畢業(yè)設(shè)計(論文)-焊接架傳送裝置及控制系統(tǒng)

重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文焊接架傳送裝置及控制系統(tǒng)PAGEPAGE541緒論古往今來人們對物料的運輸有著各式各樣的需求，從很早開始人們就想法設(shè)法發(fā)明各種運輸方式，從最早的牲畜托運到制造各式各樣的器械，人們走過了漫長的過程，傳送裝置伴隨著人類文明的歷史，在歷史的演變中扮演著越來越重要的作用。本文將重點以機械手作為重點說明。機械手是一種非常智能的工業(yè)形式，它可以按照人們設(shè)計的程序或要求從而自動完成對對象(如材料、零件、組件或工具,等等)的操作,也可以使機械設(shè)備得到轉(zhuǎn)移或運輸,它能代替人們的一部分手工勞動從而減輕人們的工作量。機械手之所以從發(fā)明最初到現(xiàn)在的蓬勃發(fā)展能是因為它這些越來越積極的作用是得到了廣大機械工人們的認可:首先,機械手能夠代替很多手動操作;其次,它能根據(jù)人為制定的工藝作業(yè)要求,按照制定的程序時間和位置來完成一些人們繁瑣的工作;三,它能夠完成焊接和裝配所需的設(shè)備，從而減輕了工人的勞動時間和勞動量,大大提高了人們在工業(yè)加工中的勞動生產(chǎn)率,加快工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。機械手從最開始正式結(jié)構(gòu)十分簡單只能完成一些微不足道的工作量，但是隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及人們對生活品質(zhì)工業(yè)質(zhì)量的要求逐漸增大，人們開始逐步完善和設(shè)計能夠滿足更多要求的機械手，于是通過一個單獨的程序控制重復(fù)操作并能滿足更多步驟的“萬能的機械手控制程序”韻應(yīng)而生,這種機械手被稱為萬能機械手。這種機械手它能很快的改變工作程序從而滿足各式各樣的生產(chǎn)需求，這種極強的適應(yīng)性和簡便的操作模式能夠改變生產(chǎn)小批量生產(chǎn)的品種被廣泛引用。1.1傳送裝置的發(fā)展史中華上下五千年出現(xiàn)了各種各樣的能人異士，春秋戰(zhàn)國時期有著機械達人——魯班，他創(chuàng)造出了各式各樣神奇而又充滿想象力的器械從而方便了古代人們的出行運輸，而最出名的運輸裝置大概就是三國時期，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬了，諸葛孔明用它來運輸糧草士兵，這不但是戰(zhàn)爭史上的革新，也是人類運輸史的革命。當時間到了現(xiàn)代，歐洲列國的工業(yè)革命開始，人們有了電，生活便開始發(fā)生了極大的改變，隨著人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，過去傳統(tǒng)的手工業(yè)便不能再滿足現(xiàn)代人們的生活了，于是機械專家們也在思考如何減輕人們的工作量，并且再此基礎(chǔ)上還要提高工作效率，這確實是一個極大的難題，畢竟人力是有限的，人類不可能24小時不停地工作，并且有一些危險的工作人類需要冒著高風險工作，這是十分不近人情的，所以在此基礎(chǔ)上工業(yè)機器人也就是機械手誕生了，古時候人類所夢想的永恒運動和對夢想空間的探索得到了實現(xiàn)。機械手追根溯底是從工業(yè)大國美國開始出現(xiàn)的，1958年的時候美國聯(lián)合控制公司的機械先驅(qū)們開發(fā)出了第一個機械手，它的結(jié)構(gòu)十分簡易只是在一個可以旋轉(zhuǎn)的長手臂上安裝設(shè)置了電磁鐵，雖然只是這樣一個簡單的機構(gòu)，但是也初步的滿足了拾取和放置這兩個簡單的步驟，雖然這和今天能滿足各式各樣的工作要求的機械手相比實在相形見絀，但是這給人們提供了一個很好的借鑒，為人們以后的設(shè)想打下了堅實的基礎(chǔ)，人正是因為有著夢想才能實現(xiàn)各種不可能，所以機械手就是從此刻開始為未來的蓬勃發(fā)展譜寫了篇章。隨著后來人們對機械手的極大興趣，越來越多的科學(xué)家加入到研發(fā)機械手的行列，1962年美國機械鑄造公司在聯(lián)合控制公司的方案的設(shè)計基礎(chǔ)上完善和開始使用數(shù)字控制化教學(xué)和回放式機械手，它的商號為即通用自動。這又是一項偉大的創(chuàng)新，但是人類的腳步并沒有停止。1978年美國通用公司和麻省理工學(xué)院聯(lián)合開發(fā)稱為維克臂工業(yè)機器人，該機器人安裝了一個小型計算機控制的裝配操作并且能滿足定位誤差可小于1mm±毫米。但是這個時候的機械手還十分簡易并且笨重，美國因為對人身安全的特別看重所以專門注重機械手的安全性和可靠性，該公司成立八年來為微克機械手試驗臺測試各種性能。另一個在機械手發(fā)展史上做出巨大貢獻的便是我們一衣帶水的領(lǐng)國——日本。眾所周知日本僅次于美國德國的工業(yè)大國它也是一個增長最快的工業(yè)機械手應(yīng)用最廣泛的國家。日本自從1969年從美國引進了兩種的典型機械手后便大力開展機械手的研究并且從中積累了大量的機械手的經(jīng)驗和技術(shù)。根據(jù)歷年來日本方面提供的機械期刊所述在1979年日本從事科研工作機械手的高校和科研單位就多達50多個，這數(shù)量遠超當時的亞洲各國更別說中國了。該文上訴的都是第一代機械手的情況，隨著日本對機械手的需求逐步加大第二代機械手也在緊鑼密布的開發(fā)中。日本方面設(shè)計其具備著微電腦控制系統(tǒng)，有了這個控制系統(tǒng)后機械手便如人類般具備了看、觸摸、甚至可能還會有聽取、訴說、思考的能力。日本研究并且安裝各種傳感器以感覺反饋使機械手具有感覺功能。目前國際上面已經(jīng)研發(fā)出了具備觸摸和視覺的機械手這又領(lǐng)先了我國一大步。第三代機械手是能夠獨立工作的任務(wù)。它與計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系。逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元是一個重要的組成部分。1.2工業(yè)機械手的用途在當今世界工業(yè)發(fā)展過程中機械手的自動化以及機械化成為了一個主要的課題，機械手在生產(chǎn)過程的中的自動化也就是不讓它斷斷續(xù)續(xù)走走停停使其工作流暢具有很高的連續(xù)性這一問題基本上是解決了，但是在加工和裝配過程中不能夠很好的連續(xù)完成一套完整的工藝流程，在這方面專用機床能夠滿足到大批量大批次的自動化生產(chǎn)過程，雖然如此即便是專用機床但是出了切削自身以外裝卸運輸裝配等要進行自動化的生產(chǎn)還是不能滿足的，所以機械手的趨勢大概分為以下幾個方面，首先大力發(fā)展和推動標準化以及模式化的機械手使其具備著精度高運動速度也快的特點，并且還要降低它的成本使其物美價廉，并且還要保證它的安全性在高風險作業(yè)中不對人造成傷害也就是具備很高的可靠性，畢竟人身安全才是最重要的。