固定式多頭螺絲裝配設(shè)備畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　HUNAN UNIVERSITY</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　設(shè)計(jì)論文題目：固定式多頭自動(dòng)螺絲</p><p>　裝配設(shè)備的設(shè)計(jì)</p><p>　　固定式多頭自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要&l

2、t;/b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成一套螺釘自動(dòng)裝配設(shè)備。經(jīng)過方案擬定、分析、實(shí)驗(yàn)等步驟本次設(shè)計(jì)完成了機(jī)械裝置部分的設(shè)計(jì)跟控制系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)。在機(jī)械裝置設(shè)計(jì)部分，經(jīng)過對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，尺寸的設(shè)定等分析實(shí)驗(yàn)，最終完成了整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括機(jī)架等。在機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以電批為核心部件、實(shí)現(xiàn)電批頭的旋轉(zhuǎn)來擰緊螺釘，用氣動(dòng)作為傳動(dòng)方式，采取一個(gè)氣缸來實(shí)現(xiàn)電批頭的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在行程控制方面，采用了十

3、字萬向聯(lián)軸器來解決非同軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用彈簧、套筒等來緩沖行程，實(shí)現(xiàn)行程控制。在系統(tǒng)控制方面，經(jīng)過分析了解到，機(jī)械裝置需要完成檢測螺釘、工件的到位情況，氣缸的伸縮情況，電批的旋轉(zhuǎn)停動(dòng)情況等一系列自動(dòng)化動(dòng)作，因此需要用到控制器來完成。本設(shè)計(jì)中采用了以PLC為 核心的控制系統(tǒng)，用傳感器、開關(guān)等作為信號(hào)檢測跟輸入，用程序編寫來完成計(jì)數(shù)、氣缸的伸縮控制、電批的旋轉(zhuǎn)與否等功能?？傮w來說，本次設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)螺釘?shù)淖詣?dòng)裝配的任務(wù)。</p>

4、<p>　　關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)；螺釘自動(dòng)裝配；機(jī)械裝置；控制系統(tǒng)；</p><p>　　Fixed multi-axis screw automatic assembly equipment design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design task is to complete

5、a set of screw automatic assembly equipment. After programming, analysis and exp erimental, the design is completed with some mechanical device control system design aspects. In the mechanical device design part, throug

6、h to movement, such as analysis of experimental set size, the final completion of the structural design of the machine.Motion system design, the rotation of the power granted as a core component of the electric screwdriv

7、er to tighten the screws, as </p><p>　　Key Words: design; screw automatic assembly; machinery; control system</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b

8、></p><p>　　1.1 課題背景及目的1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究狀況1</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)和研究方法2</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)過程及內(nèi)容2</p><p>　　第2章 方案選擇4</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計(jì)

9、4</p><p>　　2.1.1 裝置功能要求4</p><p>　　2.1.2 技術(shù)指標(biāo)4</p><p>　　2.1.3 總體方案4</p><p>　　2.1.4 方案可行性分析4</p><p>　　2.2 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2.1 機(jī)電傳

10、動(dòng)5</p><p>　　2.2.2 液壓傳動(dòng)5</p><p>　　2.2.3 氣壓傳動(dòng)6</p><p>　　第3章 各部分設(shè)計(jì)與計(jì)算7</p><p>　　3.1 總體布局設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2 萬向節(jié)部分總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2.1 萬向

11、節(jié)部分軸的計(jì)算7</p><p>　　3.2.2 十字萬向聯(lián)軸器的選取9</p><p>　　3.3 氣缸的選取與校核10</p><p>　　3.3.1 氣缸的選取10</p><p>　　3.3.2 氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p>　　3.4 兩直線導(dǎo)軌軸的設(shè)計(jì)計(jì)算13</p>

12、<p>　　3.5 軸承14</p><p>　　3.5.1 軸承的選取14</p><p>　　3.5.2 直線軸承的強(qiáng)度校核14</p><p>　　3.6 電批、電批頭傳感器的選取15</p><p>　　3.6.1 電批的選取15</p><p>　　3.6.2 電批頭的選取1

13、6</p><p>　　3.6.3 傳感器的選取16</p><p>　　3.7 上下滑動(dòng)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.8 螺釘輸送導(dǎo)套部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.9 機(jī)架設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.9.1 機(jī)架制造方式的選取18</p><p>

14、;　　3.9.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)19</p><p>　　第4章 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)功能分析20</p><p>　　4.2 輸入輸出設(shè)備I/O分配20</p><p>　　4.3 PLC的選取20</p><p>　　4.4 電磁閥的選取21</p

15、><p>　　4.5 電源模塊的選取21</p><p>　　4.6 硬件連接圖22</p><p><b>　　第5章 結(jié)論23</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></

16、p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1課題背景及目的</p><p>　　固定式多頭自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備也可以稱之為固定式多軸自動(dòng)打螺絲機(jī)。隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，社會(huì)從原始時(shí)代，經(jīng)過半自動(dòng)時(shí)代，然后輾轉(zhuǎn)到了，全自動(dòng)時(shí)代。在這個(gè)科技迅速發(fā)展的時(shí)代中，自動(dòng)化的普及化也迅速展開。當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中，用螺釘（栓）來緊固工件已經(jīng)是相當(dāng)

17、常用的方法了。在家電、手機(jī)、電腦、塑膠等古老勞動(dòng)力居多的企業(yè)中，手動(dòng)擰緊螺釘（栓）做占用的時(shí)間占到至少三成，當(dāng)被打螺釘?shù)牟牧蠟橛捕雀叩漠a(chǎn)品時(shí)所用掉是時(shí)間更多，況且，如今的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都很復(fù)雜，螺釘（栓）的工位也是非常的多，因此手動(dòng) ，用夾具固定好被打螺釘（栓），多軸同時(shí)一起運(yùn)動(dòng)擰緊螺釘（栓），由此方法，可知，無論是要擰都少個(gè)螺釘（栓）跟擰一個(gè)螺釘（栓）所用的時(shí)間是一樣的，從而，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)了生產(chǎn)的自動(dòng)

18、化水平。同時(shí)還可以增添控制系統(tǒng)功能，讓機(jī)器具有自動(dòng)檢測功能，如，自動(dòng)檢測螺絲擰緊不合格產(chǎn)品，方便區(qū)分劣質(zhì)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能等等。由此可見，多頭自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備的生產(chǎn)與普及能給當(dāng)今各大企業(yè)帶來高效率，提高生產(chǎn)水平。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　改革開放以來，我國國內(nèi)的技術(shù)生產(chǎn)水平大大加快，效率的提高已經(jīng)成為各廠家，各企業(yè)追求的目的。因此自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備的出現(xiàn)

