎn)需要 電機(jī)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 用按鈕對電機(jī)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 電機(jī)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 電機(jī)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 電機(jī)在完 成最后一個周期的動作后 返回原點自動停機(jī) 5 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(jī)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) 35 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) 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 36 結(jié)論 本課題結(jié)合目前國柔性制造實驗裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向 具體闡述了一種柔 性制造實驗裝置開發(fā)過程 本文主要完成的工作如下 1 柔性制造實驗裝置結(jié)構(gòu)方案的確定 分析了柔性制造實驗裝置的特點 確定了 柔性制造實驗裝置基本結(jié)構(gòu) 并確定其基本尺寸 2 確定了柔性制造實驗裝置技術(shù)指標(biāo)及參數(shù) 對該柔性制造實驗裝置進(jìn)行了計算 3 零件的剛度和壽命計算與校核 對各個已設(shè)計零件進(jìn)行剛度和壽命計算 確保 滿足使用要求 使該柔性制造實驗裝置有足夠的可靠性 通過本次畢業(yè)設(shè)計 不僅把大學(xué)所學(xué)到的理論知識很好的運用到畢業(yè)設(shè)計中 而 且培養(yǎng)了自己認(rèn)真思考的能力 在處理問題時有了新的認(rèn)識和方法 并加強(qiáng)了和同學(xué) 之間進(jìn)行探討和解決問題的能力 通過對專業(yè)知識的接觸和深入學(xué)習(xí) 以及對相關(guān)信息的獲取 我深切地認(rèn)識到 就目前的發(fā)展而言 我國的工業(yè)還比較落后 與發(fā)達(dá)國家相比還存在很大的差距 盡 管我們不斷地在努力 但想在很短的時間內(nèi)改變這種現(xiàn)狀是很難的 尤其是對于我們 這樣一個國情的大國 所以 我們應(yīng)該擁有的是一種民族意識 不斷的追求創(chuàng)新 本次畢業(yè)設(shè)計中 我做的是全自動自動物料分選裝置整體設(shè)計部分 通過本次畢業(yè) 設(shè)計 不僅鍛煉了自己查閱資料的能力 而且能夠熟練運用國家標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)械類手冊和 圖冊等工具進(jìn)行設(shè)計計算分析 這次畢業(yè)設(shè)計還讓我體會到團(tuán)體的力量 提高自己的 團(tuán)隊意識 遇到問題時和小組成員進(jìn)行討論和分析或是請教老師 直到得到滿意的結(jié) 果 展望 希望能將這套設(shè)計應(yīng)用到具體實踐當(dāng)中 通過實踐來驗證理論的正確性 通過理論 知識與具體實踐結(jié)合起來 才能真正把一門知識應(yīng)用起來 37 致 謝 在我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的過程中 我的老師和同學(xué)們給了我很大的幫助 這里我向他們 表示誠摯的敬意 首先 我要感謝指導(dǎo)教師 XX 老師 通過這次畢業(yè)設(shè)計他教會了我如何去設(shè)計 怎么去設(shè)計 以及在最初構(gòu)思時 應(yīng)該注意的各種問題 他嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度 不辭辛 勞指導(dǎo)我做畢業(yè)設(shè)計 嚴(yán)于律己 寬以待人的為人都給我留下了深深的印象 他的熱 情 他的執(zhí)著 更是讓我終身難忘 這一切將對我以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助 我還要感謝進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計中期檢查的各位領(lǐng)導(dǎo)和機(jī)械工程系的其他老師 他們及時的 給我指出了畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中的不足 并且給予我很多完成設(shè)計的便利條件 本論文是在導(dǎo)師 XX 的悉心指導(dǎo)下完成的 在這次畢業(yè)設(shè)計中 XX 老師給了我很 大的幫助 不僅讓我在規(guī)定時間能完成了畢業(yè)設(shè)計 還使我學(xué)到了很多有用的經(jīng)驗 在這里我衷心的感謝她 我還要感謝這四年能教授我知識的老師們 還有曾經(jīng)幫過我 的同學(xué)們 在寫致謝信的這個時候心里想有一些說出的東西 想想自己在做畢業(yè)設(shè)計時的種 種困難 在老師同學(xué)的用心幫助下也一一解決了 說句實話 憑自己的能力要作完畢 業(yè)設(shè)計是有些太困難了 但是在你的身邊總有一些人會給你帶來驚喜 自己的能力畢 竟有限 在面對別人無私幫助的時候我的內(nèi)心十分感激 帶自己畢業(yè)設(shè)計的王老師會 有問必答 有難必解 雖然接觸不是很多 但有些東西使用心感覺的 還有好多老師 在這次畢業(yè)設(shè)計中給于我一些幫助 我非常的感激 當(dāng)然還有我身邊的那些同學(xué) 在 我有疑惑的時候總是不厭其煩的給我解釋清楚 在我設(shè)計的時候 因為我以前從沒接 觸過的東西 一開始很是迷茫