【正文】 模是一個(gè)長(zhǎng)寬尺寸和石墨舟相同的一塊模子，上面有與石墨舟引腳孔位置相同的孔，用于引導(dǎo)針腳進(jìn)入石墨舟裝填。在機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)針腳排向之后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)石墨舟機(jī)構(gòu)移出，然后由人工搬動(dòng)上模與石墨舟分離，分離過(guò)后通過(guò)人工觀察哪個(gè)孔里面沒(méi)有針腳，再由人工對(duì)石墨舟針腳進(jìn)行補(bǔ)充裝填。 石墨舟倉(cāng)部分改造的初步想法為了解決原本排向機(jī)自動(dòng)化低，需要人工，費(fèi)時(shí)費(fèi)事等缺點(diǎn)，我們決定在石墨舟倉(cāng)部分進(jìn)行一些自動(dòng)化改造，在原有機(jī)器的基礎(chǔ)上添加一些部件，使得機(jī)器的自動(dòng)化能力大幅提升，提高產(chǎn)值。此方案有加工快速，自動(dòng)化程度高，便于回收等特點(diǎn)，但是由于傳送帶所占面積太大，如果進(jìn)行改造需要對(duì)廠區(qū)進(jìn)行比較大的改造，而且只有一個(gè)機(jī)械手加工速度也不是特別快，因此我們最后還是放棄了這一方案。此套設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是比較節(jié)省空間，十個(gè)石墨舟一堆，大大的節(jié)約了廠區(qū)的空間，而且在原有機(jī)器的基礎(chǔ)上不用修改太多部件，這樣設(shè)計(jì)也可以便于工人上料下料，整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化程度也很高。 石墨舟倉(cāng)改造方案確定我們決定將上述方案2進(jìn)行修改作為我們此次排向機(jī)改造畢業(yè)設(shè)計(jì)的主方案，在上料機(jī)械手部分我們決定采用如下圖的結(jié)構(gòu)： 上料機(jī)械手部分方案圖我們決定選用兩個(gè)上料機(jī)械手一起固定在板材上，在橫向氣缸的初始位置左邊的氣缸放置在石墨舟上針腳的工作位置，右邊的氣爪位于空堆石墨舟位置，在抓取石墨舟時(shí)，縱向方向的氣缸先下降，然后氣爪松開(kāi)，抓取石墨舟，加緊后上升，然后橫向方向氣缸運(yùn)動(dòng)，將左邊的氣爪移動(dòng)至滿堆石墨舟處，右邊的氣爪移動(dòng)至石墨舟工作位置處，然后將兩個(gè)氣爪放下并松開(kāi)，這樣兩個(gè)氣爪同時(shí)運(yùn)動(dòng)，大大加快了加工的效率，而且便于控制。氣爪抓動(dòng)后，等石墨舟到達(dá)滿堆處，滿堆處的氣手指伸出，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)氣手指緩緩拉動(dòng)石墨舟堆下降一個(gè)工位，等待一個(gè)新的滿堆石墨舟堆上來(lái)。 排向機(jī)改造的控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)我們通過(guò)對(duì)此套排向機(jī)改造系統(tǒng)的研究與討論后決定設(shè)置如下傳感器：檢測(cè)有無(wú)針腳，檢測(cè)工作位置有無(wú)石墨舟，檢測(cè)送料立柱升降機(jī)是否處在初始位置最低位置，檢測(cè)工作工位是否有空余，檢測(cè)空堆工位是否有石墨舟，檢測(cè)針腳是否裝滿，檢測(cè)工作工位處是否空閑，檢測(cè)下降機(jī)構(gòu)最高位置是否有空位，若無(wú)空位則用氣手指將最高位降下，然后氣手指歸于最高位，檢測(cè)下降位置是否有空余，檢測(cè)二工位處是否有石墨舟等傳感器。進(jìn)行檢測(cè)部分，我們?cè)O(shè)定的工序?yàn)楣ぷ魑粋鞲衅鳈z測(cè)上下方向氣缸下降45mmm；氣爪傳感器，氣爪閉合，檢測(cè)上下方向氣缸上升45mm；檢測(cè)縱向傳感器，送料左右方向氣缸向左600m；檢測(cè)位傳感器1，檢測(cè)上下方向氣缸下降45mm；檢測(cè)位氣爪傳感器1, 氣爪松開(kāi)，石墨舟至檢測(cè)位，檢測(cè)上下方向氣缸向上45mm。進(jìn)行下料部分，我們?cè)O(shè)定的工序?yàn)闄z測(cè)位傳感器2，檢測(cè)下料上下方向氣缸下降45mm；檢測(cè)位氣爪傳感器，檢測(cè)氣爪閉合，抓取石墨舟，下料上下方向氣缸上升45mm，下料上下方向氣缸傳感器，檢測(cè)下料左右方向氣缸向左600mm；下料氣爪傳感器，檢測(cè)氣爪松開(kāi)，下料上下方向氣缸上升45mm；石墨舟堆傳感器，檢測(cè)下料上下方向氣缸下降45mm。 步進(jìn)電機(jī)控制原理圖，控制器為PLC，PLC產(chǎn)生脈沖信號(hào)，進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，一般控制脈沖信號(hào)都很弱，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可將脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大，將從控制器發(fā)來(lái)的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，實(shí)現(xiàn)后續(xù)的動(dòng)力提供。