19、也是理所當(dāng)然的。但是最開始，這種技術(shù)是由國外引進(jìn)的。當(dāng)時(shí)，德國、美國日本等國的技術(shù)處于領(lǐng)先水平，這些國家的產(chǎn)品大量涌入國內(nèi)市場。相對(duì)來說，國外對(duì)于自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)水平要高些。起初，這種技術(shù)的價(jià)格是昂貴的，但隨著社會(huì)的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，生產(chǎn)技術(shù)的提高，國內(nèi)的這種技術(shù)越來越走向成熟，因此全自動(dòng)螺絲機(jī)的價(jià)格也隨著下降。如今，隨著國內(nèi)技術(shù)水平的提高， 圖1.1國內(nèi)某品牌多軸自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備我國已經(jīng)生產(chǎn)了許多種類的全自

20、動(dòng)打螺絲機(jī)，在深圳、廣州、山東等地的一些廠家已經(jīng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了許多全自動(dòng)打螺絲機(jī)的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用與電腦外殼自動(dòng)裝配、手機(jī)裝配等裝配精度要求很高的產(chǎn)品中。同時(shí)隨著國內(nèi)勞動(dòng)力成本的不斷提高以及用工荒的不斷加劇，制造企業(yè)對(duì)全自動(dòng)打螺絲機(jī)的需求不斷上升，產(chǎn)品應(yīng)用前景進(jìn)一步得到了穩(wěn)定。如圖1.1為國內(nèi)某品牌的一種多軸自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備。</p><p>　　現(xiàn)如今，國內(nèi)對(duì)于多軸自動(dòng)打螺絲機(jī)，國內(nèi)主要有平臺(tái)固定式、平行切換式、旋

21、轉(zhuǎn)切換式幾種。自動(dòng)擰螺絲機(jī)包含螺絲自動(dòng)整列單元，自動(dòng)打螺絲機(jī)輸送單元和螺絲自動(dòng)擰緊單元以及鎖付過程中的檢測單元。整列單元主要是將散裝的螺絲進(jìn)行整齊排列并單個(gè)輸出。整列單元可以通過振動(dòng)盤分選機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)也可以通過搖臂式鎖螺絲機(jī)整列機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，而自動(dòng)擰螺絲機(jī)緊單元包括旋轉(zhuǎn)動(dòng)力部分和螺絲導(dǎo)入部分。旋轉(zhuǎn)動(dòng)力部分由電批提供，螺絲的導(dǎo)入方式常見的有吹氣式和吸附式。一般而言，吹氣式由于工作連續(xù)，無需頭部來回動(dòng)作，因此，整體效率優(yōu)于吸附式。但吹氣式本身收到

22、螺絲外形和長徑比的限制，并不是每一種鎖螺絲機(jī)都適 面采用的是PLC控制單元，萬向連接方式，擁有人機(jī)交互界面。在功能方面，能實(shí)現(xiàn)不良產(chǎn)品的檢驗(yàn)、報(bào)警，鎖緊螺釘?shù)臄?shù)目也可根據(jù)用戶自行調(diào)整，整體來說，設(shè)計(jì)比較人性化。</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)和研究方法</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是完成整機(jī)裝置的設(shè)計(jì)。通過分析、計(jì)算、運(yùn)動(dòng)模擬等，完成打螺絲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從動(dòng)力輸入、傳動(dòng)、動(dòng)力輸出一步一步

23、設(shè)計(jì)，繪制運(yùn)動(dòng)簡圖，對(duì)相關(guān)的零部件進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，并進(jìn)行選型，運(yùn)用UG進(jìn)行三維建模，完成整機(jī)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)干涉情況。并利用AUTO CAD完成工程二維圖的繪制。</p><p>　　1.4設(shè)計(jì)過程及研究內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計(jì)內(nèi)容可以分為兩大塊：機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)的前半段時(shí)間是用來完成機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，研究的內(nèi)容主要有電批延長部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、行程控制、動(dòng)力輸入、傳動(dòng)方式

24、、整體結(jié)構(gòu)等問題的研究與設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中，參考國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品所采用的運(yùn)動(dòng)等方案，進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新提出自己的方案，并對(duì)自己的方案進(jìn)行分析、計(jì)算、運(yùn)動(dòng)模擬來驗(yàn)證方案的可行性。方案擬定后，通過三維立體建模的方式來檢驗(yàn)干涉情況，最終確定整機(jī)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)完成后，開始控制部分的設(shè)計(jì)，也是整個(gè)設(shè)計(jì)的后半段時(shí)間。研究的主要內(nèi)容為控制器件的選型、檢測器件的選型、控制方式的確定、控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，采用分析、電路模擬等方式來確定控制方案的合理性。

25、設(shè)計(jì)說明書的編寫是隨著整個(gè)設(shè)計(jì)過程中一點(diǎn)一點(diǎn)的書寫的?？偟膩碚f，設(shè)計(jì)過程就是按機(jī)械-控制-說明書結(jié)稿的這一大體過程來安排的。</p><p><b>　　方案選擇</b></p><p>　　2.1總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1裝置的功能要求</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的固定式多頭自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備要求實(shí)

26、現(xiàn)在塑膠外殼上對(duì)零件采用螺釘裝配?？蓪?duì)裝配過程的零部件位置進(jìn)行自動(dòng)檢測、定位和供料，微機(jī)通過相關(guān)接口驅(qū)動(dòng)氣缸、電動(dòng)螺絲刀完成裝配動(dòng)作并實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，裝置并行完成3~4顆螺絲的鎖定工作，對(duì)裝置要求具有安全保護(hù)功能。</p><p>　　2.1.2技術(shù)指標(biāo) </p><p>　　固定式螺絲裝配設(shè)備通俗的講就是用自動(dòng)化裝配完成一個(gè)擰緊螺絲的工作，該裝備其實(shí)就是代替手臂的作用，進(jìn)行螺釘輸送，送到指定位

27、置，再擰緊。由此可以看出該設(shè)備主要由兩大部分組成。一個(gè)是送螺絲機(jī)構(gòu)，一個(gè)是擰緊螺絲機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是識(shí)別螺釘?shù)轿慌c否并進(jìn)行擰緊動(dòng)作。擰緊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要由電批完成，但是還要有下降的動(dòng)作才能完成擰緊，因此還要設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成電批頭的下降動(dòng)作。通過資料參考，決定設(shè)計(jì)方案以PLC為核心，通過各種感應(yīng)開關(guān)識(shí)別螺釘?shù)轿慌c否，再通過一定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)下降電批完成擰緊工作。但是考慮到，電批頭的下降運(yùn)動(dòng)要符合擰緊螺釘?shù)男谐?，因此還要設(shè)計(jì)一緩沖環(huán)節(jié)來時(shí)限