其次是機械手的性能要好，在工作中效率要高并且還要保證同一批次加工工件的可靠性要高，不能同一批工件加工完成后的尺寸還存在差異。機械手在各式各樣的領(lǐng)域中都得到了廣泛的運用，從普通的機床加工工件再到組裝印刷電路板等并且能夠在工作條件及其惡劣的地方，例如高溫、極寒、深海、火山等人力不能達到的地方運用，還有一些平時十分危險的工作場合比如具有有毒氣體的實驗室，化學(xué)有毒物質(zhì)的搬運，前蘇聯(lián)核爆炸地區(qū)因為大量的核輻射對人體傷害過于巨大這個時候就需要機械手等機械設(shè)備代替人類工作，不但如此它還能運用到人類對宇宙的探索，人類在宇宙上是受到很多不可抗拒的因素限制的然而機械手就沒有這些限制，所以能很好的完成人類無法進行的探索工作等等。1.3機械手的組成機械手有著三個組成部分分別是執(zhí)行機構(gòu)組成，傳動機構(gòu)和控制系統(tǒng)這三個部分構(gòu)成了今天機械手的雛形。它的組成和關(guān)系如下：1.3.1執(zhí)行機構(gòu)(如圖1.3-1所示)圖1.1執(zhí)行機構(gòu)圖（1）手部機械手的手部用來夾取和放下工件的，并且還要保持住夾取工件的狀態(tài)使其不滑落不偏移，它的動作主要是張開手指和合攏手指。我設(shè)計的機械手只需要張開和閉合手指。本設(shè)計的機械手手部主要是根據(jù)人類手指的生理結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化形成了三種模式分別為：機械手手指關(guān)節(jié)無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)自由。因為生產(chǎn)生活中具備各式各樣的工作環(huán)境所以手部的結(jié)構(gòu)視這些情況而決定，它的用途是能夠根據(jù)各種工件的形狀、尺寸、重量、材料、以及所設(shè)計的抓取和其它各種類型的手的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計所做的機械手采用二指形狀手臂機械手的手臂通常是有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂兩種形式根據(jù)實際情況和自身的考慮本設(shè)計所選用的機械手的手臂為無關(guān)節(jié)臂機械手手臂。為了使機械手的工作正確，三個自由度手臂需要精確的定位其作用是引導(dǎo)手臂的手指準確地抓取摩托車車架并平移至所需的位置上。我所設(shè)計的機械手滿足機械手手臂的上升，下降兩個方向的定位行程開關(guān)控制，用來確保機械手在加工過程中的定位精度。所有的機械手運動都離不開直線運動和旋轉(zhuǎn)運動，因此，它主要采用直線驅(qū)動缸、擺動缸、電液脈沖電機、伺服電機、直流伺服電機和步進電機。軀干手臂安裝，電源和支架執(zhí)行器。1.3.2驅(qū)動機構(gòu)根據(jù)查資料了解到現(xiàn)在機械行業(yè)主要有四種驅(qū)動機構(gòu)：液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動、電動驅(qū)動和機械驅(qū)動。這四種驅(qū)動機構(gòu)最廣泛使用的是液壓和氣動，占90%以上，電動、機械傳動少。液壓驅(qū)動具備了壓力高、占地面積小、動力強勁、無極調(diào)速、容易實現(xiàn)自鎖能夠隨時停止啟動但是它卻需要一個較高復(fù)雜度的壓力源。通過各種缸、泵、驅(qū)動閥門的運動來實現(xiàn)液壓驅(qū)動并且它采用缸、馬達齒輪，齒條直線運動；利用擺動油缸、電機、減速機，圓柱齒條、齒輪、鏈輪等實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。氣壓驅(qū)動在壓力驅(qū)動的氣動缸，氣動馬達，閥門等。根據(jù)查資料了解到現(xiàn)今一般用4-6大氣壓其優(yōu)點是大氣的供應(yīng)十分容易且維護成本方便低廉但是它的貢獻不太大。氣動系統(tǒng)是十分容易生銹的，并且它的潤滑性特別的差空氣的壓縮也是一個難題，很難讓其在中間位置停止，這種只能進行位置上的控制我們是不采用的。本設(shè)計考慮的是采用步進電機或者直流交流伺服電機等等，采用這種設(shè)計能夠減少停止電機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的各種不良影響，如果用三相異步電機作為驅(qū)動力則需要配備一個大減速比的減速器驅(qū)動執(zhí)行器，而氣動系統(tǒng)則需要配備對于速度控制機構(gòu)這是為了使其能夠很好地緩沖。電機驅(qū)動確實是很好的驅(qū)動方式它的維護很簡單并且使用也是極其方便的但是它的對速度控制的響應(yīng)很慢，這一點讓人時很苦惱的，但是它的驅(qū)動部分和控制系統(tǒng)有著一個統(tǒng)一的形式。機械驅(qū)動是不宜驅(qū)動的只能控制單一的操作模式，這一點不能滿足各式各樣的生產(chǎn)情況，并且它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜不易實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)。根據(jù)綜上所述我的設(shè)計采用一種電機驅(qū)動的滾珠絲桿來實現(xiàn)上下左右的平移。1.3.3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)必須先編程存儲，然后通過編程所控制的各種指令來實現(xiàn)對機械手的上下抓取的控制。1.4應(yīng)用機械手的意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展機械手的使用越來越廣泛，不但在機械行業(yè)中，機械手參與了各式各樣的加工、焊接、裝配、金屬熱處理等工序中，他減輕了人們的工作勞動量使更多的人力資源得到解放，從而能參與到更多有意義有效的社會工作中，而且因為機械手的加工精度這些明顯比人類準確，人類總會有疲倦的時候，這些情況總是伴隨著各式各樣的誤差導(dǎo)致了很多工藝生產(chǎn)不夠準確，次品量多的情形，機械手就能保證其精度的高要求能節(jié)約其材料的消耗，因為機械手的誤差小，損耗也小，生產(chǎn)成本的降低使人類對地球資源的消耗也極大的減少，所以不止機械行業(yè)還有其他建筑行業(yè)國防工業(yè)也十分廣泛的采用，這些地方的使用對機械手的發(fā)展有著重要的意義。