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含CAD图纸、说明书、三维模型 基于PLC物料拾取装置设计说明书 基于PLC物料拾取装置的设计【说明书 基于PLC物料拾取装置的 基于PLC物料拾取装置设计 基于 PLC 物料拾取装置的设计

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毕业设计（论文）任务书院（系）机电信息系专业机械设计制造及其自动化班B100204姓名学号 1.毕业设计（论文）题目： 基与PLC的物料拾取装置工作台的设计 2.题目背景和意义：基于PLC的物料拾取装置工作台的设计是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）： （1）根据机构的运动学原理，设计一个升降工作台机构，应用于物料自动拾取装置中。预设该升降工作台的运动行程为：竖直行程为300mm。 （2）应用机械制图的专业知识，绘制该物料拾取装置的装配图和零件图。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： （1）13周：调研并收集资料；（2）46周：确定该机构的设计方案和整体结构；（3）711周：完成该机构的结构设计计算；（4）1215周：完成物料拾取装置工作台机构的装配图；（5）16-18周：完成论文撰写，准备答辩。 5.毕业设计（论文）的工作量要求 毕业设计论文一篇，不少于10000字； 实验（时数）*或实习（天数）： 2周 图纸（幅面和张数）*： 机构装配图，A0图纸（折合）不少于1.5张； 其他要求： 外文翻译不少于1000字，参考文献中文不少于不少于15篇，外文文献不少于3篇。 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系（教研室）主任审批： 年 月 日说明：1本表一式二份，一份由学生装订入附件册，一份教师自留。毕I-22 带*项可根据学科特点选填。毕业设计(论文)题目基于PLC物料拾取装置开题报告一、课题来源、研究的目的和意义、国内外研究现状及分析1、课题来源 基于PLC的物料拾取装置是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，例如某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。为此，我们把基于PLC物料拾取(装置）机械手作为我们研究的课题。二、主要研究内容本课题是对基于PLC的物料拾取装置的原理及结构进行研究。具体包括以下内容：(1)介绍基于PLC的物料拾取装置的结构原理，合理地设计和改善其传动机构等，确定基于PLC的物料拾取装置的结构。(2)对确定好的基于PLC的物料拾取装置利用三维软件SOLIDWORKS进行建模，设计出基于PLC的物料拾取装置的三维模型。 (3)对基于PLC的物料拾取装置的主要零部件进行强度校核，得出影响效率的主要因素，验证理论分析和仿真分析结果的正确性。三、研究方案、研究方法及预期达到的目标首先对基于PLC的物料拾取装置的原理进行分析和掌握，初步了解并掌握基于PLC的物料拾取装置的原理和结构。 其次对传动原理及安全系数进行计算，确定结构类型 再次确定其基于PLC的物料拾取装置的传动机构及方案最终确定。 最后对确定的基于PLC的物料拾取装置进行三维建模。四、完成课题所需的条件、主要困难及解决办法本次设计的基于PLC的物料拾取装置的大体结构图如下：对此大体结构进行分析基于PLC的物料拾取装置的工作原理及结构情况，具体需要完成的步骤如下： 1、分析基于PLC的物料拾取装置的原理和结构。 2、确定具体结构拟定结构方案。 3、确定最终方案，绘制方案总图。 4、根据总图运用SOLIDWORKS三维软件对方案总图进行绘制其主体结构。 5、编写设计说明书。五、参考文献【1】朱绍仁基于PLC的物料拾取装置的结构分析中国专利，CN85200923U。【2】朱绍仁基于PLC的物料拾取装置的创新和应用中国专利，CN 922013756U。【3】曲继方基于PLC的物料拾取装置理论北京：机械工业出版社，1993。【4】张国瑞基于PLC的物料拾取装置技术上海：上海交通大学出版社，1989。【5】陈仕贤基于PLC的物料拾取装置设计北京航空航天大学学报，1978。【6】陈仕贤基于PLC的物料拾取装置机械科学与技术，1986。【7】朱绍仁基于PLC的物料拾取装置的应用第三届全国发明与机构学术讨论会会议论文，1988。【8】曲继方基于PLC的物料拾取装置中国专利，专利号：CN207572。【9】吴序堂，刘生林，赵宗涛基于PLC的物料拾取装置的研究西安交通大学学报，1994。【1 O】刘生林，吴序堂，赵宗涛基于PLC的物料拾取装置的研究和实际应用西安交通大学学报，1995。周期论文工作进度（主要内容、完成要求） 一周收集资料，熟悉课题及任务书二周完成开题报告，熟悉运用SOLIDWORKS三维软件三周绘基于PLC的物料拾取装置的零件图及装配图二周用SOLIDWORKS软件进行基于PLC的物料拾取装置的三维建模二周编写设计说明书，准备答辩指导教师意见填写要求：对课题意义、学生阅读文献程度、课题思路是否合理、是否能完成预期目标做出评价，并因此得出同意开题的结论。