自動排向機(jī)改造研究——石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 編號 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 自動排向機(jī)改造研究 石 墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 信機(jī) 系 機(jī)械工程及其自動化 專業(yè) 學(xué) 號： 0923272 學(xué)生姓名： 支俊 指導(dǎo)教師： 宋廣雷 （職稱：副教授） 2013 年 5 月 25 日下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 自動排向機(jī)改造研究石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú) 立進(jìn)行研究所取得的成果，除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用、表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 96 學(xué) 號： 0923272 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 I 無錫太湖學(xué)院 信機(jī) 系 機(jī)械工程及其自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 、 題目 自動排向機(jī)改造研究 、專題 石墨 舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 二、課題來源及選題依據(jù) 排向機(jī)是二極管生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進(jìn)行后續(xù)工序的加工，勞動強(qiáng)度大，用工人數(shù)多。本課題來源于企業(yè)橫向研究項(xiàng)目，針對現(xiàn)有二極管針腳排向機(jī)的不足和缺陷，提出改進(jìn)措施，加強(qiáng)在線檢測，減少人工，包括機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 1.彌補(bǔ)現(xiàn)有排向機(jī)的不足和缺陷：在在線監(jiān)測方面加強(qiáng)，原本產(chǎn)線上掉落的針腳需要工人放回料斗，經(jīng)過改善，可自行 回收進(jìn)入料斗。改善后由 PLC 控制自動補(bǔ)給石墨舟，從而減少人工，提高二極管生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)收益。 2.綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)知識：機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計、液壓與氣壓傳動、機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用等。 II 3.再次復(fù)習(xí)了專業(yè)知識，認(rèn)識理論知識與實(shí)際生產(chǎn)的關(guān)系，為今后工作提供經(jīng)驗(yàn)。 4.綜合應(yīng)用機(jī)電一體化知識，加強(qiáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，為企業(yè)提供排向機(jī)自動化改造方案。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 96 班 姓名 支俊 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室主任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12日 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 III 摘 要 中國的二極管生產(chǎn)企業(yè)起步很早，以至于很多企業(yè)里面的二極管生產(chǎn)設(shè)備比較陳舊。由于舊的設(shè)備生產(chǎn)效率低，廢品率高，需要大量人工的原因，我們決定將對舊的二極管生產(chǎn)設(shè)備上進(jìn)行一些自動化改造。主要的改造內(nèi)容是將石墨舟的堆放和上料過程進(jìn)行自動化改造，其中改造內(nèi)容有：在空石墨舟的堆放處用機(jī)械手代替，通過氣缸與機(jī)械手相結(jié)合的方式放置石墨舟；對石墨舟的堆放和上料下料的過程由石墨舟升降機(jī)構(gòu)來進(jìn)行完成，通過電動機(jī)帶傳動，皮帶上的氣手指撥動石墨舟堆，在上料和下料處各放置十個為一堆的石墨舟堆，由氣爪抓 取進(jìn)行上料和下料；整個過程通過 PLC 進(jìn)行電氣控制，大大改進(jìn)了生產(chǎn)效率以及減少了人工，使得企業(yè)在生產(chǎn)中獲得更多的盈利。 