本設(shè)計重點是用于在機械行業(yè)中，機械手的應(yīng)用大概分為以下幾部分：首先人力是有限的，人類能工作的地方也是有限制的，核爆炸化學(xué)毒品污染等嚴重腐蝕地區(qū)人類是力所不能及的，機械手的出現(xiàn)大大改進了人類在這些地方不足。其次人類長時間的工作會引發(fā)疲勞，疲勞時人類的精神會不夠集中，這個時候會發(fā)生很多不必要的失誤，造成加工件的精度要求不達標，浪費了資源和時間，并且最重要的是人身安全得不到保障，工業(yè)上一個輕微的意外事故就有可能造成終身的殘疾，人最重要的依舊是生命，沒有生命哪里來的幸福和自由，機械行業(yè)上每年因為機械事故造成的殘疾死亡的案例是十分多的，機械手能在這些危險的工作環(huán)境中很好的完成任務(wù)。機械手不但能夠有效的代替人類進行復(fù)雜的工作，還能代替一些簡單重復(fù)無聊的工作，這些工作浪費人力物力但是又不得不有人來工作，這樣的工作枯燥乏味，還拖累了整個工業(yè)的效率，所以使人的勞動力用在更好的地方也就是說好鋼用在刀刃上，解放人類的雙手還有腦中的束縛，機械手的出現(xiàn)就是人類工業(yè)史上的福音。1.5本課題的研究內(nèi)容本課題主要設(shè)計一款對于摩托車車架在焊接過程中用到的傳送裝置，該工作內(nèi)容為當摩托車車架從傳送帶上傳送過來到達指定位置時，機械手平移到該位置，機械手下降，手抓張開夾取摩托車車架，機械手上升，平移到焊接夾具上方，將摩托車車架對準定位孔放下，然后抽離，等待摩托車車架焊接完畢，機械手將其抓取放入下步工序。該工序中要求機械手能保證精準夾取車架，并在傳送工程中保證車架不滑落、不偏移，并能精準放置到夾具上。重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文焊接架傳送裝置及控制系統(tǒng)2總體方案設(shè)計及系統(tǒng)組成2.1設(shè)計方案從拿到方案開始，就在苦思冥想該如何設(shè)計出滿足題目要求的方案，最開始的設(shè)想是做一個能210度旋轉(zhuǎn)的機械手，該方案如圖2.1-1所示：圖1.2總體方案1該方案簡便易于實現(xiàn)，但對位置精度的控制不足，最重要的是無法滿足在抓取車架過程中角度的調(diào)整，和機械手臂無法承受住摩托車車架傳送過程中擺動造成的扭矩。經(jīng)過艱難的抉擇和考慮，又重新對設(shè)計進行了修改和設(shè)定，最終決定采用方案2如圖2.1-2所示：圖1.3總體方案2方案2充分考慮了摩托車車架傳送過程中的各種問題，并能上下左右平移，以滿足車架在生產(chǎn)加工中面臨的各種位置擺放等問題，減輕了在傳送過程中的工作量，減少了工人的工作量。故選定方案2為最佳方案。機械手的X、Z兩軸伺服控制設(shè)計的總體控制（即水平軸Z軸運動的持有在垂直方向的運動方向的步架固定移動機械手運動在夾緊機構(gòu)的設(shè)計：一種握桿桿，在氣動驅(qū)動裝置工作的基礎(chǔ)上，考慮到惡劣的環(huán)境要求不高，對位置精度。傳動方案：X軸采用步進電機和滾珠絲桿配合傳動載體為直線導(dǎo)軌，同理Z軸也采用相同的設(shè)計原理。這種驅(qū)動方式能夠很好地控制位置的精度能夠滿足工件在移動過程中隨時隨地的停止啟動并且物美價廉易于實現(xiàn)而且反應(yīng)靈敏靈活。傳送裝置的移動范圍為：：2000mm，v=12m/min；2500mmv=20m/min。2.2主要技術(shù)參數(shù)其中搬運摩托車車架重量10kg，X軸最大工作行程:2500mm；Z軸最大工作行程:2000mm2.2.1夾持車架摩托車車架車桿為圓軸類。參數(shù)：長度=500mm重量=10kg材料一般選鋁合金，材料密度2.73×103（kg/m3）計算其平均半徑:===4.83(cm)設(shè)計機械手鉗爪時取r=5(cm)車架抓取放下的時間：小于12S2.2.2車架受力分析機械手所夾車架為=10kg，車桿長度為500mm。當車架被夾緊后機械手加速起動時所受力最大，受力分析如圖2.2-2所示。圖中：F1、F2、F3、F4為夾緊力加速度＝0.32mG車架杠桿所受重力G=g=10×9.8=98(N)為沿軸方向加速平移時產(chǎn)生的慣性力=a=10×0.32=3.2(N)圖1.4車架受力分析圖2.2.3立柱設(shè)計機架的要求是擁有很好的剛度以及高強度能夠經(jīng)受住工作時產(chǎn)生的壓力能各種負面影響也就是說保證了其具有良好的穩(wěn)定性。焊接機架能夠滿足上訴的要求是因為焊接機架物美價廉并且易于實現(xiàn)這是相對于鑄造機架而言的。鑄造和焊接機架的比較如圖2.2-3所示圖1.5機架對比圖摩托車車架的抵抗彎曲的強度和抵抗扭曲強度和剛度與它的橫截面積、橫截面的形狀有關(guān)，所以通過改善各個部分的間距和增大其截面的慣性系數(shù)是能提高車架的強度和剛度，從而充分發(fā)揮材料的作用。所以選擇方形框架。3傳送裝置設(shè)計3.1機械手夾緊力計算根據(jù)所學(xué)知識進行受力分析得到了==98+3.2=101.2N我們在計算中考慮到的=式中：=1.5；為，=1.1；為，=1.3；通過公式得到==101.2=217.074(N)車架與機械手形成的角度為=75°，車架所受到向上的分力與之間的計算公式為：式中：為工件所受到向上的分力(N)只有當大于等于時，即≥時，機械手才能把工件夾緊。所以夾緊力必需滿足：≥根據(jù)上訴所得決定采用能穩(wěn)定夾緊的機械手，如圖3.1-1所示：圖1.6機械手結(jié)構(gòu)圖和之間的計算公式為：＝=1739.56N式中：（N）；（N）；c＝72mm；b＝89mm；=擴力比為：==1.424懸臂（z軸）傳動系統(tǒng)設(shè)計4.1工作臺和機械手的型號質(zhì)量4.1.1工作臺的型號和重量工作臺底座用的是優(yōu)質(zhì)鑄鐵、鋁、大理石、鋼等材料的多種組合方式，機構(gòu)為直線導(dǎo)軌、皮帶、氣缸、直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，該工作臺滿足各種各式各樣的需要。該工作臺具有使用時間長、經(jīng)濟實惠，物美價廉，準確度要求高等特點。圖1.7工作臺圖1.8工作臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.8工作臺尺寸圖1.9精度等級根據(jù)設(shè)計得要求我決定選擇型號為RHDZ-100的工作臺，此工作臺由雙滑軌和滾珠絲桿組合形成。行程為2000mm,總長為2500mm,質(zhì)量為90kg。4.1.2機械手重量機械手材料為45號鋼，質(zhì)量為50kg。4.2滾珠絲桿的選擇4.2.1選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動系統(tǒng)為：圖2.0滾珠絲桿右旋)

