基于PLC物料拾取裝置設(shè)計

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南 京 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書(論文) 作 者: 準考證號 教學(xué)點: 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè): 機電一體化 題 目: 基于PLC的物料拾取裝置的設(shè)計 講師 陳季云 指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 年 月 基于PLC物料拾取裝置的設(shè)計 摘 要 本文基于機械設(shè)計、機械原理和三維繪圖軟件等相關(guān)知識與理論，通過搜集基于PLC物料拾取裝置的相關(guān)資料、閱讀相關(guān)的文獻與書籍以及參考市面上的基于PLC物料拾取裝置實體，首先對基于PLC物料拾取裝置的主要機構(gòu)零部件模型進行設(shè)計，其次利用三維繪圖軟件將設(shè)計好的零部件模型進行零件建模，然后將建好的所有零部件模型進行裝配設(shè)計，得到相應(yīng)的裝配體模最后對PLC控制系統(tǒng)進行設(shè)計。 關(guān)鍵詞 基于PLC物料拾取裝置 三維 零件建模 裝配設(shè)計 PLC 南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文 Design of PLC based on the material pick-up device Abstract This paper is based on the machinery design and machinery principle and the 3d drawing software and related knowledge and theory, by collecting relevant data of sewing machine and reading the related literature books and referring to the sewing machine in the tailor shop, first of all, design the main parts institutional model of the sewing machine, secondly use the Solidworks 3D drawing software to conduct the part modeling which was designed well, and then conduct assembly design which the parts was built, get the corresponding assembly model, finally conduct PLC movement simulation to the corresponding assembly model. Keywords sewingmachine 3D software part modeling PLC  目 錄 1概述 16 1.1 拾取物料拾取裝置的發(fā)展歷史 16 1.2 拾取物料拾取裝置的發(fā)展意義 16 1.3 拾取物料拾取裝置在機械中的應(yīng)用 16 1.3.1國內(nèi)的應(yīng)用 16 1.3.2國外的應(yīng)用 16 1.4拾取物料拾取裝置的發(fā)展趨勢 16 1.5本課題的目的和意義 16 2基于PLC物料拾取裝置的概述 15 2.1 基于PLC物料拾取裝置的組成部件 16 3機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 16 3.1步進電機的選用 18 3.2梯形絲桿螺母副設(shè)計 20 3.2.1 材料選用原則 20 3.2.2 絲杠螺母的工作條件、失效形式和技術(shù)要求 21 3.2.3 螺旋傳動的類型、特點與應(yīng)用 21 3.2.4 滾珠絲桿螺母的設(shè)計計算 21 3.2.5 滾珠絲桿螺母的支承方式的選擇 23 3.2.6 滾珠絲桿螺母的潤滑和防塵隔離 25 3.2.7導(dǎo)向光桿和直線軸承的設(shè)計 27 3.2.8聯(lián)軸器的選擇 28 3.2.9軸承強度的校核 28 4 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 16 4.1 PLC的定義 20 4.2 PLC的選擇 20 4.3 基于PLC物料自動拾取裝置PLC控制流程圖的實現(xiàn) 2 結(jié)論 16 致謝 16 參考文獻 16 南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文 第 26 頁 共 28 頁 XXX：基于PLC物料拾取裝置的設(shè)計 1 概述 1.1物料拾取裝置的發(fā)展歷史 工業(yè)機器人一般可理解為：在工業(yè)自動化應(yīng)用領(lǐng)域中的一種自動控制、可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機（固定式的或是移動式的），用于搬運材料、工件、操持工具或檢測裝置，完成各種作業(yè)。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展物料拾取裝置逐漸成為一門新興的學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。