指导教师（签字）：年 月 日所在系意见系主任（签字）： 年 月 日学院审核意见 教学院长（签字、公章）： 年 月 日毕业设计(论文)题目基于PLC物料拾取装置开题报告一、课题来源、研究的目的和意义、国内外研究现状及分析1、课题来源 基于PLC的物料拾取装置是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，例如某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。为此，我们把基于PLC物料拾取(装置）机械手作为我们研究的课题。二、主要研究内容本课题是对基于PLC的物料拾取装置的原理及结构进行研究。具体包括以下内容：(1)介绍基于PLC的物料拾取装置的结构原理，合理地设计和改善其传动机构等，确定基于PLC的物料拾取装置的结构。(2)对确定好的基于PLC的物料拾取装置利用三维软件SOLIDWORKS进行建模，设计出基于PLC的物料拾取装置的三维模型。 (3)对基于PLC的物料拾取装置的主要零部件进行强度校核，得出影响效率的主要因素，验证理论分析和仿真分析结果的正确性。三、研究方案、研究方法及预期达到的目标首先对基于PLC的物料拾取装置的原理进行分析和掌握，初步了解并掌握基于PLC的物料拾取装置的原理和结构。 其次对传动原理及安全系数进行计算，确定结构类型 再次确定其基于PLC的物料拾取装置的传动机构及方案最终确定。 最后对确定的基于PLC的物料拾取装置进行三维建模。四、完成课题所需的条件、主要困难及解决办法本次设计的基于PLC的物料拾取装置的大体结构图如下：对此大体结构进行分析基于PLC的物料拾取装置的工作原理及结构情况，具体需要完成的步骤如下： 1、分析基于PLC的物料拾取装置的原理和结构。 2、确定具体结构拟定结构方案。 3、确定最终方案，绘制方案总图。 4、根据总图运用SOLIDWORKS三维软件对方案总图进行绘制其主体结构。 5、编写设计说明书。五、参考文献【1】朱绍仁基于PLC的物料拾取装置的结构分析中国专利，CN85200923U。【2】朱绍仁基于PLC的物料拾取装置的创新和应用中国专利，CN 922013756U。【3】曲继方基于PLC的物料拾取装置理论北京：机械工业出版社，1993。【4】张国瑞基于PLC的物料拾取装置技术上海：上海交通大学出版社，1989。【5】陈仕贤基于PLC的物料拾取装置设计北京航空航天大学学报，1978。【6】陈仕贤基于PLC的物料拾取装置机械科学与技术，1986。【7】朱绍仁基于PLC的物料拾取装置的应用第三届全国发明与机构学术讨论会会议论文，1988。【8】曲继方基于PLC的物料拾取装置中国专利，专利号：CN207572。【9】吴序堂，刘生林，赵宗涛基于PLC的物料拾取装置的研究西安交通大学学报，1994。【1 O】刘生林，吴序堂，赵宗涛基于PLC的物料拾取装置的研究和实际应用西安交通大学学报，1995。周期论文工作进度（主要内容、完成要求） 一周收集资料，熟悉课题及任务书二周完成开题报告，熟悉运用SOLIDWORKS三维软件三周绘基于PLC的物料拾取装置的零件图及装配图二周用SOLIDWORKS软件进行基于PLC的物料拾取装置的三维建模二周编写设计说明书，准备答辩指导教师意见填写要求：对课题意义、学生阅读文献程度、课题思路是否合理、是否能完成预期目标做出评价，并因此得出同意开题的结论。指导教师（签字）：年 月 日所在系意见系主任（签字）： 年 月 日学院审核意见 教学院长（签字、公章）： 年 月 日 南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:准考证号教学点:南通农业职业技术学院专 业:机电一体化题 目:基于PLC的物料拾取装置的设计讲师陈季云指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 年 月基于PLC物料拾取装置的设计摘 要 本文基于机械设计、机械原理和三维绘图软件等相关知识与理论，通过搜集基于PLC物料拾取装置的相关资料、阅读相关的文献与书籍以及参考市面上的基于PLC物料拾取装置实体，首先对基于PLC物料拾取装置的主要机构零部件模型进行设计，其次利用三维绘图软件将设计好的零部件模型进行零件建模，然后将建好的所有零部件模型进行装配设计，得到相应的装配体模最后对PLC控制系统进行设计。