工作臺(臨界長度)＝2000mm固定的一端和間距離為＝1800mm

經(jīng)過設(shè)計后的為＝2000mm為2000mm

該工作臺能達到的為＝12（m/min）最高壽命定為＝25000工作小時。

滾珠絲桿的為μ＝0.1

電機能夠達到的最大為＝1000（r/min）；＝0.32m支撐的方法是

W=90kg+50kg（工作臺質(zhì)量+機械手質(zhì)量）

g=9.8m/sec2(重力加速度)

I=1(電機至絲杠的傳動比)

=μ×W×g=0.1×140×9.8137.2(N)絲桿工作時受到的：無夾車架時：＝(+)(g+)=(90+50)(9.8+0.32)+137.2＝1554(N)夾車架時：＝(++)(g+)＝(90+50+30)(9.8+0.32)+137.2＝1857.6(N)圖2.1圖選取的滾珠絲杠型號和計算(1)的計算：＝14000/1000＝14mm(2)的計算：＝1200r/min(3)的計算：1702(N)(4)的計算：＝25000×900×60＝1350000000轉(zhuǎn)次(5)的計算：24454(N)其中為絲桿在平時的移動過程中摩擦系數(shù)取1.3通過上訴所示并且根據(jù)所學(xué)知識查表所得到：24454(N)。以值從“法蘭式螺母規(guī)格表”中找到符合設(shè)計要求的型號：：d0=40mm：d0=33.9mm：Pho=12mm：3.5：Ca＝38298N＝104148N螺母總長＝154mm(6)的計算：＝1000＋2×40＝1080mm其中最大行程，為余程（由下表查到）。Lu=L1-Le圖2.3根據(jù)所學(xué)知識了解到絲杠螺紋它的長度是不能夠小于2000mm并且加上螺母總長的一半80mm(從“法蘭式螺母規(guī)格表”查得螺母總長154mm)。根據(jù)查表得到了絲杠螺紋的長度應(yīng)該大于2080mm。所以我們在本設(shè)計中選用絲杠螺紋長度L1=2000mm則軸承之間的距離=2000mm(7)的計算：注：通過能夠達到的工作轉(zhuǎn)速與工作認可軸向載荷來得出。臨界的轉(zhuǎn)速和能夠達到的工作轉(zhuǎn)速兩者之間的關(guān)系為：其中，。已知＝1100r/min，這里假設(shè)＝；＝1100r/min7.7mm式子中：，可以在“安裝方法圖”中找到，安裝方式為固定支承。根據(jù)上訴我得到了絲桿的底徑應(yīng)該是大于7.7mm。通過結(jié)合上面所求到的數(shù)據(jù)得到＝10mm以及24454(N)查“法蘭式螺母規(guī)格表”找到了最符合本設(shè)計的絲桿型號為：FDG40×12R–P5-3.5-1200×1000(8)的計算：1.的確定619.2(N)2.C和拉伸力的確定C＝0.0232式中：C行程補償值（）；；；＝/度＝＝3012(N)式中：；EE＝(N/)；為絲桿底徑。圖2.4圖2.5圖滾珠絲杠的校核(1)＝233N/6.6定位精度（即0.05mm）式中：，為球徑，。(2)允許的＝46613(N)＝>8最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷，絲桿可以正常工作。(3)及允許：＝3539r/min式中：，。允許：＝0.83712＝2970r/min/min小于允許工作轉(zhuǎn)速，故絲桿可以正常工作。圖2.7圖2.84.3直線導(dǎo)軌副的型號的選擇及額定壽命的計算4.3.1直線導(dǎo)軌副型號結(jié)構(gòu)滑塊與導(dǎo)軌它們配合著運動時鋼球沿著經(jīng)過精密加工的導(dǎo)軌滾動，該導(dǎo)軌有著四條滾道，在滑塊的終端有著一個返向器，鋼球就是通過返向器進入到返向孔中又返回到滾道，鋼球就保持這個工作不斷的周而復(fù)始運動，直線導(dǎo)軌副的型號選擇按照設(shè)計的尺寸以及各種數(shù)據(jù)來加以區(qū)別和甄別，本設(shè)計需要的導(dǎo)軌副需要材質(zhì)好滾道要求精細，并且具有較好的密封設(shè)施以便防止灰塵等雜物進入滑塊內(nèi)部造成不必要的堵塞影響直線導(dǎo)軌副的工作。

