自動(dòng)線工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
自動(dòng)線工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),自動(dòng)線工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),自動(dòng)線,工業(yè),機(jī)械手,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)
自動(dòng)線工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目 錄
目錄…………………………………………………………………… 1
摘要…………………………………………………………………… 4
第一章：總體方案分析與制定………………………………… 4
1.1準(zhǔn)備工作階段…………………………………………………5
1.2 總體設(shè)計(jì)階段…………………………………………………6
1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………6
第二章：上料輸送槽設(shè)計(jì)……………………………………… 6
2.1上料槽的設(shè)計(jì)…………………………………………………6
2.2上料缸的設(shè)計(jì)…………………………………………………8
2．3上料活塞桿的設(shè)計(jì)……………………………………… 9
2．4汽缸耗氣量的設(shè)計(jì)……………………………………… 10
第三章：傳輸帶設(shè)計(jì)……………………………………………10
3．1帶型號(hào)的選擇………………………………………………10
3．2初選設(shè)計(jì)參數(shù)………………………………………………10
3．3帶能力的計(jì)算……………………………………………10
3．4帶驅(qū)動(dòng)力所需傳動(dòng)功率的計(jì)算………………………… 11
3．5拉緊裝置重錘質(zhì)量的計(jì)算…………………………………16
3．6靜載荷校核輥?zhàn)佑?jì)算………………………………………16
3．7運(yùn)載計(jì)算……………………………………………………17
第四章：步進(jìn)電機(jī)的選用……………………………………… 19
4．1選用電機(jī)型號(hào)………………………………………………19
4．2驗(yàn)算矩頻特性………………………………………………19
4．3空載摩擦力矩………………………………………………21
4．4加載摩擦力矩………………………………………………21
4．5校核長(zhǎng)速啟動(dòng)………………………………………………21
第五章：夾具的設(shè)計(jì)……………………………………………22
5．1定位基準(zhǔn)的選擇……………………………………………22
5．2切削力及夾緊力計(jì)算………………………………………22
5．3定位誤差的分析……………………………………………24
第六章：工業(yè)機(jī)械手………………………………………… 24
6．1夾緊缸……………………………………………………26
6．2升降缸……………………………………………………28
第七章：氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………28
7．1耗氣量的計(jì)算……………………………………………28
7．2選擇控制元件……………………………………………29
7．3貯氣罐……………………………………………………29
7．4選擇氣動(dòng)輔件……………………………………………30
7．5確定管徑…………………………………………………30
7．6壓力損失…………………………………………………31
7．7空氣壓力機(jī)的選擇………………………………………31
鳴謝……………………………………………………………33
附錄一：參考資料……………………………………………34
附錄二：外文文獻(xiàn)……………………………………………34
附錄三：外文文獻(xiàn)翻譯………………………………………37
【摘要】可編程控制器（PLC）是一種廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)化場(chǎng)合的微機(jī)控制器，熟練掌握和應(yīng)用各類PLC是對(duì)本專業(yè)學(xué)生的較高要求，為了提高學(xué)生應(yīng)用PLC解決實(shí)際問題的能力，本畢業(yè)設(shè)計(jì)以模擬生產(chǎn)實(shí)際的自動(dòng)線為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)出一條能滿足PLC和單片機(jī)控制多項(xiàng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，具有現(xiàn)場(chǎng)柔性組合功能的教學(xué)實(shí)驗(yàn)自動(dòng)加工生產(chǎn)線，該自動(dòng)線是一種將電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、氣動(dòng)、檢測(cè)等技術(shù)融合在一起的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，以滿足對(duì)學(xué)生的實(shí)踐訓(xùn)練要求。
【關(guān)鍵詞】生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、自動(dòng)線設(shè)計(jì)、PLC控制、工業(yè)生產(chǎn)線。
【Abstract】The programmable controller(PLC) is a kind of computer controller applied to all kinds of automatic occasions extensively, acquire proficiency in and use all kinds of PLC to be requiring higher to this professional student, for improve student use PLC ability to solve practical problem, this graduation project regards producing the real transfer machine in simulation as the target of controlling, design one can meet PLC and one-chip computer control multiple teaching experiment requests, teaching experiment of making the function up of on-the-spot flexibility processes the production line automatically, transfer machine this electron, computer, machinery, pneumatic one measuring, in order to meet practice in students train the request.
【Key words】Production line design, transfer machine design, PLC control, industrial production line.