关键词 基于PLC物料拾取装置 三维 零件建模 装配设计 PLC 南京理工大学学生毕业论文 Design of PLC based on the material pick-up deviceAbstractThis paper is based on the machinery design and machinery principle and the 3d drawing software and related knowledge and theory, by collecting relevant data of sewing machine and reading the related literature books and referring to the sewing machine in the tailor shop, first of all, design the main parts institutional model of the sewing machine, secondly use the Solidworks 3D drawing software to conduct the part modeling which was designed well, and then conduct assembly design which the parts was built, get the corresponding assembly model, finally conduct PLC movement simulation to the corresponding assembly model. Keywords sewingmachine 3D software part modeling PLC目 录1概述161.1 拾取物料拾取装置的发展历史161.2 拾取物料拾取装置的发展意义161.3 拾取物料拾取装置在机械中的应用161.3.1国内的应用161.3.2国外的应用161.4拾取物料拾取装置的发展趋势161.5本课题的目的和意义162基于PLC物料拾取装置的概述152.1 基于PLC物料拾取装置的组成部件163机械结构的设计163.1步进电机的选用183.2梯形丝杆螺母副设计203.2.1 材料选用原则203.2.2 丝杠螺母的工作条件、失效形式和技术要求213.2.3 螺旋传动的类型、特点与应用213.2.4 滚珠丝杆螺母的设计计算213.2.5 滚珠丝杆螺母的支承方式的选择233.2.6 滚珠丝杆螺母的润滑和防尘隔离253.2.7导向光杆和直线轴承的设计273.2.8联轴器的选择283.2.9轴承强度的校核284 PLC控制系统的设计164.1 PLC的定义204.2 PLC的选择204.3 基于PLC物料自动拾取装置PLC控制流程图的实现2结论16致谢16参考文献16 南京理工大学学生毕业论文 第 26 页 共 28 页 XXX：基于PLC物料拾取装置的设计 1 概述1.1物料拾取装置的发展历史 工业机器人一般可理解为：在工业自动化应用领域中的一种自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机（固定式的或是移动式的），用于搬运材料、工件、操持工具或检测装置，完成各种作业。近年来随着工业自动化的发展物料拾取装置逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。物料拾取装置广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，物料拾取装置由于其显著的优点而受到特别重视上料物料拾取装置是典型的机电一体可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。本课题所涉及的上下料物料拾取装置自1999 年投入运行, 工作安全可靠, 效果良好, 可用做自动上料设备和生产线上的自动抓取设备。本课题主要是应用Solidworks软件的三维设计功能，对基于PLC物料拾取装置物料拾取装置的各零部件进行三维设计并实现其各部件的装配和运动仿真。1.2 拾取物料拾取装置的发展意义 物料拾取装置的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一它分地代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。近年来随着工业自动化的发展物料拾取装置逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。物料拾取装置广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，物料拾取装置由于其显著的优点而受到特别重视。机床上料物料拾取装置是典型的机电一体化设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。总之，物料拾取装置是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，国内外都很重视它的应用和发展。1.3 拾取物料拾取装置在机械中的应用1.3.1 国内应用国内在金属切削加工中，用物料拾取装置来完成刀具的自动更换。如北京第二机床厂，北京扬州市职业大学机械工程学院第八机床厂，上海第二机床厂，上海第八机床厂，宁夏大河机床厂等单位研制的自动换机床，均用物料拾取装置自动更换刀具。在生产自动线上，用物料拾取装置完成的传递和上下料，如：沈阳水泵厂深井泵体加工自动线，无锡柴油机厂和甘肃汽车齿轮厂的齿胚的加工自动线都采用了物料拾取装置。大连工矿车辆厂的800Kg侧架的加工，采用物料拾取装置抓取、传递和安放并与一些机床组合成侧架切削加工自动线，提高效率10倍。