關(guān)鍵詞 ： 排向機(jī)，二極管生產(chǎn)，自動化改造， PLC，石墨舟 IV ABSTRACT Chinas diode production enterprise started early, that many enterprise inside of the diode production equipment is old. Because the old equipment production efficiency is slow, scrap rate is high, need a lot of artificial. We dicided to do some automation reconstruction to old diode production equipment. The main content of the reform is to pile up on the boat graphite and material process automation reconstruction, the transformation contents include: In the empty graphite boat with the dump instead of manipulator, throuth the cylinder and machinery of the combination of the palm placed graphite way up； The graphite stacked on the boat and the process of feeding material by graphite boat lifting mechanism to completed, throuth the motor belt, the gas fingers of the belt moving graphite boats, In feeding and discharging points under the place for a pile of ten of the graphite boats, they are grabed by gas claw； The whole process was controlled by the PLC , greatly improved the production efficiency and reduced labour, maked the enterprise gaining more profit in the production. Key words: rowing machine, diode, Automation reconstruction, PLC, graphite boat 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT . IV 1 緒 論 . 1 1.1 研究內(nèi)容 . 1 1.2 研究目標(biāo) . 3 1.3 關(guān)鍵問題 . 3 1.4 研究方法和技術(shù)路線 . 3 1.4.1 研究方法 . 3 1.4.2 技術(shù)路線 . 4 2. 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 5 2.1 舊排向機(jī)構(gòu)造 . 5 2.2 石墨舟倉部分改造的初步想法 . 5 2.3 石墨舟倉改造方案確定 . 7 2.4 排向機(jī)改造的控制系統(tǒng)初步設(shè)計 . 8 3. 石墨舟倉結(jié)構(gòu)各零件選用及設(shè)計 .11 3.1 升降機(jī)構(gòu)傳動方式 . 11 3.2 帶傳動系統(tǒng)帶和帶輪的選擇 . 13 3.2.1 電機(jī)額定輸出功率估算 . 14 3.2.2 確定計算功率 . 14 3.2.3 小帶輪轉(zhuǎn)速計算 . 15 3.2.4 選定同步帶帶型和節(jié)距 . 15 3.2.5 選取主動輪齒數(shù) . 16 3.2.6 小帶輪節(jié)圓直徑確定 . 16 3.2.7 大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定 . 16 3.2.8 帶速 v的確定 . 16 3.2.9 初定軸間間距 . 16 3.2.10 同步帶帶長及其齒數(shù)確定 . 16 3.2.11 帶輪嚙合齒數(shù)計算 . 16 3.2.12 基本額定功率的計算 . 17 3.2.13 計算作用在軸上力 . 17 3.3 主動帶輪軸的設(shè)計和校核 . 17 3.4 從動帶輪軸的設(shè)計和校核 . 18 3.5 石墨舟倉機(jī)構(gòu)其他零件結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 18 VI 3.5.1 滾動軸承的選擇 . 18 3.5.2 石墨舟倉機(jī)架的設(shè)計 . 19 3.5.3 氣手指夾具的設(shè)計 . 20 4. 