【文章內(nèi)容簡介】 論文） 14 第 4 章 氣動系統(tǒng)設(shè)計 167。 氣缸的選擇 167。 氣爪的選型 氣爪 選擇時應注意的事項 增加額外的 夾頭重量，將會增加運動質(zhì)量，增高了動能，在夾頭運動到終點位置時，會損壞氣爪。 夾頭安裝 氣爪時，應使用定位銷。 夾頭的重復定位精度 為 177。， 氣爪的復位精度為 。 氣爪不應在 侵蝕介質(zhì)、焊接火花、研磨粉塵的場合下使用。不要在未節(jié)流的情況下操作氣爪 。 要注意工件的運動方向 ，尤其是在加速度情況下。 在抓取工件時 ，還應考慮其周圍的空間，氣爪張開的角度不能影響相鄰的工件。 考慮到搬運球料 所需的精度 要求不高 ， 對球料的定位使用帶有 圓弧槽的手指，氣動手指規(guī)格中的 一個 重要參數(shù) 是 手指能抓取的最大抓取重量， 本系統(tǒng)中 的工件重量較輕， 查閱機械手冊并結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，本次設(shè)計選取的球的材料為鋼，球重約 2 kg,直徑為 6c m，手指行程為 30 mm，材料為聚四氟乙烯，查得二者的摩擦系數(shù)約為 ?=。受力分析 簡圖如下： 圖 受力分析圖 XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 從 機械設(shè)計手冊中查得 ，摩擦 夾緊型手指的夾緊力計算公式為 ： ()2G m g aFS??? (41) 式中 ： 2mgS~GF?— 為 每 個 夾 頭 的 夾 緊 力 (N) ；— 工 件 質(zhì) 量 (kg) ；— 重 力 加 速 度 ， 取 ；— 氣 爪 頭 與 工 件 的 摩 擦 系 數(shù) ；— 安 全 系 數(shù) 范 圍 在 4 之 間 ； 氣動手指 運動視為勻速運動， 無加速度 ，手指運行較平穩(wěn)， S 取。 計算后得出 ：夾緊力 ： 2 9 .8 1 .6 = 1 5 6 .9 6 N2 0 .1GF ???? (42) 所需要的 力 為 計算 值的 兩倍 ： 2 15 6. 96 = 31 3. 92 NF ??總 (43) 根據(jù)計算結(jié)果 ，選擇 H ITOP 公司的 MH C40 系列 平行氣動手指 。 167。 雙活塞桿氣缸的選型 一般氣缸的選型包括以下步驟： 根據(jù)工作機構(gòu)運動要求和結(jié)構(gòu)選擇氣缸的類型及安裝方式； 根據(jù)工作機構(gòu)載荷及速度要求計算氣缸直徑，算出的直徑應參照選型手冊圓整為標準缸徑； 由氣缸 直徑 及工 作壓 力計 算和 選擇 缸筒 壁厚 ，計 算活 塞桿 直 徑（圓整）； 根據(jù)工作要求和缸的類型確定氣缸的各部分結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)要求等； 進行緩沖以及耗氣量等計算。 （若采用標準氣缸，在計算出氣缸直徑后即可選取適當?shù)臍飧桩a(chǎn)XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 品。） 活塞桿上輸出力和缸徑計算 設(shè)氣缸為勻速運動，在活塞桿向上提升球料時所需 的力最大，因此缸徑的計算就以此為依據(jù)，在理想狀態(tài)下氣缸所需的推力就是球料和氣動手指的重力，氣動手指的重量按與其總尺寸相等的實心材料計算，則其重量約為 2kg，因此氣缸所需的推力為 F= 40N。 雙活塞桿雙作用氣缸是使用較為廣泛的一種普通氣缸，其中單個活塞上下行時活塞桿產(chǎn)生的推力為 F 則有： zFpdDF ??? )(4 22? (44) 式中 ： ( N )( m m ) 。( m m ) 。( MP a ) 。( N )zFDdpF— 活 塞 桿 的 推 力 ；— 活 塞 直 徑— 活 塞 桿 的 直 徑— 氣 缸 工 作 壓 力— 氣 缸 工 作 的 總 阻 力 氣缸工作時的總阻力 zF 與眾多因素有關(guān)，如運動部件的慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以用載荷率 ? 計入公式，則單個活塞的靜推力 F 為： ?? pdDF )(4 22 ?? (45) 計入載荷率就能保證氣缸工作的動態(tài)特性，若氣缸的動態(tài)參數(shù)較高，且工作頻率高，其載荷率一般取 ? =~，速度較高時取小值，速度低時取大值。若氣缸的動態(tài)參數(shù)一般，且工作頻率較低，基本是勻速運動，其載荷率可取 ? =~?？紤]到本課題的實際情況， ? 取。 