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三孔承壓螺母機(jī)加工方案評審三孔承壓螺母機(jī)加工方案評審提 綱項(xiàng)目 背景 項(xiàng)目方案介紹下一步工作計(jì)劃項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景由于鐵路市場的回暖，2013年產(chǎn)量相對2012年有所回升，且有趕超2011年之勢，且DSM15-3-2的需求量是DSM15-4-2的3倍左右。2013年年生產(chǎn)情況分析生產(chǎn)情況分析需求及缺貨統(tǒng)計(jì)庫存現(xiàn)狀需求（計(jì)劃+安全庫存需求）缺貨量DSM15-3-24001600015600DSM15-4-230055005200在機(jī)加工車間，低回縮承壓螺母產(chǎn)能難以應(yīng)對持續(xù)增長的需求量。對現(xiàn)狀進(jìn)行改善，提升機(jī)加工車間螺母產(chǎn)能項(xiàng)目指標(biāo)2013產(chǎn)量需求表產(chǎn)量需求表圖號需求量節(jié)拍需求/SDSM15-3-2120000103改進(jìn)要求：每個三孔承壓螺母機(jī)加工節(jié)拍達(dá)到103S/個,才能滿足需求量!.提 綱項(xiàng)目 背景 項(xiàng)目方案介紹下一步工作計(jì)劃粗車銑六角調(diào)質(zhì)酸洗車牙探傷、發(fā)藍(lán)現(xiàn)狀分析現(xiàn)狀分析工藝流程圖：工藝流程圖：機(jī)加工工序：粗車粗車、銑六角銑六角、通過改善這兩個個環(huán)節(jié)，從而提升機(jī)加工車間的產(chǎn)能.第一道工序粗車加工是將螺母的外圓還有兩個端面以及內(nèi)孔進(jìn)行初步的車削.加工后模型7工位問題找出工位問題找出工位內(nèi)工件流轉(zhuǎn)浪費(fèi)搬運(yùn)次數(shù)多，停留時間長，在制品數(shù)量大。一個工位搬運(yùn)6次以上，頻繁彎腰及轉(zhuǎn)身，勞動強(qiáng)度大。工件擺放高，易倒塌造成員工傷害。分為兩次加工，來料需完成兩次加工才能繼續(xù)下一步加工。工作節(jié)拍1.搬運(yùn)次數(shù)多，不產(chǎn)生價(jià)值；2.過程全部由工人手動完成，工人勞動強(qiáng)度大.3.機(jī)加工節(jié)拍為133s/件，不滿足需求。通過節(jié)拍表看出，問題在于工人上下料時間過多。改進(jìn)目標(biāo)：1.縮短上下料的時間！2.降低工人勞動強(qiáng)度！工位問題工位問題改善改善數(shù)車工位改善數(shù)車工位改善數(shù)車數(shù)車數(shù)車數(shù)車由原來的一人操作1臺設(shè)備減少為一人操作兩臺設(shè)備，減少人員投入，和銑工序連接起來，縮短了工序間的流轉(zhuǎn)距離。提高了流轉(zhuǎn)效率，同時也減少了斗子的投入。工位問題改善粗車工位粗車工位裝夾改善裝夾改善改改 善善 前前改改 善善 后后改善目標(biāo)改善目標(biāo)提高加工效率。提高加工效率。使用液壓卡盤進(jìn)行裝夾，操作者只需進(jìn)行上下料及清使用液壓卡盤進(jìn)行裝夾，操作者只需進(jìn)行上下料及清理鐵屑及進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。理鐵屑及進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。自動上下料裝置方案簡單布局圖如下所示:尾座頂示意圖推送工件尾座頂出 MXS12-30 氣缸選擇自動上下料裝置方案如圖:工件由導(dǎo)軌從上至下滾入送料機(jī)構(gòu),某一個工件滾到送料機(jī)構(gòu)時,氣缸向左推動送料機(jī)構(gòu),推送到液壓夾頭,同時尾座頂往前頂出,將工件推送到液壓夾頭,液壓夾頭動裝夾工件,實(shí)現(xiàn)自動下料.工件推送行程20mm預(yù)計(jì)時間4S;一次放料4個，放料預(yù)計(jì)時間2S；上下料總共預(yù)計(jì)6S;推送裝置導(dǎo)軌工件支撐架氣缸方案加工節(jié)拍明顯看出：1.上下料時間縮短至6S,達(dá)到改進(jìn)目的:2.機(jī)加工過程實(shí)現(xiàn)自動化，工人勞動強(qiáng)度降低3.機(jī)加工工作節(jié)拍為63s/件，滿足改進(jìn)要求。方案報(bào)價(jià)選用氣動滑臺氣缸選用氣動滑臺氣缸MXS12-30/400元元/件件尾座頂標(biāo)準(zhǔn)件300/件總預(yù)算:工位兩臺機(jī)床預(yù)計(jì)共用1400元.方案1方案2優(yōu)缺點(diǎn)比較造價(jià)造價(jià)/后期后期維護(hù)維護(hù)壽命壽命精度精度能耗能耗工作時間工作時間方案氣缸推動造價(jià)便宜，動力源為空氣，日后維護(hù)費(fèi)用低氣動馬達(dá)是靠高壓氣體做驅(qū)動所以長時間高頻率的操作不會發(fā)燙，壽命長久機(jī)械制動，且氣源壓力的變化會影響起子的扭力穩(wěn)定，所以誤大些采用壓縮氣體作動源，空氣管路部置合理，相對更加節(jié)能環(huán)保。只需要6s方案十字滑臺電動工具在3個月到6個月要更換碳刷，另電動的耗材較多，電源線，碳刷，軸承等，日后維護(hù)成較高電動馬達(dá)在運(yùn)轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生電火 花，所以長時間高頻率的操作起子容易發(fā)燙。電動起子采用電子制動所以精度更高相對氣動能耗高需要23s通過對比：優(yōu)先選用方案作為改進(jìn)方案。提 綱項(xiàng)目 背景 項(xiàng)目方案介紹下一步工作計(jì)劃2項(xiàng)目組成員二.方案設(shè)計(jì)吳萬謙-數(shù)車機(jī)加工下步工作計(jì)劃對方案1氣缸推動進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。謝 謝！廣西科技大學(xué)結(jié)束語數(shù)控車床三孔承壓螺母自動上下料裝置，簡易設(shè)計(jì)如圖所示
1. 采用氣缸推送，實(shí)現(xiàn)自動上下料，具體結(jié)構(gòu)可參考附帶視頻與產(chǎn)品方案。附帶加工零件尺寸。
2.