上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 .23 4.1 機(jī)械手的意義 . 23 4.2 機(jī)械手方案對比 . 23 4.3 機(jī)械手方案的確定 . 24 5. 自動化控制設(shè)計 .27 5.1 氣源裝 置的選擇 . 27 5.2 傳感器的選擇 . 28 5.3 PLC 介紹 . 30 5.4 輸入輸出的確定 . 30 結(jié)論與展望 .34 致 謝 .35 參考文獻(xiàn) .36 附錄 .37 零件三維圖 .37 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 VII VIII 自動排向機(jī)改造研究 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 1. 緒 論 1.1 研究內(nèi)容 二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管。它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個 PN 結(jié)兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉(zhuǎn)導(dǎo)性。一般來講，晶體二極管是一個由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的 p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形 成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時，由于 p-n結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。 二極管的構(gòu)造和符號： 二極管的生產(chǎn)工藝： 焊接 酸洗 模壓 印字 機(jī)包 外揀 包裝 其中焊接又可分為排向、裝填、進(jìn)爐、出爐轉(zhuǎn)換，利用焊片通過一定溫度，使芯片與金屬引線連接，形成歐姆觸角。 酸洗是利用化學(xué)品將晶體表面加以侵蝕，使 P-N 接面呈現(xiàn)正角比例以獲得最佳的電性品質(zhì)。于晶片表面形成 SiO2，以達(dá)到絕緣目的。 模壓是使管芯與外界環(huán)境隔離 ，避免有害氣體侵蝕，并使表面光潔和具有特定的幾何形狀，起到保護(hù)管芯、穩(wěn)定表面、固定管芯內(nèi)引線，提高二極管機(jī)械強(qiáng)度的作用。 排向機(jī)是二極管生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進(jìn)行后續(xù)工序的加工?，F(xiàn)有排向機(jī)勞動強(qiáng)度大，用工人數(shù)多。改善后的排向機(jī)加強(qiáng)了在線監(jiān)測，加入了 PLC 控制系統(tǒng)，完成了生產(chǎn)的自動化，大大提高了二極管的生產(chǎn)效率，減少了人工。 本課題設(shè)計內(nèi)容以機(jī)電氣一體化技術(shù)為核心，整機(jī)采用 PLC 控制，要求和原設(shè)備無縫銜接，學(xué)生需掌握機(jī)械工程及自動化專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)理論。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 現(xiàn)有排向機(jī)的構(gòu) 造： 圖 1.1 現(xiàn)有排向機(jī)圖片 如圖，針腳通過人工方式在料參中進(jìn)行震動，并有序向上移動，然后來到針腳分流裝置中，進(jìn)行向下移動，針腳分流裝置可以將成批的運(yùn)輸過來的二極管針腳進(jìn)行分流成為十股針腳，一列一列進(jìn)行向前移動，移動至擋板處。其中彎的或者殘缺的針腳將被擋板擋住，并流入下料盤中，質(zhì)量良好的針腳將有序的一個個豎立地流入擋板下面的槽中，在整個機(jī)器的震動中來到氣缸，氣缸通過左右移動將一排排針腳準(zhǔn)確的安放到上模中，上模與石墨舟通過定位銷進(jìn)行了定位，每一個孔都準(zhǔn)確對齊，針腳在氣缸的左右移動中對齊地放入上模，再由 經(jīng)上模準(zhǔn)確的放入石墨舟中，整個機(jī)器由旁邊的控制臺進(jìn)行控制。 