自动输送缝包机设计（含全套CAD图纸） .pdf

自动运输缝包机设计i 摘要 我国是一个农业大国 每年都会产出大量粮食 也需要大量的化肥等相关化工物 品 所以如何将这些东西包装就显得尤为重要 为此也产生了一个市场 缝包机生产 业 缝包机是为塑料编织物的缝合的设备 主要完成编织物的拼接 封口等工作 工艺 要点是缝合强度 通用型号是 gk gk 系列工业缝纫机按线迹分有单线链式和双线链式 两种 按机针数分为单针和双针两种 按用法分为台式缝包机 手提式缝包机 立式缝包 机 国产台式缝包机的主要型号是 gk2 和 gk8 系列的缝纫机 国产手提式缝包机主要是 gk9 系列 已经用了很多年了 另外现在国内有仿制日本和德国的手提缝包机 国产立 式缝包机以 gk35 系列最为流行 为仿制德国产品 其优点及特点有 1 降低劳动强度 改善劳动条件 2 提高劳动生产率 增加生产效益 3 提高包装质量 促进文明生产 4 节约人力和物力 降低包装加工成本 5 完成很多人工无法完成的包 6 促进外贸发展 为国家多创外汇 关键词 运输机 自动 缝包机 自动运输缝包机设计ii abstract our country is a large agricultural nation every year ofgrain output will need a lot of chemical fertilizer and other related chemical items so how to bring these packaging becomes especially important therefore also produced a market seam charter industries packer is for plastic woven fabrics seam stitched equipment mainly completes basketwork splicing sealing etc process points is suture intensity gk general model is j gk series of industrial sewing machine press line mark single lane chain and double points two press machine chain stitch count is divided into single needle and double needle two kinds press usage into desktop seam charter flights portable seam charter flights vertical joints domestic desktop seam charter the main model is gk2 charter gk8 series of sewing machines and if gk9 fengbao homemade portable machine series has been used for many years also now domestic have copied japan and germany portable seam charter flights domestic vertical joints gk35 series on the most popular charter for generic germany products the advantages and features are 1 reduce the labor intensity improve working conditions 2 improve labor productivity and increase production efficiency 3 improving packing quality promote civilized production 4 save manpower and material resources reduce the packaging processing cost 5 complete many artificially cannot complete bag 6 promote foreign trade development more for the country and foreign exchange key words transporters automatic seam charter flights 自动运输缝包机设计iii 目录 1 绪论 1 1 1设计方案及部件组成 1 2 外外购部分说明购部分说明 