自動上料裝置僅僅負(fù)責(zé)工序二即可。
3. 氣缸向左推動送料機(jī)構(gòu),
推送到液壓夾頭,同時
尾座頂往前頂出,將工件推送到液壓夾頭,液壓夾頭動裝夾工件,實(shí)現(xiàn)自動下料.
此部分簡單的PLC控制電路即可完成。同樣可參考視頻。
1、 說明書按上一年畢業(yè)設(shè)計(jì)要求來寫。
2、 各個公式注明參考文獻(xiàn)，最后把參考文獻(xiàn)也發(fā)給我一份（只發(fā)有電子版的）。
最后出圖總裝圖一張，機(jī)械部分裝配圖一張，PLC控制電路裝配圖一張，還有各個非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖若干，加一起3張A0。
兩萬字以上說明書一份 查重20%
大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
三孔承壓螺母自動上下料裝置設(shè)計(jì)
分 院：
專 業(yè)：
班 級：
姓 名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
年 月
摘 要
本文介紹的三孔承壓螺母自動上下料裝置設(shè)計(jì)由氣缸推動機(jī)構(gòu)送料、精確定位，微動開關(guān)將位置信號傳給PLC主機(jī)；位置信號由接近開關(guān)反饋給PLC主機(jī)，通過氣缸控制工件的行程，從而實(shí)現(xiàn)上下料裝置精確運(yùn)動的功能。本課題擬開發(fā)的上下料裝置可在空動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。
本文在縱觀了近年來自動上下料裝置發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合自動上下料裝置方面的設(shè)計(jì)，對機(jī)自動上下料裝置技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了用驅(qū)動和PLC控制的設(shè)計(jì)方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。對自動上下料裝置的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。
通過以上部分的工作，得出了經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用型、高可靠型自動上下料裝置的設(shè)計(jì)方案，對其他經(jīng)濟(jì)型PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有一定的借鑒價(jià)值。
關(guān)鍵詞: 自動上下料裝置，交流電機(jī),可編程控制器（PLC），自動化控制。
Abstract
This paper introduces three bearing nut automatic feeding device designed by the cylinder pushing device feeding, precise positioning, micro switch position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback to PLC host, through the control of a cylinder workpiece stroke, so as to realize the material precise motion device under the function. The topics to be developed by the loading and unloading device in flexible, can replace manual work in high temperature and the dangerous operation area, and may at any time change the relevant parameters according to the work piece change and the movement flow requirements.
Based on the automatic loading and unloading device in recent years throughout the development of the design, combined with automatic feeding device, analyzes systematically the machine automatic technology under the feeding device, the design scheme for drive and PLC control. The design method of integrated, fully considering the characteristics of soft, hardware and complementary optimization. On the overall structure, mechanical hand execution structure, driving system and control system analysis and design.
Through the work above, the design scheme of economical, practical, high reliability model of mechanical hand, also has certain reference value for the design of control system of other economic PLC.
Key words: automatic feeding device, AC motor, programmable logic controller (PLC), automatic control.
manipulator ；AC motor ； programmable logic controller (PLC)； automatic control；sorting material
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
目 錄 4
第一章 緒論 7
1.1 研究的目的及意義 7
1.2 自動上下料裝置在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 7
1.3 主要研究的內(nèi)容 8
1.4 解決的關(guān)鍵問題 8
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 9
2.1 自動上下料裝置工程概述 9
2.2 工業(yè)自動上下料裝置總體設(shè)計(jì)方案論述 10
2.3 自動上下料裝置機(jī)械傳動原理 11
2.4 自動上下料裝置總體方案設(shè)計(jì) 11
2.5 本章小結(jié) 13
第3章 三孔承壓螺母自動上下料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.1供料機(jī)構(gòu)的任務(wù)基本組成及設(shè)計(jì)要求 14
3.2 工作原理介紹 15
3.3機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15
3.3.1 排序原理 15
3.3.2總體布局示意圖 16
3.3.3滾動軌道的設(shè)計(jì) 16
3.3.4 推動氣缸的軌道及輸料槽設(shè)計(jì) 17
3.4本章小結(jié) 18
第4章 送料氣缸選型 19
4.1送料機(jī)構(gòu)的要求 19
4.2 氣缸的確定 19
4.2.1 氣缸缸徑的計(jì)算 19
4.2.2活塞寬度的確定 20
4.2.3 缸體長度的確定 20
4.2.4缸筒壁厚的計(jì)算 20
4.2.5 活塞桿強(qiáng)度和氣缸穩(wěn)定性計(jì)算 21
4.2.6缸筒壁厚的驗(yàn)算 23
4.2.7 缸筒的加工要求 25
4.2.8法蘭設(shè)計(jì) 25
4.2.9 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 26
4.2.10密封件的選用 28
4.3氣缸的選型 30
4.4 送料氣缸型號確定 31
4.5 導(dǎo)向裝置 31
4.6 平衡裝置 32
第五章 PLC控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì) 34
5.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 34
5.2 控制系統(tǒng)的性能要求 34
5.3 傳感器的選擇 35
5.3.1 位置檢測裝置 35
4.3.2 傳感器 35
5.4 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 36
