桌面式自動鎖螺絲機設計【含CAD圖紙、說明書】

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壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 桌面式自動鎖螺絲機設計 總計：畢業(yè)論文 頁 表格： 表 插圖： 幅 指導教師： 評閱人： 完成日期： 摘 要 螺紋連接是日常生活中常見的鏈接緊固方式，螺絲裝配占全部裝配量的1/3，因此提高螺絲的裝配效率在如今人力匱乏、要求高效率的社會背景下具有重要的意義。桌面式自動鎖螺絲機是能完成螺絲自動鎖付的機械，能大大的節(jié)約裝配時間，提高裝配效率。目前，桌面式自動鎖螺絲機正朝著高速度、高效率、低摩擦的方向發(fā)展，以適應不斷提高的市場需求。在桌面式自動鎖螺絲機的設計、制造以及應用方面,我國與國外先進水平相比仍有較大差距,國內在設計制造自動鎖螺絲機的過程中存在著很多不足。 本文是關于桌面式自動鎖螺絲機的設計，首先對桌面式自動鎖螺絲機進行了簡單的概述；接著對機器的整體結構進行設計，包括擰緊力矩的計算，電動螺絲刀的選型，橫向移動機構的設計等；然后進行了液壓系統(tǒng)及液壓缸的設計，對需要的零件進行了選型；最后用PLC對液壓系統(tǒng)進行編程的設計，并用宇龍機電仿真軟件進行了運動的模擬。 本文對桌面式自動鎖螺絲機進行了設計，完成了整體的機械結構及液壓部分的設計，并繪制了對應的原理圖及結構圖紙。 關鍵詞:自動鎖螺絲機;結構；液壓 Abstract Thread connection is a common link fastening method in daily life. Screw assembly accounts for 1/3 of all assembly. Therefore, it is of great significance to improve the assembly efficiency of screws in the social background of lack of manpower and high efficiency. The desktop automatic lock screw machine is a machine that can complete the automatic locking of screws, which can greatly save assembly time and improve assembly efficiency. At present, the desktop automatic locking screw machine is developing towards high speed, high efficiency and friction to meet the increasing market demand. In the design, manufacture and application of the desktop automatic locking screw machine, there is still a big gap compared with the advanced level in our country. There are many shortcomings in the process of designing and making automatic lock screw machine in China. This paper is about the design of a desktop automatic lock screwdriver. First, a brief overview of the desktop automatic lock screwdriver is made, and then the overall structure of the machine is designed, including the calculation of tightening torque, the selection of the electric screwdriver, the design of the lateral moving mechanism, and so on. Then the hydraulic and hydraulic cylinders are set up. Finally, the design of the hydraulic system is programmed by PLC, and the motion simulation is carried out with Yulong electromechanical simulation software. This paper has designed a desktop automatic locking screw machine, completed the design of the mechanical structure and hydraulic parts of the whole, and drew the corresponding schematic and structural drawings. Keywords: Automatic locking screw machine; structure; hydraulic pressure 目 錄 1. 