【正文】 ................................. 18 機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ................................................................................................. 19 第 4 章 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 20 控制系統(tǒng)功能分析 .................................................................................................... 20 輸入輸出設(shè)備 I/O 分配 ............................................................................................ 20 PLC 的選取 ............................................................................................................... 20 電磁閥的選取 .............................................................................................................. 21 電源模塊的選取 ........................................................................................................ 21 硬件連接圖 .................................................................................................................22 第 5 章 結(jié)論 ............................................................................................................................ 23 致謝 .......................................................................................................................................... 24 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 25 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 1 頁(yè) 第一章 緒論 課題 背景及目的 固定式多頭自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備 也可以稱之為固定式多軸自動(dòng)打螺絲機(jī)。在這 個(gè)科技迅速發(fā)展的時(shí)代中，自動(dòng)化的普及化也迅速展開 。 在 家電、手機(jī)、 電腦、 塑膠等古老勞動(dòng)力居多的企業(yè)中，手動(dòng) 擰 緊螺釘（栓）做占用的時(shí)間占到至少三成，當(dāng)被打螺釘?shù)牟牧蠟橛捕雀叩漠a(chǎn)品時(shí)所用掉是時(shí)間更多，況且，如今的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都很復(fù)雜，螺釘（栓）的工位也是非常的多，因此手動(dòng)擰緊螺釘在如今這樣 的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中 ， 在 提高效率與利潤(rùn)的上明顯占盡劣勢(shì)。 多軸自動(dòng)打螺 絲機(jī)是根據(jù)需要打螺釘?shù)奈恢茫藕枚鄠€(gè)螺釘?shù)奈恢?，用夾具固定好被打螺釘（栓），多軸同時(shí)一起運(yùn)動(dòng)擰緊螺釘（栓），由此方法，可知，無論是要擰都少個(gè)螺釘（栓）跟擰一個(gè)螺釘（栓）所用的時(shí)間是一樣的，從而，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。由此可見，多頭自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備的生產(chǎn)與普及能給當(dāng)今各大企業(yè)帶來高效率，提高生產(chǎn)水平。因此自動(dòng)螺絲裝配設(shè)備的出現(xiàn)也是理所當(dāng)然的。當(dāng)時(shí)，德國(guó)、美國(guó)日本等國(guó)的技術(shù)處于領(lǐng)先水平，這些國(guó)家的產(chǎn)品大量涌入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。起初，這種技術(shù)的價(jià)格是 昂貴的，但隨著社會(huì)的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，生產(chǎn)技術(shù)的提高，國(guó)內(nèi)的這種技術(shù)越來越走向成熟，因此全自動(dòng)螺絲機(jī)的價(jià)格也隨著下降。