28、電批下降速度與螺釘擰入速度之間的緩沖讓其行進(jìn)的速度距離符合螺絲的擰緊，通過實(shí)驗(yàn)論證，最終選擇用一彈簧來完成緩沖作用。</p><p>　　總體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如下圖2.1所示。 圖2.1 總體運(yùn)動(dòng)簡圖</p><p>　　2.1.4方案可行性分析</p><p>　　首先從技術(shù)上分析，本設(shè)計(jì)所采用的零件或者選取的部件都是我們所常見的，并且

29、在裝配上都是簡單的連接，并沒有什么技術(shù)難題，而再從經(jīng)濟(jì)上考慮，所用到的東西都是市場上大量存在的，并且沒有十分昂貴的東西，也是我們可以承受的。因此總體來說，本次設(shè)計(jì)的總體方案是可行的。</p><p>　　2.2電批下降傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)分析，明確電批下降所需要的運(yùn)動(dòng)方式為直線上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以由電、液壓或氣壓幾種傳動(dòng)方式。電傳動(dòng)是以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，機(jī)電

30、一體化，驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)方式；液壓是以液體為工作介質(zhì)，利用液體的壓力能來提供動(dòng)力輸出；氣壓則是以空氣作為工作介質(zhì)，以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源的傳動(dòng)方式。這幾種傳動(dòng)方式在不同場合有著不同的應(yīng)用。下面就這幾種傳動(dòng)方式在本設(shè)計(jì)中的利弊進(jìn)行分析并從中選取最適合本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式：</p><p><b>　　2.2.1機(jī)電傳動(dòng)</b></p><p>　　機(jī)電傳動(dòng)（又稱電力傳動(dòng)或電

31、力拖動(dòng)）顧名思義就是以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)器的系統(tǒng)總體概括。[1]他的任務(wù)是將傳來的電能通過能量轉(zhuǎn)換為我們所需要的機(jī)械能，能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)器的開始、停車以及運(yùn)動(dòng)快慢的調(diào)節(jié)，滿足種種我們所需要的生產(chǎn)要求來完成生產(chǎn)，保證各項(xiàng)生產(chǎn)過程能夠順利的進(jìn)行。一般情況，機(jī)電傳動(dòng)都是用來對(duì)大功率的設(shè)備進(jìn)行動(dòng)力輸出。而本設(shè)計(jì)中，只是驅(qū)動(dòng)電批的小行程、低功率的動(dòng)作輸出，沒有必要選取機(jī)電傳動(dòng)。況且，對(duì)于機(jī)電傳動(dòng)來說，還要進(jìn)行電動(dòng)機(jī)等器件的選取，體積大、占地面

32、積多，不利于本機(jī)構(gòu)的簡化。再從經(jīng)濟(jì)上考慮，一般電動(dòng)機(jī)都比較昂貴，也會(huì)增加設(shè)計(jì)的成本。因此，綜合考慮，不選取機(jī)電作為電批上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式。</p><p><b>　　2.2.2液壓傳動(dòng)</b></p><p>　　液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)的流體運(yùn)動(dòng)，其主要是利用液體的壓力能的液體傳動(dòng)[2]。液壓傳動(dòng)與機(jī)電傳動(dòng)相比具有大致以下優(yōu)點(diǎn)：液壓傳動(dòng)的各種元件可以依靠我們的

33、需要，空間的局限等要求來自由安放，靈活性大；他的體積不大，從而重量也很輕，占用空間小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度較其他傳動(dòng)方式較快；操縱控制方便，調(diào)速范圍可達(dá)2000:1；同時(shí)依據(jù)他自身的優(yōu)越性，可以實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；一般采用礦物油為介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)可自行潤滑，使用壽命長；很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；同時(shí)他還可以很容易的實(shí)現(xiàn)遙控[2]。但是由于流體流失的阻力損失和泄露較大，他的傳動(dòng)效率低，如果處理不當(dāng)，還會(huì)發(fā)生爆炸和火災(zāi)事故，因此安全系數(shù)低。另外工作性能容

34、易受到溫度變化的影響，不易在很高或者很低的溫度下工作，工作條件要求高。對(duì)于本設(shè)計(jì)，安全性作為首要考慮因素，再從經(jīng)濟(jì)等方面考慮，液壓傳動(dòng)價(jià)格昂貴，還需要較高的維修技術(shù)水平。因此，綜上所述，液壓也不是本設(shè)計(jì)的最佳傳動(dòng)方案。</p><p><b>　　2.2.3氣壓傳動(dòng)</b></p><p>　　氣壓傳動(dòng)簡稱氣動(dòng)，他的動(dòng)力來源是空氣壓縮機(jī)。以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量

35、和信號(hào)傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要手段之一[2]。氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是空氣，流動(dòng)損失小，空氣取之不盡，適應(yīng)遠(yuǎn)距離輸送。廢氣排放處理簡單，無污染，成本低。同時(shí)他的壓力等級(jí)低，使用安全，氣動(dòng)執(zhí)行元件響應(yīng)速度快，反應(yīng)動(dòng)作靈敏，能很好的適應(yīng)沖擊負(fù)載，工作環(huán)境要求低。但是他也有定位精度低、信號(hào)傳遞速度慢，不易用于傳遞速度高的復(fù)雜控制系統(tǒng)、輸出力小、輸出功率小等缺點(diǎn)。</p><p>　　根據(jù)自己的需要，對(duì)于要設(shè)計(jì)

36、的固定式自動(dòng)螺絲自動(dòng)裝配設(shè)備來說，所需要的運(yùn)動(dòng)方式為直線運(yùn)動(dòng)，完成四個(gè)螺釘?shù)臄Q緊過程所要求的輸出力與輸出功率也不是很大，同時(shí)考慮到安裝復(fù)雜性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、占用空間等方面，最終選取氣動(dòng)方案。</p><p><b>　　各部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 </b></p><p><b>　　3.1總體布局設(shè)計(jì)</b></p><p>　

37、　氣缸放在最上端驅(qū)動(dòng)電批上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成擰螺絲所需要的進(jìn)給。電批需要加長機(jī)構(gòu)，加長的電批機(jī)構(gòu)用兩個(gè)滑動(dòng)架來進(jìn)行軸向固定。由于每兩個(gè)螺紋孔的間距僅為21mm，而電批直線排列不能滿足要求，又要保證完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即滿足軸不在同一直線上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此要用到萬向聯(lián)軸器來完成。整個(gè)過程氣缸的伸縮運(yùn)動(dòng)用PLC來進(jìn)行控制。 </p><p>　　3.2萬向節(jié)部分總體設(shè)計(jì)</p><p>　　萬向節(jié)部分