第一章 總體方案分析
１．１準(zhǔn)備工作階段
1）調(diào)查研究工作
(1)被加工工件的年產(chǎn)綱領(lǐng)，工件在自動(dòng)線上所要完成的工藝內(nèi)容。在自動(dòng)線上的安裝位置。使用條件及其它特殊要求。
(2)零件的結(jié)構(gòu)，形狀尺寸。材料，技術(shù)條件以及在機(jī)器中所起的作用。該產(chǎn)品的發(fā)展前途，毛坯的種數(shù)和工件的加工余量。
(3)被加工工件原來的工藝方法、加工質(zhì)量、生產(chǎn)率等情況、國(guó)內(nèi)外類似零件的有關(guān)技術(shù)資料。
２）確定是否適宜建造的自動(dòng)生產(chǎn)線
(1)分析零件；
(2)分析毛坯情況是否適用自動(dòng)生產(chǎn)線；
由自動(dòng)線的
Ｔ－年基本工時(shí)（小時(shí)／年）一般規(guī)定按一班制工作時(shí)為２３６０小時(shí)／年．按兩班帛工作時(shí)為４６５０小時(shí)／年；
Ｎ－自動(dòng)線加工對(duì)象的年產(chǎn)納領(lǐng)（件／年）；生產(chǎn)節(jié)拍：由下列公式計(jì)算：
=； N=
＿自動(dòng)線的生產(chǎn)節(jié)拍（分／件）；
－自動(dòng)化的負(fù)荷率一般為0.65～0.85復(fù)雜的自動(dòng)線取較低值，簡(jiǎn)單的自動(dòng)線取較高值；
Ｑ－產(chǎn)品＊機(jī)器）的年產(chǎn)量（臺(tái)／年）；
N每臺(tái)產(chǎn)包含對(duì)象產(chǎn)品（零件）的數(shù)量（件／臺(tái)）；
－備品率；
由《自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)》天津電儀職大編 電子工業(yè)出版社出版一書查得。一般可取：
＝８％??； ＝２％?。弧。眩剑啡f(wàn) ??； ?。?.8。
Ｔ＝２３６０小時(shí)／年
即：Ｗ＝７００００＊（１＋８％＋２％）＝７７０００（件／年）
＝分
Ｗ＝40000(1+8%+2%)=44000件／年
＝４萬(wàn)臺(tái)時(shí)：
＝分／件
自動(dòng)線工序節(jié)拍的平衡：
；
－每一個(gè)工序需要的工作循環(huán)時(shí)間（min）；
－基本工作時(shí)間（min）,包括切入及切出時(shí)間；
Ｌ－—工作行程長(zhǎng)度（min）;
-分別為切入、及切出長(zhǎng)度(min);
-動(dòng)力部件的進(jìn)給量（mm/min）；
與不重合的輔助時(shí)間(min),可取為（0.3~0.5）分，對(duì)主軸需要一位時(shí)可取為0.6分。??；
（分/件）。
分析產(chǎn)量綱領(lǐng)是否合乎建設(shè)生產(chǎn)線
由于年生產(chǎn)量大，每一工序所需工時(shí)少，有于現(xiàn)代化大生產(chǎn)中，效率所需要求高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此還是要用現(xiàn)代化的機(jī)加工比較好。因此由上述所設(shè)計(jì)的，用現(xiàn)代的機(jī)加工是合理的。
(3)分析勞動(dòng)條件
由以上計(jì)算得，每一個(gè)工序?qū)嶋H需要的工作循環(huán)時(shí)間分鐘，時(shí)間短，勞動(dòng)強(qiáng)度大，一般適用于機(jī)械手的大加工，所以本設(shè)計(jì)就采用機(jī)械手代勞人力作機(jī)加工，使生產(chǎn)效率大大的提高。
1.2總體設(shè)計(jì)階段
內(nèi)容：１擬定工藝方案，并繪制工序圖及加工示意圖
２．?dāng)M定全線自動(dòng)化方案
３．確定自動(dòng)生產(chǎn)線的總體布局，繪制自動(dòng)線的總聯(lián)系尺寸圖
４．繪制自動(dòng)線周期表
５．對(duì)沒有充分把握的某些工序，選取工藝及結(jié)構(gòu)，進(jìn)行必要的試驗(yàn)工作。
典型切削加工自動(dòng)生產(chǎn)線
１． 機(jī)床工作循環(huán)自動(dòng)化
２． 工件在機(jī)床上的裝卸自動(dòng)化
３． 工件定位與夾緊的自動(dòng)化
４． 工件在工序間的輸送自動(dòng)化
５． 排屑的自動(dòng)化
６． 自動(dòng)線的上料與下料的自動(dòng)化
７． 自動(dòng)線的鏈鎖保護(hù)自動(dòng)化
８． 加工質(zhì)量的自動(dòng)檢驗(yàn)及自動(dòng)控制
９． 刀具的自動(dòng)調(diào)整及自動(dòng)更換
１． ３結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
主要進(jìn)行工藝裝備（機(jī)床、夾具、輔助工具、九具、量具）等工作。
輸送裝備、液壓、電氣等條件的設(shè)計(jì)工作。
第二章 上料輸料槽設(shè)計(jì)
２.1上料槽的設(shè)計(jì)：
輸送槽側(cè)壁與工作端面間隙d的計(jì)算原理圖（如圖）;
輸料槽側(cè)壁與工件端面間隙的計(jì)算如下：
上圖為求輸料槽側(cè)座壁與工件端面間隙d的計(jì)算圖。工件在下滑過程中工件所受的按摩阻力的不一致性，導(dǎo)致工件偏轉(zhuǎn)，當(dāng)其偏轉(zhuǎn)到兩對(duì)角與輸料槽側(cè)壁接觸時(shí)，就要在接觸的角處產(chǎn)生一個(gè)反作用力Ｎ，該力與力臂a構(gòu)成一個(gè)力矩，使工件有繞０點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。由圖可知，間隙d大小影響了力矩的大小，d越大轉(zhuǎn)動(dòng)矩越大，當(dāng)d大到一定程度時(shí)，可能產(chǎn)生卡住或完全偏轉(zhuǎn)而失去定向，所以要克服上述現(xiàn)象，應(yīng)使工件對(duì)角線與水平面夾角大于摩擦角r即：
(摩擦系數(shù))。由上圖可知B=L+d 式中Ｂ為滑道寬度。
由：
因?yàn)椋?