然而，舊版的排向機(jī)有一定的不足如下： （ 1） 在針腳分流裝置中，雖然整個裝置進(jìn)行過周密的計算，但是針腳分流仍舊是按照一定的概率進(jìn)行等量分流的，可能會產(chǎn)生某一列或者幾列在分流過程中針腳出現(xiàn)空缺的狀況，這一問題在流水線上繼續(xù)作業(yè)會使石墨舟上出現(xiàn)一列或者幾列的空缺，影響生產(chǎn)效率； （ 2） 在料參和下料盤中的針腳都需要通過人為的進(jìn)行補(bǔ)充以及放回，增加了工人的負(fù)擔(dān)，并且在一定程度上降低了生產(chǎn)效率，也無法自動排出質(zhì)量有問題的針腳； 自動排向機(jī)改造研究 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 （ 3） 在氣缸處沒有檢測針腳是否空缺的裝置，如果在氣 缸前有針腳卡主或者堵塞，有可能出現(xiàn)一列或者幾列的針腳空缺情況，使進(jìn)行排列后的石墨舟可能出現(xiàn)不足或者空缺的情況； （ 4） 上模處沒有檢測石墨舟是否每一個孔里面都裝入了針腳的傳感器及控制裝置，無法檢測是否每個石墨舟工序后針腳都填滿； 石墨舟在填滿后需要通過人工進(jìn)行移動，并補(bǔ)充新的空的石墨舟，在日生產(chǎn)量巨大的工廠中，大大影響了生產(chǎn)的效率，為企業(yè)帶來不必要的損耗。 1.2 研究目標(biāo) 排向機(jī)是二極管生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進(jìn)行后續(xù)工序的加工， 勞動強(qiáng)度大，用工人數(shù)多。本課題來源于企業(yè)橫向研究 項(xiàng)目，針對現(xiàn)有二極管針腳排向機(jī)的不足和缺陷，提出改進(jìn)措施，加強(qiáng)在線檢測，減少人工。包括機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等。 改善后的排向機(jī)彌補(bǔ)了現(xiàn)有排向機(jī)的不足和缺陷。在在線監(jiān)測方面得到了加強(qiáng)，原本在生產(chǎn)線上掉落的針腳需要工人放回料斗，經(jīng)過改善，可自行回收進(jìn)入料斗。改善前石墨舟針腳排滿后需人工取走，再放上空的石墨舟，改善后由 PLC 控制自動補(bǔ)給石墨舟，從而減少了人工，提高了二極管生產(chǎn)效率，增加了經(jīng)濟(jì)收益。 另一方面，本次的課題研究是大學(xué)四年所學(xué)知識的一次綜合運(yùn)用，涉及的學(xué)科有機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計、液壓與氣壓 傳動、電器與 PLC 控制技術(shù)等。研究這個課題，不僅讓我們再次復(fù)習(xí)專業(yè)知識，也讓我們認(rèn)識到了理論知識與實(shí)際生產(chǎn)的關(guān)系。實(shí)際生產(chǎn)離不開理論知識的支持，理論知識可以為實(shí)際生產(chǎn)提供技術(shù)保障，對技術(shù)的改革發(fā)展更是起到?jīng)Q定性作用。而且，這次實(shí)際生產(chǎn)的案例用理論知識來改進(jìn)的例子讓我們?yōu)榻窈蟮墓ぷ魈峁┝藢氋F的經(jīng)驗(yàn)。 綜合應(yīng)用機(jī)電一體化知識，培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，為企業(yè)提供排向機(jī)自動化改造方案。 1.3 關(guān)鍵問題 （ 1）石墨舟倉方案確定； （ 2）結(jié)構(gòu)設(shè)計和圖紙實(shí)現(xiàn)； 1.4 研究方法和技術(shù)路線 1.4.1 研究方法 查閱資料了解國內(nèi)同類了加工設(shè)備的特點(diǎn)，分析設(shè)備運(yùn)行原理，確定系統(tǒng)方案，設(shè)計提升機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，完善設(shè)計方案。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 1.4.2 技術(shù)路線 自動排向機(jī)改造研究 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 2. 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 舊排向機(jī)構(gòu)造 由于本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容是在原有的排向機(jī)的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造，原來的排向 機(jī)構(gòu)造如下圖所示： 圖 2.1 現(xiàn)有排向機(jī)石墨舟上料部分 石墨舟通過人工放置在石墨舟架的位置，架子上方有一個石墨舟擋板，擋板用于使石墨舟與上模互相結(jié)合，上模是一個長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。當(dāng) 人工搬動上模與石墨舟結(jié)合之后，工作人員按動電動機(jī)的按鈕讓電動機(jī)帶動整個上述裝置進(jìn)行向內(nèi)移動，一排一排上針腳。在機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)針腳排向之后，電動機(jī)反轉(zhuǎn)帶動石墨舟機(jī)構(gòu)移出，然后由人工搬動上模與石墨舟分離，分離過后通過人工觀察哪個孔里面沒有針腳，再由人工對石墨舟針腳進(jìn)行補(bǔ)充裝填。