38、主要是用來延長電批，實(shí)現(xiàn)軸線不在同一條直線上得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并有行程緩沖環(huán)節(jié)，能保證電批頭的行程與螺釘擰進(jìn)的行程一致。經(jīng)過設(shè)計(jì)，萬向節(jié)部分主要由電批、連接軸1、十字萬向聯(lián)軸器連接軸、連接軸2、彈簧、套筒、滑動(dòng)軸電批頭等組成。其結(jié)構(gòu)如下圖3.1 。螺釘經(jīng)送料裝置送到指定位置時(shí)，傳感器檢測信號(hào)，PLC發(fā)送信號(hào)控制氣缸和電批的動(dòng)作，氣缸驅(qū)動(dòng)萬向節(jié)部分整體向下運(yùn)動(dòng)，電批負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過彈簧這一緩沖環(huán)節(jié)，將氣缸伸縮的距離緩沖成擰緊螺釘需要的行程與距

39、離。螺釘擰緊后，再通過PLC發(fā)送信號(hào)給氣缸與電批，氣缸收縮，電批停止旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　1-電批；2-連接軸1；3-十字萬向聯(lián)軸器；</p><p>　　4-連接軸2；5-套筒； 6-壓縮彈簧；7-銷釘；8-滑動(dòng)軸；9-電批頭</p><p>　　圖3.1 萬向節(jié)部分裝配體</p><p>　　3.2.1萬向節(jié)部分軸的設(shè)計(jì)計(jì)算&l

40、t;/p><p>　　該部分的軸組要承載扭轉(zhuǎn)力，所以主要根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　螺釘為M4，螺距2mm左右，擰進(jìn)25mm，初步計(jì)算所需要的扭轉(zhuǎn)力為0.2N·m</p><p>　　根據(jù)軸的強(qiáng)度校核公式[3]：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p&

41、gt;　　式中：—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa </p><p>　　T—軸所受的扭矩，N·mm</p><p>　　WT—軸的抗扭截面系數(shù)</p><p>　　n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min</p><p><b>　　P—軸傳遞的功率</b></p><p>　　d—計(jì)算截面處軸的直徑，mm<

42、/p><p>　　—許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa</p><p><b>　　再由：</b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　由上公式可以導(dǎo)出：</b></p><p><b>　　（3.3）</b>

43、;</p><p>　　根據(jù)材料參數(shù)，選用45號(hào)鋼，=30MPa,帶入數(shù)據(jù)可得許用直徑為：</p><p>　　因考慮到，軸的一部分會(huì)以空心形式存在，因此初步定軸的直徑為10mm。設(shè)空心部分直徑為6mm。進(jìn)行強(qiáng)度校核。同樣由上公式，但是軸的截面系數(shù)公式不同，如下：[4]</p><p><b>　?。?.4）</b></p>&l

44、t;p>　　帶入數(shù)值計(jì)算得結(jié)果：因此強(qiáng)度有保證。</p><p>　　再根據(jù)彎扭條件進(jìn)行校核：</p><p>　　對(duì)于連接軸2，其直徑10mm，長度100mm,進(jìn)行彎扭結(jié)合強(qiáng)度校核：</p><p>　　他的扭矩圖如下圖（3.2）：</p><p>　　圖3.2 連接軸2的扭矩圖</p><p>　　其彎矩

45、可進(jìn)行估算得，并畫出彎矩圖如下圖（3.3）：</p><p>　　圖3.3 連接軸2的彎矩圖</p><p>　　根據(jù)第三強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，如下式：</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　可得=5.4MPa。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用力=85MPa，因此強(qiáng)度足夠。</p>

46、<p>　　而對(duì)于套筒與滑動(dòng)軸部分，其只受到扭轉(zhuǎn)力的作用，彎曲力的作用可以忽略不計(jì)，因此由扭轉(zhuǎn)力矩計(jì)算出的軸滿足彎曲強(qiáng)度。</p><p>　　對(duì)于套筒與滑動(dòng)軸的長度，主要跟氣缸桿的伸縮相關(guān)聯(lián)。氣缸伸縮的行程不能太長也不能過短。如果太長，那么將會(huì)造成較大的緩沖行程，需要很長的軸來進(jìn)行緩沖，這樣會(huì)給整體機(jī)構(gòu)帶來不協(xié)調(diào)，造成細(xì)長軸，浪費(fèi)材料。但是，也不能過短。如果過于短，那么將會(huì)沒有足夠行程來保證擰緊螺釘

47、，有可能造成螺釘擰的不緊，螺釘松動(dòng)，產(chǎn)生次品，這樣也會(huì)造成成本的提高。因此綜上分析，再根據(jù)一般氣缸的行程，決定選取氣缸的行程在150mm左右，因而，滑動(dòng)軸與套筒相滑動(dòng)的部分為150mm，因而滑動(dòng)軸定為270mm(因?yàn)檫€一部分要安裝電批頭),套筒定為200mm。</p><p>　　3.2.2十字萬向聯(lián)軸器的選取</p><p>　　為了完成不同軸線的旋轉(zhuǎn)問題，本設(shè)計(jì)采取加用十字萬向聯(lián)軸器，

48、根據(jù)上邊軸的尺寸的計(jì)算，最終選取結(jié)果為WSD1類型的十字萬向聯(lián)軸器。[3]</p><p>　　3.3氣缸的選取與計(jì)算、校核</p><p>　　3.3.1氣缸的選取</p><p>　　氣缸一般可分為單作用氣缸、雙作用氣缸和特殊氣缸等。下圖3.4為一般普通氣缸的零件組成。</p><p>　　1-組合防塵圈；2-前端蓋；3-軸用YX密封圈；

49、4-活塞桿；</p><p>　　5-缸筒； 6-活塞；7-孔用YX密封圈；8-緩沖調(diào)節(jié)閥；9-后端蓋</p><p>　　圖3.4普通氣缸機(jī)構(gòu)</p><p>　　單作用氣缸一般可分為活塞式與膜片式兩大類，而活塞式又可分為單活塞與雙活塞兩類，單活塞又可分為有桿氣缸跟無桿氣缸兩類，其中有桿氣缸又分為單作用與雙作用之分，同樣雙活塞桿也是有這兩種。而膜片式一般有平膜片、

