【導讀】本設計的任務是完成一套螺釘自動裝配設備。經(jīng)過方案擬定、分析、實驗等步驟本。在機械裝置設計部分，經(jīng)過。對運動情況，尺寸的設定等分析實驗，最終完成了整機的結構設計，包括機架等。作為傳動方式，采取一個氣缸來實現(xiàn)電批頭的上下往復運動。在行程控制方面，采用了。十字萬向聯(lián)軸器來解決非同軸的旋轉運動，用彈簧、套筒等來緩沖行程，實現(xiàn)行程控制。缸的伸縮情況，電批的旋轉停動情況等一系列自動化動作，因此需要用到控制器來完成。

　　

【正文】 圖 湖南 大學畢業(yè)設計 (論文 ) 第 18 頁 上下滑動架的結構設計 上滑動架主要是用來固定電批，連接運動活塞，而下滑動架主要是用來扶持電批頭，導向電批頭讓其準確對準螺孔。因此 可設計出上下滑動架子的大致結構 如右 圖 。 下滑動架與上滑動架大致相同，只是把固定電批的孔的換成扶持電批頭的裝置即可 。 圖 上滑動架 螺釘輸送導套結構設計 對于這部分結構的設計，查閱很多資料，再通過與老師的溝通交流得知，這以機構主要用手指式結構居多，并且這種方式可靠性好，因此，本設計同樣選用手指式結構，其基本結構圖如下圖 ： 手指式結構 機架設計 機架制造方式的選取 機架是用來放裝 備的，所有設計的零件都在機架上?？梢姍C架必須擁有足夠的強度與剛度，能夠承受設備 的載荷， 以避免承載力不夠 ，機架癱垮，破壞整個設備，并在運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，機架有兩種方式來制造，焊接或者是鑄造 [6]。 鑄造在 機械工程的制造方面應用十分的普及，在如今各種各樣的的機械裝置中，如車床、發(fā)動機、內燃機 等 中，鑄造的地位舉足輕重 。鑄造一般分為手工鑄造、機器造型、 湖南 大學畢業(yè)設計 (論文 ) 第 19 頁 壓力鑄造等等 [7]。通過鑄造能夠制造出很復雜的造型，鑄造件相比焊接來說，有較強的抗震效果，但是鑄造也有很多缺點跟不足，如鑄件 成分內部晶體粗大不細膩、成分均勻性不足 、質量不穩(wěn)定、 笨重 、 不易修改制造、 廢品率高等。 焊接形成是一種比 較先進的、高效的金屬連接方法，是現(xiàn)代工業(yè)生產中重要的連接方法之一，在國內的生產經(jīng)濟中，占有很大的比重 [7]。焊接同樣廣泛應用在機械制造。冶金航空航天等部門。相比鑄造件來說，焊接具有結構質量輕、材料 利用率高、成本低、強度剛度好等優(yōu)點，但是焊接也有很多缺點，如某些材料難以焊接、焊接產生材料變形、吸收震動效果差等。 綜上，本設計多軸自動鎖螺絲機工作時比較平穩(wěn)， 負荷變動不大， 不會有大幅度的震動，整個裝置重量也不是很大。再考慮經(jīng)濟等因素，相對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 架。 機架結構的設計 選取焊接方式制造機架后，我們知道，該機架的承載能力是沒用鑄造機架好。所以，為了增加機架的承載能力，必須采取措施來增大機架的強度與剛度。在過去的學習中，我們知道，增加加強板或者改變受力方向可以增大機構的承載能力，因此從這兩方面著手，把機架的四個腳設計成斜置來改變受力方向，再在每兩個 腳之間加上加強板來增加強度 [7]。所以基本結構如 圖 。 圖 機架結構 機械裝置總機設計部 分總結 至此，機械裝置設計部分基本完成。 概括來說，整機采用電批來驅動電批頭的旋轉運動，用氣動的方式來驅動電批的直線上下往復運動，用彈簧、套筒等設計來完成行程速度的控制。在結構設計上，設計了手指結構、萬向節(jié)裝配體等機構，并且做了整個機架等構件的設計，進行了運動模擬、干涉問題的檢驗等等。設計內容能夠實現(xiàn)螺釘裝配的運動。 湖南 大學畢業(yè)設計 (論文 ) 第 20 頁 第四章 PLC 控制系統(tǒng)的設計 4． 1 控制 系統(tǒng) 功能分析 由運動情況知道，控制系統(tǒng)的功能主要是處理運動的動與停。具體的說就是，先檢測工件與螺絲的到位情況，若都到位，則控制氣缸帶動電批下降，同時電批接通 旋轉。當檢測到螺絲擰緊，則控制氣缸收回，電批停止運轉。機器同時具有安全保護功能。 輸入輸出設備 I/O 分配 輸入端有啟動開關、停止開關、急停開關、上限為傳感器、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 ： 表 I/O分配 PLC 的選取 由本設計機構的運動分析可以知道，該機構的輸出端主要由兩個，一個是驅動氣缸往復直線運動，一個是驅動電批的旋轉 ， 而氣缸主要通過電磁閥來驅動 ，同時還可以適當增加指示燈環(huán)節(jié)的輸出以便系統(tǒng)更加完善。而對于輸入端，主要有開始、停止、急停、還有若干傳感器的信號輸入，所以我們可以看出，本機 構并不需要過多的 I/O 點數(shù)。普輸入信號 輸出信號 名稱 輸入點編號 名稱 輸入點編號 啟動按鈕 SB1 電磁閥（氣缸伸縮運動） YC1 停止按鈕 SB2 電批開關 YC2 上限位傳感器 工作指示燈 YC3 下限位傳感器 停止指示燈 YC4 檢測螺釘傳感器 檢測工件傳感器 安全防護傳感器 急停開關 SB3 湖南 大學畢業(yè)設計 (論文 ) 第 21 頁 通的 PLC 即可。