2 3 运输带起吊部分及外部支架运输带起吊部分及外部支架 3 3 1起吊部分设计 3 4 机械手及夹持部分设计机械手及夹持部分设计 19 4 1机械手的座标型式与自由度 19 4 2 机械手的手部结构方案设计 19 4 3 机械手的手臂结构方案设计 19 4 4 机械手的驱动方案设计 19 4 5 机械手的控制方案设计 19 4 6机械手的主要参数 20 4 7机械手的技术参数列表 20 4 8气缸的直径 21 4 9缸筒壁厚的设计 23 4 10耗气量的计算 23 4 11 气缸进排口的计算 24 4 12气动系统设计 24 5 plplc c控制设计控制设计 26 5 1 plc的选择及工作过程 26 自动运输缝包机设计iv 5 2 plc的使用步骤 27 5 3机械手plc控制方案 27 6 参考文献 30 7 致谢 31 自动运输缝包机设计1 1 1 绪论绪论 我国早期多采取人工包装 操作繁琐 单调 重复 工人劳动强度大 包装质量不 高 由于工业产品千差万别 用户要求各不相同 很难形成统一的模式和定型的包装设 备 因而包装工序长期以来成为连续化生产过程中的薄弱环节 包装工作包括包 装材料和容器的制造 印刷 包装工艺程序的操作和质量检测等 实现包装自动化能有 效地提高生产能力 保证产品质量 增加花色品种 有利于产品防腐并降低生产成本 包 装自动化还能改善工作条件 特别是对低温潮湿性 飞扬扩散性等危害人体健康的环境 尤为重要 伴随电子技术的发展 包装从单机分离电器为主的低级程序控制发展到多功 能全自动包装机和由电子计算机控制的包装生产自动线 1 1 设计方案及部件组成 电机启动后 通过传动皮带带动主轴及偏心驱动块转动 推动横拉杆作往复运动 再通过双头针杆轴上的拐臂带动针杆 针头 同时主轴又把动力传递给喂入输送器 这 样输送带将袋子输送过来 袋口通过压脚时 输送器把袋口向前推送 针头便把袋口 缝合 自动运输缝包机就是指在物品完成装填后 自动缝口并运输 降低劳动强度 提高生 产效率 1 缝包机将采用简单的机械结构技术使电动机的转速变成适当的针头缝制速度 以完成缝口动作 2 运输方式将采运输带技术运送缝口完成的物品 3 带口夹紧的机械部分将采用简单的机械结构技术来完成 本设计的组成部分分为 1 缝纫机部分 2 运输带部分 3 运输带起吊部分及外部支架才 4 机械手机夹持部分 5 电气控制部分 自动运输缝包机设计2 2 2外购部分说明外购部分说明 由于在本设计中组成部分较多和设计时间的问题 无法在本次设计中 全部设计 所以只进行部分设计 其他部分进行外购 外购部分如下 1 缝纫机部分 2 运输带部分 自动运输缝包机设计3 3 3 运输带起吊部分及外部支架设计运输带起吊部分及外部支架设计 3 1 起吊部分设计 起吊部分设计如装配示意图中所示 电机通过减速器带动轴卷起吊线 见运输带吊起 其中减速器作为重点部分进行设计 3 1 1 减速器的设计 3 1 1 1 传动方案规划传动方案规划 传动方案规划传动方案规划 原始条件 胶带运输机由电动机通过减速器减速后通过轴传动 传动比为 2 传动 效率为 0 88 工作载荷较平稳 设计寿命 10 年 每天工作 8 小时 每年 300 工作日 运输带速允许误差为 5 原始数据 运输机工作拉力 nf 2400 轴工作转速 smv 2 1 轴直径 mmd 300 自动运输缝包机设计4 3 1 1 2电机的选择及主要性能参数计算 1 电动机的选择 电动机的选择 电机类型的选择 按已知工作要求和条件选用 y 系列一般用途的全封闭自扇鼠 笼型三相异步电动机 电压 380v 电动机的选择 滚筒工作所需功率为 kw fv p88 2 1000 2 12400 1000 确定各个部分的传动效率为 链条传动效率88 0 1 滚动轴承效率 一对 98 0 2 闭式齿轮传动效率97 0 3 二级减速器传动效率96 0 4 带入得 733 0 96 0 97 0 98 0 88 0 24 4 2 3 4 21 所需电动机功率为 kw p pd93 3 733 0 88 2 因载荷平稳 电动机额定功率 ped大于 pd 查电动机技术数据选择电动机的额定功 率为 5 5kw 确定电动机的转速 滚筒轴的工作转速为 min 4 76 100060 r d v n 根据书 1 中表 2 1 推荐的传动比范围 二级圆柱齿轮减速器为 8 40 链传动比为 2 总传动比80 16 a i 故电动机转速可选范围为 min3056 4 1222 4 76 80 16 rnin wad 符合这一范围的同步转速有 1500 和 3000minr两种 考虑到传动装置及电动机的 价格和质量 查 1 中表 8 169 中 y 系列电动机技术数据 选电动机选用 1500minr电 动机 型号为 y132s 4 额定功率 5 5kw 转速 1440minr 