1.3.2 国外应用美国制造155毫米的钢弹体洛克福特军械厂，从胚料加工开始到加工毕直包装都自动进行，不用人手去接触，达到全自动生产。工业物料拾取装置还能用来代替人工进行打磨、抛光、去毛刺和清理切屑等工作。例如，瑞典一家工厂打磨和 抛光锈钢子弯头时，采用ASEA机 械 手，提 高 加 工 效 率30%以上，不 伤 害 工 人 。又 如：瑞 典 沃 尔 沃 公司在物料拾取装置上装了三个环形磨轮装置，用来对传动箱外表面去毛刺，比手工方法节省工时50%。1.4拾取物料拾取装置的发展趋势 国内应加强物料拾取装置基础性能的实验以及基础理论研究，克服和解决制造技术及其它存在的问题。提高物料拾取装置运动速度。尤其是应用于冲压行业中的物料拾取装置，以适应提高生产率和符合生产节拍的需要。要研究解决物料拾取装置的运动速度和缓冲、定位技术。引进国外先进技术，培训专门技术人才，普及物料拾取装置有关知识。尽快解决物料拾取装置的定型设计、定点、定量生产以及配套件的生产和供应问题，推进物料拾取装置设计制造中的现代化（CAD/CAM）准化、系列化工作，以满足国内外市场的需求。目前工业物料拾取装置的应用逐步扩大，技术性能不断提高，其发展趋势是：扩大物料拾取装置在工业上的应用、提高工业物料拾取装置的工作性能、发展组合式物料拾取装置、研制具有“视觉”和“触觉”的“智能机器人”。1.5本课题的目的和意义 目前国内应用软件进行工业机械设计的很多，还都以传统的设计方法为主，导致产品的设计周期长、成本高。不能满足工业机械使用的季节性、工作环境的多变性和用户要求的多样性，不能使工业机械的设计随着市场的需求而不断地转变，更无法在要求的较短周期内，开发出新的产品。我国在工业机械新技术创新方面还很薄弱，无法适应新世纪经济发展的要求。基于传统工业机械的设计方式的种种缺陷与不足和Solidworks的强大功能以及在工业机械设计中的优势，本课题即以数控车上下料物料拾取装置作为载体，应用SolidWorks 软件完成各组成零件的建模及装配。并完成该数车上下料物料拾取装置进行上下料过程的动画演示，从而使人们可以直观地认识到数车上下料物料拾取装置在数控生产及加工中的地位和主要作用。该方法是结合计算机辅助设计与制造/产品造型设计的专业特点对现代工业设计方法的一种新的尝试和学习。如将本课题的设计方法移植到工业设计中，则较传统的设计方式能够大大缩短产品工业设计的设计周期。用Solidworks软件进行工业设计的一般步骤为：单体设计绘图装配模拟改进整体装配运动仿真改进成型加工生产，比传统的绘图加工装配实验采集数据改进二次加工装配最终成型，缩短了设计周期，降低了成本。2 基于PLC物料拾取装置的概述2.1 基于PLC物料拾取装置的组成部件通过市场调研，我们决定设计一种基于PLC物料拾取装置（物料拾取装置）。工作原理如图21所示，拾取装置工作时由步进电机通过滚珠丝杆驱动滑块上下往复运动，通过滑块前部的气动手指对工件的夹取与释放的动作来完成作为一个物料拾取装置的全部动作，运动可靠，平稳。 图2-13机械结构的设计3.1电机及减速器的选用 已知整个装置上工件与零件的重量，我们取总重量为3Kg，范围为50mm300mm，移动速度为12r/min。即：具体的步进电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，2. 电机转速 3.负载转矩式中：4.负载惯量上下垂直运动丝杆螺母惯量式中总惯量5.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为92BL-A，此无刷直流步进电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号为92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为0.4KW，额定转矩为1.3N.m，最大转矩为2.6N.m，额定转速为 3000r/min。电机大致图如下：外形尺寸92x92x86，电机输出轴径为14mm。3.2梯形丝杆螺母副设计3.2.1 材料选用原则 选材的基本原则是材料在能满足零件使用性能的前提下，具有较好的工艺性和经济性。 材料的使用性能是指机械零件在正常工作条件下应具备的力学、物理、化学等性能，是保证该零件可靠性的基础。对一般机械零件来说，选材时主要考虑的是其力学性能；而对于非金属材料制成的零件，还应该考虑其工作环境对零件性能的影响。 零件按力学性能选材时，首先应正确分析其工作条件、形状尺寸及应力状态，结合该类零件出现的主要失效形式，找出其在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标，以此作为选材的依据。3.2.2丝杠螺母的工作条件、失效形式和技术要求1、工作条件 由于传动机构是丝杠螺母副，即螺旋传动副，而工作时主要是携带传感器进行测量，而非传递动力或扭矩。主要承受一定的剪切、弯曲、扭转等载荷。2、主要失效形式 当弯曲载荷较大时，丝杠承受着交变应力；当其表面硬度较低，表面质量不良时，会发生磨损，甚至产生疲劳断裂。而设计的丝杠所传递的动力和扭矩都很小。