整個機(jī)器運(yùn)作過程對工人的負(fù)擔(dān)較大，而且沒有相應(yīng)的自動化檢測裝置，因此我們決定對其進(jìn)行改造。 2.2 石墨舟倉部分改造的初步想法 為了解決原本排向機(jī)自動化低，需要人工，費(fèi)時費(fèi)事等缺點(diǎn)，我們決定在石墨舟倉部分進(jìn)行一些自動化改造，在原有機(jī)器的基礎(chǔ)上 添加一些部件，使得機(jī)器的自動化能力大幅提升，提高產(chǎn)值。一開始，我們對舟倉部分的改造有兩套方案： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 方案 1： 圖 2.2 方案 1 示意圖 方案 1 如圖所示，將石墨舟倉改造成帶傳動，將石墨舟放置在帶上，通過帶傳動傳遞到機(jī)械手部分，由機(jī)械手抓取石墨舟至加工工位，加工完成之后再由機(jī)械手抓取滿的石墨舟并轉(zhuǎn)動到放置空的石墨舟的一條輸送帶上，并統(tǒng)一回收滿載的石墨舟到下一工位。此方案有加工快速，自動化程度高，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)行改造需要對廠區(qū)進(jìn)行比較大的改造，而且只有一個機(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。 方案 2： 圖 2.3 方案二示意圖 方案 2 如上圖所示，此機(jī)構(gòu)將石墨舟分為空堆石墨舟及滿堆石墨舟兩個部分，這兩部分分別由石墨舟堆疊而成，每個石墨舟可以堆疊十個，在空堆處進(jìn)行上針腳的操作，再由機(jī)械手將上滿針腳的石墨舟進(jìn)行移動并堆疊至滿載的石墨舟堆處，滿載堆下降一個工位以接收運(yùn)來的石墨舟，空堆處上升一個工位以準(zhǔn)備下一次的上針腳操作。此套設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是比較節(jié)省空間，十個石墨舟一堆，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)計也可以便于工人上料 下料，整個過程自動化程度也很高。但是這個系統(tǒng)有例如機(jī)械手負(fù)擔(dān)較大，機(jī)械手部分設(shè)計較復(fù)雜的特點(diǎn)，我們最終決定使用這個系統(tǒng)，但是需要對此系統(tǒng)進(jìn)行一些改造。 自動排向機(jī)改造研究 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 2.3 石墨舟倉改造方案確定 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)： 圖 2.4 上料機(jī)械手部分方案圖 我們決定選用兩個上料機(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，縱向方向的氣缸先下降，然后氣爪 松開，抓取石墨舟，加緊后上升，然后橫向方向氣缸運(yùn)動，將左邊的氣爪移動至滿堆石墨舟處，右邊的氣爪移動至石墨舟工作位置處，然后將兩個氣爪放下并松開，這樣兩個氣爪同時運(yùn)動，大大加快了加工的效率，而且便于控制。 我們考慮了石墨舟單個的重量，石墨舟堆疊后的高度及整個系統(tǒng)對升降機(jī)構(gòu)的要求，所以決定大體的石墨舟升降機(jī)構(gòu)如下圖： 圖 2.5 石墨舟升降機(jī)構(gòu)初步結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 上圖為石墨舟升降機(jī)構(gòu)（石墨舟倉）的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計，石墨舟由十個為一堆堆成，分無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 別有兩落石墨舟堆結(jié)構(gòu)，在初始狀態(tài)時，空堆石墨舟處沒有有十個堆疊而成的 石墨舟，而滿堆部分沒有石墨舟，每次工作一個工位，空堆石墨舟處的氣手指伸出，由電動機(jī)帶動氣手指以拉動空堆石墨舟堆上升一個工位。氣爪抓動后，等石墨舟到達(dá)滿堆處，滿堆處的氣手指伸出，由電動機(jī)帶動氣手指緩緩拉動石墨舟堆下降一個工位，等待一個新的滿堆石墨舟堆上來。如此往復(fù)，等空堆的石墨舟逐漸用完后，機(jī)器暫停，由之前的氣爪拉動新的一堆空石墨舟進(jìn)入空堆，而滿堆石墨舟堆滿之后，機(jī)器也暫停，等待工人將滿的石墨舟堆撤離，繼續(xù)進(jìn)行工作。 2.4 排向機(jī)改造的控制系統(tǒng)初步設(shè)計 我們通過對此套排向機(jī)改造系統(tǒng)的研究與討論后決定設(shè)置如下 傳感器：檢測有無針腳，檢測工作位置有無石墨舟，檢測送料立柱升降機(jī)是否處在初始位置最低位置，檢測工作工位是否有空余，檢測空堆工位是否有石墨舟，檢測針腳是否裝滿，檢測工作工位處是否空閑，檢測下降機(jī)構(gòu)最高位置是否有空位，若無空位則用氣手指將最高位降下，然后氣手指歸于最高位，檢測下降位置是否有空余，檢測二工位處是否有石墨舟等傳感器。 