额定转矩 2 2 2 传动比的确定 传动比的确定 总传动比为 85 18 4 76 1440 w m n n n i 自动运输缝包机设计5 分配传动比 链传动传动比为 2 则减速器的传动比为 425 9 2 85 18 i 取二级圆柱齿轮减速器低速级传动比 12 3 1 ii 所以高速级传动比69 2 3 1425 9 3 1 1 ii 低速级传动比5 3 69 2 425 9 2 i 3 传动功率计算 传动功率计算 轴 1 mn n p t rn kwpp d 53 25 1440 85 3 9550 9550 min1440 85 3 98 0 93 3 1 1 1 1 21 轴 2 kwpp66 3 97 0 98 0 85 3 3212 min32 53569 2 1440 112 rinn mn n p t 29 65 32 535 66 3 9550 9550 2 2 2 图 1 自动运输缝包机设计6 轴 3 mn n p t rinn kwpp 2 2179550 min1535 332 535 48 3 3 3 3 223 3223 轴 4 mn n p t rinn kwpp 51 3749550 min 5 762153 00 3 4 4 3 034 2134 将以上算得的运动和动力参数列表如下 轴 名 参 数 电动机轴轴 1轴 2轴 3工作轴 4 转 速 n r min3215376 5 功率 p kw 3 933 853 663 483 00 转矩 t nm 26 0625 5365 29217 2374 51 传动比 i12 693 52 效率 0 980 950 950 862 自动运输缝包机设计7 3 1 1 3结构设计结构设计 1 齿轮的计算 齿轮的计算 1 由 2 表 10 1 选用闭式直齿圆柱齿轮传动 为使结构紧凑 小齿轮选用 40cr 调 质 硬度 280hbs 大齿轮选用 45 钢 调质 硬度 240hbs 二者材料硬度差 40hbs 由 2 表 10 4 选择齿轮精度 7 级 取小齿轮齿数 1 z24 则大齿轮齿数 2 z2 69 24 64 56 取 2 z65 2 按齿面接触疲劳强度设计 由书 2 设计公式 10 9a 进行试算 3 21 1 1 32 2 n e d t z u ukt d 1 确定公式内各个计算数值 试取3 1 t k 小齿轮转矩mmn102 553t 4 1 查 2 表 10 7 选取齿宽系数1 d 查 2 表 10 6 得 材料的弹性影响系数 2 1 8 189 mpze 查 2 图 10 21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限mpa h 600 1lim 大 齿轮的接触疲劳强度极限mpa h 550 2lim 计算的寿命系数 n y 以工作寿命 10 年 每年工作 300 天 每天 8 小时设计 小齿轮应力循环系数 9 11 10074 2 830010114406060 hlnn 大齿轮应力循环系数 9 1 1 2 1077 0 i n n 由 2 图 10 19 查得按接触疲劳疲劳寿命系数92 0 1 hn k 95 0 2 hn k 取失效概 率为 1 安全系数 s 1 由 2 式 10 12 得 552 1 92 0 600 11lim 1 s khn h h mpa 5 522 1 95 0 550 22lim 2 s khn h h mpa 自动运输缝包机设计8 2 试算齿轮分度圆直径 3 21 1 1 32 2 n e d t z u ukt d 42 175mm 计算圆周速度 sm nd v t 18 3 100060 1440175 42 100060 11 计算齿宽 mmdb d 175 42175 421 计算齿宽与齿高比 模数 mm z d m t t 757 1 24 175 42 1 1 齿高 mmmh t 954 3 757 1 25 2 25 2 67 10 954 3 175 42 h b 计算载荷系数 根据smv 18 3 查 2 表 10 8 得动载系数12 1 v k 查 2 表 10 3 得直齿轮1 fh kk 查表 10 2 得1 a k 查 2 表 10 4 7 级精度 小齿轮 相对支撑非对称布置418 1 h k 由齿宽与齿高比 10 67 及418 1 h k 查 2 中图 10 13 得33 1 f k 所以载荷系数为 588 1 418 1 112 1 1 hhva kkkkk 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 有 2 公式 10 10a 得 mm k k dd t t 086 45 3 1 588 1 175 42 3 3 11 计算模数 mm z d m88 