在上料機(jī)構(gòu)中，當(dāng)空石墨舟由氣爪抓取送到工作位置后，氣手指提升石墨舟上升一個(gè)工位，提升高度為45mm。保持轉(zhuǎn)矩為12N，[11]。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在10細(xì)分狀態(tài)下，由公式 （） 可知:步進(jìn)電機(jī)發(fā)出3000個(gè)脈沖時(shí)，氣手指抬升空石墨舟45mm。如圖所示，石墨舟堆疊為十個(gè)，導(dǎo)軌上裝有滑塊，滑塊由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)連接著一根絲桿，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿上的螺母隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)石墨舟機(jī)構(gòu)整體上升下降，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，石墨舟上升，用于空堆石墨舟機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，石墨舟下降，用于滿堆石墨舟手機(jī)機(jī)構(gòu)，滑塊由導(dǎo)軌保證運(yùn)動(dòng)方向是豎直的。此套方案的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可以由安裝在電動(dòng)機(jī)上的螺母來(lái)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為石墨舟的升降移動(dòng)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，設(shè)計(jì)安裝比較簡(jiǎn)單。方案2：帶傳動(dòng)升降裝置 帶傳動(dòng)升降機(jī)構(gòu)示意圖帶傳動(dòng)：靠齒嚙合傳動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高，初張緊力最小，瞬間速度均勻，單位質(zhì)量傳遞的功率最大；與鏈和齒輪傳動(dòng)相比，噪聲小，不需潤(rùn)滑，傳動(dòng)比、線速度范圍大，傳遞功率大；耐沖擊振動(dòng)較好，維修簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)。如圖所示為我們?cè)O(shè)計(jì)的帶傳動(dòng)升降機(jī)構(gòu)，石墨舟由氣手指帶動(dòng)上升或者下降，氣手指安裝在帶輪上面，由專門的夾具固定。在這里要說(shuō)明的是氣手指實(shí)質(zhì)上是一個(gè)小型的氣缸，伸出后拖住石墨舟堆底部，隨著帶傳動(dòng)的上升和下降將拖動(dòng)石墨舟堆的上升下降，已完成石墨舟的移動(dòng)。此套方案的缺點(diǎn)是如果設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)系統(tǒng)的話比絲桿系統(tǒng)更復(fù)雜些，要設(shè)計(jì)帶輪、帶輪軸、夾具等零件。 帶傳動(dòng)系統(tǒng)帶和帶輪的選擇首先我們選擇帶傳動(dòng)的方式，我們最開(kāi)始在普通V帶、普通平帶、同步帶三者之間選擇。普通平帶的抗拉強(qiáng)度大，耐濕性好，中心距大，價(jià)格比較便宜，但是傳動(dòng)比較小，效率較低，可呈交叉，半交叉及有導(dǎo)輪的角度傳動(dòng)，傳動(dòng)功率可達(dá)500KW。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動(dòng)過(guò)程中節(jié)線長(zhǎng)度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有滑動(dòng)，從而保證主、從動(dòng)輪間呈無(wú)滑差的間步傳動(dòng)。 同步帶傳統(tǒng)同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)帶齒與輪的齒槽相嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力。允許線速度可達(dá)50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。 本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機(jī)床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機(jī)械傳動(dòng)中。