由式（ 2）可得 ,當推力做功時： XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 24 dpFD ?? ?? (46) 用 (3)式計算時，活塞桿的直徑 d 可根據(jù)氣缸推力預先估定，估定活塞桿直徑可按照 d/D =~ 計算，可得： ??pFD 4)~(? (47) 式中系數(shù)在缸徑較大時取較小值，較小時取較大值。結(jié)合實際，取系數(shù)為 ，代入得： 4 2 01 . 0 9 8 . 73 . 1 4 0 . 5 0 . 8D m m?? ? ??? (48) 圓整后得：氣缸的缸徑 D=10mm。 根據(jù)計算結(jié)果 ，選擇 HIT OP 公司的 JXQ WM10 x50 系列雙活塞桿氣缸 。 167。 回轉(zhuǎn)氣缸的 選型 預 定 齒 輪 模 數(shù) 為 m=2 mm， 齒 數(shù) z=20 ， 軸 徑 的 最 小 尺 寸 設(shè)為10mm。 回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動力矩 可以按下式計算： M M M??驅(qū) 慣 摩 (49) 式中 ： M驅(qū) — 回轉(zhuǎn) 所需的驅(qū)動力矩（ ） M慣 — 慣性 力矩（ ） M摩 — 氣缸轉(zhuǎn)動時活塞 、密封墊圈等 密封 裝置部分產(chǎn)生的 摩擦 力矩（ ） 設(shè)起動過程 為等加速運動 ，轉(zhuǎn)動部分 的角速度 為ω，起動時間為t， 則 有 ： tJJ ?）（慣 1M ?? (410) 式中 ： — 轉(zhuǎn)動部件中 中心與旋轉(zhuǎn)軸重合部分的轉(zhuǎn)動慣量 。 XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 — 轉(zhuǎn)動部件中中心 與旋轉(zhuǎn)軸不重合 部分 的轉(zhuǎn)動慣量 其中 ： 21cJ=J+mL (411) 式中 ： 1J — 為 工件 相對于 過 重心軸線 的轉(zhuǎn)動慣量 (kg ? cm) m— 工件 質(zhì)量 (kg) L— 重心 軸線與 旋轉(zhuǎn)軸 的 偏心距 (cm) 根據(jù) Solidworks 中的轉(zhuǎn)動慣量 計算功能 得出 cmkgc ?? ， cmkgJ ?? 2221 )14(0 0 0 6 cmkgcmkgcm ?????? (412) cmNs sr a dcmkgcm ??????? / 22?）（慣 (413) 轉(zhuǎn)動的 力矩不大，頻率也不高， 因此轉(zhuǎn)動部分 的摩擦力矩 M摩 與慣性力矩 M慣 之間 按照摩擦系數(shù) ? 的關(guān)系求出，不再詳細計算 。 cmN ?????? 慣摩 (214) 因此 ： cmNcmN ???????? 摩慣驅(qū) (415) 齒輪的 分度圓直徑 4d=cm ，嚙合角 176。?=20 ， 則 其 基圓半徑為： b c os 2 c os 20 = 1. 88 c mr ? ??=r (416) 所需的推力： Ncm mNrMF b ???? 驅(qū) (417) 則 ，施加在活塞上的理論推力為 ： dF 9 .0 1 9 .6 0c o s c o s 2 0N N? ??理F= (418) 將 密封、摩擦等因素綜合考慮為載荷率 η=， 則應當施加在活塞上的實際推力為： F 9 .6 0 1 3 .7 20 .7 N N? ??理實F= (419) XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 活塞的 面積為： 2F 1 3 .7 2S 2 2 .8 6 m mp 0 .6 M P aN??實= (420) 推算出 氣缸直徑 ： 2S 2 2 .8 6 m mD = 2 = 5 .4 0 m m???1=2 (421) 查閱 H ITOP 產(chǎn)品目錄選擇 2D mm1=16 的 MK Q16 型 回轉(zhuǎn)擺動氣缸。 167。 氣動元件 表 41 氣動元件表 氣動元件 功能說明 磁性開關(guān) 氣壓泵 為各氣路元件提供動力 滑動泄氣閥 可以手動排掉氣路中的空氣 二聯(lián)式空氣組合元件 過濾減壓閥：過濾壓縮空氣中的水分及雜質(zhì)，減壓、穩(wěn)壓，提高執(zhí)行元件動作的準確度。 給油器：實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、自動的潤滑給油功能。 