【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成一套螺釘自動(dòng)裝配設(shè)備。經(jīng)過方案擬定、分析、實(shí)驗(yàn)等步驟本。在機(jī)械裝置設(shè)計(jì)部分，經(jīng)過。對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，尺寸的設(shè)定等分析實(shí)驗(yàn)，最終完成了整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括機(jī)架等。作為傳動(dòng)方式，采取一個(gè)氣缸來實(shí)現(xiàn)電批頭的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用彈簧、套筒等來緩沖行程，實(shí)現(xiàn)行程控制。缸的伸縮情況，電批的旋轉(zhuǎn)停動(dòng)情況等一系列自動(dòng)化動(dòng)作，因此需要用到控制器來完成。

　　

【正文】 圖 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 18 頁(yè) 上下滑動(dòng)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 上滑動(dòng)架主要是用來固定電批，連接運(yùn)動(dòng)活塞，而下滑動(dòng)架主要是用來扶持電批頭，導(dǎo)向電批頭讓其準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)螺孔。因此 可設(shè)計(jì)出上下滑動(dòng)架子的大致結(jié)構(gòu) 如右 圖 。 下滑動(dòng)架與上滑動(dòng)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(dòng)架 螺釘輸送導(dǎo)套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于這部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，查閱很多資料，再通過與老師的溝通交流得知，這以機(jī)構(gòu)主要用手指式結(jié)構(gòu)居多，并且這種方式可靠性好，因此，本設(shè)計(jì)同樣選用手指式結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)圖如下圖 ： 手指式結(jié)構(gòu) 機(jī)架設(shè)計(jì) 機(jī)架制造方式的選取 機(jī)架是用來放裝 備的，所有設(shè)計(jì)的零件都在機(jī)架上。可見機(jī)架必須擁有足夠的強(qiáng)度與剛度，能夠承受設(shè)備 的載荷， 以避免承載力不夠 ，機(jī)架癱垮，破壞整個(gè)設(shè)備，并在運(yùn)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(jī)架有兩種方式來制造，焊接或者是鑄造 [6]。 鑄造在 機(jī)械工程的制造方面應(yīng)用十分的普及，在如今各種各樣的的機(jī)械裝置中，如車床、發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī) 等 中，鑄造的地位舉足輕重 。鑄造一般分為手工鑄造、機(jī)器造型、 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 19 頁(yè) 壓力鑄造等等 [7]。通過鑄造能夠制造出很復(fù)雜的造型，鑄造件相比焊接來說，有較強(qiáng)的抗震效果，但是鑄造也有很多缺點(diǎn)跟不足，如鑄件 成分內(nèi)部晶體粗大不細(xì)膩、成分均勻性不足 、質(zhì)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(jìn)的、高效的金屬連接方法，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中重要的連接方法之一，在國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)中，占有很大的比重 [7]。焊接同樣廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造。冶金航空航天等部門。相比鑄造件來說，焊接具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、材料 利用率高、成本低、強(qiáng)度剛度好等優(yōu)點(diǎn)，但是焊接也有很多缺點(diǎn)，如某些材料難以焊接、焊接產(chǎn)生材料變形、吸收震動(dòng)效果差等。 綜上，本設(shè)計(jì)多軸自動(dòng)鎖螺絲機(jī)工作時(shí)比較平穩(wěn)， 負(fù)荷變動(dòng)不大， 不會(huì)有大幅度的震動(dòng)，整個(gè)裝置重量也不是很大。再考慮經(jīng)濟(jì)等因素，相對(duì)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(jī) 架。 機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 選取焊接方式制造機(jī)架后，我們知道，該機(jī)架的承載能力是沒用鑄造機(jī)架好。所以，為了增加機(jī)架的承載能力，必須采取措施來增大機(jī)架的強(qiáng)度與剛度。在過去的學(xué)習(xí)中，我們知道，增加加強(qiáng)板或者改變受力方向可以增大機(jī)構(gòu)的承載能力，因此從這兩方面著手，把機(jī)架的四個(gè)腳設(shè)計(jì)成斜置來改變受力方向，再在每?jī)蓚€(gè) 腳之間加上加強(qiáng)板來增加強(qiáng)度 [7]。所以基本結(jié)構(gòu)如 圖 。 圖 機(jī)架結(jié)構(gòu) 機(jī)械裝置總機(jī)設(shè)計(jì)部 分總結(jié) 至此，機(jī)械裝置設(shè)計(jì)部分基本完成。 概括來說，整機(jī)采用電批來驅(qū)動(dòng)電批頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用氣動(dòng)的方式來驅(qū)動(dòng)電批的直線上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用彈簧、套筒等設(shè)計(jì)來完成行程速度的控制。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)了手指結(jié)構(gòu)、萬向節(jié)裝配體等機(jī)構(gòu)，并且做了整個(gè)機(jī)架等構(gòu)件的設(shè)計(jì)，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)模擬、干涉問題的檢驗(yàn)等等。設(shè)計(jì)內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)螺釘裝配的運(yùn)動(dòng)。 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 20 頁(yè) 第四章 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4． 1 控制 系統(tǒng) 功能分析 由運(yùn)動(dòng)情況知道，控制系統(tǒng)的功能主要是處理運(yùn)動(dòng)的動(dòng)與停。具體的說就是，先檢測(cè)工件與螺絲的到位情況，若都到位，則控制氣缸帶動(dòng)電批下降，同時(shí)電批接通 旋轉(zhuǎn)。當(dāng)檢測(cè)到螺絲擰緊，則控制氣缸收回，電批停止運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)器同時(shí)具有安全保護(hù)功能。 輸入輸出設(shè)備 I/O 分配 輸入端有啟動(dòng)開關(guān)、停止開關(guān)、急停開關(guān)、上限為傳感器、下限位傳感器、檢測(cè)螺釘傳感器、檢測(cè)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(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析可以知道，該機(jī)構(gòu)的輸出端主要由兩個(gè)，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)氣缸往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)電批的旋轉(zhuǎn) ， 而氣缸主要通過電磁閥來驅(qū)動(dòng) ，同時(shí)還可以適當(dāng)增加指示燈環(huán)節(jié)的輸出以便系統(tǒng)更加完善。