物料拾取裝置廣泛地應(yīng)用于鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，物料拾取裝置由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視上料物料拾取裝置是典型的機電一體可自動地為機床抓取工件，取代操作人員頻繁取料，降低勞動強度，提高工作效率。本課題所涉及的上下料物料拾取裝置自1999 年投入運行, 工作安全可靠, 效果良好, 可用做自動上料設(shè)備和生產(chǎn)線上的自動抓取設(shè)備。本課題主要是應(yīng)用Solidworks軟件的三維設(shè)計功能，對基于PLC物料拾取裝置物料拾取裝置的各零部件進行三維設(shè)計并實現(xiàn)其各部件的裝配和運動仿真。 1.2 拾取物料拾取裝置的發(fā)展意義 物料拾取裝置的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一它分地代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配。從而大大地改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到各先進工業(yè)國家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展物料拾取裝置逐漸成為一門新興的學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。物料拾取裝置廣泛地應(yīng)用于鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，物料拾取裝置由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視。機床上料物料拾取裝置是典型的機電一體化設(shè)備，它可自動地為機床抓取工件，取代操作人員頻繁取料，降低勞動強度，提高工作效率?？傊锪鲜叭⊙b置是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段，國內(nèi)外都很重視它的應(yīng)用和發(fā)展。 1.3 拾取物料拾取裝置在機械中的應(yīng)用 1.3.1 國內(nèi)應(yīng)用 國內(nèi)在金屬切削加工中，用物料拾取裝置來完成刀具的自動更換。如北京第二機床廠，北京揚州市職業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院第八機床廠，上海第二機床廠，上海第八機床廠，寧夏大河機床廠等單位研制的自動換機床，均用物料拾取裝置自動更換刀具。在生產(chǎn)自動線上，用物料拾取裝置完成的傳遞和上下料，如：沈陽水泵廠深井泵體加工自動線，無錫柴油機廠和甘肅汽車齒輪廠的齒胚的加工自動線都采用了物料拾取裝置。大連工礦車輛廠的800Kg側(cè)架的加工，采用物料拾取裝置抓取、傳遞和安放并與一些機床組合成側(cè)架切削加工自動線，提高效率10倍。 1.3.2 國外應(yīng)用 美國制造155毫米的鋼彈體洛克福特軍械廠，從胚料加工開始到加工畢直包裝都自動進行，不用人手去接觸，達到全自動生產(chǎn)。工業(yè)物料拾取裝置還能用來代替人工進行打磨、拋光、去毛刺和清理切屑等工作。例如，瑞典一家工廠打磨和 拋光銹鋼子彎頭時，采用ASEA機 械 手，提 高 加 工 效 率30%以上，，不 傷 害 工 人 。又 如：瑞 典 沃 爾 沃 公司在物料拾取裝置上裝了三個環(huán)形磨輪裝置，用來對傳動箱外表面去毛刺，比手工方法節(jié)省工時50%。 1.4拾取物料拾取裝置的發(fā)展趨勢 國內(nèi)應(yīng)加強物料拾取裝置基礎(chǔ)性能的實驗以及基礎(chǔ)理論研究，克服和解決制造技術(shù)及其它存在的問題。提高物料拾取裝置運動速度。尤其是應(yīng)用于沖壓行業(yè)中的物料拾取裝置，以適應(yīng)提高生產(chǎn)率和符合生產(chǎn)節(jié)拍的需要。要研究解決物料拾取裝置的運動速度和緩沖、定位技術(shù)。引進國外先進技術(shù)，培訓(xùn)專門技術(shù)人才，普及物料拾取裝置有關(guān)知識。盡快解決物料拾取裝置的定型設(shè)計、定點、定量生產(chǎn)以及配套件的生產(chǎn)和供應(yīng)問題，推進物料拾取裝置設(shè)計制造中的現(xiàn)代化（CAD/CAM）準化、系列化工作，以滿足國內(nèi)外市場的需求。目前工業(yè)物料拾取裝置的應(yīng)用逐步擴大，技術(shù)性能不斷提高，其發(fā)展趨勢是：擴大物料拾取裝置在工業(yè)上的應(yīng)用、提高工業(yè)物料拾取裝置的工作性能、發(fā)展組合式物料拾取裝置、研制具有“視覺”和“觸覺”的“智能機器人”。 1.5本課題的目的和意義 目前國內(nèi)應(yīng)用軟件進行工業(yè)機械設(shè)計的很多，還都以傳統(tǒng)的設(shè)計方法為主，導(dǎo)致產(chǎn)品的設(shè)計周期長、成本高。不能滿足工業(yè)機械使用的季節(jié)性、工作環(huán)境的多變性和用戶要求的多樣性，不能使工業(yè)機械的設(shè)計隨著市場的需求而不斷地轉(zhuǎn)變，更無法在要求的較短周期內(nèi)，開發(fā)出新的產(chǎn)品。我國在工業(yè)機械新技術(shù)創(chuàng)新方面還很薄弱，無法適應(yīng)新世紀經(jīng)濟發(fā)展的要求。基于傳統(tǒng)工業(yè)機械的設(shè)計方式的種種缺陷與不足和Solidworks的強大功能以及在工業(yè)機械設(shè)計中的優(yōu)勢，本課題即以數(shù)控車上下料物料拾取裝置作為載體，應(yīng)用SolidWorks 軟件完成各組成零件的建模及裝配。