由三角函數(shù)關(guān)系有：
當(dāng)考慮在極限位置時(shí)，?。@樣間隙的最大值為：
=
另外由于工件長(zhǎng)度存在公差，輸送槽寬度Ｂ存在制造公差，所以實(shí)際上常用下式確定最大寬度：
－保證工件在槽中滾動(dòng)傳送所需要的最小間隙．
由5mmmm,所以適合使用要求。
２． ２上料缸設(shè)計(jì)
上料缸所需的上料力可由下分式算得；
k-工作安全系數(shù);
a-上料器上的工件個(gè)數(shù);
-磨擦系數(shù)；取
m-子一個(gè)工件的質(zhì)量；
g-重力加速度；
（牛）
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版第五卷機(jī)械工業(yè)出版一書查得；
當(dāng)活塞桿推力工作時(shí)氣缸的直徑
F-活塞桿的推力；
p-氣缸工作壓力；pa;
-載荷率，可由工作頻率定，一般取=0.20.5,現(xiàn)取=0.5.
則：
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二怎么每五卷，機(jī)械工業(yè)出版社出版，表：42.2-4缸筒內(nèi)徑系列查得：
D=40mm; d/D=0.25;則：d=10mm 由表42.2-5得：活塞桿行徑系列?。篸=10mm,，當(dāng)取D=50mm; d=14mm時(shí)，
；
——活塞桿的推力（N）；
——活塞桿的拉力（N）；
D——活塞直徑(m);
d——?dú)飧坠ぷ鲏毫?pa);
——載荷率?。?
則： >333.73N，適合工作要求.
選用QGCX系列氣缸，氣缸內(nèi)徑，壓力表為0.6mpa時(shí)，氣缸推力= 353.25333.73N
由表：420.2-50QGCX系列的外形尺寸。
2．3活塞桿的計(jì)算：
當(dāng)活塞桿的L較小時(shí)，時(shí)，只按強(qiáng)度條件計(jì)算，活塞桿直徑d:
；其中：——?dú)飧椎耐屏Γ?
——活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa）,
——材料的抗拉強(qiáng)度，（pa）;s-安全系數(shù),s1.4; d為活塞直徑.
活塞桿用４５鋼， ，取s=10，則：
所以強(qiáng)度條件滿足要求
2. 4耗氣量的計(jì)算：
氣缸單位時(shí)間壓縮空氣消耗量：
（缸前進(jìn)時(shí)（桿伸出時(shí)）桿腔包括桿室缸）壓縮空氣消耗量;D——?dú)飧變?nèi)徑m；S——缸的行程m
?——?dú)飧浊斑M(jìn)（桿伸出）時(shí)完成全行程所需時(shí)間。
以上設(shè)計(jì)由《自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)》電子工業(yè)出版社 電儀職大編一本為設(shè)計(jì)參考。
第三章 傳輸帶設(shè)計(jì)
３． 1帶型的選擇：
根據(jù)工件狀況選擇：膠帆布平帶（由數(shù)層掛腦帆布粘合而成，有開邊式和包邊式）
特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度大，耐濕性好、價(jià)廉，耐熱，耐油性能差，開邊式較柔軟，Ｖ〈３０m/s p<500kw,I<6軸間距，有較大的傳動(dòng)。
由《自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)》天津電儀職大編，輸送帶寬度可按經(jīng)驗(yàn)公式選?。海耣+200MM
Ｂ－輸送帶寬度
b－輸送物的寬度．
Ｂ２７６＋２００＝４７６mm
3．2初定設(shè)計(jì)參數(shù)：
帶寬Ｂ＝５００mm，帶速Ｖ＝３／６０＝０．０５m/s，上托輥間距m，下托輥間距＝３m?,上下托輥槽角為０，上下托輥徑＝８９mm.
3. 3帶能力計(jì)算：
當(dāng)帶速Ｖ＝０．０５m./s時(shí)，帶的輸送能力為:
Ｇ－單件物品的質(zhì)KG，Ｔ－物品輸送機(jī)的間距． m.