5.5 自動上下料裝置驅(qū)動系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì) 37
5.6 元件選取及工作原理 37
5.6.1 氣源裝置 38
5.6.2 氣缸輸出直線往復(fù)式 38
5.7 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理 38
5.7.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 38
5.7.2 PLC種類及型號選擇 40
5.8 控制原理圖的介紹說明 40
總結(jié)與展望 42
參考文獻(xiàn) 43
致謝 45
第一章 緒論
1.1 研究的目的及意義
自動上下料裝置作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動化設(shè)備更新時的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動。能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。
工業(yè)自動上下料裝置是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)自動上下料裝置是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。
本課題試圖開發(fā)PLC對自動上下料裝置的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)Σ煌伾奈锪习搭A(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行分揀，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。采用PLC控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時需要對自動上下料裝置進(jìn)行新的分配任務(wù)時，可以允許方便的改動或重新設(shè)計(jì)其新部件，而對于位置改變時，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1.2 自動上下料裝置在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
目前，國際上的自動上下料裝置公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奧地利的工GM公司。
自動上下料裝置延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。自動上下料裝置最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)自動上下料裝置與數(shù)控加工中心，自動搬運(yùn)小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，自動上下料裝置的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。
1.3 主要研究的內(nèi)容
隨著自動上下料裝置技術(shù)的飛速發(fā)展和自動上下料裝置應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強(qiáng)、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其成本低、可開發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。本論文主要研究自動上下料裝置以下幾個方面的內(nèi)容：
要求獨(dú)立完成工業(yè)自動上下料裝置PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
位置可用不接觸式或接觸式行程開關(guān)，自動上下料裝置與夾緊都用氣缸傳力，氣閥可以選中間位停止的，雖然較貴，PLC選用三菱）處裝有擋板使定位精確。
1.4 解決的關(guān)鍵問題
1 自動上下料裝置的控制系統(tǒng)
2 元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達(dá)形式。
3 傳感器的類型選擇。
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 自動上下料裝置工程概述
自動上下料裝置工程是一門跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及到力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、氣動液壓技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。人們將已有學(xué)科分支中的知識有效地組合起來用以解決綜合性的工程問題的技術(shù)稱之為“系統(tǒng)工程學(xué)”。以自動上下料裝置設(shè)計(jì)為例，系統(tǒng)工程學(xué)認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)將其作為一個系統(tǒng)來研究、開發(fā)和運(yùn)用，從自動上下料裝置的整體出發(fā)來研究其系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分之間的有機(jī)聯(lián)系和系統(tǒng)外部環(huán)境的相互關(guān)系的一種綜合性的設(shè)計(jì)方法。
從系統(tǒng)功能的觀點(diǎn)來看，將一部復(fù)雜的機(jī)器看成是一個系統(tǒng)，它由若干個子系統(tǒng)按一定規(guī)律有機(jī)地聯(lián)系在一起，是一個不可分的整體。如果將系統(tǒng)拆開、則將失去作為一個整體的特定功能。因此，在設(shè)計(jì)一部較復(fù)雜的機(jī)器時，從機(jī)器系統(tǒng)的概念出發(fā)，這個系統(tǒng)應(yīng)具有如下特性：
（1） 整體性 由若干個不同性能的子系統(tǒng)構(gòu)成的一個總的機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有作為一個整體的特定功能。
（2） 相關(guān)性 系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間有機(jī)聯(lián)系、有機(jī)作用，具有某種相互關(guān)聯(lián)的特性。
（3） 目的性 每個系統(tǒng)都應(yīng)有明確的目的和功能，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的組合方式?jīng)Q定于系統(tǒng)的目的和功能。
（4） 環(huán)境適應(yīng)性 任何一個系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境中，必須能適應(yīng)外部環(huán)境的變化。
因此，在進(jìn)行自動上下料裝置設(shè)計(jì)時，不僅要重視組成自動上下料裝置系統(tǒng)的各個部件、零件的設(shè)計(jì)，更應(yīng)該按照系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)，根據(jù)自動上下料裝置的功能要求，將組成自動上下料裝置系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)部件、零件合理地組合，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良適于工作需要的自動上下料裝置產(chǎn)品。在比較復(fù)雜的工業(yè)自動上下料裝置系統(tǒng)中大致包括如下:操作機(jī)，它是完成自動上下料裝置工作任務(wù)的主體，包括機(jī)座、手臂、手腕、末端執(zhí)行器和機(jī)構(gòu)等。驅(qū)動系統(tǒng)，它包括作為動力源的驅(qū)動器，驅(qū)動單元，伺服驅(qū)動系統(tǒng)由各種傳動零、部件組成的傳動系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)，它主要包括具有運(yùn)算、存儲功能的電子控制裝置（計(jì)算機(jī)或其他可編程編輯控制裝置），人——機(jī)接口裝置（鍵盤、示教盒等），各種傳感器的信息放大、傳輸和處理裝置，傳感器、離線編程、設(shè)備的輸入/輸出通訊接口，內(nèi)部和外部傳感器以及其他通用或?qū)Ｓ玫耐鈬O(shè)備。