50、滾動(dòng)膜片、皮囊三類。</p><p>　　單作用氣缸一般都是通過對(duì)空氣的壓縮驅(qū)動(dòng)活塞或者柱塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，其中活塞式是靠如重力等外界力量復(fù)位，活塞式跟薄膜式氣缸還可以借助彈簧等復(fù)位。柱塞式氣缸擁有較好的負(fù)載穩(wěn)定性，但是輸出力小，主要用于小直徑氣缸。當(dāng)活塞式氣缸借助彈簧復(fù)位時(shí)。概括而言，單作用氣缸總體適用短行程，小直徑。擁有結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　雙作用氣缸通俗的講就是通過壓

51、縮空氣能夠驅(qū)動(dòng)活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。有的安裝有緩沖裝置來對(duì)活塞接近終點(diǎn)時(shí)進(jìn)行降速調(diào)節(jié)，以免過大載荷的沖擊。調(diào)節(jié)的就叫做可調(diào)緩沖氣缸，不可調(diào)節(jié)緩沖降速數(shù)值的就為不可調(diào)緩沖氣缸。</p><p>　　特殊氣缸種類很多，常見的有串聯(lián)氣缸、差動(dòng)氣缸、增壓氣缸、伸縮氣缸、雙活塞氣缸、沖擊式氣缸、多為氣缸等等。</p><p>　　通過對(duì)氣缸資料的參考，本設(shè)計(jì)所需要?dú)飧昨?qū)動(dòng)完成的運(yùn)動(dòng)為上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再從

52、經(jīng)濟(jì)性、可行性、安裝復(fù)雜性、通用性考慮等，最終決定選取一個(gè)普通的雙作用氣缸就可以。這種氣缸也是應(yīng)用最為廣泛的一中氣缸，相對(duì)來說技術(shù)比較成熟。</p><p>　　3.3.2氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　氣缸作用力的計(jì)算：</b></p><p>　　設(shè)本設(shè)計(jì)所選取的單活塞雙作用氣缸活塞桿的作用力推力為F1，拉力F2。根據(jù)如下公式：

53、</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　其中為活塞桿的推力(N)，為活塞桿的拉力(N)，D為活塞直徑(m)，d為活塞桿直徑(m)，p為氣缸工作壓力(Pa)，為負(fù)載率。負(fù)載率與氣缸工作壓力有關(guān)，基本關(guān)系如下表3.1 。</p><

54、;p>　　表3.1 負(fù)載率與氣缸工作壓力p的關(guān)系</p><p>　　的最佳值為0.3~0.5，氣缸高速運(yùn)轉(zhuǎn)取=0.3，低速時(shí)取0.5，根據(jù)本設(shè)計(jì)安裝要求，氣缸低速運(yùn)轉(zhuǎn)，氣缸工作壓力為0.6MPa,所以選取=0.5 。</p><p>　　氣缸內(nèi)徑跟活塞桿直徑計(jì)算：</p><p>　　根據(jù)公式（3.5），（3.6）可求得氣缸直徑。</p>&

55、lt;p>　　由于氣缸垂直安裝，所以往回的拉力F2大于推力F1，所以要根據(jù)拉力來進(jìn)行計(jì)算。大概估計(jì)克服重量為15kg 。當(dāng)用公式3.6進(jìn)行計(jì)算時(shí)，活塞桿的直徑可以先估定，一般取缸徑的四分之一。代入公式計(jì)算可得：</p><p>　　根據(jù)缸徑系列如表3.2</p><p>　　表3.2缸筒內(nèi)徑系列</p><p>　　所以選取缸徑為32mm便可以符合要求。再根據(jù)

56、活塞直徑為缸徑的四分之一左右，因此活塞直徑定位8mm。根據(jù)表3.3 活塞桿至今系列，定活塞桿直徑為8mm。</p><p>　　表3.3活塞桿直徑系列</p><p><b>　　氣缸筒壁厚的計(jì)算：</b></p><p>　　一般情況下，氣缸壁厚與缸徑的比值小于十分之一時(shí)，可按下公式（3.7）進(jìn)行計(jì)算：</p><p>

57、;　　= （3.8）其中：</p><p><b>　?。?.9） </b></p><p>　　D為氣缸內(nèi)直徑；ps為實(shí)驗(yàn)壓力，一般取ps為工作壓力的1.5倍，為缸筒材料的許用應(yīng)力，為缸筒材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=6~8。一般選取45號(hào)鋼為材料，所以=100MPa，帶入公式計(jì)算得很小，大概為0.01c

58、m。但是缸筒兩端會(huì)有端蓋等其他零件，所以一般缸筒都不會(huì)很薄。</p><p>　　綜上基本計(jì)算出所需要的氣缸的基本尺寸，但是考慮到自己加工制造氣缸較為麻煩,從經(jīng)濟(jì)性、操作性等方面考慮，所以還是根據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)來進(jìn)行氣缸選取。經(jīng)過對(duì)氣缸廠家的搜索，資料查詢，老師推薦等綜合考慮，最終選取了SMC公司所生產(chǎn)的的一種標(biāo)準(zhǔn)型單桿雙作用氣缸，具體型號(hào)為CG1BN32150ZW，樣式如圖3.5 。</p><

59、;p>　　圖3.5標(biāo)準(zhǔn)型CG1系列單桿雙作用氣缸</p><p>　　其規(guī)格具體參數(shù)如下表3.4所示：</p><p>　　表3.4 氣缸CG1BN32150ZW具體規(guī)格</p><p>　　3.4 兩直線導(dǎo)軌軸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　對(duì)于這兩個(gè)直線導(dǎo)軌軸，經(jīng)受力分析可知，其主要受到彎矩，而沒有扭矩。因此主要根據(jù)彎曲強(qiáng)度來進(jìn)行軸

60、徑的設(shè)計(jì)計(jì)算并進(jìn)行校核。因?yàn)檫@兩根軸起到一個(gè)導(dǎo)軌的作用，因此要讓滑動(dòng)架能夠平穩(wěn)的滑動(dòng)，所以兩根軸的直徑不易過小，這樣會(huì)造成滑動(dòng)不平穩(wěn)。同時(shí)又考慮到材料解約，避免裝置過于笨重等原因，可采用空心處理。因此可以暫定，軸的直徑為30mm，內(nèi)徑10mm。</p><p>　　下面進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核：</p><p><b>　　根據(jù)公式[4]：</b></p>&l

61、t;p><b>　　(3.10)</b></p><p>　　現(xiàn)根據(jù)計(jì)算，算出該軸所受的彎矩并作出彎矩圖如下圖3.6 。</p><p>　　圖3.6 滑動(dòng)導(dǎo)軌軸的彎矩圖</p><p>　　得出結(jié)果：=0.2MPa。遠(yuǎn)小于材料45號(hào)鋼的許用力=100MPa,強(qiáng)度足夠。</p><p><b>　　3.