因此，主要的失效形式是磨损。通过提高丝杠螺母的表面质量和安装精度可以有效的减少磨损。3、材料性能要求 根据丝杠的工作条件和失效形式，要求丝杠材料具备以下主要性能：电磁铁参数测量装置是对电磁铁的电磁吸力、磁场强度和线圈温度进行测量的装置。为避免电磁铁的磁泄漏，采用不可磁化材料。如不锈、铝合金、铜合金、陶瓷材料或高分子材料。较高的综合力学性能.当丝杠正常工作时，要承受一定的交变载荷与冲击载荷。丝杠轴颈应具有高的硬度和耐磨性，提高丝杠的旋转精度和使用寿命。 根据丝杠螺母副的工作条件、失效形式和技术要求，考虑材料的综合性能，丝杠采用淬火钢，螺母采用铸造锡青铜。这是由于铜合金材料不仅具有较高的综合力学性能，而且具有较高硬度和耐磨性。丝杠螺母副的导柱采用不锈钢，导轨采用铝合金，联结件采用高分子塑料。3.2.3丝杆螺旋传动的类型、特点与应用 丝杆螺旋传动是利用丝杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。以传动形式分为两种：一种是将回转运动转化成直线运动；另外一种是将直线运动转化成回转运动。梯形丝杆的特点： （1）传动效率高：梯形丝杠传动系统的传动效率高达90%98%，为传统的滑动丝杠系统的24倍，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。 （2）运动平稳：梯形丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 （3）高精度：梯形滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 （4）高耐用性：钢球滚动接触处均经硬化（HRC5863）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 （5）同步性好：由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 （6）高可靠性：与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。 （7）无背隙与预紧：采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状、轴向间隙可调整得很小，也能轻便地传动。若加入适当的预紧载荷，消除轴向间隙，可使丝杠具有更佳的刚性，在承载时减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。3.2.4梯形丝杆螺母的设计计算 滚动螺旋传动主要承受轴向力。由于螺母和螺杆间有较大的滑动摩擦，因而磨损是其主要的失效形式。滚动螺旋的基本尺寸（螺杆的直径和螺母的高度），通常是根据耐磨性条件来确定的。受力较大的螺旋传动，还应校核螺杆危险截面和螺母螺纹牙的强度，以防止发生塑性变形或断裂；要求自锁的螺杆，要求校核其自锁性；精密的传导螺杆，应该校核其刚度，以免因受力导致螺距变化引起传动精度降低；长径比较大的螺杆，应校核其稳定性，以防止轴向受载后失稳；高速的长螺杆还应校核起临界转速，以防止过大的横向振动。具体设计时应根据传动的类型、工作条件及其失效形式等，选择不同的设计准则，而不必逐项进行校核。表2.1螺旋传动的常用材料螺旋副材料牌号应用范围螺杆Q235、Q275、45、50材料不经热处理，使用于经常运动，受力不大，转速较低的传动40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi材料需经热处理，以提高其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要传动9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl材料需经热处理，以提高其尺寸的稳定性，适用于精密传导螺旋传动螺母ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5材料耐磨性好，适用于一般传动ZCuAl9FeNi4Mn2ZCuZn25Al6Fe3Mn3材料耐磨性好，强度高，适用于重载、低速的传动。对于尺寸较大或高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏合金立向丝杆的设计 （1）滚珠丝杆螺母副，横向丝杆的最大轴向载荷为2000N，支承间最大距离为400mm，要求定位精度为0.001mm，滚珠丝杆的负荷包括运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 载荷性质系数为1动载荷硬度影响系数， =1最大轴向载荷定静载荷为C02000N，查表得使用寿命时间T=15000h，初选丝杆螺距t=5mm，得丝杆转速 n/min 由于丝杆螺距为5，可选W系列完循环丝杆副尺寸系列W2005-2.5圈一列滚珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表2.6所示： 表2.2 滚珠丝杆螺母副几何参数名 称符 号计算公式和结果（mm）螺纹滚道公称直径20螺 距5接触角钢球直径3.175螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）螺母长度Ln33（2）传动效率计算 （2.23）式中：摩擦角；丝杆螺纹升角。