緒論 1 1.1課題來源及研究目的和意義 1 1.2桌面式自動鎖螺絲機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1 1.3論文的主要內容及章節(jié)安排 2 2. 桌面式自動鎖螺絲機總體設計 3 2.1總體設計 3 2.2工作原理 4 3. 桌面式自動鎖螺絲機結構設計 6 3.1擰緊力矩的計算與電批選型 6 3.2導軌的選型 10 3.3橫向運動機構的設計 11 4. 液壓系統(tǒng)的設計計算 14 4.1液壓系統(tǒng)的總體設計 14 4.2液壓缸設計計算 15 4.3液壓泵及電動機的選型 17 5. 機電系統(tǒng)及PLC的設計 18 5.1PLC控制系統(tǒng)的簡介 18 5.2液壓控制電路的設計 18 5.3液壓部分PLC設計 19 5.4宇龍液壓控制系統(tǒng)仿真 21 結論 24 參考文獻 25 致謝 26 附錄Ⅰ 27 附錄Ⅱ 31  壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985桌面式自動鎖螺絲機設計 1. 緒 論 1.1課題來源及研究目的和意義 工業(yè)的快速發(fā)展帶來了一場新的革命，繼西方資本主義國家生產研發(fā)出第一款桌面式自動鎖螺絲機之后，德國的施耐辭公司也看到了桌面式自動鎖螺絲機的利潤與市場所在，投入了相當大的人力和精力來開發(fā)研制自動桌面式鎖螺絲機，并且于二十世紀中期投入到了世界各國的市場中。當前，全世界各大桌面式自動鎖螺絲機的生產廠商為了提高產品的競爭力，都大力進行桌面式自動鎖螺絲機的設計研發(fā)工作。現(xiàn)在國外著名的工業(yè)生產品牌中，都有桌面式自動鎖螺絲機的生產與銷售，桌面式自動鎖螺絲機的應用越來越廣泛。有一點值得注意的是，桌面式自動鎖螺絲機的市場，由最初的日本，歐洲，已經逐步滲透到北美市場及亞洲大部分需要完成螺絲鎖付的場合中。因此當今生產加工桌面式自動鎖螺絲機的企業(yè)比配的設備也越來越占據著主流趨勢。西方資本主義國家有巨大的桌面式自動鎖螺絲機銷售市場，因此桌面式自動鎖螺絲機生產工業(yè)也是西方資本主義國家的機械工業(yè)之一。 自動鎖螺絲機也叫自動送鎖螺絲機、自動擰螺絲機、自動螺絲機、自動打螺絲機、自動螺絲緊固系統(tǒng)等。自動鎖螺絲機根據不同的工作方式：分為手持式和桌面式的結構，是由系統(tǒng)完成螺絲的送料，氣動或電動螺絲刀完成螺絲的擰緊到位，應用廣泛，具有以下應用特點: 　1.高效批量2. 高可靠性及穩(wěn)定性；3. 智能化，連續(xù)送料,定扭矩,可選擇提供記數功能,防漏打功能.螺絲滑牙及浮鎖檢測。 桌面式自動鎖螺絲機自從上世紀九十年代開始就陸續(xù)地被應用在機械方面，但傳統(tǒng)的桌面式自動鎖螺絲機由于傳動精度不高，速度緩慢，有好多工廠仍然采用人工鎖緊的方式，這種人工鎖緊的方式勞動效率低下，所以此次設計的桌面式自動鎖螺絲機，在傳統(tǒng)的桌面式自動鎖螺絲機的基礎上進行改進創(chuàng)新，應用合理的結構以及動力機構，來完成螺絲鎖付的任務。 1.2桌面式自動鎖螺絲機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 國外的桌面式自動鎖螺絲機技術始于六十年代，到七十年代逐漸發(fā)展成熟，八十年代中期，大部分桌面式自動鎖螺絲機都可以實現(xiàn)螺絲的自動鎖緊工作。泰國金衫公司生產的臥式桌面式自動鎖螺絲機，鎖緊力矩可調。八十年代中后期的一、兩年，桌面式自動鎖螺絲機的研發(fā)技術發(fā)展到了鼎盛時期，從而誕生了世界上一些著名的桌面式自動鎖螺絲機生產廠家。1987年，日本最大的桌面式自動鎖螺絲機加工公司把桌面式自動鎖螺絲機投放市場，獲得成功。美洲的一些公司也將新開發(fā)的桌面式自動鎖螺絲機投入亞洲市場并取得了巨大的成功。桌面式自動鎖螺絲機自1795年被發(fā)明以來，經過兩個世紀的發(fā)展，已被世界各國的桌面式自動鎖螺絲機加工行業(yè)廣泛采用。特別是第三次工業(yè)革命帶來了新材料、新技術的應用，使桌面式自動鎖螺絲機的發(fā)展步入了一個新紀元。