62、5軸承</b></p><p>　　3.5.1軸承的選取</p><p>　　兩個(gè)滑動(dòng)架要在兩直線軸導(dǎo)軌上平穩(wěn)滑動(dòng)，因此還要選擇滑動(dòng)軸承。根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式我們知道，主要為直線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此軸承類型選擇直線軸承。</p><p>　　直線軸承是一種用于無限行程與圓柱軸配合的軸承[5]。一般可分為標(biāo)準(zhǔn)型、開口型、加長型、通用型等，也可以根據(jù)法蘭分為圓法蘭型、方

63、法蘭型、橢圓法蘭型、導(dǎo)向圓法蘭型、導(dǎo)向方法蘭型、導(dǎo)向橢圓法蘭型、加長圓法蘭型等。本設(shè)計(jì)選擇圓法蘭型，具體型號(hào)及參數(shù)如下（圖3.7為樣式跟尺寸標(biāo)明）：</p><p><b>　　型號(hào)：LMF30</b></p><p><b>　　球列數(shù)：6</b></p><p><b>　　內(nèi)徑：30mm</b>

64、</p><p><b>　　外徑：45mm</b></p><p><b>　　長度：64mm</b></p><p>　　法蘭：51mm </p><p><b>　　連接孔:</b></p><p>　　圖

65、3.7 LMF直線軸承樣式跟尺寸標(biāo)注</p><p>　　法蘭垂直度：0.015</p><p>　　徑向跳動(dòng)：0.015</p><p>　　基本額定載荷：動(dòng)，160kg；靜，280kg</p><p>　　3.5.2直線軸承的強(qiáng)度校核</p><p>　　根據(jù)長度壽命進(jìn)行計(jì)算，由公式：</p>&l

66、t;p>　　(單位：10km) (3.11)</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　硬度系數(shù):FH </p><p>　　硬度HRC58以上，F(xiàn)H=1.0；硬度HRC52-58，F(xiàn)H=0.6-1.0</p><p>　　動(dòng)載荷:C工作載荷:PC (單

67、位：kg公斤)溫度系數(shù):FT</p><p>　　工作溫度小于100攝氏度，F(xiàn)T=1.0，工作溫度100-125攝氏度，F(xiàn)T=1.0-0.95。</p><p><b>　　接觸系數(shù):FC</b></p><p>　　每根軸裝一套軸承，F(xiàn)C=1.0 每根軸裝二套軸承FC=0.81 每根軸裝三套軸承，F(xiàn)C=0.72 每根軸裝四套軸承，F(xiàn)C=0.

68、66</p><p><b>　　載荷系數(shù):FW</b></p><p>　　運(yùn)行速度小于15米/分鐘，無沖擊、無振動(dòng)，F(xiàn)W=1.0-1.5；</p><p>　　運(yùn)行速度小于60米/分鐘，微小沖或振動(dòng)，F(xiàn)W=1.5-2.0；</p><p>　　運(yùn)行速度大于60米/分鐘，或有較大沖擊、振動(dòng)，F(xiàn)W=2.0-5.0<

69、/p><p>　　由本設(shè)計(jì)內(nèi)容可定個(gè)項(xiàng)系數(shù)值如下：FH=1，C=160kg, PC=5kg,FT=1.0,FC=0.81,FW=1.0</p><p>　　可得結(jié)果：L=388.8(10km)</p><p><b>　　再由公式：</b></p><p>　?。▎挝唬盒r(shí)） （3.1

70、2）</p><p>　　其中：L長度壽命（萬米）；</p><p><b>　　Ls工作行程；</b></p><p><b>　　N1每分鐘往返次數(shù)</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)可得：Ls=10000(小時(shí))，滿足要求。</p><p>　　3.6電批、電批頭、傳

71、感器的選取</p><p>　　3.6.1電批的選取</p><p>　　由工件上得螺釘可知為M4的螺釘，根據(jù)此螺釘選取電批為HIMAX設(shè)計(jì)的一種。具體型號(hào)參數(shù)如下：（實(shí)物見圖3.8）</p><p>　　型號(hào)：TLF3000 電源：24V DC 圖3.8 電批</p><p>　　扭力輸出范圍

72、(kgf-cm)：0.5~2.5</p><p>　　無負(fù)載轉(zhuǎn)速(r.p.m)：HI,1000;Low.670</p><p>　　螺距(mm)：1.0~2.3</p><p>　　通用起子頭規(guī)格：H4 </p><p>　　同時(shí)，該電批還具有計(jì)數(shù)功能。 &l

73、t;/p><p>　　3.6.2電批頭的選取</p><p>　　電批頭選司力速電批頭，規(guī)格為PH240100E4具體參數(shù)為:=，樣式為右圖（3.9）： 圖3.9電批頭</p><p>　　3.6.3傳感器的選取</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，要自動(dòng)檢測工件是否到位、螺釘是否到位、

74、氣缸的伸縮運(yùn)動(dòng)要有極限位置等等，這些功能可借助傳感器來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　傳感器有很多種，比如說光電傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器等等。</p><p>　　首先，要對(duì)工件進(jìn)行檢測，也就是說，要檢測工件是否到位，如果到位，那么進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，如果沒到位則繼續(xù)等待。因此這里可以選取一個(gè)光電傳感器來進(jìn)行檢測。將光電傳感器放在工件夾具的兩端，當(dāng)工件運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí)，傳感器收到信號(hào)，并將信

75、號(hào)發(fā)給PLC，PLC來輸出命令進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。實(shí)際測量，工件大小為，據(jù)此進(jìn)行傳感器的選取。最終選取上海藍(lán)寶所生產(chǎn)的一種對(duì)射式傳感器，型號(hào)為：PSF</p><p>　　分為一發(fā)射器與接收器。外形尺寸如圖3.10 。</p><p>　　主要技術(shù)參數(shù)為如下：</p><p>　　電源電壓：24V DC 響應(yīng)時(shí)間：小于1ms<

76、;/p><p>　　最大測力距離：5m 光源:紅外LED880nm </p><p><b>　　重復(fù)精度：小于5%</b></p><p>　　圖3.10 LHU050傳感器外形尺寸</p><p>　　其次要對(duì)螺釘是否到位進(jìn)行檢測，因?yàn)闄z測距離較小，因此選取槽型光電傳感器就可以。選