V-帶速，m/s. T=1m
每小時(shí)輸送的件數(shù)：n=3600件．
由《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》：帶寬與輸送能力的匹配關(guān)系查得：
選用Ｂ＝５００mm，帶速輸送能力＝６９大于
的輸送能力，所以適合使用要求。
3．4 帶驅(qū)動(dòng)力及所需傳動(dòng)功率算：
１） 圓周驅(qū)動(dòng)力的計(jì)
傳動(dòng)滾筒上所需要圓周驅(qū)動(dòng)力為所需阻力之各由下式計(jì)算:
--為主要阻力N,阻力；
--為特種主要阻力,即托輥前傾摩擦阻力及導(dǎo)料槽摩擦阻力N；
--特種附加力.即清掃器卸料器及翻轉(zhuǎn)回程分支與輸送帶的阻力Ｎ．
-為傾斜阻力Ｎ
＝mgun
由表2-32特種阻力得：工件與輸送帶間的摩擦系數(shù)為：Ｋ＝0.5~0.7
=2.52X9.81X0.6X10=148.33(N)
由表２－３１附加阻力：＝
-是加料段送物料和輸送帶間的慣性阻力及摩擦阻力．
＝Ｐ（Ｖ－）＝（Ｖ－）＝０．１２６Ｘ０．０５＝６．３Ｘ
＝＝＝０
即：＝＋＝１４８．３３＋６．５Ｘ１４８．３４（Ｗ）
２） 傳動(dòng)功率的計(jì)算：
＝Ｖ
－傳動(dòng)滾筒軸所需功率ＫＷ
－圓周驅(qū)動(dòng)力ＫＷ
?。郑瓗賛/s
=XV=148.38XX0.05=7.419X(KW)
驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸所需功率＝（ＫＷ）帶式輸送機(jī)所需功率
（反饋功率）式中：
（KW）
３） 輸送帶張力的計(jì)算：
（1） 制輸送帶下垂棄的最小張力：
承載分支：
-上托輥間距。=1m
-每米長(zhǎng)輸送帶的質(zhì)量。Kg/m
-每米長(zhǎng)輸送物料的質(zhì)量kg/m
= 其中：輸送能力；p-物料的松散密度。Kg/;
V-帶速。M/s
初選輸送帶NW-150=3層。查表：1-6得：
NW-150輸送還第層質(zhì)量1.15kg/.上膠層=30mm。下膠層=1.5mm。
每毫米厚料質(zhì)量為1.19kg/則：
=I3X11.5+(3.0+1.5)X1.19IX1.0=8.805KG/M
== 其中：N-第小時(shí)輸送的件數(shù)（個(gè)/小時(shí)）
G-每個(gè)零件的質(zhì)量（T）；V-帶速M(fèi)/S
則：N
回程分支：
１） 輸送帶工作時(shí)不打滑需保持的最小張力：
]
- 滿載輸送機(jī)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的最大圓周驅(qū)動(dòng)力
u-——傳動(dòng)滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)
表：2-33光滑裸露的鋼滾筒干態(tài)運(yùn)行。U=0.35~0.40
--傳動(dòng)滾筒的圓包角，一般取=2.8~4.2rad ()
——抗拉系數(shù)。見表：2-34取：u=0.35 =200
則：=3.40
起動(dòng)時(shí)傳動(dòng)滾筒上最大圓周力如下圖分布：
其中：——驅(qū)動(dòng)力W
——起動(dòng)系數(shù)。=1.3~1.7?。?1.5
則：
由：計(jì)算輸送機(jī)各張力，忽略附加阻力，可得點(diǎn)張力：
其中：——第米長(zhǎng)輸送帶的質(zhì)量kg/m
H——輸送機(jī)高度差H=0
G——重力加速度
——輸送帶清掃器的摩擦阻力。=0
f——模擬摩擦系數(shù)根據(jù)工作條件及制造，安裝水平選取。參見表：2-30
水平的電動(dòng)工況，工作環(huán)境良好，制造安裝良好，還速低，物料內(nèi)摩擦系數(shù)小，f=0.020.
l——輸送機(jī)長(zhǎng)度（頭、尾、滾筒中心距）M
——承載分支托輥每米長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量kg/m
第米長(zhǎng)輸送帶的質(zhì)量 kg/m
F6>
=92.71+0.02X15X9.81(4.78+8.805)
=92.71+39.98=132.69(N)<1388.73
則：取=1388.73W,可得穩(wěn)定運(yùn)行工況下：
則取?？傻梅€(wěn)定運(yùn)行工況下：
４） 輸送帶層數(shù)的計(jì)算:
為穩(wěn)定工況下輸送帶最大張力N
n為穩(wěn)定工況下輸送帶靜安全系數(shù)
為輸送帶縱向拉斷強(qiáng)度.n/(mm層.)見表: =150N/mm層)
B為帶寬.mm.B=500mm
=(層)
按表2-16取最小值三層與初選相同.