4.3.2直線導(dǎo)軌副型號特點滾動直線導(dǎo)軌副的工作原理是通過一個合適的鋼球來回滾動實現(xiàn)的，因為滑動摩擦是遠遠小于其他摩擦的，這種摩擦的減小大概是五六倍的差距這極大的減小了滑塊與導(dǎo)軌之間的損耗，增加了工作壽命并且也增加了精度，使機械手在工作的時候能準確的平移到所需要的位置上，減小了定位誤差，避免了在車架平移時不必要的失誤，并且滾動直線導(dǎo)軌副的導(dǎo)軌采用高精度的打磨，表面平整光滑，摩擦力也很小保證了車架在平移過程中不會發(fā)生抖動，遇到毛刺跳躍等不規(guī)范情況。滾動直線導(dǎo)軌副的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計也比較簡單，易于實現(xiàn)，在生活生產(chǎn)中能過輕易獲得，不存在需要特定加工等技術(shù)難題，價格也是十分實惠，最重要的是降低了整個機械結(jié)構(gòu)中的困難程度，不會使整個機構(gòu)看著復(fù)雜難以操作，在裝配過程中能夠使圖紙表達更為直觀和方便，不會給人一種難以實現(xiàn)的突兀感?？傊驹O(shè)計采用滾動直線導(dǎo)軌副是既能夠滿足設(shè)計也能夠達到預(yù)定效果的良好方案。圖2.9圖4.1-14圖3.04.3.3額定壽命及壽命時間的計算（選擇導(dǎo)軌型號為RHD20BL）38934Km式中：除為計算載荷外，其他系數(shù)在上表和下表中找出。＝67593.75(h)6(年)圖3.15電機的選型及計算5.1步進電動機的型號選擇(1)的計算：一個脈沖使步進電動機驅(qū)動拖動的移動距離=0.05mm/p＝/脈沖，其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)S==200p/r步進電動機與滾珠絲桿間的==1(2）的計算 1．滾珠絲桿的JsJs=Kg.m22．聯(lián)軸器的在下表中選出聯(lián)軸器的型號為：LK5－C82－2438其＝圖3.2圖3.3圖3.43.工作臺及機械手的kg.m2式中：w為工作臺及機械手重量。的計算：＝（3）的計算1.==＝式中Ma（Nm)，、（在下表查得與負載慣量(Kg.)。n（r/min），T電機升速時間為1（s）。2.===0.023Nm式中：（0.1～0.3）在此取0.213.＝＝＝4.6Nm式中：；η為為0.7=+=0.15Nm電機接線圖與外形圖5.1-4所示：圖3.5圖3.6圖3.7根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量以及等效負載轉(zhuǎn)矩的值，初選電機型號為130BYG35035.2步進電動機的校核根據(jù)設(shè)計要求和查找資料已選出的電機130BYG3503，查出其以及。電機正常工作時＝，＝12X1.25Nm。在及時能使電機正常工作。選擇電機130BYG2503滿足此條件，電機能夠正常運轉(zhuǎn)。6橫梁（x軸）傳動系統(tǒng)設(shè)計6.1傳動比的選定對于步進電機，（mm/脈沖）確定，初步選定滾珠絲杠導(dǎo)程(mm)和電機[(3°)/脈沖]后，則可用下式來計算該軸伺服傳動系統(tǒng)的傳動比==1其中，為＝，＝12mm，為系統(tǒng)的＝0.1mm/脈沖。使i=1，使步進電機直接與絲杠用聯(lián)軸器聯(lián)接，有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高精度。6.2滾珠絲杠的選定6.2.1選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動系統(tǒng)為：圖3.8(右旋)

(臨界轉(zhuǎn)速)＝2500mm固定端軸承到螺母間距離(容許軸向載荷)＝2400mm

設(shè)計后絲杠總長＝2500mm（有效行程）2500mm

工作臺＝18（m/min）

定為＝24000工作小時。

μ＝0.1

電機最高轉(zhuǎn)速＝1500（r/min）；＝0.6m支承方式為(固定—固定)

W=125kg＋45kg＋50kg（工作臺質(zhì)量+機械手質(zhì)量＋托板重量）

g=9.8m/sec2(重力加速度)

I=1(電機至絲杠的傳動比)