77、取結(jié)果為超逸電子所生產(chǎn)的一種小型槽型光電傳感器，型號(hào)為ITR9608-F.它的外形尺寸為；，電源為DC24V。產(chǎn)品見下圖3.11。</p><p>　　圖3.11 ITR9608-F槽型光電傳感器</p><p>　　同時(shí)，裝置還要有一定的安全性，保證機(jī)器在工作時(shí)，當(dāng)手等人體進(jìn)入機(jī)器工作區(qū)時(shí)，機(jī)器能夠自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這里還要用到一個(gè)傳感器，能夠堅(jiān)持到人體等。為了避免選取過多種類的傳感器，給生

78、產(chǎn)制造帶來不必要的麻煩，所以決定選取同檢測工件一樣的傳感器，但是要并排兩個(gè)，形成一個(gè)面的對(duì)射面即可。</p><p>　　對(duì)于上限位也用這樣的傳感器，選取一種槽型光電傳感器，同樣為上海藍(lán)寶所生產(chǎn)，型號(hào)為PU30。主要參數(shù)如下：</p><p>　　電源電壓：24V DC</p><p>　　光源: 紅外線LED(調(diào)制)</p><p>　　檢

79、測物體Φ2mm以上不透明物體</p><p>　　外形尺寸如圖3.12 。</p><p>　　圖3.12 PU30槽型光電傳感器</p><p>　　對(duì)于下限位，則用一個(gè)電流傳感器來感應(yīng)電批電流變化的大小來發(fā)出信號(hào)。當(dāng)檢測到電批的電流發(fā)生較大升高時(shí)，則表明螺絲已經(jīng)擰緊或者出現(xiàn)螺絲卡死等情況，此時(shí)應(yīng)當(dāng)停止運(yùn)動(dòng)，氣缸收回。因此選擇了北京科海電子的電流傳感器如圖3.13

80、：</p><p>　　產(chǎn)品名稱：KT電流傳感器</p><p>　　檢測電流：1~3A(直流)</p><p>　　輸出電流：25mA有效值</p><p>　　電源電壓：24V DC</p><p>　　工作溫度：0~70攝氏度</p><p>　　內(nèi)阻：60歐姆

81、 圖3.13電流傳感器</p><p>　　3.7上下滑動(dòng)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　上滑動(dòng)架主要是用來固定電批，連接運(yùn)動(dòng)活塞，而下滑動(dòng)架主要是用來扶持電批頭，導(dǎo)向電批頭讓其準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)螺孔。因此可設(shè)計(jì)出上下滑動(dòng)架子的大致結(jié)構(gòu)如右圖3.13 。</p><p>　　下滑動(dòng)架與上滑動(dòng)架大致相同，只是把固定電批

82、的孔的換成扶持電批頭的裝置即可。</p><p>　　圖3.14 上滑動(dòng)架</p><p>　　3.8螺釘輸送導(dǎo)套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)于這部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，查閱很多資料，再通過與老師的溝通交流得知，這以機(jī)構(gòu)主要用手指式結(jié)構(gòu)居多，并且這種方式可靠性好，因此，本設(shè)計(jì)同樣選用手指式結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)圖如下圖3.14：</p><p>　　3

83、.15 手指式結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3.9機(jī)架設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.9.1機(jī)架制造方式的選取</p><p>　　機(jī)架是用來放裝備的，所有設(shè)計(jì)的零件都在機(jī)架上。可見機(jī)架必須擁有足夠的強(qiáng)度與剛度，能夠承受設(shè)備的載荷，以避免承載力不夠，機(jī)架癱垮，破壞整個(gè)設(shè)備，并在運(yùn)行過程中保持很小的變形，以滿足裝配精度的要求一般情況下，

84、機(jī)架有兩種方式來制造，焊接或者是鑄造[6]。</p><p>　　鑄造在機(jī)械工程的制造方面應(yīng)用十分的普及，在如今各種各樣的的機(jī)械裝置中，如車床、發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等中，鑄造的地位舉足輕重。鑄造一般分為手工鑄造、機(jī)器造型、壓力鑄造等等[7]。通過鑄造能夠制造出很復(fù)雜的造型，鑄造件相比焊接來說，有較強(qiáng)的抗震效果，但是鑄造也有很多缺點(diǎn)跟不足，如鑄件成分內(nèi)部晶體粗大不細(xì)膩、成分均勻性不足、質(zhì)量不穩(wěn)定、笨重、不易修改制造、廢品

85、率高等。</p><p>　　焊接形成是一種比較先進(jìn)的、高效的金屬連接方法，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中重要的連接方法之一，在國內(nèi)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)中，占有很大的比重[7]。焊接同樣廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造。冶金航空航天等部門。相比鑄造件來說，焊接具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、材料利用率高、成本低、強(qiáng)度剛度好等優(yōu)點(diǎn)，但是焊接也有很多缺點(diǎn)，如某些材料難以焊接、焊接產(chǎn)生材料變形、吸收震動(dòng)效果差等。</p><p>　　綜上，本設(shè)計(jì)多

86、軸自動(dòng)鎖螺絲機(jī)工作時(shí)比較平穩(wěn)，負(fù)荷變動(dòng)不大，不會(huì)有大幅度的震動(dòng)，整個(gè)裝置重量也不是很大。再考慮經(jīng)濟(jì)等因素，相對(duì)來說焊接方法容易制造，成型快、成本低節(jié)省材料，因此最后選定以焊接方式來制造機(jī)架。</p><p>　　3.9.2機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　選取焊接方式制造機(jī)架后，我們知道，該機(jī)架的承載能力是沒用鑄造機(jī)架好。所以，為了增加機(jī)架的承載能力，必須采取措施來增大機(jī)架的強(qiáng)度與剛度。

87、在過去的學(xué)習(xí)中，我們知道，增加加強(qiáng)板或者改變受力方向可以增大機(jī)構(gòu)的承載能力，因此從這兩方面著手，把機(jī)架的四個(gè)腳設(shè)計(jì)成斜置來改變受力方向，再在每兩個(gè)腳之間加上加強(qiáng)板來增加強(qiáng)度[7]。所以基本結(jié)構(gòu)如圖3.15 。 圖3.16 機(jī)架結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.10 機(jī)械裝置總機(jī)設(shè)計(jì)部分總結(jié)</p><p>　　