并完成該數(shù)車上下料物料拾取裝置進行上下料過程的動畫演示，從而使人們可以直觀地認識到數(shù)車上下料物料拾取裝置在數(shù)控生產(chǎn)及加工中的地位和主要作用。該方法是結(jié)合計算機輔助設(shè)計與制造/產(chǎn)品造型設(shè)計的專業(yè)特點對現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計方法的一種新的嘗試和學(xué)習(xí)。如將本課題的設(shè)計方法移植到工業(yè)設(shè)計中，則較傳統(tǒng)的設(shè)計方式能夠大大縮短產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計的設(shè)計周期。用Solidworks軟件進行工業(yè)設(shè)計的一般步驟為：單體設(shè)計→繪圖→裝配→模擬→改進→整體裝配→運動仿真→改進→成型→加工生產(chǎn)，比傳統(tǒng)的繪圖→加工→裝配→實驗→采集數(shù)據(jù)→改進→二次加工→裝配→最終成型，縮短了設(shè)計周期，降低了成本。 2 基于PLC物料拾取裝置的概述 2.1 基于PLC物料拾取裝置的組成部件 通過市場調(diào)研，我們決定設(shè)計一種基于PLC物料拾取裝置（物料拾取裝置）。工作原理如圖2—1所示，拾取裝置工作時由步進電機通過滾珠絲桿驅(qū)動滑塊上下往復(fù)運動，通過滑塊前部的氣動手指對工件的夾取與釋放的動作來完成作為一個物料拾取裝置的全部動作，運動可靠，平穩(wěn)。 圖2-1 3機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1電機及減速器的選用 已知整個裝置上工件與零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛?Kg，范圍為50mm~300mm，移動速度為1~2r/min。即： 具體的步進電機設(shè)計計算如下: 1、確定運行時間 本次設(shè)計加速時間 負載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 2. 電機轉(zhuǎn)速 3.負載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.負載慣量 上下垂直運動 絲桿螺母慣量 式中 總慣量 5.電機轉(zhuǎn)矩 啟動轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用直流無刷電機型號為92BL-A，此無刷直流步進電機廠家為南京森宇機電的產(chǎn)品。根據(jù)電機的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用直流無刷電機型號為 92BL-4030H1-LK-B， 電機額定功率為0.4KW，額定轉(zhuǎn)矩為1.3N.m，最大轉(zhuǎn)矩為2.6N.m， 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。電機大致圖如下： 外形尺寸92x92x86，電機輸出軸徑為14mm。 3.2梯形絲桿螺母副設(shè)計 3.2.1 材料選用原則 選材的基本原則是材料在能滿足零件使用性能的前提下，具有較好的工藝性和經(jīng)濟性。 材料的使用性能是指機械零件在正常工作條件下應(yīng)具備的力學(xué)、物理、化學(xué)等性能，是保證該零件可靠性的基礎(chǔ)。對一般機械零件來說，選材時主要考慮的是其力學(xué)性能；而對于非金屬材料制成的零件，還應(yīng)該考慮其工作環(huán)境對零件性能的影響。 零件按力學(xué)性能選材時，首先應(yīng)正確分析其工作條件、形狀尺寸及應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)合該類零件出現(xiàn)的主要失效形式，找出其在實際使用中的主要和次要的失效抗力指標，以此作為選材的依據(jù)。 3.2.2絲杠螺母的工作條件、失效形式和技術(shù)要求 1、工作條件 由于傳動機構(gòu)是絲杠螺母副，即螺旋傳動副，而工作時主要是攜帶傳感器進行測量，而非傳遞動力或扭矩。主要承受一定的剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)等載荷。 2、主要失效形式 當彎曲載荷較大時，絲杠承受著交變應(yīng)力；當其表面硬度較低，表面質(zhì)量不良時，會發(fā)生磨損，甚至產(chǎn)生疲勞斷裂。而設(shè)計的絲杠所傳遞的動力和扭矩都很小。因此，主要的失效形式是磨損。通過提高絲杠螺母的表面質(zhì)量和安裝精度可以有效的減少磨損。 3、材料性能要求 根據(jù)絲杠的工作條件和失效形式，要求絲杠材料具備以下主要性能：①電磁鐵參數(shù)測量裝置是對電磁鐵的電磁吸力、磁場強度和線圈溫度進行測量的裝置。為避免電磁鐵的磁泄漏，采用不可磁化材料。如不銹、鋁合金、銅合金、陶瓷材料或高分子材料。②較高的綜合力學(xué)性能.當絲杠正常工作時，要承受一定的交變載荷與沖擊載荷。③絲杠軸頸應(yīng)具有高的硬度和耐磨性，提高絲杠的旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命。 根據(jù)絲杠螺母副的工作條件、失效形式和技術(shù)要求，考慮材料的綜合性能，絲杠采用淬火鋼，螺母采用鑄造錫青銅。