同時(shí)隨著 國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本的不斷提高以及用工荒的不斷加劇，制造企業(yè)對(duì)全自動(dòng)打螺絲機(jī)的需求不斷上升，產(chǎn)品應(yīng)用前景進(jìn)一步得到了穩(wěn)定 。 現(xiàn)如今， 國(guó)內(nèi) 對(duì)于多軸自動(dòng)打螺絲機(jī)，國(guó)內(nèi)主要有平臺(tái)固定式、平行切換式、旋轉(zhuǎn)切換式幾種。整列單元主要是將散裝的螺絲進(jìn)行整齊排列并單個(gè)輸出。 旋轉(zhuǎn)動(dòng)力部分由電批提供， 螺絲的導(dǎo)入方式常見的有 吹氣式 和 吸附式。但吹氣式本身收到螺絲外形和長(zhǎng)徑比的限制，并不是每一種 鎖螺絲機(jī) 都適用于吹氣式 。在功能方面，能實(shí)現(xiàn)不良產(chǎn)品的檢驗(yàn)、報(bào)警，鎖緊螺釘?shù)臄?shù)目也可根據(jù)用戶自行調(diào)整，整體來說，設(shè)計(jì)比較人性化。通過 分析 、 計(jì)算 、 運(yùn)動(dòng)模擬等 ，完成打螺絲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并 利用 AUTO CAD 完成工程 二維圖的繪制。整個(gè)設(shè)計(jì)的前半段時(shí)間是用來完成機(jī)械部分的設(shè)計(jì)， 研究的內(nèi)容主要有電批延長(zhǎng)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、行程控制、動(dòng)力輸入、傳動(dòng)方式、整體結(jié)構(gòu)等問題的研究與設(shè)計(jì)。 方案擬定后，通過三維立體建模的方式來檢驗(yàn)干涉情況，最終確定整機(jī)的結(jié)構(gòu)。研究的主要內(nèi)容為控制器件的選型、檢測(cè)器件的選型、控 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 3 頁(yè) 制方式的確定、控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，采用分析、電路模擬等方式來確定控制方案的合理性?？偟膩碚f，設(shè)計(jì)過程就是按機(jī)械 控制 說明書結(jié)稿的這一大體過程來安排的。 可對(duì)裝配過程的零部件 位置進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、定位和供料，微機(jī)通過相關(guān)接口驅(qū)動(dòng)氣缸、電動(dòng)螺絲刀完成裝配動(dòng)作并實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，裝置并行完成 3~4 顆螺絲的鎖定工作，對(duì)裝置要求具有 安全保護(hù)功能。 總體方案 固定式螺絲裝配設(shè)備通俗 的講就是用自動(dòng)化裝配完成一個(gè)擰緊螺絲的工作，該裝備其實(shí)就是代替 手臂的作用，進(jìn)行螺釘輸送，送到指定位置，再擰緊。一個(gè)是送螺絲機(jī)構(gòu)，一個(gè)是擰緊螺絲機(jī)構(gòu)。擰緊 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要由電批完成 ，但是 還要有下降的動(dòng)作才能完成擰緊，因此還要設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成電批頭的下降動(dòng)作。 但是考慮到，電批頭的下降運(yùn)動(dòng)要符合擰緊螺釘?shù)男谐?，因此還要設(shè)計(jì)一緩沖環(huán)節(jié)來 時(shí)限電批下降速度與螺釘擰入速度之間的緩沖讓其 行進(jìn)的速度距離符合螺絲的擰緊，通過實(shí)驗(yàn)論證，最終選擇用一彈簧來完成緩沖作用。 圖 總體運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 方案可行性分析 首先從技術(shù)上分析，本設(shè)計(jì)所采用的零件或者選取的部件都是我們所常見的，并且在裝配上都是簡(jiǎn)單的連接，并沒有什么技術(shù)難題，而再?gòu)慕?jīng)濟(jì)上考慮，所用到的東西都 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 5 頁(yè) 是市場(chǎng)上大量存在的，并且沒有十分昂貴的東西，也是我們可以承受的。 電批下降 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 經(jīng)分析，明確電批下降所需要的運(yùn)動(dòng)方式為直線上 的 往復(fù)運(yùn)動(dòng)。電傳動(dòng)是以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，機(jī)電一體化，驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)方式；液壓是以液體為工作介質(zhì)，利用液體的 壓力能來提供動(dòng)力輸出；氣壓則是以空氣作為工作介質(zhì)，以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源的傳動(dòng)方式。 下面就這幾種 傳動(dòng) 方式 在本設(shè)計(jì)中 的利弊進(jìn)行分析并 從中選取最適合本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式： 機(jī) 電傳動(dòng) 機(jī)電傳動(dòng)（又稱電力傳動(dòng)或電力拖動(dòng)） 顧名思義就是 以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī) ， 驅(qū)動(dòng) 生產(chǎn)機(jī)器的 系 統(tǒng)總體概括。 