1 24 086 45 1 1 3 按齿根弯曲强度计算 3 2 1 1 2 f safa d yy z kt m 式中各个计算数值 查书 2 图 10 20c 得小齿轮弯曲疲劳强度极限mpa fe 500 1 大齿轮的弯曲疲 劳强度极限mpa fe 380 2 自动运输缝包机设计9 由书 2 图 10 18 取弯曲疲劳寿命系数88 0 85 0 21 fnfn kk 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s 1 4 由 2 中公式 10 12 得 mpa s k fefn f 57 303 11 1 mpa s k fefn f 86 238 22 2 计算载荷系数 49 1 33 1 112 1 1 ffva kkkkk 查表取齿形系数 65 2 1 fa y 26 2 2 fa y 查表取应力校正系数 74 1 58 1 21 sasa yy 故 小齿轮01379 0 1 11 f safay y 大齿轮01646 0 2 22 f safa yy 大齿轮的值大 故mmmn296 1 01646 0 24 10553 2 49 1 2 3 2 4 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的 模数 由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力 而齿面接触 疲劳强度所决定的承载能力 仅与齿轮直径有关 可取弯曲疲劳强度算得的模数 1 296 并圆整为标准值 1 5mm 按接触疲劳强度算得的分度圆直径086 45 1 dmm 算出小齿轮 齿数 30 5 1 086 45 1 1 m d z 大齿轮齿数 7 8069 2 30 112 izz取83 2 z 4 几何尺寸计算 mmmzd455 130 111 mmmzd 5 1245 183 122 mm dd a85 2 5 12445 2 21 齿宽 mmdb d 45451 1 所以取小齿轮齿宽 mmb55 1 大齿轮齿宽 mmb50 2 齿轮 3 和齿轮 4 的确定 自动运输缝包机设计10 同理 通过计算 取齿轮 3 的齿数为31 3 z 齿轮 4 的齿数为109 4 z 模数为2 2 m 计算几何尺寸 mmmzd62231 233 mmmzd2182109 244 mm dd a140 2 21862 2 43 2 齿宽 mmdb d 62621 3 所以取小齿轮齿宽 mmb70 3 大齿轮齿宽 mmb65 4 齿轮 参数 第一对齿轮第二对齿轮第二对齿轮 齿轮 1齿轮 2齿轮 3齿轮齿轮 4 齿数 z308331109 模数 m mm 1 51 522 分度圆直径 d mm 45124 562218 齿宽 b mm 55507065 传动比 i2 693 5 中心距中心距 a mm 85140 2 轴与轴承的选择和计算 轴与轴承的选择和计算 输出轴即轴 3 的设计计算 1 初步确定轴的最小直径 已知48 3 3 pkw 153 3 nr min 2 217 tn m 选用材料为 45 钢 经调质处理 根据查 2 表 15 3 取125 0 a 查 2 表 15 1 得对称循环弯曲许用应力mpa60 1 按扭转强度计算 初步计算轴径 mm n p ad 7 31 153 48 3 112 3 3 3 3 0min 考虑键槽的影响 增大 3 则 mmd 7 32 03 0 1 7 31 min 自动运输缝包机设计11 轴最小直径输出直径为安装联轴器处 联轴器的孔径有标准系列 故轴最小直径处 须与联轴器的孔径想适应 所以 取轴的最小直径为mmd35 2 确定轴各段的直径和长度 1 d mmd35 1 1 l 根据联轴器的长度 取mml80 1 2 d 半 联 轴 器 需 要 定 位 故 需 设 计 一 定 位 轴 肩 轴 肩 高 度 5 3 204535 1 0 07 0 1 0 07 0 1 dh 所 以 取mmh5 3 则 mmd42735 2 2 l 根据外伸长度确定为 60mm 3 d 这段与轴承配合 初选轴承内径为mmd45 初定为 6209 3 l 根据轴承宽度 b 19mm 所以 l3 20mm 4 d 有轴承的安装尺寸确定 取mmd52 4 4 l 根据装配草图大齿轮和轴承在箱体内位置取mml 5 66 4 7 d 安装轴承 采用套筒给齿轮定位 mmd45 7 7 l 根据装配草图 确定mml 5 42 7 6 d 这段安装齿轮 取mmd50 6 6 l 根据齿轮宽度 取mml62365 6 5 d 这段为轴环的直径 用来定位齿轮 故需要设计定位轴肩 mmd60 5 5 l 轴环长度 按hl2 5 1 确定 所以这里取mml12 5 3 轴承的选择 对轴进行受力分析 