而對(duì)于輸入端，主要有開始、停止、急停、還有若干傳感器的信號(hào)輸入，所以我們可以看出，本機(jī) 構(gòu)并不需要過多的 I/O 點(diǎn)數(shù)。普輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 名稱 輸入點(diǎn)編號(hào) 名稱 輸入點(diǎn)編號(hào) 啟動(dòng)按鈕 SB1 電磁閥（氣缸伸縮運(yùn)動(dòng)） YC1 停止按鈕 SB2 電批開關(guān) 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(cè)螺釘傳感器 檢測(cè)工件傳感器 安全防護(hù)傳感器 急停開關(guān) SB3 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 21 頁(yè) 通的 PLC 即可。所以經(jīng)過資料查閱再考慮經(jīng)濟(jì)因素等各方面，最后選取西門子所生產(chǎn)的一種 S7200 CPU224X 系列的 PLC 控制器。 該主機(jī)由 14 個(gè)輸入端， 10 個(gè)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(chǎn)品實(shí)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(fù)運(yùn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)中，氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)比較簡(jiǎn)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(zhì)：水液、空氣、油等無腐蝕性液體 介質(zhì)溫度： ≤60 ℃ （不凍結(jié)） 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(gè)將 220V交流電壓轉(zhuǎn)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(guān)電源。 實(shí)物尺寸 如右 圖 具體參數(shù)如下： 圖 奧普源 24V3A電源開關(guān) 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 22 頁(yè) 晶體管連接方式：?jiǎn)味耸? 型號(hào)： 24V3A 品牌：奧普源 調(diào)制方式：脈沖寬度 調(diào)制 (PWM)式 產(chǎn)品認(rèn)證： CE 屬性：屬性值 硬件電路連接圖 見附件 5 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 23 頁(yè) 第五章 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)完成了固定式多頭自動(dòng)螺釘裝配設(shè)備的機(jī)械裝置與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)工件、螺釘?shù)奈恢脵z測(cè)，螺釘?shù)淖詣?dòng)裝配并計(jì)數(shù)的任務(wù)要求。在機(jī)械裝置設(shè)計(jì)過程中，采用了電批作為擰緊螺釘?shù)男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源。而對(duì)于電批的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力則選取氣缸作為動(dòng)力來源，安裝簡(jiǎn)便，安全可靠。與此同時(shí)，在電批頭的行程速度控制上，采 用了彈簧、套筒等部件來進(jìn)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(jìn)行檢測(cè)并輸入信號(hào)給 PLC。 總的來說，本次設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，但是在整機(jī)的精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)方面做的還不夠好。比如說，這個(gè)設(shè)備的尺寸過大，而設(shè)備內(nèi)部空間沒有能夠充分利用，造成了空間浪費(fèi)。因此，這一方面是本次設(shè)計(jì)所需加強(qiáng)改進(jìn)的地方。 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 24 頁(yè) 致謝 本次設(shè)計(jì)是在顏 運(yùn)昌老師嘔心瀝血的幫助下完成的 。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，顏老師不僅在設(shè)計(jì)上給了我很大的幫助，同時(shí)在心態(tài)上，學(xué)習(xí)方式等各個(gè)方面都給與了誠(chéng)懇的指導(dǎo)，讓自己這幾個(gè)月的時(shí)間里 學(xué)到了很多知識(shí)，無論是在專業(yè)知識(shí)還是在學(xué)習(xí)方法、思考方式。這里對(duì)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(píng)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(xué)，在每位師長(zhǎng)的幫助下，自己的設(shè)計(jì)才變得更加的完善。 最后感謝湖南大學(xué)，給了我們這么好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、給我們分配了這么多負(fù)責(zé)人的老師、給與了自己一個(gè)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)！讓自己在這么短 的時(shí)間里學(xué)到了這么多東西。 再次感謝所有幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué) ,謝謝你們！ 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 25 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] 鄧星鐘 ． 機(jī)電傳動(dòng)控制 [M] ． 武漢 ： 華中科技大學(xué)出版社 ， 2020： 15． [2] 楊曙東，何存興 ． 液壓與氣壓傳動(dòng) [M] ． 武漢 ： 華中科技大學(xué)出版社 ， 2020： 34，263264,295301,316317． [3] JB/T 5901— 1991， 中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) [S] ． 北京 ： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ， 1991． [4] 濮良貴 ， 紀(jì)名剛 ． 機(jī)械設(shè)計(jì) [M] ． 北京 ： 高等教 育 出版社 ， 2020： 1319，60369,343357,316317． [5] 劉鴻文 ． 材料力學(xué) [M] ． 北京 ： 高等教育出版社 ， 2020： 7389,112118,262264． [6] 吳立言，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M] ． 西安 ： 西北工業(yè)大學(xué)出版社 ， 2020： 681705 ． [7] 曾志新，呂明 ． 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) [M] ． 武漢 ： 武漢理工大學(xué)出版社 ， 2020： 232245． [8] 翟封祥，尹志華 ． 材料成型工藝基礎(chǔ) [M] ． 哈爾濱 ： 哈爾濱工業(yè)大 學(xué)出版社 ， 2020：3246,119123.． [9] 朱文杰 ． S7200 PLC 編程設(shè)計(jì)與案例分析 [M] ． 北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版社 出版社 ， 2020：3040．