工業(yè)自動上下料裝置的特點(diǎn)在于它在功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性，因而工業(yè)自動上下料裝置能有效地應(yīng)用于柔性制造系統(tǒng)中來完成傳送零件或材料，進(jìn)行裝配或其他操作。在柔性制造系統(tǒng)中，基本工藝設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床、鍛壓、焊接、裝配等生產(chǎn)設(shè)備）、輔助生產(chǎn)設(shè)備、控制裝置和工業(yè)自動上下料裝置等一起形成了各種不同形式地工業(yè)自動上下料裝置技術(shù)綜合體地工業(yè)自動上下料裝置系統(tǒng)。在其他非制造業(yè)地生產(chǎn)部門，如建筑、采礦、交通運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)領(lǐng)域引用自動上下料裝置系統(tǒng)亦是如此。
2.2 工業(yè)自動上下料裝置總體設(shè)計(jì)方案論述
（一） 確定負(fù)載
目前，國內(nèi)外使用的工業(yè)自動上下料裝置中，負(fù)載能力的范圍很大，最小的額定負(fù)載在5N以下，最大可達(dá)9000N。負(fù)載大小的確定主要是考慮沿自動上下料裝置各運(yùn)動方向作用于機(jī)械接口處的力和扭矩。其中應(yīng)包括自動上下料裝置末端執(zhí)行器的重量、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(jì)給的設(shè)計(jì)參數(shù)可初估本次設(shè)計(jì)屬于小負(fù)載。
（二） 驅(qū)動方式
由于伺服電機(jī)具有控制性能好，控制靈活性強(qiáng)，可實(shí)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(yùn)動控制要求嚴(yán)格的中、小型自動上下料裝置等特點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)采用了伺服電機(jī)驅(qū)動
（三）傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
自動上下料裝置傳動裝置中應(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，以提高自動上下料裝置的運(yùn)動和位置控制精度。在自動上下料裝置中常采用的機(jī)械傳動機(jī)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(diǎn)，且大學(xué)學(xué)習(xí)掌握的比較扎實(shí)，故本次設(shè)計(jì)選用齒輪傳動。
（四）工作范圍
工業(yè)自動上下料裝置的工作范圍是根據(jù)工業(yè)自動上下料裝置作業(yè)過程中操作范圍和運(yùn)動軌跡來確定，用工作空間來表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響自動上下料裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式、自由度數(shù)和操作機(jī)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(yùn)動速度
自動上下料裝置操作機(jī)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(jìn)一步確定各動作的運(yùn)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(jìn)行還是同時進(jìn)行等。應(yīng)試做各動作時間的分配方案表，進(jìn)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。
2.3 自動上下料裝置機(jī)械傳動原理
本課題設(shè)計(jì)的是一種小經(jīng)濟(jì)型裝配自動上下料裝置。該自動上下料裝置為多關(guān)節(jié)型，具有六個自由度。采用伺服電機(jī)驅(qū)動，因此控制簡單，編程操作方便。機(jī)身采用薄壁整體鑄件，這樣可以使結(jié)構(gòu)輕巧，使用靈活。內(nèi)部鑄件既作為內(nèi)部齒輪安裝殼體與軸的支撐座，又作為承力骨架，這樣不僅節(jié)省材料，減少加工量，又使整體減少質(zhì)量［5］。
2.4 自動上下料裝置總體方案設(shè)計(jì)
工業(yè)自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下[3]。
(1) 直角坐標(biāo)自動上下料裝置結(jié)構(gòu)
直角坐標(biāo)自動上下料裝置的空間運(yùn)動是用三個相互垂直的直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的但是，這種直角坐標(biāo)自動上下料裝置的運(yùn)動空間相對自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動空間，直角坐標(biāo)自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。
直角坐標(biāo)自動上下料裝置的工作空間為一空間長方體。直角坐標(biāo)自動上下料裝置主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)自動上下料裝置有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。
(2) 圓柱坐標(biāo)自動上下料裝置結(jié)構(gòu)
圓柱坐標(biāo)自動上下料裝置的空間運(yùn)動是用一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動及兩個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，這種自動上下料裝置構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。
(3) 球坐標(biāo)自動上下料裝置結(jié)構(gòu)
球坐標(biāo)自動上下料裝置的空間運(yùn)動是由兩個回轉(zhuǎn)運(yùn)動和一個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的
(4) 關(guān)節(jié)型自動上下料裝置結(jié)構(gòu)
關(guān)節(jié)型自動上下料裝置的空間運(yùn)動是由三個回轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(d)。關(guān)節(jié)型自動上下料裝置動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對自動上下料裝置本體尺寸，其工作空間比較大。此種自動上下料裝置在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的自動上下料裝置。
具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求搬運(yùn)的加工工件的質(zhì)量達(dá)5KG，同時考慮到數(shù)控機(jī)床布局的具體形式及對自動上下料裝置的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該自動上下料裝置手臂運(yùn)動范圍大,且有較高的定位準(zhǔn)確度。
如圖:工件由導(dǎo)軌從上至下滾入送料機(jī)構(gòu),某一個工件滾到送料機(jī)構(gòu)時, 氣缸向左推動送料機(jī)構(gòu),推送到液壓夾頭,同時尾座頂往前頂出,將工件推送到液壓夾頭,液壓夾頭動裝夾工件,實(shí)現(xiàn)自動下料.
2.5 本章小結(jié)
本章主要完成對自動上下料裝置整體方案的一個分析和設(shè)計(jì),通過多種方案的選擇來確定最終要確定的方案. 確定了自動上下料裝置的總體設(shè)計(jì)方案后，就要針對自動上下料裝置的各個部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。
第3章 三孔承壓螺母自動上下料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1供料機(jī)構(gòu)的任務(wù)基本組成及設(shè)計(jì)要求
供料機(jī)構(gòu)的任務(wù)是把待加工的物品（工件）從存料器（料箱）中分離出來，按照自動機(jī)的加工要求，定量、定時、定向地送到加工位置。
供料機(jī)構(gòu)主要由四大部分（機(jī)構(gòu)、裝置）組成。
(1) 定時裝置
定時裝置主要是按照自動機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍，使供料機(jī)構(gòu)定時工作，準(zhǔn)時供料。在定
時裝置設(shè)計(jì)中，主要解決工件送料與自動機(jī)加工節(jié)奏協(xié)調(diào)一致問題。一般由供料機(jī)構(gòu)與相關(guān)的其它機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動鏈來保證，所以供料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)必須與自動機(jī)工作循環(huán)相協(xié)調(diào)。也可以采用獨(dú)立驅(qū)動的供料機(jī)構(gòu)，例如電磁振動供料器、供送料機(jī)械手，但要由控制系統(tǒng)或設(shè)計(jì)諸如閘門等隔離裝置，使供料機(jī)構(gòu)停止或送料。