Fw=μ×W×g=0.1×220×9.8216(N)絲桿工作時受到的軸向載荷：不夾車架時＝(++)(g+)＝(125+45+50)(9.8+0.6)+216＝2504(N)夾車架時＝(+++)(g+)＝(125+45+50+30)(9.8+0.6)+216＝2816(N)圖3.9圖4.06.2.2選取的滾珠絲杠型號和計算(1)的計算：＝18000/1500＝12mm(2)的計算：＝1350r/min(3)的計算：2652(N)(4)絲桿的計算：＝24000×1350×60＝1944000000轉(zhuǎn)次(5)的計算：43027(N)其中為絲桿在普通運動中的取1.3得到：43027(N)。以值從“FDG法蘭式雙螺母表”中查出適合的類型：：d0=40mm：d0=33.9mm：Pho=12mm：4.5為：Ca＝47016N：＝132278N＝178mm(6)長度的計算：＝2000＋2×45＝2090mm其中，為（由下表查到）。Lu=L1-Le圖4.1長度不得小于2500mm加上螺母總長一半89mm(從“FDG法蘭式雙螺母表”查得螺母總長178mm)。得≥2090m。在此取絲杠螺紋長度L1=2100mm

則軸承之間的距離=2100mm(7)的計算：注：由允許工作轉(zhuǎn)速與工作容許軸向載荷來得出。其中，。已知＝1500r/min，在此先假＝；＝1500r/min27.3mm式中：為，在“安裝方法圖”中查找，安裝方式為“固定－固定”。得到27.3mm。結(jié)合上邊求得的＝12mm43027(N)查“FDG法蘭式雙螺母表”得到絲桿的型號為：FDG40×12R–P5-4.5-2500×2200(8)的計算：1.的確定939(N)2.C和拉伸力的確定C＝0.05式中：C（）；；；＝/度＝＝4482(N)式中：；EE＝(N/)；為。6.3滾珠絲杠的校核(1)＝53N/47.2定位精度（即0.05mm）式中：，，。(2)允許的＝20978(N)＝>7最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷，絲桿可以正常工作。(3)＝2100r/min式中：，。＝0.82100＝1680r/min/min小于允許工作轉(zhuǎn)速，故絲桿可以正常工作。6.4直線導(dǎo)軌副型號的選擇及額定壽命的計算6.4.1直線導(dǎo)軌副型號結(jié)構(gòu)滑塊與導(dǎo)軌它們配合著運動時鋼球沿著經(jīng)過精密加工的導(dǎo)軌滾動，該導(dǎo)軌有著四條滾道，在滑塊的終端有著一個返向器，鋼球就是通過返向器進入到返向孔中又返回到滾道，鋼球就保持這個工作不斷的周而復(fù)始運動，直線導(dǎo)軌副的型號選擇按照設(shè)計的尺寸以及各種數(shù)據(jù)來加以區(qū)別和甄別，本設(shè)計需要的導(dǎo)軌副需要材質(zhì)好滾道要求精細，并且具有較好的密封設(shè)施以便防止灰塵等雜物進入滑塊內(nèi)部造成不必要的堵塞影響直線導(dǎo)軌副的工作。