轴承上受到的力为 21 f f 如图 3 图 2 自动运输缝包机设计12 n d t ft8688 50 2 21722 nff tr 3162tan 求支反力 垂直方向 061182 2 21 th thh ff fff nf nf h h 2912 5776 2 1 水平方向 061182 21 21 vv rvv ff fff nf nf v v 1060 2102 2 1 所以轴承上受到的力为 nfff vv 6146 2 2 2 11 nfff hh 3099 2 2 2 12 轴承只受到径向力 没有轴向力 计算当量动载荷 p 根据 2 中公式 13 8a trp yfxffp 取1 2 1 xfp 则 2 737561462 1 pn 根据书 2 公式 13 6 求轴承应有的基本额定动载荷值 n l n pc h 44544 10 2400015360 2 7375 10 60 3 6 3 6 查机械设计手册 6 选择 c 52800n的 6309 轴承 同理 对另外两对轴承进行计算选择 得 深沟球轴承 参数 第一对第二对第三对第三对 型号630564056309 内径 mm 252545 额定动载荷额定动载荷 cr kn 22 238 352 8 3 轴的校核及计算 轴的校核及计算 考虑到箱体的结构 对齿轮以及轴进行修正 1 齿轮修改模数 第一对齿轮取5 2 1 m 第二对齿轮模数取 3 则 图 3 自动运输缝包机设计13 齿轮 参数 第一对齿轮第二对齿轮第二对齿轮 齿轮 1齿轮 2齿轮 3齿轮齿轮 4 齿数 z308331109 模数 m mm 2 52 533 分度圆直径 d mm 75207 593327 齿宽齿宽 b mm 54609084 中心距 mm dd a140 2 5 20775 2 21 1 mm dd a210 2 32793 2 43 2 2 根据齿轮 修改输出轴 3 各段尺寸如图 4 同理计算 可等输入轴 与中间轴的各段尺寸 输入轴 1 中间轴 2 图 4 图 5 自动运输缝包机设计14 对输入轴 1 进行校核计算 直齿圆柱齿轮传动 将受到的法向载荷分解为圆周力 t f 和径向力 r f 受力如图所 示 得 n d t ft1596 32 2553022 1 1 nff tr 581364 0 1596tan 垂直方向 0155212 2 21 tv tvv ff fff 得 nf nf v v 1167 429 2 1 垂直方向最大弯矩 mmnfm vv 66495155 1 弯矩图如图所示 水平方向 0155212 2 21 rh rhh ff fff 得 nf nf h h 425 156 2 1 水平方向最大弯矩 mmnfm hh 24180155 1 合成弯矩 图 6 自动运输缝包机设计15 mmnmmm vh 70755 22 如图所示 扭矩 mmnt 25530 按照第三强度理论 22 22 2 44 w t w m ca 1 3 2 2 7 21 321 0 71168 mpa w tm ca 所以满足使用要求 4 键的计算 键的计算 输出轴 3 安装齿轮的键 材料为 45 钢 静载荷时 p mpa150 120 根据安装 齿轮段轴的直径 选择普通平键 14 56 载荷载键上工作面上均匀分布 普通平键连接强度条件 pp kld t 3 102 得 mpa p 46 50425 4 10 2 2172 3 p 所以满足强度要求 同理计算出 中间轴 2 上键的型号为普通平键 12 45 5 箱体的结构设计 箱体的结构设计 1 减速器箱体的结构设计 箱体采用剖分式结构 剖分面通过轴心 下面对箱体进行具体设计 名称符号尺寸关系尺寸大小 箱体壁厚 8025 0 a9 箱盖壁厚 1 885 0 9 箱座 箱盖 箱座底 凸缘厚度 b b1 b2 5 225 2 5 135 1 5 135 1 211 bbb 地脚螺栓直径及数 目 f d n4 8047 0200 nada f 6 20 n d f 轴承旁联接螺栓直 径 1 d f d75 0 16 图 7 自动运输缝包机设计16 箱盖 箱座联接螺栓 直径 2 d f d 6 0 5 0 10 轴承端盖螺钉直径 3 d 轴承外圈直d100 70140 110 3 d 1012 螺钉数目46 检查孔盖螺钉直径 4 d双级减速器6 4 d 至凸缘边缘距离 距离 至箱外壁 2 21 dd ddd f f 1 c 2 c 螺栓直径m10m16m20 min1 c 162226 min2 c 142024 轴承座外径 2 d 3 5 5 5 dd 21 d 22 d 23 d 130150185 轴承旁联接螺栓距 离 s 一般取 2 ds 轴承旁凸台半径 1 r 2 c 轴承旁凸台高度h由结构决定 可取 38mm 箱外壁至轴承座端 面距离 1 l 8 