（3）刚度验算，滚珠丝杆受工作负载P引起的导程的变化量 （2.24）Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算（N） （cm） () (材料为45钢) （）所以 （cm）丝杆因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程误差 查表知C级精度的丝杆允许误差6，故刚度足够。（4）稳定性验算，由部件自重产生的使丝杆回转的扭矩为式中G移动部件自重 S导程（cm）逆传动效率，由于滚珠丝杆副的正传动效率和逆传动效率近似相等，因此，一般用正传动效率代替。N.cm可知110BF004反应式步进电动机带动丝杆螺母副时不会发生逆向传动 。 （5）轴承的选择，初选6002，工作时为轻度冲击，正常工作温度，预期寿命为5000h，丝杆在工作的过程中受轴向载荷作用，且最大轴向载荷为Fa=200N.查手册可知道2002的基本额定负载Cr=4.32kN,基本额定负载荷Cor=2.50Kn。为了能安装方便本次设计中6002轴承可以用带座轴承代替，选用轴承的型号为UCFU203轴承。Fa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38；当量负载的计算P=200N可算得轴承寿命6 （2.25）温度系数=1，载荷系数=1，UCFU203轴承座，寿命指数为=3得（h）所以该轴承适合。3.2.5滚珠丝杆螺母的支承方式的选择滚珠丝杠的支承主要有以下四种，由于支承方式不同，使容许轴向载荷及容许回转转速也有所不同。（1）固定-固定，适用于高转速、高精度；（2）固定-支承 适用于中等转速、高精度；（3）支承-支承适用于中等转速，中精度；（4）固定-自由 适用于低转速，中精度，短轴向丝杠。本次设计中丝杆螺母的固定方式如下所示3.2.6滚珠丝杆螺母的润滑和防尘隔离1、油润滑 一般情况下，用于滚动轴承的矿物油都适用。特别是在高转速情况下，以油润滑比脂润滑佳，这时滚珠丝杠副的温升较小。油润滑的补充润滑量和间隔，按下表，按表中的油量，至少可以达到8小时的补充润滑时间。2、脂润滑 采用脂润滑的优点可以使滚珠丝杠传动系统在一段很长时间后才需进行补充。也就是说，在多数情况下，可以省去一套补充润滑的装置。补充润滑脂的限量为大约填入螺母内空间容积的一半。可以使用所有高级滚动轴承润滑脂，但要注意润滑脂厂家的说明和提示。润滑脂的补充通常在半年或一年进行更换，更换前应清除旧润滑脂后才能更换新的润滑脂3、 防尘与隔离 滚珠螺杠与滚动轴承一样，如果污物及异物（切屑碎屑）进入就会很快使它磨耗，成为损坏的原因。困此，必须采用防护装置（折叠式或伸缩式丝杠防尘罩）将丝杠轴完全防护起来。另外虽没有别的异物，但有浮尘时要在螺母两端采用刮屑式防尘圈。滚珠丝杠副设计使用中应注意的问题： (1) 为提高滚珠丝杠副的使用寿命和精度，应使作用在螺母上的合力通过丝杠轴心，以保证滚珠受力均匀，避免倾覆力。 (2) 防逆转：滚珠丝杠副传动逆效率高，应考虑在电机停电后，因部件自重而产生螺旋副的逆传动(特别是在垂直方向上传动时)，防止逆传动的方法可采用：停电自锁的电机、蜗轮蜗杆机构、离合器等方式。 (3) 滚珠丝杠副在行程两端应有行程保护装置，以防止越程后滚珠丝杠副受撞击而影响精度、使用寿命甚至损坏。 (4) 防止热变形：热变形对精密螺旋传动的定位精度有着重要的影响。其热源不单是螺旋副的摩擦热，还有其他机械部件工作时产生的热，致使丝杠热膨胀而伸长。为此必须分析热源的各因素，采用措施控制热源，还可以采用预拉伸、强制冷却等减少热变形对丝杠的伸长的影响。 (5) 细长而又水平放置的丝杠，因自重使轴线产生弯曲变形，是影响导程累积误差的因素之一，还会使螺母受载不均。设计细长丝杠时，应考虑防止或减小自重弯曲变形的措施。 (6) 防护与密封，尘埃和杂质进入滚道会妨碍滚动体运动流畅，会加速滚动体与滚道的磨损，使滚动螺旋副丧失精度。为此需要防尘措施。滚珠丝杠副在螺母两端已安装防尘圈，为避免丝杠外露，还需要为丝杠选择防护装置。 (7) 合理润滑是减小驱动转矩、提高传动效率、延长螺旋副使用寿命的重要环节，接触表面的油膜还有吸振、减小传动噪声和冲洗丝杠上的粉尘等杂物的作用。因此要注入润滑脂。在螺母上还有油孔，用户可旋入油嘴，再采用其他合适的润滑方式。 (8) 正确选择预紧力，滚珠丝杠副出厂时已经按要求调节好所需要的预紧力，严禁自行拆卸滚珠丝杠副的各个部件，以免影响其精度。严禁敲击和拆卸导珠管，以免造成滚珠堵塞，运转不流畅。 (9) 建议采用适应于数控机床的大接触轴承以提高传动刚度。 (10) 用内循环滚珠丝杠副，必须使丝杠螺纹两端中至少有一端的滚珠螺纹是通牙，并该端所有外圆尺寸均小于丝杠螺纹底径d2,否则无法装配螺母。 (11) 水平位置采用外循环滚珠丝杠副，最好是插管放置再丝杠轴线上面。 (12) 为便于丝杠加工，丝杠上最大外圆处的直径最好不要大于丝杠的外径d1。