自动化车床的供料及出料装置设计（全套含CAD图纸）
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11 of an d to a to to In to of to by of GA)to of In y be as is to an d A 3of s of As in to Of is to an d of to as in in in by to i Ti 12 to an of en is a of It is to to to it by as 994， a be to of f a to as on Lu a to of to of e a on of 16s 。 5。 a a to reof to nc 006 an on 0 of on it on is 13 He on of of a to N on of GA)2 2 1 s 1， of in of is to be to be be by it is s as 2 is 1 2 of to is to In of to of a In to s to SE)is as is of of of ts 14 (=1， 2， ， P)is of P is of of it h on (=1， 2， ， )is of of ， hi of on hb of of on is be dto d is Oof be j to Tj ， or is 2 2 GA A is an in to to it of be as a a be as 15 2 is of by is of A It be is a of be of of of an in of A 40 0 99； 000 0101 of 0 200 be so in A 2 3 of EA be to A EA In of of by be 3 16 3 of 2 4 A in a to In to A， be to of of in A of 3It of GA 3 of by is as of is be 17 4 5 A 4 A 5 ， it be of SE is 352 8 13 is 049 3 18 6 of 6 of 0 N mm 1 389 7 mm on It be a if is in f 0 5 N As N is to 19 is on in to an is to of a is As 7 8， in 4 97mm 4 50is 7 EA 8 EA n a is by to of of mm In is to be 1 389 7mm 46 N 9 is 3。 3to If a 1 3897mm is on 4 796 of is a 20 9 by to is in a of in is no of It of EA be by A EA up A 1 符合尾随边缘形态变化的优化设计 摘要： 自适应机翼一直使用柔和的技术指导变形的后缘，以改善他们的气动性能，本文介绍了一种在分布压力下，符合形状变化的结构设计的系统化方法。为了使需要的形状与目标形状偏差尽量最小，这种方法使用 方式来优化标准分布机制。这种方式通过局部优化和遗传算法来获得。在优化过程中，许多因素应该考虑在内，例如：空气载荷、输出位移量和几何非线性。直接搜索法适用于局部优化和 化后的输入位移量。由此产生的结构可以做出他们在 0 到 90。 型试验已经确认了这种方 法的可行性。 关键词： 自适应机翼，伺服顺从机构，遗传算法，拓扑最优化，分布压力载荷，几何非线性 1说明 由于传统的机翼轮廓通常是按照特定的上升系数和马赫数设计的。他们不能随着环境的变化而变化。 出可变的后缘曲面将会产生比传统的固定倾角机翼少 60%左右的阻力。 有三种去设计可变的曲面机翼的方法。他们中的一种是传统的铰链机构，然而，他会导致机翼表面的不连续性和早期气流分流与阻力的增加。其它的则是智能材料和顺从机构，他们能实现平稳的形状变化。尽管如此，与顺从机构相比较，由智能材料制成的 传动装置有许多不足之处。例如：能量不足；反应缓慢；强烈的滞后性；受温度的限制；控制太多装置的难度大。由来自柏林工业大学的用镍钛记忆合金作出的自适应可变拱形的机翼可以快速改变他的形状，但他不能执行高频繁的变化，因为他的弹性依赖于与外部环境进行的热量交换。 顺从机构是一种单件灵活的机构。他可以通过弹性变形传送运动和能量。他不仅具有足够的变形性，而且具有足够的刚度来抵御外部的载荷。由于他的连接自由性，他没有传统所面临的棘手问题，例如：摩擦、润滑、噪声、反冲。因此可以获得平稳的形状变化。 1994 年，一位来自密歇根 大学的名叫 授首先提出顺从机构能够使用在一项由美国空军科学研究院办公室提供赞助的控制静态形状的科学研究之中。 出了一种设计顺从机构的新方法，他们能够使优化目标函数曲线中的形状变化和目标曲线的形状误差最小，基于他们的研究成果， 出了 2 一种载荷路径代表方法。然而，他的研究仅限于节点情况下的线性分析。来自于福尼亚州立学院的 用顺从机构和运动渐近法来设计机翼的尾部，保证误差在尖端最大偏差范围之内。