2 我們設(shè)定的整個工序分為三個過程：進(jìn)行檢測、進(jìn)行上料、進(jìn)行下料。 進(jìn)行檢測部分，我們設(shè)定的工序?yàn)楣ぷ魑粋鞲衅鳈z測上下方向氣缸下降 45mmm；氣爪傳感器，氣爪閉合，檢測上下方向氣缸上 升 45mm；檢測縱向傳感器，送料左右方向氣缸向左 600m；檢測位傳感器 1，檢測上下方向氣缸下降 45mm；檢測位氣爪傳感器 1, 氣爪松開，石墨舟至檢測位，檢測上下方向氣缸向上 45mm。 進(jìn)行上料部分，我們設(shè)定的工序?yàn)榭斩褌鞲衅?1，檢測氣手指不動，送料上下方向氣缸下降 45mm；氣爪傳感器，檢測氣爪不動，送料上下方向氣缸上升 45mm；送料上下方向氣缸，送料左右方向氣缸向左 600mm，工作位傳感器，檢測送料上下方向氣缸向下 45mm至工作位置；工作位氣爪傳感器 ， 檢測氣爪松開，送料上下方向氣缸上升 45mm；空堆傳感器 2，檢測氣手指動作，換另一堆空石墨舟。 進(jìn)行下料部分，我們設(shè)定的工序?yàn)闄z測位傳感器 2，檢測下料上下方向氣缸下降 45mm；檢測位氣爪傳感器，檢測氣爪閉合，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，檢測下料左右方向氣缸向左 600mm；下料氣爪傳感器，檢測氣爪松開，下料上下方向氣缸上升 45mm；石墨舟堆傳感器，檢測下料上下方向氣缸下降 45mm。 我們將控制系統(tǒng)分為這三個部分進(jìn)行設(shè)計，每個部分有設(shè)定相應(yīng)的傳感器，并對傳感器的輸入輸出端進(jìn)行預(yù)估，這樣我們在接下來的 PLC 控制設(shè)計，選擇 相應(yīng)的型號 的 PLC 以及輸入輸出分配表的制作有了一定的基礎(chǔ)。 自動排向機(jī)改造研究 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 圖 2.6 步進(jìn)電機(jī)控制原理圖 圖 2.6 中，控制器為 PLC， PLC 產(chǎn)生脈沖信號，進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，一般控制脈沖信號都很弱，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器可將脈沖信號進(jìn)行功率放大，將從控制器發(fā)來的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，實(shí)現(xiàn)后續(xù)的動力提供。電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以控制脈沖頻率可以精確調(diào)速，控制脈沖數(shù)就可以精確調(diào)位。 圖 2.7 所選步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 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工位，提升高度為 45mm。選擇的步進(jìn)電機(jī)型號為 110BYG350CH-0501，相數(shù)為 3，步距角為 1.2，相電流為 5.0A，保持轉(zhuǎn)矩為 12N，轉(zhuǎn)動慣量為 1.356g。 11圖 2.7 為所選步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線。其中，控制系統(tǒng)每發(fā)出一個步進(jìn)脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過 1.2，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器設(shè)置在 10 細(xì)分狀態(tài)下，由公式 步距角的距離步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周移動物體移動距離必要脈沖數(shù) o3 6 0 （ 2.1） 可知 : 步進(jìn)電機(jī)發(fā)出 3000 個脈沖時，氣手指抬升空石墨舟 45mm。 自動排向機(jī)改造研究 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 3. 石墨舟倉結(jié)構(gòu)各零件選用及設(shè)計 3.1 升降機(jī)構(gòu)傳動方式 剛開始時，我們設(shè)計了兩種升降機(jī)構(gòu)的方案 方案 1：絲桿傳動升降機(jī)構(gòu) 圖 3.1 絲桿傳動升降機(jī)構(gòu)示意圖 滾珠絲杠：傳動效率高，達(dá) 0.9-0.98，有利于主機(jī)的小型化和減輕勞動強(qiáng)度；摩擦力矩小，接觸鋼度高，使溫升及熱變形減小，有利于改善主機(jī)的動態(tài)特性和提高工作精度；工作壽命長，傳動無間隙，無爬行傳動精度高，具有很好的高速性能；抗沖擊振動性能差，承受徑向載荷能力差。 