這是由于銅合金材料不僅具有較高的綜合力學(xué)性能，而且具有較高硬度和耐磨性。絲杠螺母副的導(dǎo)柱采用不銹鋼，導(dǎo)軌采用鋁合金，聯(lián)結(jié)件采用高分子塑料。 3.2.3絲桿螺旋傳動的類型、特點與應(yīng)用 絲桿螺旋傳動是利用絲桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，同時傳遞運動或動力。滾珠絲杠傳動系統(tǒng)是一個以滾珠作為滾動媒介的滾動螺旋傳動的體系。以傳動形式分為兩種：一種是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動；另外一種是將直線運動轉(zhuǎn)化成回轉(zhuǎn)運動。梯形絲桿的特點： （1）傳動效率高：梯形絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動絲杠系統(tǒng)的2～4倍，所以能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動（運動可逆）。 （2）運動平穩(wěn)：梯形絲杠傳動系統(tǒng)為點接觸滾動運動，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動時無顫動、低速時無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進給。 （3）高精度：梯形滾珠絲杠傳動系統(tǒng)運動中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對絲杠進行預(yù)拉伸以補償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 （4）高耐用性：鋼球滾動接觸處均經(jīng)硬化（HRC58～63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 （5）同步性好：由于運動平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)同時傳動幾個相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 （6）高可靠性：與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。 （7）無背隙與預(yù)緊：采用歌德式（Gothic arch）溝槽形狀、軸向間隙可調(diào)整得很小，也能輕便地傳動。若加入適當?shù)念A(yù)緊載荷，消除軸向間隙，可使絲杠具有更佳的剛性，在承載時減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達到更高的精度。 3.2.4梯形絲桿螺母的設(shè)計計算 滾動螺旋傳動主要承受軸向力。由于螺母和螺桿間有較大的滑動摩擦，因而磨損是其主要的失效形式。滾動螺旋的基本尺寸（螺桿的直徑和螺母的高度），通常是根據(jù)耐磨性條件來確定的。受力較大的螺旋傳動，還應(yīng)校核螺桿危險截面和螺母螺紋牙的強度，以防止發(fā)生塑性變形或斷裂；要求自鎖的螺桿，要求校核其自鎖性；精密的傳導(dǎo)螺桿，應(yīng)該校核其剛度，以免因受力導(dǎo)致螺距變化引起傳動精度降低；長徑比較大的螺桿，應(yīng)校核其穩(wěn)定性，以防止軸向受載后失穩(wěn)；高速的長螺桿還應(yīng)校核起臨界轉(zhuǎn)速，以防止過大的橫向振動。具體設(shè)計時應(yīng)根據(jù)傳 動的類型、工作條件及其失效形式等，選擇不同的設(shè)計準則，而不必逐項進行校核。 表2.1螺旋傳動的常用材料 螺旋副 材料牌號 應(yīng)用范圍 螺桿 Q235、Q275、45、50 材料不經(jīng)熱處理，使用于經(jīng)常運動，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動 40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi 材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動 9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl 材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，適用于精密傳導(dǎo)螺旋傳動 螺母 ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好，適用于一般傳動 ZCuAl9FeNi4Mn2 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 材料耐磨性好，強度高，適用于重載、低速的傳動。對于尺寸較大或高速傳動，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金 立向絲桿的設(shè)計 （1）滾珠絲桿螺母副，橫向絲桿的最大軸向載荷為2000N，支承間最大距離為400mm，，要求定位精度為0.001mm，滾珠絲桿的負荷包括運動部件的重量所引起的進給抗力。應(yīng)按額定靜載荷選用。 