88、至此，機(jī)械裝置設(shè)計(jì)部分基本完成。概括來說，整機(jī)采用電批來驅(qū)動(dòng)電批頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用氣動(dòng)的方式來驅(qū)動(dòng)電批的直線上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用彈簧、套筒等設(shè)計(jì)來完成行程速度的控制。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)了手指結(jié)構(gòu)、萬向節(jié)裝配體等機(jī)構(gòu)，并且做了整個(gè)機(jī)架等構(gòu)件的設(shè)計(jì)，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)模擬、干涉問題的檢驗(yàn)等等。設(shè)計(jì)內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)螺釘裝配的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　4．1 控制系統(tǒng)功能

89、分析</p><p>　　由運(yùn)動(dòng)情況知道，控制系統(tǒng)的功能主要是處理運(yùn)動(dòng)的動(dòng)與停。具體的說就是，先檢測工件與螺絲的到位情況，若都到位，則控制氣缸帶動(dòng)電批下降，同時(shí)電批接通旋轉(zhuǎn)。當(dāng)檢測到螺絲擰緊，則控制氣缸收回，電批停止運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)器同時(shí)具有安全保護(hù)功能。</p><p>　　4.2輸入輸出設(shè)備I/O分配</p><p>　　輸入端有啟動(dòng)開關(guān)、停止開關(guān)、急停開關(guān)、上限為傳感

90、器、下限位傳感器、檢測螺釘傳感器、檢測工件傳感器；輸出端有電磁閥、電批、工作指示燈、停止指示燈。具體分配見下表4.1：</p><p>　　表4.1 I/O分配</p><p>　　4.3 PLC的選取</p><p>　　由本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析可以知道，該機(jī)構(gòu)的輸出端主要由兩個(gè)，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)氣缸往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)電批的旋轉(zhuǎn)，而氣缸主要通過電磁閥來驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還

91、可以適當(dāng)增加指示燈環(huán)節(jié)的輸出以便系統(tǒng)更加完善。而對(duì)于輸入端，主要有開始、停止、急停、還有若干傳感器的信號(hào)輸入，所以我們可以看出，本機(jī)構(gòu)并不需要過多的I/O點(diǎn)數(shù)。普通的PLC即可。所以經(jīng)過資料查閱再考慮經(jīng)濟(jì)因素等各方面，最后選取西門子所生產(chǎn)的一種S7-200 CPU224X系列的PLC控制器。該主機(jī)由14個(gè)輸入端，10個(gè)數(shù)字量輸出。提供兩種供電電壓DC/DC/DC和AC/DC/Relay。兩種類型供電電壓分別提供20.4~28.8V直流

92、跟85~264V交流電壓。產(chǎn)品實(shí)物如右圖3.17 [9]。</p><p>　　圖4.1 S7-200 PLC</p><p>　　4.4 電磁閥的選取</p><p>　　電磁閥是用來控制氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)中，氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)比較簡單，因此選擇普通的二位四通電磁閥控制即可。具體選擇了SMK提供的一種24D兩位四通電磁閥。 具體參數(shù)如下：</p&g

93、t;<p>　　流通介質(zhì)：水液、空氣、油等無腐蝕性液體   介質(zhì)溫度：≤60℃（不凍結(jié)）   允許溫升：85℃   工作壽命：60萬天   電源電壓：AC220V DC24V   消耗功率：20W左右</p><p>　　4.5 電源模塊的選取</p><p>　　由于上面一些器材的選取后，用到的電壓主要為DC24V

94、，因此，系統(tǒng)中需要用到一個(gè)將220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?4V直流的電源模塊，因此選擇了深圳市奧普源科技有限公司提供的一種開關(guān)電源。</p><p>　　實(shí)物尺寸如右圖4.2</p><p>　　具體參數(shù)如下： 圖4.2 奧普源24V3A電源開關(guān)</p><p>　　輸入電壓：110、220（V）

95、 輸出電壓：24（V）DC</p><p>　　輸出功率：72（W） 類型：AC/DC電源</p><p>　　晶體管連接方式：單端式 型號(hào)：24V3A</p><p>　　品牌：奧普源 調(diào)制方式：脈沖寬度調(diào)制(PWM)式</p><p>　　產(chǎn)品認(rèn)證：CE

96、 屬性：屬性值</p><p>　　4.6硬件電路連接圖</p><p><b>　　見附件5</b></p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)完成了固定式多頭自動(dòng)螺釘裝配設(shè)備的機(jī)械裝置與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)工件、螺釘?shù)奈恢脵z測

97、，螺釘?shù)淖詣?dòng)裝配并計(jì)數(shù)的任務(wù)要求。在機(jī)械裝置設(shè)計(jì)過程中，采用了電批作為擰緊螺釘?shù)男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源。而對(duì)于電批的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力則選取氣缸作為動(dòng)力來源，安裝簡便，安全可靠。與此同時(shí)，在電批頭的行程速度控制上，采用了彈簧、套筒等部件來進(jìn)行控制。在控制系統(tǒng)這一方面，采取了以PLC為核心控制單元的控制系統(tǒng)，用光電傳感器等進(jìn)行檢測并輸入信號(hào)給PLC?？偟膩碚f，本次設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，但是在整機(jī)的精簡結(jié)構(gòu)方面做的還不夠好。比如說，這個(gè)設(shè)備的

98、尺寸過大，而設(shè)備內(nèi)部空間沒有能夠充分利用，造成了空間浪費(fèi)。因此，這一方面是本次設(shè)計(jì)所需加強(qiáng)改進(jìn)的地方。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是在xx老師嘔心瀝血的幫助下完成的。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，x老師不僅在設(shè)計(jì)上給了我很大的幫助，同時(shí)在心態(tài)上，學(xué)習(xí)方式等各個(gè)方面都給與了誠懇的指導(dǎo)，讓自己這幾個(gè)月的時(shí)間里學(xué)到了很多知識(shí)，無論是在專業(yè)知識(shí)

99、還是在學(xué)習(xí)方法、思考方式。這里對(duì)顏老師表示衷心的感謝！同樣也要感謝在開題答辯、中期答辯、交叉評(píng)閱等環(huán)節(jié)，給與了自己很多寶貴的意見的全體老師以及同學(xué)，在每位師長的幫助下，自己的設(shè)計(jì)才變得更加的完善。</p><p>　　最后感謝湖南大學(xué)，給了我們這么好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、給我們分配了這么多負(fù)責(zé)人的老師、給與了自己一個(gè)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)！讓自己在這么短的時(shí)間里學(xué)到了這么多東西。</p><p>　　再次

100、感謝所有幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué),謝謝你們！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄧星鐘．機(jī)電傳動(dòng)控制[M] ．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007：1-5．</p><p>　　[2] 楊曙東，何存興．液壓與氣壓傳動(dòng)[M] ．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008：3-4，263-264,295-301,31

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