同步帶的特點(diǎn)(1)、傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比；(2)、傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；(3)、傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果明顯；(4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤(rùn)滑，維護(hù)費(fèi)用低；(5)、速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；(6)、可用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，中心距可達(dá)10m以上。帶輪與軸之間的連接采用鍵槽連接，具體的設(shè)計(jì)在接下來(lái)的軸設(shè)計(jì)里面會(huì)具體講到。考慮到主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的問(wèn)題，由于我們的系統(tǒng)時(shí)直線升降移動(dòng)，對(duì)傳動(dòng)比沒(méi)有要求，而且考慮到對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制問(wèn)題，我們最后決定主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪使用相同的型號(hào)和尺寸，這樣零件互換性有了進(jìn)一步提高，對(duì)維修和安裝都有一定的方便。則計(jì)算功率為: () 表31 工作情況系數(shù)看 小帶輪轉(zhuǎn)速計(jì)算 () 選定同步帶帶型和節(jié)距，由于在這次設(shè)計(jì)中功率轉(zhuǎn)速都比較小，所以帶的型號(hào)可 以任意選取，現(xiàn)在選取H型帶，節(jié)距 同步帶選型圖 選取主動(dòng)輪齒數(shù)查表32知道小帶輪最小齒數(shù)為14，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為14。齒數(shù)，節(jié)距 帶速v的確定 () 初定軸間間距根據(jù)公式 () 得現(xiàn)在選取軸間間距為570mm。 基本額定功率的計(jì)算 () 查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量表33可以知道=，m=。各軸的材料均選用45號(hào)鋼，已知軸的許用扭剪應(yīng)力[τ]=30MPa，由許用應(yīng)力確定的系數(shù)為C=120。 從動(dòng)帶輪軸的設(shè)計(jì)和校核從動(dòng)帶輪軸的軸承我們選用直徑為12的滾動(dòng)軸承，并且在軸上裝有內(nèi)徑為20的帶輪，下面主要對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。 石墨舟倉(cāng)機(jī)構(gòu)其他零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承的選擇我們參考了機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上的滾動(dòng)軸承特性比較，深溝球軸承，主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受少量的雙向軸向載荷。交界處軸承主要承受鏡像為主和雙向徑向載荷的連接載荷，不宜承受純軸向載荷。圓柱滾子軸承僅能承受徑向載荷，內(nèi)、外圈的帶當(dāng)便的單列軸承可承受較小的軸向載荷。由于我們的帶輪比較小，因此在設(shè)計(jì)軸肩與滾動(dòng)軸承配合時(shí)，軸肩的直徑也不是很大，我們采用內(nèi)徑為12的滾動(dòng)軸承，而根據(jù)軸承的受力原理，我們最后選擇了調(diào)心球軸承，調(diào)心球軸承圖示如下： 選用的調(diào)心球軸承 石墨舟倉(cāng)機(jī)架的設(shè)計(jì)由于石墨舟堆疊裝置很高，高度約為500mm，所以我們的機(jī)架相應(yīng)來(lái)說(shuō)也比較大，因此我們選擇材料選用鑄鐵HT200進(jìn)行鑄造，在機(jī)架的不配合部分進(jìn)行開(kāi)窗口，以便在需要時(shí)打開(kāi)觀察帶傳動(dòng)情況，并且能夠便于機(jī)器的維修和維護(hù)。最初起源于日本，后被國(guó)內(nèi)自動(dòng)化企業(yè)廣泛使用。 抓取力矩恒定由于氣手指是安裝在帶上進(jìn)行傳動(dòng)石墨舟升降機(jī)構(gòu)上升或者下降的裝置，而氣手指本身安裝在帶上時(shí)不可行的，所以我們特地設(shè)計(jì)了氣手指在帶上配合的夾具，以保證氣手指在帶上的穩(wěn)定，保證石墨舟升降的可靠性。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。 由于步進(jìn)電機(jī)需要驅(qū)動(dòng)石墨舟升降機(jī)構(gòu)，因此不能直接安裝在底板上，而且高度也不適