隨著時代的發(fā)展，桌面式自動鎖螺絲機在國內外將會得到越來越廣泛的應用和發(fā)展。下圖即為如今國內外常見的桌面式自動鎖螺絲機的圖片： 圖1-1 桌面式自動鎖螺絲機產品圖 1.3論文的主要內容及章節(jié)安排 本文主要對桌面式自動鎖螺絲做了整體的設計。首先是對桌面式自動鎖螺絲機的背景及發(fā)展的介紹；其次，是對整體的結構的設計，包括總體方案的設計，機械結構的設計，液壓系統(tǒng)的設計及PLC部分的設計。 論文的章節(jié)安排是：第1章是緒論，介紹了課題的來源及桌面式自動鎖螺絲機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。第2章為總體方案的設計，包含總體方案的選擇及工作原理的敘述。第3章為機械結構的設計，包括螺紋的基礎知識介紹，擰緊力矩的計算，電動起子的選擇，導軌的選擇，橫運動機構的設計。第4章為液壓系統(tǒng)的設計，包含液壓原理圖的設計，液壓缸的設計計算及相應的元件的選型。第5章為機電系統(tǒng)及PLC的設計，包括PLC系統(tǒng)的簡要說明，液壓程序的設計說明及宇龍機電仿真運行情況的說明。最后是整體的總結。 2.桌面式自動鎖螺絲機總體設計 2．1總體設計 桌面式自動鎖螺絲機有多種構造，按結構分可分為轉盤式，多軸式，龍門框架式等，按電動螺絲刀的工作方式可范圍吸附式和吹送式。本次設計的桌面式自動鎖螺絲機采用了龍門式的的結構，主要采用了機電液相結合的技術來進行設計。桌面式自動鎖螺絲機如果要完成自動鎖螺絲的任務，首先需要將固定在Z軸方向的電批即電動螺絲刀移動到規(guī)定位置。當電批移動到指定位置后，便可以通過電動螺絲刀的旋轉完成螺絲鎖付的任務。 總體的設計包含如下的幾個方面：桌面式自動鎖螺絲機的結構設計，液壓體系的設計及機電系統(tǒng)的設計。 工件放在Y軸上，通過Y軸及橫向運動機構的運動，使得電動起子移動到要鎖付的螺絲孔的上方，通過Z軸的液壓缸的移動，使得電批下移。電批移動完成后，通過其旋轉完成螺絲鎖付的任務。Y軸和橫向運動機構只需要執(zhí)行簡單的移動傳輸任務，可以通過絲杠傳動，同步帶傳動等方式完成。根據市場的情況，暫時選用同步帶輪的運動完成移動任務。 z軸的移動可以通過氣壓控制，液壓控制或同步帶輪的方式實現(xiàn)。若用氣壓傳動，則可以使用氣缸供能，通過蓄力彈簧的配合可以實現(xiàn)z軸的上下移動。若利用同步帶輪傳動機構，則需要配用電機帶動同步帶輪，并配合使用相應的導軌部件，也可以實現(xiàn)z軸的移動。當采用液壓系統(tǒng)控制Z軸的移動時，可以通過液壓缸控制滑臺的移動，通過導軌與滑塊的配合，可以進一步實現(xiàn)Z軸部件的上下移動。 參照實際的工業(yè)生產情況及四年的課程學習情況，現(xiàn)決定采用液壓控制來完成z軸的移動。根據要求，液壓控制部分需要完成快速前進，慢速前進，回退的任務，故選用雙作用單活塞桿的液壓缸。若要進行液壓驅動，就需要相應的液壓缸，液壓泵等部件。在本次設計中，按照給定的不同運動速率對液壓缸的直徑及活塞桿的直徑進行了設計計算。確定了液壓缸之后，還需要對液壓泵及電機進行選型。其他元件按需求進行選用。液壓滑臺的動作圖如圖2-1所示。 圖2-1液壓滑臺的工作圖 機電系統(tǒng)的控制可以由多種方法實現(xiàn)，如傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制，現(xiàn)代化的PLC控制等。由于傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制具有使用元件多，結構復雜，可靠性差，維護費用高等現(xiàn)實問題，越來越滿足不了現(xiàn)代化的工業(yè)生產。同時，考慮到PLC控制的迅速發(fā)展及便捷化，所以確定本次設計中的機電系統(tǒng)的控制采取PLC的控制。 圖2-2PLC程序設計流程圖 若要在機電系統(tǒng)的設計部分完成對液壓系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)的設計，首先需要對PLC控制系統(tǒng)做一個整體的了解，只有了解了其整體的工作原理及流程，才能更好的進行應用。然后，根據運動情況大致判斷出輸入輸出的端口數；再憑借端口的數量對PLC的型號進行初步的選擇。當PLC型號選定后，需要定好確定的輸入輸出的端口圖，并繪制端口對應表和接線圖，設計對應的電路元器件的連線圖，依照要求進行PLC梯形圖的編制。運用宇龍機電仿真系統(tǒng)，按照電路元器件連線圖進行電路連接，并輸入對應的梯形圖程序段，完成機電系統(tǒng)的控制。PLC系統(tǒng)設計的流程圖如圖2-2所示： 2.2工作原理 本次設計的桌面式自動鎖螺絲機的工作原理為：將工件安放在Y軸上，通電動機帶動過Y軸和橫向運動機構的同步輪運動，同步輪轉動會使得同步帶進行移動?