基于 数据， 2004 年时间设计顺从轨迹边缘，他 能在 0。 到 15。 之间变化并且获得了专利证书。来自德国航空航天中心的 指出今后的研究应将空气载荷和几何非线性考虑在内。来自工业能源部实验室的 用 和几何非线性有限元法来设计顺从轨迹边缘。 2006 年生产的自适应兼容机翼。经过了在怀特骑士飞机上的实验。结果表明，风和标准的能在（ 10。 ）变化。在中国，适应性机翼研究一直集中在智能材料和常规机构上，几乎没有人在从事带有顺从机构的机翼研究上。杨是个例外，他 分析了基于伺服弹性技术的活跃航空弹性机翼，陈和黄分别调查了兼容的离散和连续性的前沿变化。 本文介绍了一种基于局部优化和 遗传算法形状可变机构的设计方法，通过使用 计，同时将外部载荷和 几何非线性考虑在内。 2优化步骤 定后缘模型和目标函数 如图一所示，两条曲线代表不同飞行状态的轨迹边缘。其中一边（ A 点）的结构形状是固定的，另一边（ B 点）将水平滑动。 图一 图二 首先设计领域应该由最初曲线形状所定义，包括输出位置和边界状态，然后如图二所示的被光线分成的微量网格模仿鸟的羽毛部分，这就是被称为局部表面结构方法。 最简单也是最有效的方法制造出平面兼容机是使用线切割技术。在优化过程 3 中，所有的元素使用同样的宽度等于其厚度的梁。其中每个梁的高度是一个设计变量。 为了使结构的变形接近于目标曲线形状，在变形曲线和目标曲线间的最小平方差是被定义的客观职能。 定义是沿曲线上各个点位置数字的平方和，他的表达式是 其中 i（ i=1,2, ， p）是沿曲线上点的数量， p 是点的总数。 和是目标和边界曲线变形坐标的第 i 个节点。约束条件是： 其中 j（ j=1,2, ， m）是元素的数量的总和， 尺寸变量， 所有元素的下界与上界， 边界元素的极点， 党边界曲线上输入无效节点时的最大弯曲，必须小于 d 以保证结构的刚度， d是当输入处于无效时所允许的最大弯曲变形，拓扑量 于 1，否则当元素被淘汰时为 0。 A 优化 遗传算法是一种在自然界上模拟选择的优化方法。合适的生物能最大可能性存活下来，但是劣质品种也有机会存在。不同于连续的优化方法，他不要求梯度的目标函数信息。 每一个元素可以表示为一个拓扑量和一个尺寸变量。因此，每个个体科编码如下： 其中 n 是除边界元素之外元素的数量。有着同样的高度，在整个优化过程中的边界元素只有一个变量代表 适应性是遗传算法优化的评价标准。他可以从目标函数转化为： 4 其中 是一个只包括双方较差的个体参数。他的数值越小越有价值，两个个体的适应性会有更多的不同，因此增加了双方选择的高度适应性。 选择控制参数在遗传算法的收敛中扮演一个重要的角色。总的来讲，交叉概率的范围为 变的概率为 体的数量为 10 该变量将会通过交叉和变异发生更新，因此，这个设计可能产生遗传过程。 应性元素的分析 由于设计变量和目标函数是有限元的，有限元分析法优化模型是不能被用于设计符合变形的机构中，因此，本文在 的遗传算法和在 的有限元分析法。在有限元分析法中，仅只考虑几何非线性和材料的弹性，解决节点位移和元素压力，通过删去低应力的元素，良好的结果能被推算出来。图三显示了详细的过程。 图三 整个的优化过程 次优化 5 尽管遗传算法可以优化大型解空间和拓扑结构尺寸。尺寸通常不能直接集中于优化中，为了解决这个问题，遗传算法优化后，直接搜索法应该被用来在遗传算法结果中去寻找。 通过参考文献 5可以得出，最初的小径边缘尺寸减少 36%，表一列出了设计参 数的大小。 表一 设计参数的大小 由于位移作为输入的使用，非线性分析难以解决和厨师压力非常大，但他必须在三十代以后考虑。 图四 遗传优化的结果 图五 二次优化的结果 6 图四和图五说明了遗传算法优化结果和二次优化结果。 表二 两次优化的比较 从表格中可以发现，通过输入位移和尺寸优化， 少了 改善了 变更角度增加 。 图六 外部载荷的分布 7 图六表示的是外部分布压力从 0到 10N/变输入位移量在最初结构上保持 果载荷保持在 0化结构看起来有良好的稳定性。当外部载荷超过 5N/大压力可能超过屈服压力，因为这个优化方法是基于 了证明结果，尝试去通过将分析结果分别输入到 后是他们之间的比较。 如图七和图八所示，二者的变更有很大的共同点；在 4097 们的不同之处来自个体上。 图七 在 图八 在 另一方面，一个使用线切割技术的模型来证实分析法的结果。模型的材料同设计的一样，都为 5试验中，假设分布压力载荷为零，输入 146入位移量为 九表示的是模型和测量的结果。变更的温度为 。尖端为一位 53更 的形状符合设计的结果。如果 论的尖端位移量为 为模型和试验台之间存在摩擦力，测量材料和适合的结果之间会有少许的差异。 8 图九 模型和实验的结果 通过方针和实验证明，该方法符合设计变形机制，探索出具有所需的变性效应和承受外部载荷的结果和能力的机构。在优化过程中， 联合呈现程序的简单和普遍性。坚硬的字模没有必要频繁的改变，同时避免有限元法编程的复杂性和使分布载荷变成节点载荷，拓 扑尺寸可以同时由 行优化，出去再 后的自由元素能加快优化，二次优化可以提高 化的结果。 