3.2.7导向光杆和直线轴承的设计 通过丝杆螺母连接法兰，带动整个医疗床装置做上下运行，为了要保证平稳，需要有导向装置，这里就需要设计导向光杆和直线轴承配合整个丝杆螺母装置。3.2.7.1直线轴承的选择 POM工程式塑料保持器适用于工作测试；钢保持器适用于为工作温度；不锈钢轴承适合于水、蒸气、硝酸等腐蚀介质及真空工作场合，轴承型号按下述计算公式确定。硬度系数FH：硬度HRC58以上，FH=1.0；硬度HRC52-58，FH=0.6-1.0。温度系数FT：工作温度小于100oC，FT=1.0，工作温度100oC-125oC，FT=1.0-0.95。接触系数FC：每根轴装一套轴承，FC=1.0每根轴装二套轴承，FC=0.81每根轴装三套轴承，FC=0.72每根轴装四套轴承，FC=0.66载荷系数FW：运行速度小于15米/分钟，无冲击、无振动，FW=1.0-1.5；运行速度小于60米/分钟，微小冲或振动，FW=1.5-2.0；运行速度大于60米/分钟，或有较大冲击、振动，FW=2.0-5.0。时间寿命Lh=(10000*L) /2 *L(S*n1*60) (位单：h小时)L：长度寿命 (万米)，LS：工作行程 (米)，N1：每分钟往复次数 已知滑动块行程L=0.3米，工作温度60oC，每分钟往复次数n1=20，微小冲击，轴承工作载荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望寿命Lh=5000小时，试选择轴承型号。按以上工作条件： 根据本次载荷重量为2000N，我们选用六个导向光杆加上丝杆螺母，这样滑动轴承的所受负载就平均分配，上下六个滑动轴承分别连接底板和连接上固定圆盘，两边轴承座为固定式的，中间六个为可以随着丝杆螺母上下滑动。六个导向光杆加上丝杆螺母，这样每个导向光杆的滑动轴承处的所受负载为166N。本次设计中所选择的滑动轴承为带法兰形状的。 根据每个滑动轴承的负载承受166N，我们选用滑动轴承为LMF30，轴承中间孔径为30mm，这样导向光杆的直径也为30mm。2.直线轴承安装： 轴承座孔公差推荐采用H7、J7级，直线轴公差推荐采用g6、h6级，轴承安装必须用台阶芯轴压入；直线轴安装必须对准轴承孔插入，动作轻缓，轴倾斜插入会导至保持器变型 和钢球脱落，轴承安装方向应按照表1所示，可以提高轴承承载能力，延长寿命。 轴承座孔有可能压缩轴承，引志游隙变小，此时用手转动直线轴，如果轴能接触钢球且能轻松转动， 配合游隙为 0+0.01mm；如果稍加力才能转动， 配合游隙为-0.010mm（已过盈） ；如果加力也不能转动，配合游隙已多于0.01mm，这种情况钢球滚动时可能同时作滑动，会降低轴承和轴的作用寿命，只有在轻载、低速且定心要求高的情况下才可采用。调整型、开口型轴承内、外径在割口前测量，割口后会有一些弹性变形，配合游隙应装入轴承座内测量（钢保持器轴承、KH轴承情况类似）。游隙可调节的轴承座调节方向应和轴承割口方向垂直以保证游隙均匀，直线轴承结构特点不能作旋转运动，同时要求有良好的导向性，所以直线 轴承一般以二根轴+四套轴承或二根轴+二套加长型轴承为一个组合使用，二根轴安装要平直，整个组合装配后，用手推拉必须灵活无阻滞才可安装传动机构，传动动力要足够克服轴承磨擦阻力，直线轴承磨擦阻力近似为千分之一工作载荷 。3. 直线轴承润滑和防尘： 轴承出厂涂有防锈油，使用时需加润滑剂。油脂润滑噪音较低，常用的有2号锂基脂和低噪音轴承润滑脂， 填脂量为保持器空隙的三分之一。油润滑不需清除防锈油， 根据工作测试采用15#100#润滑油， 工作温度低采用低粘度油， 工作测试高采用高粘度油，常用的有透平油，机械油和锭子油，无密封轴承把油滴在轴上即可，带密封轴承需把油加到轴承内，本公司为用户准备了带油孔的轴承和轴承座。对于一些不允许有油（脂）的工作场所，先清除防锈油，干燥后在每列钢球上喷一些市售的二硫化钼喷剂，再次干燥后即可使用，带密封轴承应避免密封圈和轴干磨擦引起密封唇口挤入轴承内，造成轴承的非预期损坏。铁屑会极大地降低轴承寿命，粉尘和脏物会阻塞保持器球道，使钢球不能回转，引起保持器损坏、钢球挤胶。带密封轴承可用于一般带粉尘工场所，像木工机械、铸造机械等多粉尘场合，请在轴承两端另加密封，防止粉尘进入并可减少油脂损耗。3.2.8联轴器的选择 由于整个装置载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，我们选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 。由于电机输出轴径为12mm，选择联轴器类型为HLA12-14，联轴器承受转矩3.2.9轴承强度的校核 滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造即供应各种规格常用的轴承。 滚动轴承的构成：包括：内圈、外圈、滚动体、保持架，内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可以用于外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道内滚动。