所以經(jīng)過資料查閱再考慮經(jīng)濟因素等各方面，最后選取西門子所生產的一種 S7200 CPU224X 系列的 PLC 控制器。 該主機由 14 個輸入端， 10 個數(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~ 85~264V交流電壓。 產品實物如 右 圖 [9]。 圖 S7200 PLC 電磁閥的選取 電磁閥是用來控制氣缸的往復運動，本設計中，氣缸的往復運動比較簡單，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： 流通介質：水液、空氣、油等無腐蝕性液體 介質溫度： ≤60 ℃ （不凍結） 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 電源模塊的選取 由 于 上面一些器材的選取后，用到的電壓主要為 DC24V，因此， 系統(tǒng)中 需要用 到一個將 220V交流電壓轉變?yōu)?24V 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 開關電源。 實物尺寸 如右 圖 具體參數(shù)如下： 圖 奧普源 24V3A電源開關 輸入電壓： 1 220（ V） 輸出電壓： 24（ V） DC 輸出功率： 72（ W） 類型： AC/DC 電源 湖南 大學畢業(yè)設計 (論文 ) 第 22 頁 晶體管連接方式：單端式 型號： 24V3A 品牌：奧普源 調制方式：脈沖寬度 調制 (PWM)式 產品認證： CE 屬性：屬性值 硬件電路連接圖 見附件 5 湖南 大學畢業(yè)設計 (論文 ) 第 23 頁 第五章 結論 本次設計完成了固定式多頭自動螺釘裝配設備的機械裝置與控制系統(tǒng)的設計，設計內容能夠實現(xiàn)工件、螺釘?shù)奈恢脵z測，螺釘?shù)淖詣友b配并計數(shù)的任務要求。在機械裝置設計過程中，采用了電批作為擰緊螺釘?shù)男D運動的動力來源。而對于電批的上下往復運動的動力則選取氣缸作為動力來源，安裝簡便，安全可靠。與此同時，在電批頭的行程速度控制上，采 用了彈簧、套筒等部件來進行控制。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)，用光電傳感器等進行檢測并輸入信號給 PLC。 總的來說，本次設計基本完成了設計任務，但是在整機的精簡結構方面做的還不夠好。比如說，這個設備的尺寸過大，而設備內部空間沒有能夠充分利用，造成了空間浪費。因此，這一方面是本次設計所需加強改進的地方。 湖南 大學畢業(yè)設計 (論文 ) 第 24 頁 致謝 本次設計是在顏 運昌老師嘔心瀝血的幫助下完成的 。 在整個設計過程中，顏老師不僅在設計上給了我很大的幫助，同時在心態(tài)上，學習方式等各個方面都給與了誠懇的指導，讓自己這幾個月的時間里 學到了很多知識，無論是在專業(yè)知識還是在學習方法、思考方式。這里對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，在每位師長的幫助下，自己的設計才變得更加的完善。 最后感謝湖南大學，給了我們這么好的實驗平臺、給我們分配了這么多負責人的老師、給與了自己一個做畢業(yè)設計的機會！讓自己在這么短 的時間里學到了這么多東西。 再次感謝所有幫助過我的領導、老師、同學 ,謝謝你們！ 湖南 大學畢業(yè)設計 (論文 ) 第 25 頁 參考文獻 [1] 鄧星鐘 ． 機電傳動控制 [M] ． 武漢 ： 華中科技大學出版社 ， 2020： 15． [2] 楊曙東，何存興 ． 液壓與氣壓傳動 [M] ． 武漢 ： 華中科技大學出版社 ， 2020： 34，263264,295301,316317． [3] JB/T 5901— 1991， 中華人民共和國機械行業(yè)標準 [S] ． 北京 ： 中國標準出版社 ， 1991． [4] 濮良貴 ， 紀名剛 ． 機械設計 [M] ． 北京 ： 高等教 育 出版社 ， 2020： 1319，60369,343357,316317． [5] 劉鴻文 ． 材料力學 [M] ． 北京 ： 高等教育出版社 ， 2020： 7389,112118,262264． [6] 吳立言，現(xiàn)代機械設計手冊 [M] ． 西安 ： 西北工業(yè)大學出版社 ， 2020： 681705 ． [7] 曾志新，呂明 ． 機械制造技術基礎 [M] ． 武漢 ： 武漢理工大學出版社 ， 2020： 232245． [8] 翟封祥，尹志華 ． 材料成型工藝基礎 [M] ． 哈爾濱 ： 哈爾濱工業(yè)大 學出版社 ， 2020：3246,119123.． [9] 朱文杰 ． S7200 PLC 編程設計與案例分析 [M] ． 北京 ： 機械工業(yè)出版社 出版社 ， 2020：3040．