；瑝K通過壓緊塊與同步帶相固定，同步帶移動，滑塊就會隨之移動，這樣，通過y軸和橫向運動機構的運動，就會得使電動螺絲刀位于待鎖付位置的上方。完成鎖螺絲任務的電批安裝在Z軸方向的液壓滑臺上，在啟動液壓滑臺的工作電源后，首先Z軸運動部件會快速前進；當較為接近鎖付工件時，就需要改為慢速前進，以免定位不準，破壞工件；當到達要求鎖付螺絲的位置時，滑臺就停止移動。電動螺絲刀此時已將到位，啟動電動螺絲刀的電源，電動起子開始工作，完成預定的螺絲鎖付的任務。螺絲鎖付完成后，電批停止工作。電動螺絲刀的工作完成后，就可以切斷其電源。這時需要Z軸的運動部件返回到原位，為再一次的工作做好準備。只要按下滑臺回退開關，液壓滑臺就會在液壓缸的作用下回退到原始的位置，這樣就全部完成了本次的鎖螺絲的任務，各部件也回到了原位，以方便進行下一次的工作。 桌面式自動鎖螺絲機的整體結構圖如圖2-3所示： 圖2-3桌面式自動鎖螺絲機整體結構圖 3. 桌面式自動鎖螺絲機結構設計 3.1螺絲擰緊力矩計算及電批選型 3.1．1螺紋正確旋合的條件及要求 螺紋連接是我們生活中常用的緊固連接方式，具有結構簡單，拆裝方便，價格便宜等多種優(yōu)點。但是，要想螺絲緊固件可以正確地擰緊在一起，它們仍然需要滿足某些條件。 要想使內外螺紋能夠準確的旋合，必需滿足下列的條件：內外螺紋的線數、旋向、螺距、導程、大徑和牙型均相同。 螺紋連接也需要滿足一定的技術要求： （1） 對螺紋緊固件進行固定時，嚴禁打擊緊固件或使用不合適的旋具和扳手擰緊；完成螺紋的緊固工作后，要保持螺釘槽、螺母和螺釘、螺栓頭部等螺紋緊固件不被毀壞或損傷，即要保證其本身及與之配合的機械結構均不被破壞。 （2） 對于沒有預緊力要求的螺紋連接，可以使用合適的扳手擰緊螺絲，操作者的經驗和感覺可以用來確定預緊力是否被正確的施加。而對于有規(guī)定擰緊力矩要求的螺紋緊固，應采取合適的力矩扳手進行緊固。 3.1.2參數設定 根據所給定的要求可知要鎖付的螺絲為公稱直徑為2mm——4mm的螺絲即為M2.0——M4.0的螺絲。鑒于螺絲有3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10幾個不同的等級，為了后續(xù)設計的統(tǒng)一性及計算的便利性，決定只采用一種等級的螺絲，現(xiàn)選取為4.6級的螺絲，即本次設計的桌面式自動鎖螺絲機只針對等級為4.6級的公稱直徑為M2.0——M4.0的螺絲。 3.1.3鎖緊螺絲的扭矩計算 要完成規(guī)定的螺絲鎖付任務，就需要對電動起子進行選型。電動螺絲刀的選型主要是對其扭力值得選取及通用螺絲直徑的選擇。螺絲的直徑已經選定，還需要對擰緊力矩的大小進行計算。 擰緊螺絲的力矩由三個部分所組成，第一部分由升角產生，用來產生預緊力使螺栓桿伸長；第二部分為螺紋副摩擦，約占40%；第三部分則為支持面摩擦，約占50%。由此數據可知，在擰緊力矩中螺紋副摩擦和支持面摩擦約占整體力矩的90%。螺紋連接的擰緊力矩的一般用以下的公式進行計算： ， （3-1） 式中：M--------擰緊力矩（N·M）； K--------阻力系數； D--------螺紋的公稱直徑（MM）； F--------預緊力（N）。 對于阻力系數的 ，行業(yè)中已有成型的體系規(guī)范。參閱《機械加工工藝員設計手冊》——一般螺栓擰緊力矩，可以得出表3-1阻力系數參考表： 表3-1阻力系數參考表 K值參考表 摩擦表面情況 K值 有潤滑 無潤滑 精加工表面 0.10 0.12 一般加工表面 0.13-0.15 0.18-0.21 表面氧化 0.20 0.24 鍍鋅 0.18 0.22 干燥的粗加工表面 0.26-0.30 K值可依據加工情況的不同從上表中選出。 通常來說，預緊力F一般取破壞載荷的60%~80%，而破壞載荷為屈服極限與有效面積的乘積。對于不同的制造材料，有不同的對應要求。預緊力計算公式如下： 碳素鋼： ， （3-2） 合金鋼： ， （3-3） 式中：----------螺栓材料的屈服極限,Mpa； ----------螺栓危險截面的面積，2。 （3-4） 現(xiàn)采用公共的數值，即。 （3-5） 查閱資料可知，對于等級為4.6級的螺絲來說，其材料的公稱抗拉強度可達到400MPa級，屈強比值取為0.6，則公稱屈服強度可達：400×0.6=240MPa，即4.6級的螺絲屈服極限的為240MPa。對于公稱直徑為M2.0---M4.0的螺絲，其危險截面面積為 ： ， （3-6） 即為A11=3.14mm2。 ， （3-7） 即A12=12.56mm2。 代入給出的預緊力計算公式可得:, ， （3-8） 。 （3-9） 根據現(xiàn)在一般的加工情況，現(xiàn)采用一般加工表面無潤滑的情況，查表3-2-1阻力系數參考表可取K值為0.2。代入公式，計算可得: M11=0.2×2×753.6×10-3=0.30144≈0.30N·M， （3-10） M12=0.2×4×3014.4×10-3=2.41152≈2.4N·M。 （3-11） 經過以上的計算可知，螺絲的擰緊力矩應在0.30 N·M—2.4N·M，這是電動螺絲刀的選擇依據。根據計算的情況，并考慮市場售賣電動螺絲刀的情況，現(xiàn)選擇奇力速公司的電批，其具體型號及規(guī)格為P1L-TKS-2500LS，扭矩為0.49-2.45N.M之間。產品的具體形狀如圖3-2所示，具體的技術參數表見3-2。同系列的電動螺絲刀的扭力的參照圖如圖3-3所示： 圖3-1電動螺絲刀 表 3-2電批的技術參數表 技術參數表 型號 P1L-TKS-2500LS 輸入電壓 AC220V-240V 50/60HZ 扭力 （kgf.cm） 5.00-25.00 (Lbf.in) 4.34-21.68 (N.m) 0.49-2.45 扭力精度 (%) 正負5% 扭力調整 無段式 額定電流 50W 空轉速 (r.p.m) 1000 通用螺絲直徑 (mm) 機械牙 2.6-4.0 自攻牙 2.6-3.5 重量（g） 600 長度 (mm) 267 ESD(Anti-Static) — UL(CUL)認證 — CE認證 — CCC認證 — ROHS — 圖 3-2電批扭力曲線圖 對于該種型號的電動螺絲刀，其整個扭力可調整的范圍為0.49-2.45N·M之間，滿足本次螺絲鎖付的力矩的要求。扭矩的精度為正負5%。可廣泛應用于一般產品的螺絲裝配和鎖緊作業(yè)中，最好用于直徑小于5mm的木螺釘和鐵螺釘的操作。電動螺絲刀內部有其自己的電動機，故不需要在進行另外的配備與選型，只要配備有對應的電源就可以使電動螺絲刀工作。 3.2導軌的選型 因為電動螺絲刀是通過電批固定板安放在電批安裝板上，而電批安裝板則與Z軸的滑塊的安裝板固定在一起，這樣滑塊在Z軸導軌上移動時，就會使得電動起子完成在Z軸方向的移動，所以需要對導軌進行選擇。 導軌又可稱之為線軌，線性滑軌，能夠起到支承和引導運動構件沿著一定軌跡運動的作用，一般用在做直線往復運動的場合中。按照運動件和接觸件的不同的摩擦性質可以分成滑動導軌和滾動導軌： （1）滑動導軌 從字面上進行理解，在此種情況下，導軌面和滑塊之間為滑動摩擦，即導軌和滑塊直接接觸，兩接觸面之間的摩擦為滑動摩擦。 其特點是：導軌的導向精度高，不會出現(xiàn)間隙，能自動補償磨損。導軌整體結構簡單，制造成本較低。但是由于倆接觸面是滑動摩擦，所以其摩擦阻力會相對較大，因此相比于其他類型的導軌而言，其磨損較快。由于摩擦較大，在低速運行時會產生爬行現(xiàn)象。該類型的導軌適用于作直線運動的場合。 （2）滾動導軌 滾動導軌副中加入了滾動體和與之配合的相應部件，可以把導軌與接觸面的摩擦由滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦。 其特點是：在滑塊與導軌之間放入適當的滾動體，摩擦的性質發(fā)生了轉變，這樣就會降低二者之間做相對運動時產生的摩擦阻力，從而獲得較好的傳動精度。但是由于其部件較多，結構相對而言就會更加復雜一些，這就會使得加工比較困難，也增加了制造成本。 桌面式自動鎖螺絲機的z軸的導軌只需要完成導向的任務即可。根據導軌的不同特點，將Z軸暫時選定為直線滾動導軌系列。根據機床的設計要求，設計初步選擇： (1)直線滾動導軌副; (2)導軌上的滑塊數為4； (3)導軌的材料為不銹鋼。 初步確定為具有定位孔的標準滑塊式直線滾動導軌，型號為SSEBN10-95。其規(guī)格如下表所示： 表3-3導軌參數表1 型式 L 滑塊尺寸 Type H W L1 B C S*L L2 K Cb 不銹鋼標準規(guī)格SSEBN 10 204 20 30 15 10 M3*3 19 7.8 0.3 型式 定位孔尺寸 導軌尺寸 Type N C2 T2 W1 W2 H1 Ca d1*d2*h F G(L尺寸固定型) 不銹鋼標準規(guī)格SSEBN 10 10 2.5 9 5.5 5.5 0.3 3.5*6*3.5 20 7.5 表3-4導軌參數表2 導軌結構圖如下： 圖3-3導軌結構圖 對于這種導軌，由于它本身具有定位孔，所以可以有效縮短裝配時間，使定位的重復性更高。滾動體為滾珠，滑塊上設置有保持器（金屬絲），防止?jié)L珠下落。如果需要重新組合滑塊與導軌之間的匹配，則不能保證徑向游隙和精度，因此不推薦這種操作。使用時，請務必將導軌和滑塊的基準面對齊，以保證導軌的精確度。不要擅自接長滑軌，這將導致導軌無法正常使用。導軌的輕微變形可以通過安裝和緊固來校正，不會造成使用中的問題。 3.3橫向運動機構的設計 考慮到實際的設計情況，桌面式自動鎖螺絲機的橫向運動機構只需要能完成左右的移動即可。根據現(xiàn)在市場上已有的自動鎖螺絲機的結構可知，橫向的移動一般采用步進電機帶動絲杠傳動或同步帶輪傳動的結構?？紤]到絲杠具有制作難度大，成本高，不能自鎖等特點，本次設計中擬定采用同步帶輪傳動的機構。 