載荷性質(zhì)系數(shù)為1 —動載荷硬度影響系數(shù)， =1 —最大軸向載荷 定靜載荷為C02000N，查表得使用壽命時間T=15000h，初選絲桿螺距t=5mm，得絲桿轉(zhuǎn)速 n/min 由于絲桿螺距為5，可選W系列完循環(huán)絲桿副尺寸系列W2005-2.5圈一列滾珠絲桿螺母副的幾何參數(shù)計算，見表2.6所示： 表2.2 滾珠絲桿螺母副幾何參數(shù) 名 稱 符 號 計算公式和結(jié)果（mm） 螺紋滾道 公稱直徑 20 螺 距 5 接觸角 鋼球直徑 3.175 螺紋滾道法面半徑 偏心距 螺紋升角 螺桿 螺桿外徑 螺桿內(nèi)徑 螺桿接觸直徑 螺母 螺母螺紋外徑 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 螺母長度 Ln 33 （2）傳動效率計算 （2.23） 式中：—摩擦角；—絲桿螺紋升角。 （3）剛度驗算，滾珠絲桿受工作負載P引起的導(dǎo)程的變化量 （2.24） Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計算 （N） （cm） () (材料為45鋼) （） 所以 （cm） 絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程誤差 查表知C級精度的絲桿允許誤差6，故剛度足夠。 （4）穩(wěn)定性驗算，由部件自重產(chǎn)生的使絲桿回轉(zhuǎn)的扭矩為 式中G——移動部件自重 S——導(dǎo)程（cm） ——逆?zhèn)鲃有?，由于滾珠絲桿副的正傳動效率和逆?zhèn)鲃有式葡嗟?，因此，一般用正傳動效率代替? N.cm可知110BF004反應(yīng)式步進電動機帶動絲桿螺母副時不會發(fā)生逆向傳動 。 （5）軸承的選擇，初選6002，工作時為輕度沖擊，正常工作溫度，預(yù)期壽命為5000h，絲桿在工作的過程中受軸向載荷作用，且最大軸向載荷為Fa=200N.查手冊可知道2002的基本額定負載Cr=4.32kN,基本額定負載荷Cor=2.50Kn。 為了能安裝方便本次設(shè)計中6002軸承可以用帶座軸承代替，選用軸承的型號為UCFU203軸承。Fa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38；當量負載的計算P=200N可算得軸承壽命[6] （2.25） 溫度系數(shù)=1，載荷系數(shù)=1，UCFU203軸承座，壽命指數(shù)為=3 得（h）所以該軸承適合。 3.2.5滾珠絲桿螺母的支承方式的選擇 滾珠絲杠的支承主要有以下四種，由于支承方式不同，使容許軸向載荷及容許回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也有所不同。 （1）固定---固定，適用于高轉(zhuǎn)速、高精度； （2）固定---支承 適用于中等轉(zhuǎn)速、高精度； （3）支承---支承適用于中等轉(zhuǎn)速，中精度； （4）固定---自由 適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，短軸向絲杠。本次設(shè)計中絲桿螺母的固定方式如下所示 3.2.6滾珠絲桿螺母的潤滑和防塵隔離 1、油潤滑 一般情況下，用于滾動軸承的礦物油都適用。特別是在高轉(zhuǎn)速情況下，以油潤滑比脂潤滑佳，這時滾珠絲杠副的溫升較小。油潤滑的補充潤滑量和間隔，按下表，按表中的油量，至少可以達到8小時的補充潤滑時間。 2、脂潤滑 采用脂潤滑的優(yōu)點可以使?jié)L珠絲杠傳動系統(tǒng)在一段很長時間后才需進行補充。也就是說，在多數(shù)情況下，可以省去一套補充潤滑的裝置。補充潤滑脂的限量為大約填入螺母內(nèi)空間容積的一半?？梢允褂盟懈呒墲L動軸承潤滑脂，但要注意潤滑脂廠家的說明和提示。潤滑脂的補充通常在半年或一年進行更換，更換前應(yīng)清除舊潤滑脂后才能更換新的潤滑脂 3、 防塵與隔離 滾珠螺杠與滾動軸承一樣，如果污物及異物（切屑碎屑）進入就會很快使它磨耗，成為損壞的原因。困此，必須采用防護裝置（折疊式或伸縮式絲杠防塵罩）將絲杠軸完全防護起來。另外雖沒有別的異物，但有浮塵時要在螺母兩端采用刮屑式防塵圈。 滾珠絲杠副設(shè)計使用中應(yīng)注意的問題： (1) 為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度，應(yīng)使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，避免傾覆力。 (2) 防逆轉(zhuǎn)：滾珠絲杠副傳動逆效率高，應(yīng)考慮在電機停電后，因部件自重而產(chǎn)生螺旋副的逆?zhèn)鲃?特別是在垂直方向上傳動時)，防止逆?zhèn)鲃拥姆椒刹捎茫和ｋ娮枣i的電機、蝸輪蝸桿機構(gòu)、離合器等方式。 (3) 滾珠絲杠副在行程兩端應(yīng)有行程保護裝置，以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而影響精度、使用壽命甚至損壞。 (4) 防止熱變形：熱變形對精密螺旋傳動的定位精度有著重要的影響。其熱源不單是螺旋副的摩擦熱，還有其他機械部件工作時產(chǎn)生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長。為此必須分析熱源的各因素，采用措施控制熱源，還可以采用預(yù)拉伸、強制冷卻等減少熱變形對絲杠的伸長的影響。 (5) 細長而又水平放置的絲杠，因自重使軸線產(chǎn)生彎曲變形，是影響導(dǎo)程累積誤差的因素之一，還會使螺母受載不均。設(shè)計細長絲杠時，應(yīng)考慮防止或減小自重彎曲變形的措施。 (6) 防護與密封，塵埃和雜質(zhì)進入滾道會妨礙滾動體運動流暢，會加速滾動體與滾道的磨損，使?jié)L動螺旋副喪失精度。為此需要防塵措施。滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈，為避免絲杠外露，還需要為絲杠選擇防護裝置。 (7) 合理潤滑是減小驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、提高傳動效率、延長螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)，接觸表面的油膜還有吸振、減小傳動噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用。因此要注入潤滑脂。在螺母上還有油孔，用戶可旋入油嘴，再采用其他合適的潤滑方式。 (8) 正確選擇預(yù)緊力，滾珠絲杠副出廠時已經(jīng)按要求調(diào)節(jié)好所需要的預(yù)緊力，嚴禁自行拆卸滾珠絲杠副的各個部件，以免影響其精度。嚴禁敲擊和拆卸導(dǎo)珠管，以免造成滾珠堵塞，運轉(zhuǎn)不流暢。 (9) 建議采用適應(yīng)于數(shù)控機床的大接觸軸承以提高傳動剛度。 (10) 用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副，必須使絲杠螺紋兩端中至少有一端的滾珠螺紋是通牙，并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑d2,否則無法裝配螺母。 (11) 水平位置采用外循環(huán)滾珠絲杠副，最好是插管放置再絲杠軸線上面。 (12) 為便于絲杠加工，絲杠上最大外圓處的直徑最好不要大于絲杠的外徑d1。 3.2.7導(dǎo)向光桿和直線軸承的設(shè)計 通過絲桿螺母連接法蘭，帶動整個醫(yī)療床裝置做上下運行，為了要保證平穩(wěn)，需要有導(dǎo)向裝置，這里就需要設(shè)計導(dǎo)向光桿和直線軸承配合整個絲桿螺母裝置。 3.2.7.1直線軸承的選擇 POM工程式塑料保持器適用于工作測試；鋼保持器適用于為工作溫度；不銹鋼軸承適合于水、蒸氣、硝酸等腐蝕介質(zhì)及真空工作場合，軸承型號按下述計算公式確定。 硬度系數(shù)FH：硬度HRC58以上，F(xiàn)H=1.0；硬度HRC52-58，F(xiàn)H=0.6-1.0。 溫度系數(shù)FT：工作溫度小于100oC，F(xiàn)T=1.0，工作溫度100oC-125oC，F(xiàn)T=1.0-0.95。 接觸系數(shù)FC： 每根軸裝一套軸承，F(xiàn)C=1.0 每根軸裝二套軸承，F(xiàn)C=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=0.66 載荷系數(shù)FW： 運行速度小于15米/分鐘，無沖擊、無振動，F(xiàn)W=1.0-1.5； 運行速度小于60米/分鐘，微小沖或振動，F(xiàn)W=1.5-2.0； 運行速度大于60米/分鐘，或有較大沖擊、振動，F(xiàn)W=2.0-5.0。 時間壽命Lh=(10000*L) /2 *L(S*n1*60) (位單：h小時) L：長度壽命 (萬米)， LS：工作行程 (米)， N1：每分鐘往復(fù)次數(shù) 已知滑動塊行程L=0.3米，工作溫度60oC，每分鐘往復(fù)次數(shù)n1=20，微小沖擊，軸承工作載荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望壽命Lh=5000小時，試選擇軸承型號。按以上工作條件： 根據(jù)本次載荷重量為2000N，我們選用六個導(dǎo)向光桿加上絲桿螺母，這樣滑動軸承的所受負載就平均分配，上下六個滑動軸承分別連接底板和連接上固定圓盤，兩邊軸承座為固定式的，中間六個為可以隨著絲桿螺母上下滑動。六個導(dǎo)向光桿加上絲桿螺母，這樣每個導(dǎo)向光桿的滑動軸承處的所受負載為166N。本次設(shè)計中所選擇的滑動軸承為帶法蘭形狀的。 根據(jù)每個滑動軸承的負載承受166N，我們選用滑動軸承為LMF30，軸承中間孔徑為30mm，這樣導(dǎo)向光桿的直徑也為30mm。 2.直線軸承安裝： 軸承座孔公差推薦采用H7、J7級，直線軸公差推薦采用g6、h6級，軸承安裝必須用臺階芯軸壓入；直線軸安裝必須對準軸承孔插入，動作輕緩，軸傾斜插入會導(dǎo)至保持器變型 和鋼球脫落，軸承安裝方向應(yīng)按照表1所示，可以提高軸承承載能力，延長壽命。 軸承座孔有可能壓縮軸承，引志游隙變小，此時用手轉(zhuǎn)動直線軸，如果軸能接觸鋼球且能輕松轉(zhuǎn)動， 配合游隙為 0～+0.01mm；如果稍加力才能轉(zhuǎn)動， 配合游隙為-0.01～0mm（已過盈） ；如果加力也不能轉(zhuǎn)動，配合游隙已多于0.01mm，這種情況鋼球滾動時可能同時作滑動，會降低軸承和軸的作用壽命，只有在輕載、低速且定心要求高的情況下才可采用。調(diào)整型、開口型軸承內(nèi)、外徑在割口前測量，割口后會有一些彈性變形，配合游隙應(yīng)裝入軸承座內(nèi)測量（鋼保持器軸承、KH軸承情況類似）。游隙可調(diào)節(jié)的軸承座調(diào)節(jié)方向應(yīng)和軸承割口方向垂直以保證游隙均勻，直線軸承結(jié)構(gòu)特點不能作旋轉(zhuǎn)運動，同時要求有良好的導(dǎo)向性，所以直線 軸承一般以二根軸+四套軸承或二根軸+二套加長型軸承為一個組合使用，二根軸安裝要平直，整個組合裝配后，用手推拉必須靈活無阻滯才可安裝傳動機構(gòu)，傳動動力要足夠克服軸承磨擦阻力，直線軸承磨擦阻力近似為千分之一工作載荷 。 3. 直線軸承潤滑和防塵： 軸承出廠涂有防銹油，使用時需加潤滑劑。油脂潤滑噪音較低，常用的有2號鋰基脂和低噪音軸承潤滑脂， 填脂量為保持器空隙的三分之一。