5 21 cc 50 箱盖 箱座肋厚 1 m m 85 0 85 0 11 mm 8 8 1 m m 大齿轮顶圆与箱内 壁间距离 1 2 1 10 齿轮端面与箱内壁 距离 2 10 2 减速器附件的结构设计 1 检查孔和视孔盖 检查孔用于检查传动件的啮合情况 润滑情况 接触斑点及齿侧间隙 还可用来注 入润滑油 检查要开在便于观察传动件啮合区的位置 其尺寸大小应便于检查操作 视 孔盖用铸铁制成 它和箱体之间加密封垫 2 放油螺塞 放油孔设在箱座底面最低处 其附近留有足够的空间 以便于放容器 箱体底面向 放油孔方向倾斜一点 并在其附近形成凹坑 以便于油污的汇集和排放 放油螺塞为六 角头细牙螺纹 在六角头与放油孔的接触面处加封油圈密封 3 油标 自动运输缝包机设计17 油标用来指示油面高度 将它设置在便于检查及油面较稳定之处 4 通气器 通气器用于通气 使箱内外气压一致 以避免由于运转时箱内温度升高 内压增大 而引起减速器润滑油的渗漏 将通气器设置在检查孔上 其里面还有过滤网可减少灰尘 进入 5 起盖螺钉 为便于起盖 在箱盖凸缘上装设 2 个起盖螺钉 拆卸箱盖时 可先拧动此螺钉顶起 箱盖 7 定位销 在箱体连接凸缘上相距较远处安置两个圆锥销 保证箱体轴承孔的加工精度与装配 精度 自动运输缝包机设计18 3 1 1 4加工使用说明 1 技术要求 技术要求 装配之前 所有零件均用煤油清洗 滚动轴承用汽油清洗 未加工表面涂灰色油 漆 内表面涂红色耐油油漆 啮合间隙用铅丝检查 侧隙值应不小于 0 10mm 用涂色法检查齿面接触斑点 按齿高不得小于 55 按齿长不得小于 50 安装轴承时严禁用榔头直接敲击轴承内 外圈 轴承装配后应紧贴在轴肩或套筒 端面上 调整 固定轴承 应使各轴上轴承留有 0 05 到 0 10 mm 的轴向游隙 减速器注入 90 号工业齿轮油 sy1172 80 至规定高度 装配时应在盖 座接合处用密封胶或水玻璃粘合 不允许使用任何填料 按 jb1130 70 的规定进行负荷实验 实验时油池温升不得超过 35 度 轴承温升不 得超过 40 度 密封处不得有漏油现象 2 使用说明 使用说明 润滑方式 润滑油牌号的选择 由于两对啮合齿轮中的大齿轮直径相差不大 且 它们的速度都不大 所以齿轮传动可采用浸油润滑 选用 90 号工业齿轮油 sy1172 80 输入轴与输出轴处用毡圈密封 密封说明 在试运转过程中 所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油 剖分面允许涂以密封胶 或水玻璃 不允许使用任何碘片 轴伸处密封应涂上润滑脂 拆装和调整的说明 在安装调整滚动轴承时 必须保证一定的轴向游隙 因为游隙大小将影响轴承的正 常工作 当轴直径为 30 50mm 时 可取游隙为 40 70mm 在安装齿轮或蜗杆蜗轮后 必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点 侧隙和接触斑点是由传动精度确定的 当传动侧 隙及接触斑点不符合精度要求时 可以对齿面进行刮研 跑合或调整传动件的啮合位置 也可调整蜗轮轴垫片 使蜗杆轴心线通过蜗轮中间平面 自动运输缝包机设计19 4 4 机械手及夹持部分设计机械手及夹持部分设计 对气动机械手的基本要求是能快速 准确地拾一放和搬运物件 这就要求它 们具有高精度 快速反应 一定的承载能力 足够的工作空间和灵活的自由度及 在任意位置都能自动定位等特性 设计气动机械手的原则是 充分分析作业对象 工件 的作业技术要求 拟定最合理的作业工序和工艺 并满足系统功能要求 和环境条件 明确工件的结构形状和材料特性 定位精度要求 抓取 搬运时的 受力特性 尺寸和质量参数等 从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求 尽量选用定型的标准组件 简化设计制造过程 兼顾通用性和专用性 并能实现 柔性转换和编程控制 本次设计的机械手是通用气动上下料机械手 是一种适合于成批或中 小批 生产的 可以改变动作程序的自动搬运或操作设备 动强度大和操作单调频繁的生产场 合 它可用于操作环境恶劣 劳动强度大和操作单调频繁的生产场合 4 1 机械手的座标型式与自由度 按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况 其座标型式可分为直角座标式 圆柱 座标式 球座标式和关节式 由于本机械手在上下料时手臂具有升降 收缩运动 因此 采用圆柱座标型式 4 2 机械手的手部结构方案设计 在本次设计中对手部要求较简单 所以机械手的手部结构设计采用如机械手装配 图中所示 通过气缸伸缩由两个铁片夹持 4 3 机械手的手臂结构方案设计 按照抓取工件的要求 本机械手的手臂有 2 个自由度 即手臂的伸缩 升降 或俯 仰 运动 