6.4.2直線導(dǎo)軌副型號特點滾動直線導(dǎo)軌副的工作原理是通過一個合適的鋼球來回滾動實現(xiàn)的，因為滑動摩擦是遠遠小于其他摩擦的，這種摩擦的減小大概是五六倍的差距這極大的減小了滑塊與導(dǎo)軌之間的損耗，增加了工作壽命并且也增加了精度，使機械手在工作的時候能準確的平移到所需要的位置上，減小了定位誤差，避免了在車架平移時不必要的失誤，并且滾動直線導(dǎo)軌副的導(dǎo)軌采用高精度的打磨，表面平整光滑，摩擦力也很小保證了車架在平移過程中不會發(fā)生抖動，遇到毛刺跳躍等不規(guī)范情況。滾動直線導(dǎo)軌副的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計也比較簡單，易于實現(xiàn)，在生活生產(chǎn)中能過輕易獲得，不存在需要特定加工等技術(shù)難題，價格也是十分實惠，最重要的是降低了整個機械結(jié)構(gòu)中的困難程度，不會使整個機構(gòu)看著復(fù)雜難以操作，在裝配過程中能夠使圖紙表達更為直觀和方便，不會給人一種難以實現(xiàn)的突兀感?？傊驹O(shè)計采用滾動直線導(dǎo)軌副是既能夠滿足設(shè)計也能夠達到預(yù)定效果的良好方案。圖4.5圖6.2-5圖額定壽命及壽命時間的計算（選擇導(dǎo)軌型號為RHD30A）44702Km式中：除為計算載荷外，其他系數(shù)在上表和下表中找出。＝46378(h)5(年)圖4.77控制系統(tǒng)設(shè)計7.1PLC的定義一種可以編輯程序的存儲器叫做可編程邏輯控制器，并通過數(shù)字或模擬式輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。由于初期自動控制系統(tǒng)的不完善，因此可編程控制器在功能上就只能實現(xiàn)比如邏輯控制、定時、計數(shù)等之類一些簡單的作用，最早就叫它是可編程邏輯控制器，就是我們平常說的PLC。可編程控制器技術(shù)發(fā)展非?？欤o它下一個確切定義有一定的難度。因此到目前為止，還未能對其下一個最后的定義。1980年，美國電氣控制商協(xié)會NEMA對其定義如下:“所謂PC，就是一個數(shù)字式的電子裝置，通過可編程序的記憶體以存儲指令，用來執(zhí)行比如像順序控制、時間的計時、邏輯的運算、演算與數(shù)字的計算等之類的功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入輸出，以控制各種機械或生產(chǎn)過程。該定義也表明了可編程控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能與計算機相似。7.2PLC的特點PLC又叫做專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機，發(fā)展迅速，在工業(yè)系統(tǒng)中占據(jù)很高的地位，可編程控制器有以下特點：極好的穩(wěn)定可靠性和抵抗外界干擾的能力因觸點接觸不良造成的故障會減少很多，一臺可編程控制器連續(xù)運行30年不出故障，沒有任何一種工業(yè)控制系統(tǒng)的使用可靠性能超過PLC。此外，可編程控制器采用周期掃描、集中采樣、集中輸出的工作方式提高PLC的抗干擾能力，又被叫做“不會損壞的儀表”。2、功能性較強，性價比高，試用面廣當今世界上的PLC內(nèi)部包含了各式各樣五花八門的編程原件，里面的硬件軟件數(shù)量不計其數(shù)以用來滿足人們在生產(chǎn)生活中對其設(shè)想和工序想要達到的各種要求，并且現(xiàn)在的原器件物美價廉價格公道，市面上很容易得到，學(xué)習也十分系統(tǒng)。編程方法簡單，容易掌握到目前為止，繼電控制電路相似的梯形圖依然被大多數(shù)PLC編程所采用，清晰直觀，非常容易接受和掌握。PLC在運行人們根據(jù)自身要求所編寫的梯形圖程序時軟件會自動解釋你所編寫的程序并將其翻譯成人類所要表達的語句然后執(zhí)行。根據(jù)具體問題，順序功能圖語言被PLC開發(fā)，復(fù)雜系統(tǒng)的編程得到簡化，編程人員更容易接受。通用性強，控制程序可變，柔性好，使用方便由于生產(chǎn)過程中設(shè)備的更新和流程的改變，控制功能需要改變，但是PLC不需要改變硬件設(shè)備，只需改變應(yīng)用程序即可達到所需要求。因此PLC既能用于單機控制也能用于工廠自動化。體積比較小，重量也相對比較輕，功耗很低，維修也方便因為半導(dǎo)體集成電路的廣泛應(yīng)用，因此PLC的體積相對較小。PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅固，體積比較小，重量比較輕,功耗低。一個PLC內(nèi)部有一千多個繼電器，二百多個定時器、二百多個計數(shù)器，一千多個狀態(tài)器，還有大量數(shù)據(jù)寄存器，而體積僅在3立方分米左右，重量1.5kg左右。因此，機電一體化的理想裝置是PLC。7.3PLC的應(yīng)用由于PLC的上述優(yōu)點，使其廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，應(yīng)用范圍不斷擴大，有以下幾方面的應(yīng)用：1.開關(guān)量邏輯控制可編程邏輯控制開關(guān)是最早最基本的應(yīng)用。取代傳統(tǒng)的繼電器電路，通過“和”、“或”非邏輯指令等，實現(xiàn)了一系列的觸點電路、并聯(lián)、邏輯控制、時序控制和時序控制，可用于控制單個設(shè)備，也可用于多組控制和自動裝配線。如注塑機、電梯、釘機、研磨機、包裝生產(chǎn)線、電鍍線、鈦管裝卸、裝卸等冶金高爐。2、運動控制由于數(shù)據(jù)處理功能的模擬量輸入輸出功能和可編程控制器來提高專用的運動控制模塊控制的一般用途，如拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸運動控制模塊，廣泛用于金屬切削機床、機器人、電梯等機械運動。過程控制閉環(huán)控制的速度、水平、壓力、溫度、流量等模擬過程控制，過程控制和被稱為模擬控制。轉(zhuǎn)換時，與閉環(huán)控制的模擬和數(shù)字仿真是由一個可變的陳控制器的模擬輸入和輸出模塊，以實現(xiàn)他們的目標。模擬可編程控制器控制熱處理，制冷設(shè)備，水處理。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC功能性強，數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)通信、位操作等功能它都具有，還能和數(shù)控機床相結(jié)合以此實現(xiàn)數(shù)值控制。數(shù)據(jù)處理一般用于無人柔性系統(tǒng)、和過程制造系統(tǒng)等比較復(fù)雜的大型控制系統(tǒng)。通信聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括了PLC間的通訊、PLC與智能設(shè)備間的通信、基本單元與遠程輸入輸出端口間的通信。隨著時代的進步，為了適應(yīng)近幾年工廠網(wǎng)絡(luò)自動化的發(fā)展，PLC的通信功能都得到加強。7.4控制電路設(shè)計圖4.87.5艾默生EC10-1410BTAEC10系列外形結(jié)構(gòu)圖如圖7.4-2所示：圖4.9和為通訊端口。PORT0為RS232電平，插座為MiniDIN8。PORT1提供RS485和RS232兩種電平。母線插座用于連接擴展模塊。模式選擇開關(guān)有ON、TM、OFF三個檔位。7.5.1命名規(guī)則可編程控制器型號命名規(guī)則如下所示：EC：艾默生可編程控制器標識。10：版本系列號。14：輸入點數(shù)。10：輸出點數(shù)。B：模塊類型（B:主模塊；E:擴展模塊）。T：輸出方式（R：繼電器輸出；T：晶體管輸出；N：無輸出）。A：電源輸入方式：（A：AC220V電源輸入；D：DC24V電源輸入）。7.5.2主模塊C10系列PLC型號及其I/O配置參如圖所示。