油潤滑不需清除防銹油， 根據(jù)工作測試采用15#～100#潤滑油， 工作溫度低采用低粘度油， 工作測試高采用高粘度油，常用的有透平油，機械油和錠子油，無密封軸承把油滴在軸上即可，帶密封軸承需把油加到軸承內(nèi)，本公司為用戶準備了帶油孔的軸承和軸承座。對于一些不允許有油（脂）的工作場所，先清除防銹油，干燥后在每列鋼球上噴一些市售的二硫化鉬噴劑，再次干燥后即可使用，帶密封軸承應(yīng)避免密封圈和軸干磨擦引起密封唇口擠入軸承內(nèi)，造成軸承的非預(yù)期損壞。鐵屑會極大地降低軸承壽命，粉塵和臟物會阻塞保持器球道，使鋼球不能回轉(zhuǎn)，引起保持器損壞、鋼球擠膠。帶密封軸承可用于一般帶粉塵工場所，像木工機械、鑄造機械等多粉塵場合，請在軸承兩端另加密封，防止粉塵進入并可減少油脂損耗。 3.2.8聯(lián)軸器的選擇 由于整個裝置載荷平穩(wěn)，速度不高，無特殊要求，考慮裝拆方便及經(jīng)濟問題，我們選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，取工作情況系數(shù) 。由于電機輸出軸徑為12mm，選擇聯(lián)軸器類型為HLA12-14， 聯(lián)軸器承受轉(zhuǎn)矩 3.2.9軸承強度的校核 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應(yīng)用的零件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉(zhuǎn)動零件的。常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，并由專業(yè)工廠大量制造即供應(yīng)各種規(guī)格常用的軸承。 滾動軸承的構(gòu)成：包括：內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架，內(nèi)圈用來和軸頸裝配，外圈用來和軸承座孔裝配。通常是內(nèi)圈隨軸頸回轉(zhuǎn)，外圈固定，但也可以用于外圈回轉(zhuǎn)而內(nèi)圈不動，或是內(nèi)、外圈同時回轉(zhuǎn)的場合。當內(nèi)、外圈相對轉(zhuǎn)動時，滾動體即在內(nèi)、外圈的滾道內(nèi)滾動。保持架的作用主要是均勻地隔開滾動體。 滾動體的基本類型有：鋼球、圓柱滾子、圓錐滾子、滾針、鼓形滾子、不對稱鼓形滾子。 與滑動軸承相比，滾動軸承具有旋轉(zhuǎn)精度高、啟動力矩小、是標準件、選用方便等特點。 與滑動軸承相比，滾動軸承的優(yōu)點： 1、一般條件下，滾動軸承的效率和液體動力潤滑軸承相當，但較混合潤滑軸承要高一些； 2、徑向游隙比較小，向心角接觸軸承可用預(yù)緊可用預(yù)緊力消除游 隙， 運轉(zhuǎn)精度高； 3、對于同尺寸的軸徑，滾動軸承的寬度比滑動軸承小，可使機器的 軸向結(jié)構(gòu)緊湊； 4、大多數(shù)滾動軸承能同時受徑向和軸向載荷，故軸承組合結(jié)構(gòu)簡單； 5、消耗潤滑劑少，便于密封，易于維護； 6、不需要有用有色金屬； 7、標準化程度高，成批生產(chǎn)，成本低； 與滑動軸承相比，滾動軸承的缺點： 1、承受沖擊載荷能力較差； 2、高速重載載荷下軸承壽命較低； 3、振動及噪聲較大； 4、徑向尺寸比滑動軸承； 能否正確選用滾動軸承，對主機能否獲得良好的工作性能，延長使用壽命；對企業(yè)能否縮短維修時間，減少維修費用，提高機器的運轉(zhuǎn)率，都有著十分重要的作用。因此，不論是設(shè)計制造單位，還是維修使用單位，在選擇滾動軸承時都必須高度重視。一般來說，選擇軸承的步驟可能概括為： 1. 根據(jù)軸承工作條件（包括載荷方向及載荷類型、轉(zhuǎn)速、潤滑方式、同軸度要求、定位或非定位、安裝和維修環(huán)境、環(huán)境溫度等），選擇軸承基本類型、公差等級和游隙； 2. 根據(jù)軸承的工作條件和受力情況和壽命要求，通過計算確定軸承型號，或根據(jù)使用要求，選定軸承型號，再驗算壽命； 3.驗算所選軸承的額定載荷和極限轉(zhuǎn)速。 選擇軸承的主要考慮因素是極限轉(zhuǎn)速、要求的確良壽命和載荷能力，其它的因素則有助于確定軸承類型、結(jié)構(gòu)、尺寸及公差等級和游隙工求的最終方案。類型選擇，各類滾動軸承具有不同的特性，適用于各種機械的不同使用情況。選擇軸承類型時，通常應(yīng)考慮下列因素。一般情況下：對承受推力載荷時選用推力軸承、角接觸軸承，對高速應(yīng)用場合通常使用球軸承，承受重的徑向載荷時，則選用滾子軸承?？傊x用人員應(yīng)從不同生產(chǎn)廠家、眾多的軸承產(chǎn)品中，選用合適的類型。軸承所占機械的空間和位置在機械設(shè)計中，一般先確定軸的尺寸，然后，根據(jù)軸的尺寸選擇滾動軸承。通常是小軸選用球軸承，大軸選用滾子軸承。但是，當軸承在機器的直徑方向受到限制時，則選用滾針軸承、特輕和超輕系列的球或滾子軸承；當軸承在機器的軸向位置受到限制時，可選用窄的或特窄系列的球或滾子軸承。軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)載荷是選用軸承的最主要因素。滾子軸承用于承受較重的載荷，球軸承用于承受較輕的或中等載荷，滲碳鋼制造或貝氏體淬火的軸承，可承受沖擊與振動載荷。在載荷的作用方向方面，承受純徑向載荷時，可選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。承受較小的純軸向載荷時，可選用推力球軸承；承受較大的純軸向載荷時，可選用推力滾子軸承。當軸承承受徑向和軸向聯(lián)合載荷時，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。