(2) 定量裝置
定量裝置是根據(jù)自動機(jī)加工工藝的要求，在每一個工作循環(huán)送出規(guī)定數(shù)量的工
件。定量可以分為量（如重量、體積）和數(shù)（如件、個），例如酒類、洗衣粉等物料主要是定量，螺釘、香皂、工件等主要是定數(shù)，成卷的塑料帶、薄鐵皮、細(xì)鋼棒等物料則是定長度。設(shè)計(jì)時根據(jù)供送物料的形、性態(tài)等來確定。定量裝置往往需要隔離裝置、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)等來配合。
（3）定向裝置
保證工件按照工藝加工的方位要求送出。定向送料在單件物品加工中是一個關(guān)
鍵問題。定向機(jī)構(gòu)一般與糾正、剔除機(jī)構(gòu)等配合工作。
（4）其它裝置
例如，定位裝置、隔離裝置、卷料的矯直機(jī)構(gòu)、帶狀料的糾偏調(diào)位機(jī)構(gòu)不符合要求工件的剔除機(jī)構(gòu)、缺料檢測機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)等等。
定位在自動機(jī)設(shè)計(jì)中也是一個比較重要的問題，送料不到位或有偏差都會影響自動機(jī)的正常工作。在設(shè)計(jì)中，可把定位裝置歸到工藝執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，也可歸到供料機(jī)構(gòu)中。
任何供料機(jī)構(gòu)必須具有定時定量裝置，而定向和定量裝置，而定向和其他裝置可根據(jù)工件及加工要求設(shè)置。
供料機(jī)構(gòu)是自動機(jī)、自動線中的主要工作機(jī)構(gòu)之一，其性能優(yōu)劣及自動化程度直接影響到自動機(jī)的生產(chǎn)率、加工質(zhì)量及其勞動條件。因此，對供料機(jī)構(gòu)有如下的一些要求：
1） 根據(jù)自動機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍及工位位置，快速、準(zhǔn)確、可靠地將工件送到位；
2） 供料過程平穩(wěn)、無沖擊，不能損傷工件；
3） 適應(yīng)性強(qiáng)，調(diào)整方便；
4） 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。
3.2 工作原理介紹
振動盤是一種自動組裝機(jī)械的輔助設(shè)備，能把各種產(chǎn)品有序排出來，它可以配合自動組裝設(shè)備一起將產(chǎn)品各個部位組裝起來成為完整的一個產(chǎn)品。
自動送料振動盤是一種自動定向排序的送料設(shè)備,是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準(zhǔn)確地輸送到下道工序,有個脈沖電磁鐵，可以使料斗垂直方向振動，由于彈簧片的傾斜，使料斗繞其垂直軸做扭擺振動。
振動盤的工作原理：
振動盤料斗下面有個脈沖電磁鐵，可以使料斗作垂直方向振動，由傾斜的彈簧片帶動料斗繞其垂直軸做扭擺振動。料斗內(nèi)零件，由于受到這種振動，而沿螺旋軌道上升，直到送到出料口。 其工作目的是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準(zhǔn)確地輸送到下道工序。
振動盤的應(yīng)用行業(yè)：
振動盤廣泛應(yīng)用于電子、五金、塑膠、醫(yī)藥、食品、玩具、文具、日常用品的制造等各個行業(yè)，是解決工業(yè)自動化設(shè)備供料的必須設(shè)備。振動盤除滿足產(chǎn)品的定向排序外還可用于分選、檢測、計(jì)數(shù)包裝等，是一種現(xiàn)代化高科技產(chǎn)品。
3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.3.1 排序原理
待測工件由振動盤自動排序進(jìn)料，排好順序的工件由進(jìn)料氣缸控制，待I區(qū)發(fā)出指令給進(jìn)料氣缸，此時進(jìn)料氣缸的活塞桿推動待測工件到達(dá)I區(qū)。經(jīng)過，如果工件不合格，由出料氣缸1的活塞桿將工件內(nèi)圈推到廢品箱里，此時擋板I壓縮彈簧并打開，工件被推出，彈簧復(fù)位，擋板I關(guān)閉。如果工件合格，由撥料氣缸帶動滑動氣缸的撥桿使工件運(yùn)動到II區(qū)（此時進(jìn)料氣缸動作，推動第二個待測工件到達(dá)I區(qū)），
3.3.2總體布局示意圖
總體布局示意圖如圖9所示：
圖2.3 示意圖
3.3.3滾動軌道的設(shè)計(jì)
1 軌道材料的選擇
軌道材料應(yīng)選擇耐磨性較高的材料。一般導(dǎo)軌選擇HT200，是一種經(jīng)濟(jì)耐磨的材料。
2 軌道的基本尺寸
圖2.4 軌道結(jié)構(gòu)
3.3.4 推動氣缸的軌道及輸料槽設(shè)計(jì)
由于撥桿要從軌道上縮回,并隨著推動氣缸在兩個區(qū)間移動,所以推動氣缸整體上要能夠隨著推動氣缸而滑動。
滑動氣缸的軌道材料選擇HT200，其平面結(jié)構(gòu)圖如圖所示：
圖2.5 推動氣缸軌道
輸料槽結(jié)構(gòu)簡圖：
3.4本章小結(jié)
本章主要對工件自選機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以一種常見的工件為例子來進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與計(jì)算。
第4章 送料氣缸選型
對氣動送料機(jī)構(gòu)的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾-放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設(shè)計(jì)氣動機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動上下料機(jī)械手（如圖2-1所示），是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運(yùn)或操作設(shè)備，動作強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場合。
4.1送料機(jī)構(gòu)的要求
1.保證工件準(zhǔn)確定位
為使和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。
2.具有足夠的強(qiáng)度和剛度
除受到被夾持工件的反作用力外，還受到在運(yùn)動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使的中心在回轉(zhuǎn)軸線上，以使扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。
3.考慮被抓取對象的要求
根據(jù)工作需要，通過比較，由于工件為圓柱形，故形狀設(shè)計(jì)成V型。
4.2 氣缸的確定
4.2.1 氣缸缸徑的計(jì)算
內(nèi)徑D可按下列公式初步計(jì)算：
氣缸的負(fù)載為推力
式（3-1）
式中 —?dú)飧讓?shí)際使用推力15000（N）；
—?dú)飧椎呢?fù)載效率，一般取0.5～07；
—?dú)飧椎目傂?，一般?07～09；計(jì)算=0.8；
—?dú)飧椎墓┯蛪毫?，一般為系統(tǒng)壓力（MPa）
本次設(shè)計(jì)中氣缸已知系統(tǒng)壓力=7MPa；
根據(jù)式（3-1）得到內(nèi)徑：=49.3mm
查缸筒內(nèi)徑系列/mm(GB/T 2348-1993)可以取為50mm。
活塞桿外徑：
表3-1 活塞桿直徑系列
活塞桿直徑系列/mm
(GB/T 2348-1993)
4、5、6、8、10、12、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360
所以取d=45mm
4.2.2活塞寬度的確定
活塞的寬度一般取=（0.6-1.0）
即=（0.6-1.0）×50=（30-50）mm
取=35mm
4.2.3 缸體長度的確定
氣缸缸體內(nèi)部的長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般氣缸缸體的長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑的20-30倍。
即：缸體內(nèi)部長度233mm
4.2.4缸筒壁厚的計(jì)算
在中、低壓系統(tǒng)中，氣缸的壁厚基本上由結(jié)構(gòu)和工藝上的要求確定，壁厚通常都能滿足強(qiáng)度要求，一般不需要計(jì)算。但是，當(dāng)氣缸的工作壓力較高和缸筒內(nèi)徑較大時，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。