型號電源電壓輸入/輸出點數(shù)數(shù)字量輸入信號電壓數(shù)字量輸出類型數(shù)字量輸入端/公共端數(shù)字量輸出端/公共端模擬量輸入端模擬量輸出端中斷/脈沖輸入脈沖輸出EC10-1006BRA85～26410/624Vdc繼電器10/16/3無無有無EC10-1006BTA85～26410/624Vdc晶體管10/16/3無無有有EC10-1410BRA85～26414/1024Vdc繼電器14/110/3無無有無EC10-1410BTA85～26414/1024Vdc晶體管14/110/3無無有有EC10-1614BRA85～26416/1424Vdc繼電器16/114/4無無有無EC10-1614BTA85～26416/1424Vdc晶體管16/114/4無無有有EC10-2416BRA85～26424/1624Vdc繼電器24/116/4無無有無EC10-2416BTA85～26424/1624Vdc晶體管24/116/4無無有有EC10-1614BRA185～26416/1424Vdc繼電器16/114/421有無EC10-1614BTA185～26416/1424Vdc晶體管16/114/421有有圖5.07.5.3主要性能EC10系列PLC的主要特性如圖7.4-4所示。名稱指標及描述I/O配置最大I/O點數(shù)128點擴展模塊數(shù)量4個模塊，I/O擴展模塊和特殊功能模塊總數(shù)不超過4個程序內(nèi)存用戶程序容量12k步數(shù)據(jù)塊大小4000個D元件指令速度基本指令0.3μs/指令應(yīng)用指令幾μs～幾百μs/指令軟元件配置輸入輸出繼電器128入/128出（輸入X0～X177，輸出Y0～Y177）輔助繼電器2048點（M0～M2047）局部輔助繼電器64點（LM0～LM63）特殊輔助繼電器256點（SM0～SM255）狀態(tài)繼電器1024點（S0～S1023）定時器256點（T0～T255）100ms精度：T0～T20910ms精度：T210～T2511ms精度：T252～T255計數(shù)器256點（C0～C255）16位普通增計數(shù)器（C0～C199）32位普通增減計數(shù)器（C200～C235）32位高速計數(shù)器（C236～C255）數(shù)據(jù)寄存器8000點（D0～D7999）局部數(shù)據(jù)寄存器64點（V0～V63）變址尋址寄存器16點（Z0～Z15）特殊數(shù)據(jù)寄存器256點（SD0～SD255）中斷資源外部輸入中斷16個（中斷觸發(fā)邊沿可由用戶設(shè)定，對應(yīng)于X0～X7端子的上升沿和下降沿）高速計數(shù)器中斷6個內(nèi)部定時中斷3個通訊中斷8個高速輸出完成中斷2個失電中斷1個通訊功能通訊口2個異步串行通訊端口。PORT0：RS232 PORT1：RS232或RS485通訊協(xié)議編程口協(xié)議、MODBUS協(xié)議、自由口協(xié)議、ECBUS（艾默生專用協(xié)議），可組成1：N、N：N網(wǎng)絡(luò)特殊功能高速計數(shù)器X0、X1單輸入：50kHzX2～X5單輸入：10kHzX0～X5同時輸入：頻率總和60kHz脈沖輸出Y0、Y1100kHz兩路獨立輸出（僅適用于晶體管輸出）輸入濾波X0～X7提供了數(shù)字濾波，其他端口采用硬件濾波模擬電位器12個子程序調(diào)用最多允許64個用戶子程序，允許6級子程序嵌套。支持局部變量，每個子程序最多可提供16個參數(shù)調(diào)用，支持變量別名用戶程序保護上載密碼提供3種形式的密碼，密碼不超過8個字符，每個字符為字母數(shù)字組合，區(qū)分大小寫下載密碼監(jiān)控密碼其他保護措施提供禁止格式化、禁止上載、子程序密碼保護等功能編程方式2ControlStar編程工具3需在IBMPC微型機或兼容機中安裝運行PDA手持編程器可以進行編程和下載實時時鐘內(nèi)置，掉電后可保持100小時（主模塊需在掉電前持續(xù)工作2分鐘以上）注1：模擬電位器是提供給用戶設(shè)定內(nèi)部軟元件值的外部通道，可用于設(shè)定0～255范圍的數(shù)值，供用戶程序讀取。調(diào)整設(shè)定值時，可采用十字螺絲刀調(diào)整，按順時針方向旋轉(zhuǎn)電位器設(shè)定值從小到大變化，電位器最大旋轉(zhuǎn)角度為270°，請勿過度用力旋轉(zhuǎn)，以免損壞電位器。注2：提供元件強制功能，方便調(diào)試和分析用戶程序，提高調(diào)試效率。最多允許同時強制128個位元件和16個字元件。注3：在運行過程中可在線修改用戶程序，方便了重要生產(chǎn)場合用戶程序的修改圖5.17.6程序編制與調(diào)試自動程序梯形圖如圖7.4-5所示：重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文焊接架傳送裝置及控制系統(tǒng)重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文焊接架傳送裝置及控制系統(tǒng)結(jié)論經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計我的設(shè)計能力和對整個機械制造設(shè)計的能力達到了極大的提高，在不斷地設(shè)計、修改、完善中我的計算基礎(chǔ)也得到了加強。在設(shè)計傳送裝置時，通過不斷地查找資料也認識到工業(yè)機器人是未來機械發(fā)展的一個重要方向，它能很好的完成人類力所不能及的東西。并且系統(tǒng)地了解了一套完整的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計完成的全部過程；還培養(yǎng)自主學(xué)習能力和獲取信息的能力，通過復(fù)習課本中所學(xué)到的知識，鞏固了大學(xué)的知識基礎(chǔ)，在完成設(shè)計過程中遇到的各種實際問題，對知識的學(xué)習都得到了強化。理論與實踐的結(jié)合，讓我學(xué)到了很多課堂上不涉及的技巧。同時我也有一個全新的自我評估完成，所以我有信心進入一個更好的社會，為未來打下一個更好的基礎(chǔ)，并且也大大提高了我的思維方式，這不僅限于是限于理論知識，在實際使用中也具備了生產(chǎn)經(jīng)驗。重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文焊接架傳送裝置及控制系統(tǒng)致謝本次畢業(yè)設(shè)計是在杜柳青老師的悉心指導(dǎo)下完成的，我謹懷誠摯的心情向指導(dǎo)老師致以崇高的敬意和深深的謝意，感謝她在我此次設(shè)計過程當中給予的熱情關(guān)懷、幫助和悉心的指導(dǎo)。她精心的指導(dǎo)、淵博的知識、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和認真勤勉的工作作風令我深感敬佩。同時，本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。正是由于他們的不辭辛勞，傾心傳授才使我的畢業(yè)設(shè)計工作得以順利完成，在此向全體老師表示由衷的感謝，感謝他們四年來對我的辛勤栽培。感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友。此外，我還要向在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授表示由衷的謝意！在大學(xué)期間，在學(xué)校和各位老師孜孜不倦的教誨和無微不至的關(guān)懷下，我擁有了更加成熟的思想和豁達的心胸，也學(xué)到了可以獨立于社會的一技之長和永不停息的終身學(xué)習理念。在此，再次對感謝各位指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過我的老師、領(lǐng)導(dǎo)及同學(xué)，謝謝你們！重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文焊接架傳送裝置及控制系統(tǒng) 54 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