手臂的升降运动是通过立柱来实现的 立柱的横向移动即为手臂的横移 手 臂的各种运动由气缸来实现 4 4 机械手的驱动方案设计 由于气压传动系统的动作迅速 反应灵敏 阻力损失和泄漏较小 成本低廉因此本 机械手采用气压传动方式 4 5 机械手的控制方案设计 自动运输缝包机设计20 考虑到机械手的通用性 同时使用点位控制 因此我们采用可编程序控制器 plc 对机械手进行控制 当机械手的动作流程改变时 只需改变 plc 程序即可实现 非常方 便快捷 4 6 机械手的主要参数 1 主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数 目前机械手最大抓重以 10 公斤左 右的为数最多 故该机械手主参数定为 10 公斤 高速动作时抓重减半 2 基本参数运动速度是机械手主要的基本参数 操作节拍对机械手速度提出了要 求 设计速度过低限制了它的使用范围 而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩 及回转的速度 机械手动作时有启动 停止过程的加 减速度存在 用速度一行程曲线来说明速度 特性较为全面 因为平均速度与行程有关 故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度 特性 除了运动速度以外 手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径 大部分机械手 设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间 过大的伸缩行程和工作半径 必 然带来偏重力矩增大而刚性降低 在这种情况下宜采用自动传送装置为好 4 7 机械手的技术参数列表 一 用途 袋口加紧 二 设计技术参数 1 抓重 10 公斤 夹持式手部 2 自由度数 2 个自由度 3 座标型式 圆柱座标 4 最大工作半径 1440mm 5 手臂最大中心高 自动运输缝包机设计21 1380mm 6 手臂运动参数 伸缩行程600mm 伸缩速度500mm s 升降行程200mm 升降速度300mm s 7 定位方式 行程开关 8 定位精度 士 0 1mm 9 缓冲方式 液压缓冲器 10 驱动方式 气压传 动 11 控制方式 点位程序控制 采用 plc 4 8 气缸的直径 由于机械手中气缸结构大体相同 所以以夹具后的气缸为例进行设计 本气缸属于单向作用气缸 根据力平衡原理 单向作用气缸活塞杆上的输出推力 必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力 其公式为 zt ff pd f 4 2 1 式中 1 f 活塞杆上的推力 n t f 弹簧反作用力 n z f 气缸工作时的总阻力 n p 气缸工作 压力 pa 弹簧反作用按下式计算 slcf ft nd gd cf 3 1 4 1 8 12 dddt 自动运输缝包机设计22 式中 f c 弹簧刚度 n m l 弹簧预压缩量 m s 活塞行程 m d1 弹簧钢丝直径 m dt 弹簧平均直径 m d2 弹 簧外径 m n 弹 簧 有效 圈数 g 弹簧 材料剪切模量 一般取 9 104 79 g pa 在设计中 必须考虑负载率几的影响 则 t f pd f 4 2 1 由以上分析得单向作用气缸的直径 p ff d t 1 4 代入有关数据 可得 nd gd cf 3 1 4 1 8 mn 46 3677 1510308 105 310 4 79 3 4 39 slcf ft n6 220 1060 6 3367 3 所以 p ff d t 1 4 1 1176fpn 自动运输缝包机设计23 5 4 1176220 6 0 09494 5 100 4 dmmm 查机械设计手册 新版 第四册 表 24 2 8 得 d 100mm 活塞杆直径 d 40mm 活塞 宽度 1 60dmm 进排气孔直径 0 8dmm 喷气口直径 2 32dmm 4 9 缸筒壁厚的设计缸筒壁厚的设计 缸筒直接承受压缩空气压力 必须有一定厚度 一般气缸缸筒壁厚与内径之比 小于或等于 1 10 其壁厚可按薄壁筒公式计算 2 p dp 式中 缸筒壁厚mm d 气缸内 径 p p 实验压力 取 pp 6p标准pa 材料为 zl3 3mpa 代入己知数据 则壁厚为 2 p dp 65 1032 106100 10mm 取 10mm 则缸筒外径为 1 100 10 2120dmm 则缸盖所受的轴向静载荷 22 5 0 1 6 104712 44 p d fpn 采用 45 号钢 查机械设计手册 新版 第四卷 表 24 2 11 可知采用 m12 的螺栓 4 10 耗气量的计算耗气量的计算 气缸的耗气量与缸径 行程 