如圖所示，石墨舟堆疊為十個，導(dǎo)軌上裝有滑塊 ，滑塊由電動機(jī)驅(qū)動，電機(jī)連接著一根絲桿，電動機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿上的螺母隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動石墨舟機(jī)構(gòu)整體上升下降，電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，石墨舟上升，用于空堆石墨舟機(jī)構(gòu)，電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，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)動方向是豎直的。而石墨舟堆的上升距離由電機(jī)保證，電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)，由 PLC 控制。此套方案的優(yōu)點(diǎn)是整個機(jī)構(gòu)比較簡單，可以由安裝在電動機(jī)上的螺母來將電動機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為石墨舟的升降移動，機(jī)構(gòu)簡單，成本較低，設(shè)計安裝比較簡單。但是此套方案也有缺點(diǎn)，就是絲桿傳動的距離不能過長，也不能承受太大的徑向 力，否則絲桿彎曲損壞整套裝置就會壞掉，豎直方向的移動量也會產(chǎn)生誤差，使加工產(chǎn)生錯誤，增加生產(chǎn)率，而且絲桿受力較大，要經(jīng)常更換，成本也會變得很高，而且后續(xù)維護(hù)比較麻煩。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 方案 2：帶傳動升降裝置 圖 3.2 帶傳動升降機(jī)構(gòu)示意圖 帶傳動：靠齒嚙合傳動，傳動比準(zhǔn)確，傳動效率高，初張緊力最小，瞬間速度均勻，單位質(zhì)量傳遞的功率最大；與鏈和齒輪傳動相比，噪聲小，不需潤滑，傳動比、線速度范圍大，傳遞功率大；耐沖擊振動較好，維修簡便、經(jīng)濟(jì)。廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械傳動。 如圖所示為我們設(shè)計的帶傳動升降機(jī)構(gòu)，石墨舟由氣手指帶 動上升或者下降，氣手指安裝在帶輪上面，由專門的夾具固定。底板上裝有帶傳動的輪和軸，軸端上用聯(lián)軸器連接電動機(jī)，電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，石墨舟上升，用于空堆石墨舟機(jī)構(gòu)，電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，石墨舟下降，用于滿堆石墨舟手機(jī)機(jī)構(gòu)。在這里要說明的是氣手指實(shí)質(zhì)上是一個小型的氣缸，伸出后拖住石墨舟堆底部，隨著帶傳動的上升和下降將拖動石墨舟堆的上升下降，已完成石墨舟的移動。此套方案的優(yōu)點(diǎn)是帶傳動的受力能夠帶動比較大的質(zhì)量，像石墨舟堆這樣十個一堆的物體也能夠帶動，而且?guī)鲃颖容^穩(wěn)定，隨著步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動能夠完成定方向定距離的上下移動，比較適合我 們這個系統(tǒng)。此套方案的缺點(diǎn)是如果設(shè)計帶傳動系統(tǒng)的話比絲桿系統(tǒng)更復(fù)雜些，要設(shè)計帶輪、帶輪軸、夾具等零件。 最后我們綜合了以上兩個方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從系統(tǒng)的整體穩(wěn)定和效率出發(fā)，我們選擇了帶傳動升降系統(tǒng)，關(guān)鍵是絲桿系統(tǒng)的絲桿不能承受每個 400g的十個石墨舟堆的長時間的上升與下降，在一定時間之后絲桿會產(chǎn)生各種各樣的問題，因此我們選擇帶傳動升降系統(tǒng)，而且雖然帶傳動升降系統(tǒng)的零件有些復(fù)雜，但是一旦設(shè)計出來在實(shí)際安裝過程中其實(shí)并不自動排向機(jī)改造研究 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 復(fù)雜，很多像螺母螺釘?shù)牧慵伎梢赃x擇標(biāo)準(zhǔn)件，安裝起來穩(wěn)定可靠。 3.2 帶傳動系統(tǒng)帶和帶輪的選擇 首先我們選擇帶傳動的方式，我們最開始在普通 V 帶、普通平帶、同步帶三者之間選擇。普通 V 帶的帶兩側(cè)與論草附著較好，當(dāng)量摩擦因數(shù)較大，允許包角小，帶傳動比大，中心距較小，預(yù)緊力較小，傳動功率可達(dá) 700KW。 普通平帶的抗拉強(qiáng)度大，耐濕性好，中心距大，價格比較便宜，但是傳動比較小，效率較低，可呈交叉，半交叉及有導(dǎo)輪的角度傳動，傳動功率可達(dá) 500KW。 