當(dāng)時，稱為薄壁缸筒，按材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算，計(jì)算公式為
式（3-2）
式中，—缸筒內(nèi)最高壓力；
—缸筒材料的許用壓力。=, 為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，當(dāng)時，一般取。
當(dāng)時,按式（3-3）計(jì)算
(該設(shè)計(jì)采用無縫鋼管) 式（3-3）
根據(jù)缸徑查手冊預(yù)取=30
此時
最高允許壓力一般是額定壓力的1.5倍，根據(jù)給定參數(shù)，所以：
=71.5=10.5MP
[]=100～110（無縫鋼管），取[]=100，其壁厚按公式（3-3）計(jì)算為
滿足要求，就取壁厚為6mm。
4.2.5 活塞桿強(qiáng)度和氣缸穩(wěn)定性計(jì)算
A.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算
活塞桿的直徑按下式進(jìn)行校核
式中，為活塞桿上的作用力；
為活塞桿材料的許用應(yīng)力，=,n一般取1.40。
滿足要求
B.氣缸穩(wěn)定性計(jì)算
活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時，它所承受的力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞氣缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及氣缸的安裝方式等因素有關(guān)。若活塞桿的長徑比且桿件承受壓負(fù)載時，則必須進(jìn)行氣缸穩(wěn)定性校核?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式進(jìn)行
式中，為安全系數(shù)，一般取=2~4。
a.當(dāng)活塞桿的細(xì)長比時
b.當(dāng)活塞桿的細(xì)長比時
式中，為安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)，見表1；為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；為柔性系數(shù)，其值見表3-2； 為由氣缸支撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表1；為活塞桿材料的彈性模量，對鋼取；為活塞桿橫截面慣性矩；為活塞桿橫截面積；為由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值，為系數(shù)，具體數(shù)值見表3-3。
表3-2氣缸支承方式和末端系數(shù)的值
支承方式
支承說明
末端系數(shù)
一端自由一端固定
1/4
兩端鉸接
1
一端鉸接一端固定
2
兩端固定
4
表3-3 、、的值
材料
鑄鐵
5.6
1/1600
80
鍛鐵
2.5
1/9000
110
鋼
4.9
1/5000
85
c.當(dāng)時,缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進(jìn)行校核。
此設(shè)計(jì)安裝方式中間固定的方式，此缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。
4.2.6缸筒壁厚的驗(yàn)算
下面從以下三個方面進(jìn)行缸筒壁厚的驗(yàn)算：
A氣缸的額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全：
式（3-4）
根據(jù)式（3-4）得到：
顯然，額定油壓==7MP，滿足條件；
B為了避免缸筒在工作時發(fā)生塑性變形，氣缸的額定壓力值應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例范圍：
式（3-5）
式（3-6）
先根據(jù)式（3-6）得到：
=41.21
再將得到結(jié)果帶入（3-5）得到：
顯然，滿足條件；
C耐壓試驗(yàn)壓力，是氣缸在檢查質(zhì)量時需承受的試驗(yàn)壓力。在規(guī)定的時間內(nèi)，氣缸在此壓力 下，全部零件不得有破壞或永久變形等異?，F(xiàn)象。
各國規(guī)范多數(shù)規(guī)定:
當(dāng)額定壓力時
（MPa）
D為了確保氣缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應(yīng)大于耐壓試驗(yàn)壓力：
(MPa） 式（3-7）
因?yàn)椴楸硪阎?596MPa，根據(jù)式（3-7）得到：
至于耐壓試驗(yàn)壓力應(yīng)為：
因?yàn)楸褖毫h(yuǎn)大于耐壓試驗(yàn)壓力，所以完全滿足條件。
以上所用公式中各量的意義解釋如下：
式中: —缸筒內(nèi)徑（）；
—缸筒外徑（）；
—?dú)飧椎念~定壓力（）
—?dú)飧装l(fā)生完全塑形變形的壓力（）；
—?dú)飧啄蛪涸囼?yàn)壓力（）；
—缸筒發(fā)生爆破時壓力（）；
—缸筒材料抗拉強(qiáng)度（）；
—缸筒材料的屈服強(qiáng)度（；
—缸筒材料的彈性模量（）；
—缸筒材料的泊桑系數(shù)
鋼材：=0.3
4.2.7 缸筒的加工要求
缸筒內(nèi)徑采用H7級配合，表面粗糙度為0.16，需要進(jìn)行研磨；
熱處理：調(diào)制，HB240；
缸筒內(nèi)徑的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；
剛通直線度不大于0.03mm；
油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺；
在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。
4.2.8法蘭設(shè)計(jì)
氣缸的端蓋形式有很多，較為常見的是法蘭式端蓋。本次設(shè)計(jì)選擇法蘭式端蓋
（缸筒端部）法蘭厚度根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：
式（3-8）
式中， -法蘭厚度（m）；
—密封環(huán)內(nèi)經(jīng)d=40mm（m）；
密封環(huán)外徑（m）；=50mm
系統(tǒng)工作壓力（pa）；=7MPa
附加密封力（Pa）；值取其材料屈服點(diǎn)353MPa；
螺釘孔分布圓直徑（m）；=55mm
密封環(huán)平均直徑（m）；=45mm
法蘭材料的許用應(yīng)力（Pa）；[]=/n=353/5=70.6MPa
—法蘭受力總合力（m）
所以=13.2mm
為了安全取=14mm
4.2.9 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算
連接圖如下：
圖3-1缸體端部法蘭用螺栓連接
1-前端蓋；2-缸筒
螺栓強(qiáng)度根據(jù)下式計(jì)算：
螺紋處的拉應(yīng)力:
(MPa) 式（3-9）
螺紋處的剪應(yīng)力
(MPa) 式（3-10）
合成應(yīng)力
(MPa) 式（3-11）
式中, —?dú)飧椎淖畲筘?fù)載，=A，單桿時，雙桿是
—螺紋預(yù)緊系數(shù)，不變載荷=1.25~1.5，變載荷=2.5~4；
—?dú)飧變?nèi)徑；
—缸體螺紋外徑；
—螺紋內(nèi)經(jīng)；
—螺紋內(nèi)摩擦因數(shù)，一般取=0.12;變載荷取=2.5~4；
—材料許用應(yīng)力，,為材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，一般取n=1.2~1.5；
Z—螺栓個數(shù)。
最大推力為：
使用4個螺栓緊固缸蓋，即：=4
螺紋外徑和底徑的選擇：
=10mm =8mm
系數(shù)選擇：選取=1.3=0.12
根據(jù)式（3-9）得到螺紋處的拉應(yīng)力為：
=
根據(jù)式（3-10）得到螺紋處的剪應(yīng)力為：
根據(jù)式（3-11）得到合成應(yīng)力為：
==367.6MPa
由以上運(yùn)算結(jié)果知，應(yīng)選擇螺栓等級為12.9級；
查表的得：抗拉強(qiáng)度極限=1220MP;屈服極限強(qiáng)度=1100MP；
不妨取安全系數(shù)n=2
可以得到許用應(yīng)力值：[]=/n=1100/2=550MP
證明選用螺栓等級合適。
4.2.10密封件的選用
A.對密封件的要求
在液壓元件中，氣缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊氣缸，如擺動氣缸等。氣缸不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度的適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補(bǔ)償磨損。密封件一般以斷面形狀分類，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。
B. O形密封圈的選用
氣缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。