橫向運動機構的運動為：電動機運行，帶動與之相連的同步輪運動，同步輪帶動同步帶移動。故只需要將z軸模塊固定在x軸滑板上，然后用壓緊機構將其與固同步帶固定，這樣當同步帶移動時固定在其上的z軸機構即可隨之完成移動。 參考已有的同步帶輪的型號及現(xiàn)有的桌面式自動鎖螺絲機的選型情況，現(xiàn)選定同步輪為米思米HTPA16S5M100同步輪。該種型號的同步帶輪節(jié)距為5mm，齒數為16，齒形為圓弧齒。相比于梯形齒而言，圓弧齒的傳動精度更高，從而使機械設備具有更高的定位精度。S5M系列的同步輪具有傳動精確、平穩(wěn)、無噪聲，工作時無滑動現(xiàn)象，具有恒定的傳動比，傳動效率高等多種優(yōu)點，故一般機械常采用此類帶輪。HTPA16S5M100同步輪配備有其自己的同步帶，故不需要另外選擇同步帶。 根據同步輪的運動要求，選定57系列步進電機作為動力源。具體型號為SST59D110X。其參數如下： 表3-5步進電機參數表 步進電機參數表 型號 步距角 電壓 電流 電阻 電感 保持轉矩 轉動慣量 引線數 重量 機身長（L） deg V A/? Ω/? Mh/? N.m g.cm2 Pin kg mm SST59D110X 1.8 3.3 1.4 2.35 7.5 870 145 4 0.51 42 對于HTPA16S5M100同步帶輪，其齒數為16，齒距為5mm，則其轉一圈的距離為：。 （3-12） 電機用步距角為1.8度的兩相步進電機，那么電機完整的旋轉一圈需要輸入200個脈沖。那么對于給定的電機的一個脈沖，電機軸端的同步帶輪所配的同步帶的行程為80/200=0.4mm，即步進電機每旋轉一步，z軸部件移動0.4mm。用戶可以通過控制步進電機的輸入的脈沖量，可以實現(xiàn)對x軸移動距離及移動方向的控制。 根據運動及導軌選用的要求要求，橫向移動裝置的導軌選為米思米SXRZ24系列直線滾動導軌。具體型號為：SXRZ24-220。其參數表如3-6所示： 表3-6導軌參數表 標準滑塊型 H L 滑塊尺寸 W L1 B C S*L L2 K T 24 650 34 56.8 26 26 M4*6 40 19 10 滑塊尺寸 導軌尺寸 油嘴 H1 W1 W2 沉孔 F G 安裝孔 E T1 d1*d2*h ?3 3 6 13 15 9.5 3.5*6*4.5 60 20 導軌的結構圖如圖3-4所示： 圖3-4導軌結構圖 根據已經選定的電機和導軌等參數，進行力的校核，看所選擇的導軌是否滿足要求。由力的計算公式可得：,可知 。 （3-13） 代入數據得。 （3-14） 由于z軸部件的質量較小，該值滿足本機構的要求，故選型合適。 整體的構件為龍門框架式的結構，但由于整體機構的質量較小，所以一般的框架均能滿足要求。橫向運動機構整體需要立柱進行支撐固定?，F(xiàn)采用GB4080鋁型材來制作立柱，這樣既可以滿足要求機構的支撐固定的要求，又可以適當的降低整體機械的質量。 4. 液壓系統(tǒng)設計計算 4.1液壓系統(tǒng)的總體設計 根據給定的要求，液壓滑臺應能夠完成快速前進，慢速前進，原位暫停，回退的工作過程。憑借此限定要求，設計出如圖4-1的液壓原理圖： 圖 4-1液壓原理圖 如上圖所示，整個液壓回路由3個液壓閥，一個雙作用單桿液壓缸，液壓泵，電動機及油箱組成。 液壓滑臺的工作流程包括快速前進，慢速前進，原位暫停和后退?；瑝K的快速前進由電磁換向閥3和4控制。緩慢的前進由閥2和4控制，并且回退時由閥4控制。當啟動按鈕按下時，滑臺控制電機啟動，電動機給液壓泵供能，液壓泵向液壓回路供油。此時控制電路中電磁鐵YY1和YY3得電，電磁式三位四通換向閥和電磁式二位二通電磁閥打到左邊，即左位接通。壓力油通過三位四通電磁閥流入液壓缸的左腔。從液壓缸右室流出的油通過閥3和4流入左腔，形成差動快速回路，使滑塊快速前進。當到達快前進終點SQ2時，控制電路中電磁鐵YY3被斷開，二位二通電磁閥復位，液壓缸右室的油通過油路中的節(jié)流閥2流入油箱，速度也隨之下降。滑臺繼續(xù)下降并改為緩慢移動。當到達SQ3時，電磁鐵YY1和YY3被切斷，液壓閥均返回中間位置。此時，滑塊移動被停止。滑臺的停止時間可以通過時間繼電器來控制。在停止時間內，電批開始工作，完成螺絲鎖付的任務。在停止時間結束后，電磁鐵YY2得到電，電磁式三位四通換向閥向右撞擊，即閥的右位置被接通，液壓泵向液壓缸的右側供給油，左腔通過閥4直接流回油箱，滑臺退回原位置。一輪加工完成，重新啟動后可以開始新一輪的加工過程。 電磁鐵的運行順序如表4-1所示，表中“+”代表電磁鐵獲取電能，“-”代表電磁鐵失去電，具體情況如下： 表4-1電磁鐵動作順序表 工作要求 電磁鐵 YY1 YY2 YY3 快速前進 + — + 慢速前進 + — — 工作停留 — — — 快速后退 — + — 4.2液壓缸的計算 由于液壓滑臺要完成快速進給，慢速進給，回退的要求，故應選擇雙作用單活塞桿的液壓缸，用以構成差動回路，完成設計要求。