工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积 死容积 有关 气缸每分钟消耗的压缩空气流量q为 min 2 4 322 mddn s q 式中 d 气缸缸径 m 自动运输缝包机设计24 d 活塞杆直径 m s 活塞行程 m n 气缸活塞每分钟往复的次数 此公式未考虑气缸内的死容积 因此计算值比实际值偏小 设计时要根据具体情况 加以修正 min 0146 0025 01 0230 4 032 014 3 322 mq 4 11 气缸进排口的计算 气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关 特殊情况外 一般气缸的进 气口 排气口尺寸相同 气缸进排气口当量直径 0 d用下式计算 2 0 m q d 式中 q 工作压力下气缸的耗气量 sm 3 空气流经进排气口的速度 一般取sm 15 10 把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后 按照 gb t 14038 93 气缸气 口螺纹 选择合适的气口螺纹 因此 md035 0 0 4 12 气动系统设计气动系统设计 图 7 1 所示为该机械手的气压传动系统工作原理图 它的气源是由空气压缩机 排 气压力大于 0 4 0 6m pa 通过快换接头进入储气罐 经分水过滤器 调压阀 油雾 器 进入各并联气路上的电磁阀 以控制气缸和手 自动运输缝包机设计25 图图 7 17 1 机械手气压传动系统工作原理图机械手气压传动系统工作原理图 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 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 其速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 自动运输缝包机设计26 5 5plcplc 控制设计控制设计 考虑到机械手的通用性 同时使用点位控制 因此我们采用可编程序控制器 plc 对机械手进行控制 当机械手的动作流程改变时 只需改变 plc 程序即 可实现 非常方便快捷 5 1 plc 的选择及工作过程 5 1 1 可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 f 系列 pc 德 国西门子公司的 simatic n5 系列 pc 日本 omron 立石 公司的 c 型 p 型 pc 等 考虑到本机械手的输入输出点不多 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 omron 公司的 c28p 型可编程序控制器 5 1 2 可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 4 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 cpu 对输入输出状态的询 问是针对输入输出状态暂存器而言的 输入输出状态暂存器也称为 i 0 状态表 该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区 其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 cpu 首 先使 i 0 状态表清零 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 cpu 对输入状态进行扫描 将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 cpu 工作进入到第三个阶段 在这 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 自动运输缝包机设计27 指令进行运算和处理 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 cpu 对用户程序已扫描处理完毕 并将运算结果写入到 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 cpu 又返回执行下一个循环的扫描周期 5 2 plc 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 此外 对用到的可编程序 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 lcd 或 crt 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