上海电机学院 毕业设计 课 题 自动化车床的供料及出料装置设计 专 业 年 级 2009 级 姓 名 学 号 指 导 教 师 （签字） 学 院（系）院长（签字） 年 月 日 自动化车床的供料及出料装置设计 I 摘 要 供料及出料 具有很多人 类所不具有的能力，包括快速分析环境能力；抗干扰能力强，能长时间工作和工作精度高。可以说 供料及出料 是工业进步的产物，它也发挥了在当今工业的至关重要的作用。 如今， 供料及出料 工业已成为世界各国备受关注的产业。 本文阐述了 自动化 供料及出料 的发展历 史 ，国内外的应用 状况 ，及其巨大的优越性，提出 了 具体的 供料及出料 设计要求 和 进行了总体方案设计具体结构设计、计算； 在分析国内外智能 供料及出料 研究现状的基础上，本文设计了一种新型 供料及出料 结构 将 驱动系统机构相结合，在两个电机的驱动下，通过一些简单的传动机构，使 供料及出料 可以 实现 运行 。建立了 供料及出料 的准静态模型，进行了准静态分析，从而获得 供料及出料 在步态运动时各部件的受力状况。 关键词： 供料及出料 ，步态行走， 供料及出料 ；工业；传动；强度 自动化车床的供料及出料装置设计 of do of a be is a of it a in s in of at of n of on a of - of be to of is so as to of in 录 摘 要 . I . 录 . 绪论 . 1 题研究意义 . 1 用 . 1 动化车床设备 . 2 动化车床设备 趋势 . 2 2 自动化车床的供料及出料装置设计结构方案设计 . 3 . 3 论述 . 4 3 供料及出料四连杆机构设计 . 6 . 6 . 7 . 7 . 8 . 9 4 输送带装置设计 . 10 . 10 步带介绍 . 10 步带传动的主要失效形式 . 11 步带传动的设计准则 . 13 . 13 . 14 步带计算选型 . 14 步带的主要参数（结构部分） . 16 . 18 自动化车床的供料及出料装置设计 . 19 5 凸轮机构的设计 . 20 . 20 轮轮廓线曲线的设计 . 21 . 24 . 24 轮理论轮廓内凹部分 . 24 . 24 动滚子推杆盘形凸轮 . 26 . 26 6 气缸设计 . 28 . 28 的计算 . 29 . 30 7 气动原理设计 . 33 8 制部分设计 . 35 编程序控制器的选择及工作过程 . 35 编程序控制器的选择 . 35 编程序控制器的工作过程 . 35 编程序控制器的使用步骤 . 36 . 37 制系统的工作原理及控制要求 . 37 . 37 . 38 总结与展望 . 40 参 考 文 献 . 41 致 谢 . 42 自动化车床的供料及出料装置设计 1 1 绪论 题研究意义 市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间 ( ， 产品 (成本 (创新能力 (服务(用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在 20 世纪 50 至 40 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在 70年代竞争力的第一要素为降低生产成本， 80年代为提高产品质量， 90年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。 制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平 机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家 )2000 年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平 :即使在国内市场也面临着严峻的形势 :一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。 动化车床设备 应用 据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15%。其 余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言， 自动化车床设备 是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的 自动化车床设备 更是引人注目。例如原子能发电 站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000个 20孔，若以摇臂钻床加工，单单与锪沉头孔就要 外还要划线工时 若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要 线也简单，只要 此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，自动化车床的供料及出料装置设计 结合 自动化车床设备 不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的 2000多个操作中，有 40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工 ，平均可减少 20%的加工时间。 