在本次設計中，由于滑臺和電動螺絲刀的質量都較小，且桌面式自動鎖螺絲機屬于一般類機床機械，采用中低壓液壓缸即可。根據數據，對于中低壓缸，額定壓力通常在2.5MPa和63MPa之間，壓力暫時為2.5MPa。不考慮壓力損失，進油口壓力為2.5MPa,即P1=2.5MPa。 根據加工要求及市場現(xiàn)狀，現(xiàn)規(guī)定液壓缸的計算參數如下：快速前進時的速度為V3=3.6m/s,慢進速度為V1=1.3m/s,快退速度為V2=2.0m/s，進油口壓力P1=2.5MPa，出油口壓力P2=0MPa,流量為Q=25L/Min,容積效率和機械效率分別為0.98和0.97。由下列公式可計算出液壓缸的缸徑和活塞桿的直徑。 慢速進給的速度計算公式為：， （4-1）　 化簡后可得公式。 （4-2） 代入數據得。 （4-3） 快速前進的計算公式為：， （4-4） 化簡后可得公式。 （4-5） 代入數據可得。 （4-6） 在計算出液壓缸的直徑和活塞桿的直徑后，需要對數據圓整。經圓整后可得D=20mm，d=12mm.利用回退的速度V2進行初步檢驗，看是否滿足速度要求。 回退的速度計算公式為：， （4-7） 代入已知的數據計算可得: 2.03m/s， （4-8） 滿足預定要求。 液壓缸的運動如圖4-2所示： 圖 4-2液壓缸運動情況圖 根據機構運動要求及結構設計，出于簡化工藝和降低成本的考慮，將其行程定為標準系列值，現(xiàn)選定行程為100。 根據設計出的條件，對液壓缸的推力進行校核計算，看是否滿足條件。 慢速前進時能推動的最大負載的計算公式如下：， （4-9） 代入已知的確定數據可計算得：。（4-10） 回退時能推動的最大負載的計算公式如下： ， （4-11） 代入已知的確定數據可計算得：。 （4-12） 快速前進時能推動的最大負載計算公式如下： ， （4-13） 代入已知的確定數據可計算得：。 （4-14） 結合以上的計算可知，液壓缸最小能推動的負載為27千克。由于滑臺和電批的質量都比較小，故滿足設計要求。 4.3液壓泵及電動機的選擇 由于已經給出了部分的參數，再根據計算的數據，可對液壓缸及電動機進行選型。根據額定壓力為2.5MPa,流量為25L/Min，可選定四海液壓機械廠的CB-B25型齒輪泵，其參數表如表4-2所示： 表4-2液壓泵選型參照表 CB-B25系列齒輪泵技術參數表 型號 額定流量 額定壓力 額定轉速 容積效率 總效率 壓力脈動 噪聲值 驅動功率 重量 CB-B25 L/min Mpa r/min ηv% ηt Mpa 分貝 Kw Kg 25 2.5 1450 >=94 >=81 正負0.15 67-70 1.3 4.6 根據表中的數據可知應配備電動機的功率為1.3KW，現(xiàn)采用特龍牌YD90L三相異步電動機。其額定電壓為380V，額定轉速為1420rpm，額定功率為1.3KW，可廣泛用于各種機構中。 5. 機電系統(tǒng)及PLC的設計 應用宇龍機電仿真軟件對桌面式自動鎖螺絲機液壓部分進行了運動的仿真模擬運行。 5.1PLC控制系統(tǒng)的簡介 PLC（Programmable logic Controller）為可編程邏輯控制器，是一種簡便的數字運算操作電子系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)軟件的編程，可以用來執(zhí)行邏輯控制、定時、計數A/D、D/A轉換、數字控制、數據處理和通信聯(lián)網等多種功能，并通過數字或模擬量的輸入和輸出，以控制各種機械或生產的過程。 在實際的設計過程中，PLC控制系統(tǒng)的設計將涉及到多個方面，最基本的設計原則可以歸納為4點： (1)可靠性原則，用以確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性，準確的完成所要完成的任務。 (2)完整性原則，要最大限度的滿足工業(yè)生產要求或機械設備的控制要求。 (3)經濟型原則，在如今經濟化和通用化的大社會背景下，應力求控制系統(tǒng)簡單、實用、合理。 (4)可發(fā)展性原則，任何設計不應只適用于單一的產品，應適當的考慮生產發(fā)展和工藝改進的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。 PLC控制系統(tǒng)的整體設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。所謂的硬件設計，是指完成預定運動的PLC外部設備的選擇，而軟件設計即指對應功能的PLC應用程序的設計。整體的設計可以分為以下6步進行。 （1）熟悉被控對象 （2)評估控制任務 (3)硬件選擇 (4)編寫應用程序 (5)程序調試 （6)編寫技術文件 5.2液壓控制電路的設計 在該設計中，帶動電動起子完成電動起子頭的旋轉任務的電動機在電批頭的內部，故不需要另外的設計與控制。