同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的新塑傳動帶。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，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)度高、伸長小的纖維材料或金 屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中沒有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。 同步帶傳動（見圖 3.3）時，傳動比準(zhǔn)確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度 -20 80 ， v50m/s， P300kw,i10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。 圖 3.3 同步帶傳統(tǒng) 同步帶傳動是由一根內(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。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙 合來傳遞動力。 同步帶傳動具有準(zhǔn)確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達(dá) 1:10。允許線速度可達(dá) 50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達(dá) 98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。 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)械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍睿瑪U(kuò)展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動 中具有相對獨(dú)立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。 同步帶的特點(diǎn) (1)、傳動準(zhǔn)確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 (2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低； (3)、傳動效率高，可達(dá) 0.98，節(jié)能效果明顯； (4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤滑，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)、可用于長距離傳動，中心距可達(dá) 10m以上。 接著，我們選擇帶輪，同步帶傳動的帶輪有實(shí)心輪、輻板輪、孔板輪、橢圓輻輪等結(jié)構(gòu)，由于我們的石 墨舟的大小也僅有 9123442 的外輪庫大小，所以我們的設(shè)計的帶輪不會太大，帶輪的內(nèi)孔直徑也最多在 1525 之間，所以我們選擇內(nèi)徑孔大小為 20 的實(shí)心輪，設(shè)計、加工很方便，傳動效率高，也比較容易安裝和定位。帶輪與軸之間的連接采用鍵槽連接，具體的設(shè)計在接下來的軸設(shè)計里面會具體講到。 考慮到主動輪和從動輪的問題，由于我們的系統(tǒng)時直線升降移動，對傳動比沒有要求，而且考慮到對步進(jìn)電機(jī)的控制問題，我們最后決定主動帶輪和從動帶輪使用相同的型號和尺寸，這樣零件互換性有了進(jìn)一步提高，對維修和安裝都有一定的方便。 考慮到主動 輪和從動輪的問題，由于我們的系統(tǒng)時直線升降移動，對傳動比沒有要求，而且考慮到對步進(jìn)電機(jī)的控制問題，我們最后決定主動帶輪和從動帶輪使用相同的型號和尺寸，這樣零件互換性有了進(jìn)一步提高，對維修和安裝都有一定的方便。 由上可知，同步帶輸出轉(zhuǎn)矩為： 0.21N.m，輸出轉(zhuǎn)速為： s/15 ，單級傳動效率為：=85%，傳動比 i=1，取安全系數(shù) k=3，則同步帶傳遞功率為： WTkP 23.085.0/1221.03/ 22 (3.1) 因此我們在帶傳動方面選擇同步齒形帶傳動 3.2.1 電機(jī)額定輸出功率估算 TwP 067.01.08.4 =7.16W (3.2) 3.2.2 確定計算功率 電動機(jī)每天使用 16 小時左右，查表 3-1 得到工作情況系數(shù) AK =1.7。則計算功率為 : WPKPAca 17.127.116.7 (3.3) 自動排向機(jī)改造研究 石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 表 3-1 工作