1975年法国巴黎机床展览会也反映了 自动化车床设备 的使用愈来愈多这一趋势。 动化车床设备 自动化车床设备 是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或 椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。 动化车床设备 趋势 自动化车床设备 生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展， 自动化车床设备 的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。 自动化车床的供料及出料装置设计 3 2 自动化车床的供料及出料装置设计 结构 方案设计 构 方案 设计 由输送带将坯料送到料架上，供料装置将坯料送入车床主轴的中心，夹紧工件；平端面、端面倒角；加工完后，工件落入出料托盘中，托盘随后向输出斜槽倾斜。由输送带输出。 在加工过程中，工件托架必须要转到一 个离开加工碎屑的位置。 1、 圆形工件的料架； 2、工件（末加工）； 3、气缸； 4、四连杆机构（双摇杆） 5、出料斜槽； 6、加工完的工件； 7、供料用气缸； 8、夹具； 9、工具滑块 10、供料设备； 11、出料装置； 12、摆动关节； 13、杠杆 图示所示为自动车床的供料和出料机构。 V 形的高度可调。托架从料架中取出一个未加工的工件，并把工件输送到机床主轴的中心，在这个位置，被一个凸轮（未显示）推进到夹具中，加工完后，工件落入出料托盘中，这个托盘随后向输出斜槽倾斜。整个设备是装在一个基座上的，并与机器上工具的区域连接 。在加工过程中，工件托架必须要转到一个离开加工碎屑的位置。 自动化车床的供料及出料装置设计 适用元件： 标准气缸 标准气缸 或 接近开关 气缸 安装脚架 双耳环 单向流量阀 耳轴支座 安装附件 管接头 构 方案 论述 负载大小的确定主要是考虑沿 供料及出料 各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中应包括 供料及出料 末端的重量、抓取工件或作业对象的重量和规定速度和加速度条件下，产生的惯性力等。由本次设计给的设计参数可初估本次设计属于小负载。 驱动方式 由于伺服电机具有控制性能好，控 制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境没有影响，体积小，效率高，适用于运动控制要求严格的中、小型 供料及出料 等特点，故本次设计采用了伺服电机驱动 （三）传动系统设计 供料及出料 传动装置中应尽可能做到结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，在传动链中要考虑采用消除间隙措施，以提高 供料及出料 的运动和位置控制精度。在 供料及出料 中常采用的机械传动机构有齿轮传动、蜗杆传动、滚珠丝杠传动、同步齿形带传动、链传动、行星齿轮传动、谐波齿轮传动和钢带传动等，由于齿轮传动具有效率高，传动比准确，结构紧凑、工作可靠、使用寿命长 等优点，且大学学习掌握的比较扎实，故本次设计选用齿轮传动。 （四）工作范围 工业 供料及出料 的工作范围是根据工业 供料及出料 作业过程中操作范围和运动轨迹来确定，用工作空间来表示的。工作空间的形状和尺寸则影响 供料及出料 的机械结构自动化车床的供料及出料装置设计 5 坐标形式、自由度数和操作机各手臂关节轴线的长度和各关节轴转角的大小及变动范围的选择 （五） 运动速度 供料及出料 操作机手臂的各个动作的最大行程确定后，按照循环时间安排确定每个动作的时间，就能进一步确定各动作的运动速度，用 m/s 或（ ） /s 表示，各动作的时间分配要考虑多方面的因素，例如总的循 环时间的长短，各动作之间顺序是依序进行还是同时进行等。应试做各动作时间的分配方案表，进行比较，分配动作时间除考虑工艺动作的要求外，还应考虑惯性和行程的大小，驱动和控制方式、定位方式和精度等要求。 自动化车床的供料及出料装置设计 3 供料及出料四连杆机构 设计 连杆机构设计 连杆机构是最常用的机构，因此连杆机构优化设计在机构设计中十分重要，研究工作开展得也最为广泛。有大量的文献介绍有关平面四杆机构、平面五杆机构、柔性连杆机构、曲柄连杆机构、槽轮连杆机构、凸轮连杆组合机构和齿轮连杆等机构的优化。鉴于四连杆机构的典型性，本节结合四连杆机构的函数再现优化设计问题，阐述连杆机构优化问题的一般方法及流程。 四连杆机构的优化设计就是对四连杆机构的参量进行优化 调整，使得机构给定的运动和机构所实现的运动之间误差最小。因此四连杆机构的优化设计的过程，就是寻找使得四连杆机构运动误差最小的一组机构设计参量。四连杆机构设计参量确定后，就可认为实现了机构的优化设计。 四连杆机构的优化设计包括四连杆机构优化模型建立和优化模型求解二个主要过程。通过对四连杆机构的分析确定优化方案，确定设计变量，给出目标函数，并将机构设计制约条件，如杆长条件、传动角条件等，写成相应的约束条件，即可建立机构优化设计模型。 