C.動密封部位密封圈的選用
由于O型密封圈用于往復(fù)運(yùn)動存在起動阻力大的缺點(diǎn)，所以用于往復(fù)運(yùn)動的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。
氣缸動密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支撐座（或?qū)蛱祝┑拿芊獾取?
活塞環(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長，但密封性能差，內(nèi)泄漏量大，而且工藝復(fù)雜，造價(jià)高。對內(nèi)泄漏量要求不嚴(yán)而要求耐高溫的氣缸，使用這種密封圈較合適。
V形圈的密封效果一般，密封壓力通過壓圈可以調(diào)節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴(yán)重。因其是成組使用，模具多，也不經(jīng)濟(jì)。對于運(yùn)動速度不高、出力大的大直徑氣缸，用這種密封圈較好。
U形圈雖是唇形密封圈，但安裝時需用支撐環(huán)壓住，否則就容易卷唇，而且只能在工作壓力低于10MPa時使用，對壓力高的氣缸不適用。
比較而言，能保證密封效果，摩擦阻力小，安裝方便，制造簡單經(jīng)濟(jì)的密封圈就屬Yx型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈 ，分軸用和孔用兩種。
綜上，所以本設(shè)計(jì)選用Yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料組合使用，可以顯著提高密封性能：
a.降低摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象；
b.具有良好的動態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長；
c.安裝溝槽簡單，拆裝簡便。
這種組合的特別之處就是允許活塞外園和缸筒內(nèi)壁有較大間隙，因?yàn)榻M合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，降低了活塞與缸筒的加工要求，密封方式圖如下：
圖3-2 密封方式圖
4.3氣缸的選型
經(jīng)過比較，參考市場上的氣缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質(zhì)的氣缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司http://www.tonab.net/about_us.asp。
速易可氣動（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營銷國內(nèi)外市場，產(chǎn)品主要有空氣凈化組件、氣動控制組件、氣動執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人、食品包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、半導(dǎo)體設(shè)備、軌道交通、煙草機(jī)械、機(jī)床自動控制、真空搬運(yùn)、汽車制造、教學(xué)培訓(xùn)等行業(yè)。
速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿氣缸、滑臺氣缸、止動氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿氣缸、帶鎖氣缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型氣缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)氣動輔助零組件。
4.4 送料氣缸型號確定
送料氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63，關(guān)于此氣缸的資料詳情請參看煙臺氣動元件廠公司主頁：
www.bota.cn/products.asp.
1. 在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng),
則驅(qū)動力：
2．測定手腕質(zhì)量為60kg,設(shè)計(jì)加速度，則慣性力：
3.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),
總受力
所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動力要求。
4.5 導(dǎo)向裝置
在進(jìn)行伸縮運(yùn)動時，為了防止繞軸線轉(zhuǎn)動，以保證正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加的剛性，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。
導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增加的剛性和導(dǎo)向性。
4.6 平衡裝置
在本設(shè)計(jì)中，為了使的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對性能的影響，故在送料氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。
氣缸運(yùn)行長度選擇為=118mm,氣缸內(nèi)徑為=110mm,氣缸運(yùn)行速度，加速度時間=0.1s,壓強(qiáng)p=0.5MPa,則驅(qū)動力：
1．測定質(zhì)量為80kg,則重力：
2．設(shè)計(jì)加速度，則慣性力：
3.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)，
總受力
所以選擇尺寸符合實(shí)際使用要求。
選擇尺寸滿足使用要求。
第五章 PLC控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)
自動上下料裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個自動上下料裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實(shí)現(xiàn)，對提高自動上下料裝置整體可靠性、實(shí)用性具有重要的意義，同時也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當(dāng)前自動上下料裝置廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及PLC的發(fā)展之后，提出了采用PLC的控制方法。
5.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
自動上下料裝置的控制系統(tǒng)一般是使自動上下料裝置運(yùn)動協(xié)調(diào)為目的，包括高性能的計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的系統(tǒng)硬件和控制軟件。
自動上下料裝置的控制部分可分為4個部分：自動上下料裝置及其感知器、環(huán)境、任務(wù)、控制器。自動上下料裝置是由各種機(jī)構(gòu)組成的裝置，它通過感知器的內(nèi)部傳感器實(shí)現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測和信息交互；環(huán)境即指自動上下料裝置所處的周圍環(huán)境；任務(wù)是指自動上下料裝置要完成的操作，它需要適當(dāng)?shù)某绦蛘Z言描述，并把它們存入控制機(jī)中，隨著系統(tǒng)的不同，任務(wù)的輸入可能是程序方式，或文字、圖形或聲音方式；控制器包括軟件和硬件兩大部分，相當(dāng)于自動上下料裝置的大腦，它以計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ每刂破鬟\(yùn)行程序的方式來完成給定的任務(wù)。
控制系統(tǒng)的硬件一般包括3個部分：
(1) 感知部分 用來收集自動上下料裝置的內(nèi)部和外部的信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受自動上下料裝置的本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受自動上下料裝置的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。
(2) 控制裝置 用來處理各種信息，完成控制過程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計(jì)算機(jī)相應(yīng)的接口等。
(3) 驅(qū)動部分 為了使自動上下料裝置完成操作及移動功能，自動上下料裝置各關(guān)節(jié)可選用、液動、電氣等方式驅(qū)動。