3． 5拉緊裝置重錘質(zhì)量計(jì)算:
--回程分支托輥每米長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量kg/m
=2.1[6.3+3.1215]=19.785(KG)
則拉緊力為19.785X9.81=194.09(W)
3．6靜載校核輥?zhàn)佑?jì)算：
承載分支：
-承載分支托輥靜左荷N
-為承左分支托輥間距m;
e-為輥?zhàn)虞d荷系數(shù)．由表２－３５查得
Ｖ-帶速m./s;
-每米長(zhǎng)輸送帶質(zhì)量kg/m ;
-輸送能力kg/s
（e=1;=1;v=0.05m/s; =8.805kg/m;=0.126kg/s）
查表２－７４輥?zhàn)映休d能力：上輥，Ｌ＝６００mm．軸承４Ｇ２０４
承載能力１０７０Ｎ能滿足要求．
回程分支
為回程分支托輥靜載荷，Ｎ；為回程分支托輥間距m;
由表２－７４輥?zhàn)映休d能力：下輥，Ｌ＝６０0mm軸承４Ｇ２０４承載能力１０７０Ｎ能滿足要求。
3. 7動(dòng)載計(jì)算：
承載分支
——承載分支托輥動(dòng)載荷Ｎ；
——回程分支托輥動(dòng)載荷Ｎ；
——運(yùn)行系數(shù)郵表２－３６，每天運(yùn)行９～１６小時(shí)，＝１.1
沖擊系數(shù)見表：２－３７；暢料料度>150~300.帶速Ｖ２m./s; =1.20;
工況系數(shù)見表：2-38正常工作和維護(hù)條件=1；
昀能滿足要求。
（１） 托輥設(shè)計(jì)
由《新型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》張金成主編，治金工業(yè)出版社
1)平行類，平等上托輥尺寸如下：?jiǎn)挝?mm
帶寬
D
L
軸承
A
E
H1
P
Q
D
質(zhì)量
500mm
89mm
600mm
4G204
740
800
175.5
170
160
M12
11.6
2)平行下托輥組::
帶寬
D
L
軸承
z
A
H1
P
Q
D
質(zhì)量
500mm
89mm
600mm
4G204
792
740
100
145
90
M12
10.4
3)滾筒的設(shè)計(jì):
初選:DT-型.D=200的滾輪
傳動(dòng)滾筒平均表面壓強(qiáng),傳動(dòng)滾筒平均表面壓強(qiáng)不得超過圖,其最大的允許值,滾筒直徑的計(jì)算公式為:D=
為滾筒表面壓強(qiáng)mpa;B—帶寬mm;為圓包角。為圓周力Ｎ；；所以初選適合。安裝尺寸如下：
Ｂ
D
L
Ｌ１
Ｌ２
Ｋ
Ｍ
Ｑ
Ｐ
Ｈ
h
500
200
600
114
495
140
70
100
120
M12
33
H1
d
b
n-dy
70
20
16
22
2-m8x1
第四章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用：
4．１選電機(jī)型號(hào)
步矩角：初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為５５１３Ｆ０１０相數(shù)為４
步矩角Ｑ，電壓為２７Ｖ。相電流為３Ａ，最大轉(zhuǎn)矩ＷＭ
為0.7８4ＷＭ，最高空載起動(dòng)頻率為５００HZ;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：0.701X;外形尺寸：外徑＝５５mm; 長(zhǎng)度：70mm;軸徑＝６mm
驗(yàn)算步矩角與脈沖當(dāng)量的適合條件：
；
４． 2驗(yàn)算矩頻特性：
步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)的電位轉(zhuǎn)矩（靜止?fàn)顟B(tài)），步進(jìn)電機(jī)的名義起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版，機(jī)械工業(yè)出版社出版，ＢＦ 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)表：＝０.7８４NM
查《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表２－１２得：＝０.８８６
選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電機(jī)所需起動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
即：
；
；附加摩擦力矩。
；
——為傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效傳動(dòng)慣量（kgcm） ——為電機(jī)最大角加速度（rad/）
t——運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快速速度所需的時(shí)間（s）
——為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min）;
——為脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）
——為選步進(jìn)電機(jī)的步矩角（度/秒）；
=0.534(Nm)
4．3空載摩擦力矩
其中：G——為運(yùn)動(dòng)部件的總重力（N）
——傳動(dòng)摩擦系數(shù)；I——為傳動(dòng)比；——傳動(dòng)系統(tǒng)總效率。一般取=0.7~0.85; =0.85 圓滾輪的圓周長(zhǎng)（ cm）
４． 4加摩擦力矩
——為運(yùn)動(dòng)牽引力；
——預(yù)緊帶輪傳動(dòng)效率，一般以0.9;