下面介绍四连杆机构函数再现优化设计模型的建立。 自动化车床的供料及出料装置设计 7 定设计变量 根据设计要 求，由机械原理知识可知，设计变量有 。将曲柄的长度取为一个单位长度 1，其余三杆长可表示为 倍数。由图 1 所示的几何关系可知 4324232212)(a r c c o 为杆长的函数。另外，根据机构在机器中的许可空间，可以适当预选机架 长度，取 ，经以上分析，只剩下 个独立变量，所以，该优化问题的设计变量为 221 , 因此。本优化设计为一个二维优化问题。 立目标函数 按轨迹的优化设计，可以将连杆上 M 点 与预期轨迹点坐标偏差最小为寻优目标，其偏差为和 ,2,1 ，如图 2。为此，把摇杆运动区间 2 到 5 分成 S 等分， M 点坐标有相应分点与之对应。将各分点标号记作 i ，根据均方根差可建立其目标函数，即 mi 22 2)1(31 S 为运动区间的分段数 4324232212)(a r c c o 于是由以上表达式便构成了一个目标函数的数学表达式，对应于每一个机构设计方案（即给定 21,，即可计算出均方根差 自动化车床的供料及出料装置设计 图 2 定约束条件 根据设计条件，该机构的约束条件有两个方面：一是传递运动过程中的最小传动角 应大于 50 度；二是保证四杆机构满足曲柄存在的条件。以此为基础建立优化线束条件。 保证传动角 50 图 3 按传动条件，根据图 3 可能发生传动角最小值的位置图，由余弦定理 r c c (a r c c （见图 3（ a） 所以 322322241 2 4 9 （ a） r c c (a r c c （见图 3（ b） 自动化车床的供料及出料装置设计 9 所以 322142322 2 4 9 （ b） 式（ a）、（ b）为两个约束条件，将 11L ， 54 L ， 12 ，23 代入式（ a）、（ b），得 0362 4 9 122211 0162 4 9 122212 曲柄存在的条件 按曲柄存在条件，由机械原理知识可知 12 ， 13 ， 3241 4321 ，4231 把它们写成不等式约束条件（将 11L ， 54 L ， 12 ，23 代入上式），得 01 13 01 24 06 215 04216 04127 经过分析，上述七个约束条件式中， 紧约束条件， 为松约束条件，即满足 01 02 X ，必满足不等式 0073 以本优化问题实际起作用的只有 个不等式约束条件。 出优化数学模型 综上所述，可得本优化问题的数学模型为 si 22m 221 , 0362 4 9 122211 0162 4 9 122212 即本优化问题具有两个不等式约束的二维约束优化问题。 自动化车床的供料及出料装置设计 4 输送带装置设计 步带的概述 步带介绍 同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。 同步带传动（见图 3，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好 ，抗老化性能好，一般使用温度 80， 10=。 根据公式 F=F，系统压为最低 虑，可得 压侧的输出力为 ；拉侧的输出力为 ，显然满足要求。 参照（ 气缸 1选用缸径为 20程为 25号为 25 。 同理，下压气缸 4选用亚德客笔型气缸，代号为 30。 自动化车床的供料及出料装置设计 图 参照供料用传动方案设计，又下摆动关节的冲压力 ，选择的气缸类型分别为（表 气缸名称 上模板气缸 下压气 缸 品牌及类型 径 5 40 活塞杆外径 14 行程 0 40 受压面积 侧 /拉侧 ) 421/298 1057/756 理论输出力 N(押侧 /拉侧 ) 摆动关节气缸的规格 气缸的运动时序表如下： 气缸名称 速度 /mm s T（伸出） /s T（收回） /s 上模板气缸 21 压气缸 23 摆动关节气缸的运动时序表 连杆关节气缸的计算 对四连杆关节连接滑块进行受力分析（在最大压力角2 19 处），图示如下： 自动化车床的供料及出料装置设计 31 图 接滑块的受力分析 连接滑块受力来自两个部分，第一是气缸给的动力，第二是连接滑块和滑销之间的摩擦阻力。 连接滑块的摩擦阻力又来自两个部分，其一是滑块上方零部件的重量和自重引起的一个是由送料凸轮给的力 平方向的分量引起的中，1钉、垫圈、弹簧垫片、送料夹滑块、连接螺钉、送料夹、送料夹固定螺钉在送料滑销上的压力之和，跟据 置材料 37 . 8 2 1 0 m m 公 斤 /，可分别得出各零件的质量。 经分析，得总质量 M=(连接滑块质量 +六角螺钉质量 +垫圈质量 +弹簧垫片质量 +连接螺钉质量 ) X 2+送料夹 X 3 +送料夹固定螺钉 X 6 + 送料夹滑块质量。 即 M=（ X 2 + 3 + 6 + g 故，g= 10 = 又查得刚和刚（粗糙度 间的 3摩 擦 系 数 u= 0 . 3 1 1u F u M g N （ 1） 12s i u F u F （ 2） 根据连接滑块 知2c o f F （ 3） 联立（ 1）（ 2）（ 3）解得 F= 根据要求，四连杆关节气缸选用笔型气缸（ 理论出力计算公式是： F=式中： F 气缸理论输出力（ N） P 工作压力 (A 活塞受力面积（ 2 0F 弹簧复位力（ N） 系统压力为 用复动型气缸时，0F=0 N， 取系统压力极小值时 ， 可得 ： 20 . 