5.2 控制系統(tǒng)的性能要求
對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求：
(1) 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運(yùn)動性能從偏離平衡點(diǎn)恢復(fù)到原平衡點(diǎn)狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動控制必須滿足的基本要求，對穩(wěn)定性的研究是自動化控制系統(tǒng)中的一個基本問題。
(2) 過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。
(3) 穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實(shí)際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)之一就是在兼顧其他性能指標(biāo)的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個允許的限制值。
5.3 傳感器的選擇
傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進(jìn)行選用。位置檢測裝置檢測自動上下料裝置動作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺傳感器是為了完成自動上下料裝置對物料的識別。
5.3.1 位置檢測裝置
在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)自動上下料裝置執(zhí)行左旋/右旋，前伸/回縮，上升/下降等動作時，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測裝置檢測動作是否到位，常用的位置檢測裝置是行程開關(guān)。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種根據(jù)運(yùn)動部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。
本設(shè)計(jì)中采用直線接觸式行程開關(guān)檢測自動上下料裝置動作是否到位，當(dāng)運(yùn)動到指定位置時，碰到行程開關(guān)，終結(jié)上一個動作，準(zhǔn)備執(zhí)行下一個動作。
4.3.2 傳感器
自動上下料裝置吸取物體時按吸力的大小可分為硬吸取和軟吸取。硬吸取是吸盤用最大的吸力吸取物體，以保證可靠性；軟吸取方式是吸盤使吸力保持在能穩(wěn)固吸取物體的最小值，以避免損傷物件。軟吸取時吸力不夠時被吸物體會產(chǎn)生滑動，滑覺傳感器就是為了檢測滑動而設(shè)計(jì)的，可以檢測垂直于吸物方向物體的位移、由重力引起的變形，以達(dá)到修正吸力，防止吸取物的滑動?；瑒觽鞲衅髦饕糜跈z測物體接觸面直接的相對運(yùn)動的大小和方向，判斷是否吸住物體以及應(yīng)用多大的吸力等。
5.4 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇
液壓驅(qū)動，功率重量比大，可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。
電氣驅(qū)動，控制精度高，驅(qū)動力較大，響應(yīng)快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于這種驅(qū)動方式價(jià)格昂貴，限制了在一些場合的應(yīng)用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)10
氣壓驅(qū)動具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)自動上下料裝置中應(yīng)用較多。另一方面，技術(shù)作為“廉價(jià)的自動化技術(shù)”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動化生產(chǎn)線上，幾乎都配有系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，全部自動化流程中約有30﹪裝有系統(tǒng)，有90﹪的包裝機(jī)械，70﹪的鑄造、焊接設(shè)備，50﹪的自動操機(jī)、40﹪的鍛造設(shè)備和洗衣設(shè)備、30﹪的采煤機(jī)械，20﹪的紡織機(jī)械、制鞋業(yè)、木材加工、食品機(jī)械，43﹪的工業(yè)自動上下料裝置裝有氣壓系統(tǒng)。日、美、德等國的元件銷售平均每年增長超過10-15﹪。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家的元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，且仍以較大速度發(fā)展，自動上下料裝置技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具。
表5.4給出了各種控制方式的比較：
表5.4 各種控制方式的比較
通過以上三種驅(qū)動方式的比較選用驅(qū)動的方式，不僅能夠滿足了本設(shè)計(jì)的要求，而且節(jié)約了成本。
5.5 自動上下料裝置驅(qū)動系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)
根據(jù)自動上下料裝置的要求，在驅(qū)動系統(tǒng)中氣缸的運(yùn)動方式主要有（1）直線運(yùn)動（缸體固定，活塞桿運(yùn)動）；
系統(tǒng)包括二位二通電磁閥、一個氣缸、消聲器（若干）等。圖中的調(diào)速閥控制氣缸上升和下降、伸長和縮短、過程中的速度，防止速度過大對物料及自動上下料裝置臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運(yùn)動方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動作是由二位二通電磁閥控制的。
5.6 元件選取及工作原理
氣壓驅(qū)動是利用壓縮氣體的壓力能來實(shí)現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣，也包括燃?xì)夂驼羝?。典型的氣壓傳動系統(tǒng)由以下四部分組成：
5.6.1 氣源裝置
氣源裝置是獲得具有一定能量的壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機(jī)，有的還配有氣源凈化處理裝置、氣罐等附屬設(shè)備。它將原動機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。氣壓傳動對氣源的要求：
(1) 要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。
(2) 要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。
下面對于主要的氣源裝置元件進(jìn)行如下介紹：
1、空氣壓縮機(jī)
空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。容積型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。本設(shè)計(jì)選用容積型壓縮機(jī)。
2、儲氣罐
儲氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高10%，并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設(shè)計(jì)選用立式儲氣罐，因?yàn)樗倪M(jìn)氣口在下，出氣口在上，以利用進(jìn)一步分離空氣中的油、水。
5.6.2 氣缸輸出直線往復(fù)式
執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動，并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，如氣缸輸出直線往復(fù)式機(jī)械能，擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式機(jī)械能。
氣缸是執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對于前伸/回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升/下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。
5.7 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理
5.7.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則
一、 PLC機(jī)型的選擇