從上式可看出：電機(jī)初選滿足要求。
4，5校核長(zhǎng)速啟動(dòng)：
突變啟動(dòng)在電機(jī)中很多用到故不需校核；而升速啟動(dòng)，是步進(jìn)電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)開始升速在零時(shí)刻，啟動(dòng)頻率為零，在一段時(shí)間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速，啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，步進(jìn)電機(jī)達(dá)到了最高運(yùn)行速度。
查看所選電機(jī)55BF009曲線圖，已知空載啟動(dòng)動(dòng)力矩為：60.512()查得：允許啟動(dòng)的頻率為600HZ，所以啟動(dòng)頻率應(yīng)小于允許啟動(dòng)頻率600HZ，才能保證不會(huì)發(fā)生丟步。
第五章 夾具設(shè)計(jì)
5．1 定位基準(zhǔn)的選擇：
由零件可知：連桿大端加工的尺寸有兩端面距離，表面粗糙度為6.3和羰面到小頭端的中心距離為：，為了使定位誤差為零，應(yīng)該選用以大孔和連桿表面加工大頭孔的剝邊銷一起定位，為了提高加工效率，現(xiàn)用把羰面銑刀對(duì)三個(gè)面同時(shí)進(jìn)行加工。同時(shí)，為了縮短輔助時(shí)間，準(zhǔn)備采用氣動(dòng)夾緊。
5.2切削力及夾緊力計(jì)算：
由《實(shí)用加工工藝手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社出版；
九具：選用圓柱端面銑刀
刀片材料：高速鋼
刀桿尺寸：ＤＸＬ＝50X50 GB1115-85
細(xì)齒：Ｚ＝８，刀具內(nèi)徑孔＝22mm；
夾緊力：由《簡(jiǎn)明銑工手冊(cè)》賈風(fēng)桐主編。機(jī)械工業(yè)出版社出版。表：3-13查得：
其中：-為系數(shù)；
-為背吃刀量；
-為每齒進(jìn)給量;
a- 為側(cè)吃刀量；
z-為銑刀齒數(shù)；
-為銑刀直徑；
n-為銑刀轉(zhuǎn)數(shù)。
：3-14
所以：=774（N）
當(dāng)三把刀銑削時(shí)：
水平分力：
垂直分力：
在計(jì)算切削力時(shí)，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)
其中：為基本安全系數(shù)，?。?.5
為加工性質(zhì)系數(shù)，?。?.1;
為刀具鈍化系數(shù)，?。?.1
為斷續(xù)切削系數(shù)，取1.1
則：
選用氣缸——斜楔夾緊機(jī)構(gòu)，楔角a=,其結(jié)構(gòu)形式選區(qū)用ＩＶ型，則擴(kuò)力比i=3.42，則為克服水平切削力，實(shí)際夾緊力應(yīng)為：
故： Ｎ＝，
其中為夾具定痊面及夾緊面上的表面摩擦系數(shù)
當(dāng)推力 作功時(shí)：
=112.53m
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版第五卷，機(jī)械工業(yè)貶出版，表：42.2-4缸筒內(nèi)徑系列查得：D=125mm.由得d=31.25.由表42.1-5活塞桿直徑系列查得砸碎2mm。選用氣缸D=125mm，當(dāng)壓縮空氣單位壓力p=0.5Mpa時(shí)，氣缸推力為3900W，由已知斜楔機(jī)構(gòu)的拉力比I=3.42,故用氣缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力為：3900X3.42=13338(W)，此時(shí)，Ｎ氣應(yīng)大于所需的10198.92Ｎ的夾緊力，故夾具可安全工作。
5.3定位誤差分析
由平面圖所示在零件的圖樣中，零件設(shè)有平等度或垂直度等的定位誤差，所以按標(biāo)注一般的定位誤差分析研究，夾具能滿足使用要求的。
第六章 工業(yè)機(jī)械手
6．１夾緊缸
1）夾緊力的計(jì)算
其中：為摩擦系數(shù)，G為零件重量。則：
,其中：I為安全系數(shù)，取I=2;則：
2）缸徑計(jì)算
當(dāng)拉力做功時(shí)：
其中：D——活塞直徑；
p——?dú)飧坠ぷ鲏毫?；p=0.6;
-——載荷率由于工作頻率高，一般?。?；
d——活塞桿直徑一般?。篸/D=0.2~0.3；取d/D=0.25(m)
則：=38.88mm
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二怎么每五卷，機(jī)械工業(yè)出版社出版，表：42.2-4缸筒內(nèi)徑系列查得：
D=40mm; d/D=0.25;則：d=10mm 由表42.2-5得：活塞桿行徑系列?。篸=10mm,，當(dāng)取D=50mm; d=14mm時(shí)，
；
——活塞桿的推力（N）；
——活塞桿的拉力（N）；
D——活塞直徑(m);
d——?dú)飧坠ぷ鲏毫?pa);
——載荷率?。?
則： >333.73W，適合工作要求.
選用QGCX系列氣缸，氣缸內(nèi)徑，壓力表為0.6mpa時(shí)，氣缸推力= 353.25333.73w
由表：42.22-50QGCX系列的外形尺寸
。
3)活塞桿的計(jì)算：
當(dāng)活塞桿的L較小時(shí)，時(shí)，只按強(qiáng)度條件計(jì)算，活塞桿直徑d:
；其中：——?dú)飧椎耐屏Γ?
——活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa）,
——材料的抗拉強(qiáng)度，（pa）;s-安全系數(shù),s1.4; d為活塞直徑.