5 1 . 6 6 70 . 3FA m 气缸活塞面积大于 可。 1 . 6 6 72 2 1 . 4 5 73 . 1 4Ad m = =即气缸缸径大于 行。 参照（ 选用缸径为 12程为 40用亚德客气缸，代号为 40。 自动化车床的供料及出料装置设计 33 7 气动 原理 设计 气动原理图如图 4示。整个气动系统就是要对 供料 气缸、 摆动 气缸、 四连杆 气缸动作进 行控制。 图 4动原理图 气路元件表如图 4示： 图 4路元件表 序号 型号规格 名称 数量 1 向节流阀 6 2 24三位四通电磁滑阀 3 3 动截止阀 1 4 压力组件 1 5 力继电器 1 6 两位三通电磁滑阀 1 各执行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都 在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩自动化车床的供料及出料装置设计 气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快起动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸、 行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。 自动化车床的供料及出料装置设计 35 8 制部分设计 考虑到气缸的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器 (气缸进行控制 需改变 常方便快捷。 编程序控制器的选择及工作过程 编程序控制器的选择 目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的 C,德国西门子公司的 5系列 本 石 )公司的 虑到本气缸的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了 28 编程序控制器的工作过程 可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为四个阶段。 第一阶段是初始化处理。 可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连， 入输出状态暂存器也称为 I/0状态表 中存放输 入状态信息的存储器叫输入状态暂存器 ;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时， ，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。 第二阶段是处理输入信号阶段。 在处理输入信号阶段， 获得的各个输入端子的状态信息送到 I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在 I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。 第三阶段是程序处理阶段。 当输入状态信息全部进入 I/0状态表后， 这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各 I/0状态和有关指令进行运自动化车床的供料及出料装置设计 算和处理，最后将结果写入 I/0状态表的输出状态暂存器中。 第四阶段是输出处理阶段。 将运算结果写入到 I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后， 编程序控制器的使用步骤 在可编程序控制器与被控对 象 (机器、设备或生产过程 )构成一个自动控制系统时，通常以七个步骤进行 : (1)系统设计 即确定被控对象的工作原理，控制要求，动作及动作顺序。 (2)I/0分配 即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号 ;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号 用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。 (3)画梯形图 它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器 ( 则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。 (4)助记符机器程序 相当于微机的助记符程序，是面向机器的 (即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同 )，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。 (5)编制程序 即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。 (6)调试程序 即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计 (包括画梯形图、助记符程序、编辑、 甚至调试 )也可在别的工具上进行。如 要这个机器配有相应的软件。 自动化车床的供料及出料装置设计 37 (7)保存程序 调试通过的程序，可以固化在 编程序控制器控制方案 制系统的工作原理及控制要求 以上各动作均采用气动方式驱动，即用五个二位五通电磁阀 (每个阀有两个线圈，对应两个相反动作 )分别控制五个气缸，使气缸完成伸、缩、上、下、旋转及气缸抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使气缸的直线运动转化为旋转运动。这样，可用 个输出端与电磁阀的 8个线圈相连，通过编程，使电磁 阀各线圈按一定序列激励，从而使气缸按预先安排的动作序列工作 需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六个动作末端均放置一限位开关，以检测动作是否到位，如果某动作没有到位，则出错指示灯亮。 为了满足 生产需要，气缸应设置手动工作方式、单动工作方式和自动工作方式 。 （ 1）手动工作方式 便于对设备进行调整和检修，设置手动工作方式。用按钮对 气缸 每一动作单独进行控制。 （ 2）单动 工作方式 从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按下一次起动按钮 ， 气缸 完成一步的工作后，自动停止。 （ 3）自动 工作方式 按下起动按钮， 气缸 从原点开始，按工序自动反复连续工作，直到按下停止按钮，气缸 在完成最后一个周期的动作后，返回原点自动停机。 自动化车床的供料及出料装置设计 专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是工厂广大电器技术人员，为了适应他们的传统习惯和装我能力，通常 采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程，连线问题的自然语言编程。国际电动委员会详细地说明了语法，语义和下述 5 种编程语言：功能图，梯形图，功能快图，指令表，结构文本。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和结构文本为文字语言，功能表图是一种结构块控制流程图。 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符合来描 述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，这种程序设计语言采用因果关系来描述时间繁盛的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯级种，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在右面。 梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉。因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到欢迎，并得到广泛的应用。 梯形图程序设计语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器逻辑控制技术相一致 ，易于掌握和学习； 与原有的继电器逻辑控制技术的不同是：梯形图中的电流不是实际意义的电流，内自动化车床的供料及出料装置设计 39 部的继电器也不是实际存在的继电器，因此应用时需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。 梯形图是使用得最多的梯形编程语言，被称为 第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的有点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为编程 自动化车床的供料及出料装置设计 总结与展望 总结本文对 供料及出料 结构系统进行了设计 。 由于作者的水平有限，而且对有些相关 学科，如传感器技术、控制技术等并不是很了解，仍有许多问题需要解决，还有许多问题值得进一步讨论和更加深入的研究与展望： (1)机械结构优化问题 在 供料及出料 设计过程中，包括机械臂，采用模块化设计，不同功能结构分别进行设计，各模块之间连接采用最优方式。但是在模块各零件设计过程中，各参数计算选择主要从结构强度和刚度要求出发，很多零件为了匹配，比实际需求尺寸大很多。包括一些非关键零件设计，均是根据前人经验设计，选择尺寸。这种设计不仅增加了整个系统质量，同时增加了电机负载，造成了资源浪费。 （ 2）计算机的有限元的分 析没有做。通过对计算机有限元软件的更深层次挖掘，对零件的强度和刚度和臂部的力学分析，会得到最
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