液壓電路的電動機只需要完成泵的供能即可，即只要給三相異步電動機通電使其工作即可，因此主電路只要完成電動機的啟動任務。 滑臺需要完成快速前進、慢速前進、回退的運動過程，根據滑臺的運動情況及工作要求可設計出如圖5-1的電路原理圖： 圖5-1液壓回路電路原理圖 QF為電路開關，閉合此開關后，電機運行，給液壓泵供油。SA為工作開關，SQ1,SQ2,SQ3為三個行程開關，SB1為啟動開關，SB2為回退開關，KT為時間繼電器。閉合SA和SB1及行程開關SQ1時，繼電器線圈KA1通電，電磁鐵YY1的線圈和YY3的線圈得電，液壓滑臺快速運動。碰到行程開關SQ2后，即SQ2閉合，使得KA2的線圈得電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，電磁鐵YY3的線圈失電，液壓滑臺開始慢速運動。碰到行程開關SQ3后，時間繼電器KT線圈得電，滑臺停止移動動，時間繼電器啟動，并且計時開始。計時時間到后，按下回退開關SB2，SB2閉合。KA3線圈得電，其常開觸點閉合，電磁鐵YY2的線圈得電，滑臺退回。 5.3液壓部分PLC設計 根據所述的工作情況，在輸入端包括總控制開關SA,三個行程開關SQ1,SQ2和SQ3,,前進開關SB1和后退開關SQ2。輸出端包括的部分是三個電磁鐵的線圈。即將開關的閉合情況與線圈的閉合情況分配在輸入輸出兩個部分。根據其端口數量選擇日本三菱公司的型號為FX2N-32MR的控制器作為該應用中的PLC控制器。 PLC的I/O地址分配表如表5-1所示： 表5-1PLC的I/O地址分配表 輸入 輸出 外部設備 輸入口 作用 外部設備 輸出口 作用 SA X0 總控制開關 YY1 Y0 電磁鐵 SB1 X1 工作開關 YY2 Y1 電磁鐵 SB2 X2 后退開關 YY3 Y2 電磁鐵 SQ1 X3 行程開關 SQ2 X4 行程開關 SQ3 X5 行程開關 PLC外部接線圖包括輸入與輸出兩部分，具體分配情況如下圖： 圖5-2PLC外部接線圖 根據I/O分配表及規(guī)定的動作要求，設計出如下的梯形圖： 程序簡要說明如下： 程序段0：當閉合總體開關SA即X0接通時，整個系統(tǒng)開始供電。閉合前進開關SB1和行程開關SQ1即X1和X3接通時，對應的線圈有輸出。 程序段10：完成接通開關的狀態(tài)后，保持電磁鐵YY1和YY3的工作狀態(tài)即保持在接通的狀態(tài)即Y0和Y2保持輸出。 程序段15：當遇到行程開關S2即X4接通時，電磁鐵YY3斷電即只有Y0扔保持輸出狀態(tài)，進入滑臺慢速前進的過程。 程序段20：當遇到行程開關SQ3即X5接通時，電磁鐵均斷電即無輸出。時間繼電器啟動，開始計時。計時時間可以自己設定。 程序段23：計時時間到后，啟動后退開關SB2即X2接通時，電磁鐵YY2通電即Y1有輸出，滑臺開始快退。 程序段30：滑臺退回原位后，電磁鐵YY1斷電即Y1停止輸出。 程序段32：整個程序結束。 5.4宇龍液壓控制系統(tǒng)仿真 宇龍仿真軟件提供了一個能夠進行仿真運行的平臺，可以進行多種仿真設計，包括電動，氣動，液動及PLC的運行仿真。 根據元件的選擇及宇龍仿真軟件可得如下的仿真圖： 圖5-3宇龍仿真軟件圖 滑臺快速運行時的仿真過程如下圖，圖中橙色部分線路代表被接通的線路： 圖5-4快進運行圖 滑臺慢速運動時的仿真過程如下圖： 圖5-5慢速運行圖 滑臺回退時的仿真過程如下圖： 圖5-6回退運動圖 結論 通過本次設計桌面式自動鎖螺絲機，從中深刻掌握到桌面式自動鎖螺絲機的設計，并對該結構進行設計計算，通過AUTOCAD和SOLIDWORKS軟件進行二維圖和三維圖的繪制。 綜上所述得到以下結論： (1)本設計適應了自動鎖螺絲機的需求，可以完成螺絲鎖付的任務； (2)設計中涉及的學科較多，有了綜合的應用； (3)充分查找資料根據計算結果和設計的需要，選用合適的零部件，并對其進行校核；精度驗算。 (4)通過對機構的設計，對已學過的知識進行了整體的回憶及梳理。 (5)對PLC系統(tǒng)進行了設計，對現(xiàn)代化的工業(yè)發(fā)展也有了基礎的了解。 同時在設計的逐步深入中，也發(fā)現(xiàn)一些值得反思的問題： (1)由于電批頭無磁性或者真空氣壓的配置，故無法完成自動取螺絲的任務，仍需要將需所附的螺絲提前放入螺絲孔中。 (2)Z軸的移動現(xiàn)在用液壓控制能夠完成任務，如果用氣缸供能用彈簧蓄力也能完成相應的任務。 (3)步進電機的控制也可以考慮采用PLC的控制。 總之，本次設計的桌面式自動鎖螺絲機能夠完成預定的螺絲鎖付的任務，但也可以再進行適當的改進。 參 考 文 獻 [01] 萬太福,唐賢永.可編程序控制器及其應用[M].重慶:重慶大學出版社,2000. 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