活塞桿用４５鋼， ，取s=10，則：
所以強(qiáng)度條件滿足要求。
4) 筒壁厚的計(jì)算
按薄壁筒公式計(jì)算：
J——?dú)飧淄驳谋诤駇m；
D——?dú)飧淄沧觾?nèi)徑mm；
——扣帽子缸筒試驗(yàn)壓力，一般取=1.59
P——?dú)飧淄矇毫Γ≒a）
[]——缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）[]=；
材料抗拉強(qiáng)度
s——安全系數(shù)，一般?。簊=6~8,取s=8則：
由表42.2-9氣缸壁厚查得：Q235有D=,
5mm>3mm所以適合使用要求。
6．２升降缸
1）由國(guó)家ISOＳ標(biāo)準(zhǔn)查得ＱＧＣＸ系列的重量為1.57kg.則：
重力為1.57X9.8=15.39(N)
由于作用在第二個(gè)升降缸活塞桿上的壓力除了第一個(gè)夾緊缸外還有以工業(yè)機(jī)器手相連接橫梁，所以考慮到其它有重力，所在作用在第二個(gè)升降缸工的壓力為：
?。?-是安全系數(shù)，?。海耍?0
由于升降機(jī)是推力做功：即：，Ｄ為氣缸直徑(mm);為氣缸推力，（Ｎ）。
—載荷率，則：
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版第五卷，工業(yè)出版社出版，表42.2-4缸筒內(nèi)徑系列查得D=50mm;
活塞桿的直徑：由經(jīng)驗(yàn)得：d/D=0.25
則：d=50X0.25=12.5mm。由表42.2-5活塞桿直徑查得，取：d=14mm
驗(yàn)算：當(dāng)D=50mm, d=14mm時(shí)，
其中： F——活塞桿的推力（N）；
D——活塞桿的直徑（mm）
P——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ╬a）=0.6;為載荷率，
則：>461.7（N）
適合工作要求。由表42。2-21 QGA系列后法蘭式氣缸外形及安裝尺寸：
2） 活塞桿的驗(yàn)算：
由于氣缸行程大，所按縱向彎曲限力驗(yàn)算：
氣缸受軸向壓力以后會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力達(dá)到極限力以后
活塞桿會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。
由：長(zhǎng)細(xì)比：r/R=85時(shí)：
L-——活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度mm H ——活塞桿菌橫載面積；
R——活塞桿橫載面回轉(zhuǎn)半徑。實(shí)心桿R=d/4;
n——系數(shù)，取n=1；f——材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，取f=49XPa
a——系數(shù)對(duì)鋼取：1/5000；
則：=30522。834（N）461.7N
適合使用要求。
２） 筒壁厚的計(jì)算
按薄壁筒公式計(jì)算：
J——?dú)飧淄驳谋诤駇m； D——?dú)飧淄沧觾?nèi)徑mm；
——扣帽子缸筒試驗(yàn)壓力，一般取=1.59
P——?dú)飧淄矇毫Γ≒a）
[]——缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）[]=；
材料抗拉強(qiáng)度
s——安全系數(shù)，一般?。簊=6~8,取s=8則：
由表42.2-9氣缸壁厚查得：Q235有
選用QGA11系列后法蘭式氣缸：行程：s=0~3000取s=300mm;
氣缸前進(jìn)時(shí)完全行程的時(shí)間=3s;
查ISO900國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GQA1140氣缸重量m=3.52kg;
由于第三個(gè)氣缸是轉(zhuǎn)缸作旋轉(zhuǎn)用，選用D=63mm,d=16mm,推力為1700N適用于推拉旋轉(zhuǎn)。S=50mm,=2s
第七章 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7．1耗氣量的計(jì)算：
氣缸單位時(shí)間壓縮空氣消耗量：
--（缸前進(jìn)時(shí)（桿伸出時(shí)）桿腔包括桿室缸）壓縮空氣消耗量;
D——?dú)飧變?nèi)徑mm；
S——缸的行程mm
?——?dú)飧浊斑M(jìn)（桿伸出）時(shí)完成全行程所需時(shí)間。
夾緊缸：
升降缸：
旋轉(zhuǎn)缸：
7．2選擇控制元件
１） 選擇各型號(hào)閥；
根據(jù)系統(tǒng)對(duì)控制元件工作壓力及流量的要求，按照氣動(dòng)回路原理初選各控制閥如下：
主控制換向閥：由于名氣缸要求的工作壓力P=0 .6Mpa，流量為最大的一個(gè)為Q=查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版第五卷表42.6-14初選YVZ的通徑為15mm，其額定流量為Q=。故初選其型號(hào)為YVZ5320。
節(jié)流閥：因?yàn)楦鳉飧讱饬髁坑兴煌?，在壓力一定的條件下，需要通過節(jié)流進(jìn)行壓力控制，由其流量和工作壓力，可選用QLA—L6節(jié)流閥。
7．3貯氣罐
貯存壓縮空氣，調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備用氣量與空壓機(jī)流量之間的平衡為目的，則有：
——貯存氣罐容積（）;
——空壓機(jī)供氣量。/s
t——?dú)鈩?dòng)系統(tǒng)中設(shè)備裝置消耗的自由空氣流量/s
——大氣壓力；
——貯存罐中氣體能夠上升達(dá)到的最高壓力mpa
——為貯氣罐中氣體允許下降到的最低壓力mpa
代入數(shù)值得；0.5652
取D=30mm,貯氣罐的高度為其內(nèi)徑的2~3倍。得；h=80mm.