一般情況，機(jī)電傳動(dòng) 都是用來對(duì)大功率的設(shè)備進(jìn)行動(dòng)力輸出。況且，對(duì)于機(jī)電傳動(dòng)來說，還要進(jìn)行電動(dòng)機(jī)等器件的選取，體積大、占地面積多，不利于本機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化。因此，綜合考慮，不選取機(jī)電作為電批上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)與機(jī)電傳 動(dòng)相比具有大致以下優(yōu)點(diǎn)：液壓傳動(dòng)的各種元件可以依靠我們的需要，空間的局限等要求 來自由安放，靈活性大； 他的體積不大，從而重量也很輕，占用空間小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度較其他傳動(dòng)方式較快；操縱控制方便，調(diào)速范圍可達(dá)2020:1；同時(shí)依據(jù)他自身的優(yōu)越性，可以實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；一般采用礦物油為介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；同時(shí)他還可以很容易的 實(shí)現(xiàn)遙控[2]。另外 工作性能容易受到 溫度變化的影響，不易在很高或者很低的溫度下工作，工作條件要求高。 因此，綜 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 6 頁(yè) 上所述，液壓也不是本設(shè)計(jì)的最佳傳動(dòng)方案。以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量和信號(hào)傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要手段之一 [2]。廢氣排放處理簡(jiǎn)單，無污染，成本低。但是他也有定位精度低、信 號(hào)傳遞速度慢，不易用于傳遞速度高的復(fù)雜控制系統(tǒng)、輸出力小、輸出功率小等缺點(diǎn)。 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁(yè) 第三章 各部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 總體布局 設(shè)計(jì) 氣缸放在最上端驅(qū)動(dòng)電批上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 完成擰螺絲所需要的進(jìn)給。 由于每?jī)蓚€(gè)螺 紋孔的間距僅為21mm，而電批直線排列不能滿足要求，又要保證完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即滿足軸不在同一直線上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此要用到萬向聯(lián)軸器來完成。 萬向節(jié)部分總體設(shè)計(jì) 萬向節(jié)部分 主要是用來延長(zhǎng)電批，實(shí)現(xiàn)軸線不在同一條直線上得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并有行程緩沖環(huán)節(jié)，能保證電批頭的行程與螺釘擰進(jìn)的行程一致。其結(jié)構(gòu)如下圖 。螺釘擰緊后 ，再通過 PLC 發(fā)送信號(hào)給氣缸與電批，氣缸收縮，電批停止旋轉(zhuǎn)。 螺釘為 M4，螺距 2mm左右，擰進(jìn) 25mm，初步計(jì)算所需要的扭轉(zhuǎn)力為 mm WT— 軸的抗扭截面系 數(shù) n— 軸的轉(zhuǎn)速， r/min P— 軸傳遞的功率 d— 計(jì)算截面處軸的直徑， mm ??T? — 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa 再由： TW 316d?? （ ） 由上公式可以導(dǎo)出 ： ?d 316??TT （ ） 根據(jù)材料參數(shù)，選用 45號(hào)鋼， ??T? =30MPa,帶入數(shù)據(jù)可得許用直徑為： mmd ? 因考慮到，軸的一部分會(huì)以空心形式存在，因此初步定軸的直徑為 10mm。進(jìn)行強(qiáng)度校核。 再根據(jù)彎扭條件進(jìn)行校核： 對(duì)于連接軸 2，其直徑 10mm，長(zhǎng)度 100mm,進(jìn)行彎扭結(jié)合強(qiáng)度校核： 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 9 頁(yè) 他的扭矩圖如下圖（ ） ： 圖 連接軸 2的扭矩圖 其彎矩可進(jìn)行估算得，并畫出彎矩圖如下圖 （ ） ： 圖 連接軸 2的彎 矩圖 根據(jù)第三強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，如下式： ? ???? 221 TMW () 可得 221 TMW ? =。 而對(duì)于套筒與滑動(dòng)軸部分，其只受到扭轉(zhuǎn)力的作用，彎曲力的作用可以忽略不計(jì)，因此由扭轉(zhuǎn)力矩計(jì)算出的軸滿足彎曲強(qiáng)度。氣缸伸縮的行程不能太長(zhǎng)也不能過短。但是，也不能過短。因此綜上分析，再根據(jù)一般氣缸的行程，決定選取氣缸的行程在 150mm 左右