保持架的作用主要是均匀地隔开滚动体。 滚动体的基本类型有：钢球、圆柱滚子、圆锥滚子、滚针、鼓形滚子、不对称鼓形滚子。 与滑动轴承相比，滚动轴承具有旋转精度高、启动力矩小、是标准件、选用方便等特点。与滑动轴承相比，滚动轴承的优点：1、一般条件下，滚动轴承的效率和液体动力润滑轴承相当，但较混合润滑轴承要高一些；2、径向游隙比较小，向心角接触轴承可用预紧可用预紧力消除游 隙， 运转精度高；3、对于同尺寸的轴径，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，可使机器的 轴向结构紧凑；4、大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构简单；5、消耗润滑剂少，便于密封，易于维护；6、不需要有用有色金属；7、标准化程度高，成批生产，成本低；与滑动轴承相比，滚动轴承的缺点：1、承受冲击载荷能力较差；2、高速重载载荷下轴承寿命较低；3、振动及噪声较大；4、径向尺寸比滑动轴承；能否正确选用滚动轴承，对主机能否获得良好的工作性能，延长使用寿命；对企业能否缩短维修时间，减少维修费用，提高机器的运转率，都有着十分重要的作用。因此，不论是设计制造单位，还是维修使用单位，在选择滚动轴承时都必须高度重视。一般来说，选择轴承的步骤可能概括为：1. 根据轴承工作条件（包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等），选择轴承基本类型、公差等级和游隙；2. 根据轴承的工作条件和受力情况和寿命要求，通过计算确定轴承型号，或根据使用要求，选定轴承型号，再验算寿命；3.验算所选轴承的额定载荷和极限转速。 选择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力，其它的因素则有助于确定轴承类型、结构、尺寸及公差等级和游隙工求的最终方案。类型选择，各类滚动轴承具有不同的特性，适用于各种机械的不同使用情况。选择轴承类型时，通常应考虑下列因素。一般情况下：对承受推力载荷时选用推力轴承、角接触轴承，对高速应用场合通常使用球轴承，承受重的径向载荷时，则选用滚子轴承。总之，选用人员应从不同生产厂家、众多的轴承产品中，选用合适的类型。轴承所占机械的空间和位置在机械设计中，一般先确定轴的尺寸，然后，根据轴的尺寸选择滚动轴承。通常是小轴选用球轴承，大轴选用滚子轴承。但是，当轴承在机器的直径方向受到限制时，则选用滚针轴承、特轻和超轻系列的球或滚子轴承；当轴承在机器的轴向位置受到限制时，可选用窄的或特窄系列的球或滚子轴承。轴承所受载荷的大小、方向和性质载荷是选用轴承的最主要因素。滚子轴承用于承受较重的载荷，球轴承用于承受较轻的或中等载荷，渗碳钢制造或贝氏体淬火的轴承，可承受冲击与振动载荷。在载荷的作用方向方面，承受纯径向载荷时，可选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。承受较小的纯轴向载荷时，可选用推力球轴承；承受较大的纯轴向载荷时，可选用推力滚子轴承。当轴承承受径向和轴向联合载荷时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。对于悬臂支撑结构，常采用圆锥滚子轴承或角接触球轴承，且成对使用。滚动轴承类型选择应注意的问题:1、考虑轴承的承受载荷情况方向：受径向力时，用向心轴承；受轴向力时，用推力轴承；径向力和周向力联合作用时，用向心推力轴承；大小：受到较大载荷时，可用滚子轴承，或尺寸系列较大的轴承；受到较小载荷时，可用球轴承，或尺寸系列较小的轴承2、考虑对轴承尺寸的限制当对轴承的径向尺寸严格限制时，可选用滚针轴承；3、考虑轴承的转速一般来讲，球轴承比滚子轴承能适应更高的转速，轻系列的轴承比重系列的轴承能适应更高的转速；此外，各类推力轴承的极限转速很低，不易用于高转速的情况。4、考虑对轴承的调心性要求调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求（即：轴心线与轴承座孔心线可适当偏转），而圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承满足调心要求的能力几乎为零根据各个轴承的特点以及选用原则，可以肯定我们初步选定的型号6004深沟球轴承满足要求。由于轴3所承载的载荷最大，且轴3的转速最大，故轴3上的轴承最危险。若此轴承寿命满足要求，则其它轴承亦可满足要求。所选6004深沟球轴承的基本额定动载荷C为9.38kN假设链传动的效率为0.9。显然，轴承寿命满足要求。4 PLC控制系统的设计4.1 PLC的定义PLC即可编程控制器（ProgrammableLogicController），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义;PLC英文全ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是可编程逻辑控制电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。4.