對于懸臂支撐結(jié)構(gòu)，常采用圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，且成對使用。 滾動軸承類型選擇應(yīng)注意的問題: 1、考慮軸承的承受載荷情況 方向：受徑向力時，用向心軸承；受軸向力時，用推力軸承；徑向力和周向力聯(lián)合作用時，用向心推力軸承； 大小：受到較大載荷時，可用滾子軸承，或尺寸系列較大的軸承；受到較小載荷時，可用球軸承，或尺寸系列較小的軸承 2、考慮對軸承尺寸的限制 當對軸承的徑向尺寸嚴格限制時，可選用滾針軸承； 3、考慮軸承的轉(zhuǎn)速一般來講，球軸承比滾子軸承能適應(yīng)更高的轉(zhuǎn)速，輕系列的軸承比重系列的軸承能適應(yīng)更高的轉(zhuǎn)速；此外，各類推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低，不易用于高轉(zhuǎn)速的情況。 4、考慮對軸承的調(diào)心性要求 調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承均能滿足一定的調(diào)心要求（即：軸心線與軸承座孔心線可適當偏轉(zhuǎn)），而圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承滿足調(diào)心要求的能力幾乎為零 根據(jù)各個軸承的特點以及選用原則，可以肯定我們初步選定的型號6004深溝球軸承滿足要求。 由于軸3所承載的載荷最大，且軸3的轉(zhuǎn)速最大，故軸3上的軸承最危險。若此軸承壽命滿足要求，則其它軸承亦可滿足要求。所選6004深溝球軸承的基本額定動載荷C為9.38kN假設(shè)鏈傳動的效率為0.9。 顯然，軸承壽命滿足要求。 4 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 PLC的定義 PLC即可編程控制器（ProgrammableLogicController），是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（InternationalElectricalCommittee頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義;PLC英文全ProgrammableLogicController，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是可編程邏輯控制電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC。 4.2 PLC的選擇 由表3.1可知，14個輸入點，12個輸出點，根據(jù)電壓的不同選用輸入有2個點的輸入模塊，分別為M0、X1、X2、X3;S輸出有4個點的模塊分別為Y0、Y1、Y2、Y3。 4.3 基于PLC物料自動拾取裝置PLC控制流程圖的實現(xiàn) 由以上可知，基于PLC物料自動拾取裝置PLC控制過程流程圖和系統(tǒng)梯形圖分別如下圖4.3.1、4.3.2所示： 圖 4.3.1 圖 4.3.2 結(jié) 論 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進度，本文所設(shè)計的是基于PLC物料自動拾取裝置的設(shè)計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文 第 27 頁 共 28 頁 XXX：基于PLC物料拾取裝置的設(shè)計 致 謝 至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了。導(dǎo)師嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風，認真加負責，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，查找了各類的鍵槽加工設(shè)備的設(shè)計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識，在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。 南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文 第 18 頁 共 28 頁 XXX：基于PLC物料拾取裝置的設(shè)計 參考文獻 [1] 成大先.機械設(shè)計手冊(單行本)機械傳動[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004 [2] 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計(第七版)[M].北京：高等教育出版社,2001 [3] 劉鴻義.材料力學(xué)(第三版 上、下冊)[M].北京：高等教育出版社,1991 [4] 甘永立.幾何量公差與檢測[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2005 [5] 馮辛安.機械制造裝備設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社,1999 [6] 于駿一.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004 [7] 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