HVE2120D24 5通先導式電磁閥 控制氣缸的動作方向 HVE2220D24 5通先導式電磁閥 控制氣缸的動作方向 UVC 基本型真空發(fā)生器 產(chǎn)生負壓使吸盤吸取小球 MSB 系列標準氣缸 用于升球和控制球門開關(guān)等簡單的直線運動 TG ＪＸＱ系列雙缸氣缸 用于機械手上下、前后、左右運動的執(zhí)行缸，雙倍出力 TD ＧＤ系列帶導桿 用于機械手上下、前后、左右運 TG XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 氣缸 動的執(zhí)行缸 ＧＳＢ系列帶導桿氣缸 用于機械手上下、前后、左右運動的執(zhí)行缸，行程短 TG GPBH 系列滑臺氣缸 用于機械手前后、左右運動的執(zhí)行缸 TD GPE 系列帶導軌滑臺氣缸 用于機械手前后、左右運動的執(zhí)行缸 TD MKQ 型回轉(zhuǎn)擺動氣缸 用于機械手回轉(zhuǎn)擺動的執(zhí)行缸 TD HRY 氣壓分度盤 8 工位定角度轉(zhuǎn)動 SH NKS 回轉(zhuǎn)夾緊氣缸 90 度回轉(zhuǎn) TA 167。 通先導 式電磁 閥 電磁閥最常用的有單向閥、速度調(diào)節(jié)閥、方向控制閥、安全閥。此處用到的是方向控制閥 —— 2 位 5 通先導式電磁換向閥，分為單向和雙向兩種。 2 位 5 通先導式雙向電磁換向閥用來控制動作二中的滑臺氣缸、動作三中的回轉(zhuǎn)擺動氣缸、動作八中的帶導軌滑臺氣缸、動作九中的磁耦氣缸。 2 位 5 通電磁換向閥里面會有一個密閉腔，腔體上會有不同位置的通孔，每個孔連接不同的氣管，閥體兩端有電磁鐵，單向的一端為電磁鐵，另一端為彈簧，當有控制信號時電磁線圈產(chǎn)生磁力吸引活塞移動到那邊，單向電磁換向閥當控制信號消失時彈簧會把閥體拉倒彈簧那端，從而控制不同孔的通斷，進而控制氣缸中活塞的運動方向來控制機械運動。 167。 氣路圖 XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 氣路圖 XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 第 5 章 Softpro 軟件系統(tǒng)的認識 167。 SOFTPRO 編程軟件 軟件平臺 SOFTPRO：是 SOFTLINK IDEABOX 的編程平臺，它是一種適用于基于 IEC611313 國際標準的工業(yè)控制器和 PLC 組件的編程工具；不僅功能和結(jié)構(gòu)先進而且易于掌握，因而使它成為自動化產(chǎn)品市場上首屈一指的編程工具。 167。 Softpro 運行于 Windows CE/QNX 等多 種操作環(huán) 境 ■ 符合 IEC611313 國際標準，支持多種語言混合編程； ■ 實現(xiàn)現(xiàn)場采集、管理控制、人機界面一體化； ■ 內(nèi)置 WEB 服務(wù)器、 OPC 服務(wù)器； ■ 集成可視化編程界面，可直接進行人機交互編程； ■ 支持實時時鐘，支持看門狗定時器； ■支持密碼保護、采樣跟蹤、日志管理； ■ 強大的離線仿真調(diào)試工具。 167。 編程語言 Softpro 軟件包中包括符合 IEC611313 標準的五種編程語言：即指令表語言（ IL）、功能塊圖（ FBD） /連續(xù)功能圖（ CFC）、梯形圖（ LD）、 結(jié)構(gòu) 化文本 （ ST）、 順序 功能圖 （ SFC）， 常 用的 ： ST語言、 LD 語言、 SFC 語言同時也可支持 VC++開發(fā)語言編程。這些編程語言 都具 有時 間監(jiān)控 、錯 誤分 析和 各種控 制標 志等 功能 。此 外，Softpro 軟件包中還包括諸如任務(wù)配置和輸入 /輸出配置在內(nèi)的程序單元運行環(huán)境編輯器。 XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 167。 自由且豐富的 HMI 組態(tài)界面 ■ 豐富的圖庫可選，按鈕、開關(guān)、指示燈等等 ■ 支持趨勢圖和報警配置功能 ■ 強大的仿真模擬運行功能 ■ 超文本實現(xiàn)多語言顯示 ■ 支持 ActiveX 控件 167。 支持遠程維護 和訪問 圖 控制網(wǎng)絡(luò) 167。 強大的運動控 制功能 SOFTPRO 內(nèi)含有多種功能的庫文件，其中的運動控制功能庫可以滿足絕大部分運動控制的應用需要，即使是很復雜的運動類型都可以通過簡 單的 調(diào)用 來讀取 訪問 。并 且運 動控制 支持 單軸 和多 軸配 合運行，同時還支持多軸插補運動，任意兩軸之間的線性插補、三軸之間的圓弧插補都可以通過 SOFTPRO 來完成。 XXXX大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 第 6 章 程序編寫與調(diào)試 167。 程序簡介 此程序使用 softPro 軟件進行編寫，主要包括回零功能塊、每個動作的程序、一個主控制程序以及與程序關(guān)聯(lián)