7．4選擇氣動(dòng)輔件
輔件的選擇與控制元件相適應(yīng)，選擇氣動(dòng)三元件，型號(hào)為：398.213G1/8
7．5確定管徑：
1) 按各管徑與氣動(dòng)元件通徑相一臻的原則，初定各段管徑。同時(shí)考慮各缸不同的工作的特點(diǎn)，按其中用氣量最大的缸主控閥的通徑初步確定oe段的管徑也是25mm .而總氣源管yo段的管徑，考慮為同時(shí)供氣、由流量為供給各缸流量之和的關(guān)系：Ｑ＝可導(dǎo)出：d=取標(biāo)準(zhǔn)管徑為：４０mm.
2)驗(yàn)算壓力損失
供氣管y處到Ａ缸進(jìn)氣口Ｘ處的損失（因Ａ缸的管路較細(xì)，損失要比Ｂ缸管路的大）是否允許范圍內(nèi)。
沿程壓力損失由式：式中沿程壓力損失；d管內(nèi)徑，d＝0.04m；
l管長(zhǎng)， l=0.6m;v管中流速，Ｖ＝＝＝１１.8m/s;沿程阻力系數(shù)，由雷諾數(shù)ＲＥ和管壁相對(duì)粗糙度確定。
根據(jù)溫度，由表４２.１－５查得運(yùn)動(dòng)粘度v=
，
根據(jù)、查得有關(guān)手冊(cè)得：，溫度，壓力０.4Mpa時(shí)值可由式（42.1-2、41.6-4算出：
o-e段的沿程壓力損失：
由式：可查得：
e-x段沿程壓力損失：
由y-x的所有沿程壓力損失：
7.6壓力損失：
1) 局部壓力損失
(1)流經(jīng)管路中的局部壓力損失：
部阻力系數(shù)：
(2)流經(jīng)元、輔件的壓力損失，流經(jīng)減壓閥的壓力損失較小可忽略不計(jì)，其余：
查表得42.6-15得：
(3)總局部壓力損失：
2)總壓力損失：
考慮排氣口消聲器等末計(jì)入的壓力損失：
從：的計(jì)算可知，壓力損失主要在氣動(dòng)元、輔件上，所以在不要精確計(jì)算的場(chǎng)合，可不細(xì)算，只要在安全系數(shù)中取較大值就可以了。
執(zhí)行元件需工作壓力p=0.4Mpa，壓力損失
說明供氣壓力滿足了執(zhí)行元件需要的工作壓力，故以上選擇的通徑和管徑是可以的。
8）空氣壓力機(jī)的選擇
在選擇空壓機(jī)之前，必須算出自由空氣量（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的流量）
氣缸的用氣量和下式計(jì)算：
式中：－一臺(tái)用氣設(shè)備上的氣缸總用氣量；
n-用氣設(shè)備臺(tái)數(shù)，五臺(tái)氣缸同時(shí)動(dòng)作。
M－一臺(tái)設(shè)備上的用氣執(zhí)行元件個(gè)數(shù)，
A――一臺(tái)設(shè)備中某一氣缸在一個(gè)周期內(nèi)的平均用氣量。
t―某個(gè)氣缸一個(gè)單行程的時(shí)間，
Ｔ某設(shè)備的一次工作循環(huán)時(shí)間。
同時(shí)設(shè)備利用系數(shù)漏損系數(shù)；備用系數(shù)則：氣缸的用氣量：
查手冊(cè)選用型號(hào)為：ＺＷ－0.1/7，
排氣量為：,排氣壓力為：０.6ＭＰa。電機(jī)功率為：1.5kw.
鳴謝
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問題。同時(shí)也遇到很多問題，如設(shè)計(jì)綜合考慮不夠周全。但這對(duì)我以后的工作有很大的幫助,今后我會(huì)在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。最后感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師給我的教育和培養(yǎng)，特別感謝我的導(dǎo)師給我精心的指導(dǎo)。
設(shè)計(jì)參考資料：
1、《自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)》 天津電儀職大編 電子工業(yè)出版；
2、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（1～5冊(cè)）》 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組 機(jī)械工業(yè)出版社，1998；
3、《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》 《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》編輯委員會(huì)編 代學(xué)工業(yè)出版；
4、《新型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 張釣主編 冶金工業(yè)出版社；
5、《實(shí)用加工工藝手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)組編 機(jī)械工業(yè)出版社；
6、《機(jī)械零件手冊(cè)》周開勤. 北京：高等教育出版社，1994；
7、《簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).》朱龍根.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997；
8、《畫法幾何及機(jī)械制圖》 馬曉湘 鐘均祥 主編 華南理工大學(xué)出版社；
9、《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 楊黎明 主編 國(guó)防工業(yè)出版社；
10、《機(jī)械制圖手冊(cè)》機(jī)械制圖手冊(cè)編寫組 機(jī)械工業(yè)出版社，1998，12；
11、《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》何存興 華中科技大學(xué)出版社，2000；
12、機(jī)械設(shè)計(jì)《課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)》第三版，龔桂義 主編；哈爾濱工業(yè)大學(xué)；
13、《機(jī)械零件手冊(cè)》 周開勒 主編 高等教育出版社
35
收藏