毕业设计（论文）-基于PLC物料拾取装置的设计（全套图纸三维）.doc

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 机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对物料进行改良和优化是当务之急。有大型物料拾取装置生产企业对该装置的安全指标的有着一定生产的严格要求。在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。国内物料拾取装置的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。基于PLC的物料拾取装置的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关,所以本次的设计对于物料装置的研究和发展来说具有现实意义。关键词 基于PLC物料拾取装置 装置 物料 意义全套图纸，加153893706 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11.1 课题研究的目的和意义11.2 物料拾取装置的发展趋势11.3 SolidWorks软件在机械设计中的应用22基于PLC物料拾取装置的概述22.1 基于PLC物料拾取装置的组成部件33机械结构的设计33.1电机及减速器的选用33.1.1 确定运行时间43.1.2 电机转速73.1.3 负载转矩93.1.4 负载惯量103.1.5 电机转矩113.2梯形丝杆螺母副设计123.2.1 材料选用原则123.2.2 丝杆螺母强度的校核计算133.2.3 滚珠丝杆螺母的设计计算163.2.4 滚珠丝杆螺母的支承方式的选择193.2.5 滚珠丝杆螺母的润滑和防尘隔离203.2.6导向光杆和直线轴承的设计203.2.7联轴器的选择203.2.8轴承强度的校核214 三维软件设计总结225 PLC控制系统的设计235.1 PLC的定义255.2 PLC的选择285.3 基于PLC物料自动拾取装置PLC控制流程图的实现29结论30致谢31参考文献32 南京理工大学学生毕业论文 第 248 页 共 28 页XXX：基于PLC物料拾取装置的设计 1 概述1.1 课题研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。1.2 物料拾取装置的发展趋势 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 SolidWorks软件在机械设计中的应用 SolidWorks软件在机械设计中的应用二维CAD着眼于完善产品的几何描述能力，而三维设计是着眼于更好表达产品完整的技术和生产管理信息，使得一个工程项目的设计和生产准备各环节可以并行展开。而且三维设计可方便地设计出所见即所得的三维实体模型，并对其进行装配、过去模拟及干涉检查，即在投入真实的生产之前就可以对其产品进行物性分析及装配测试等活动。从而更好的满足设计目的的要求，并大大缩短了产品的生命周期。SolidWorks 软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，是当今世界完全基于NT/Windows平台的三维机械设计CAD软件系统主流产品。SolidWorks 软件与其它基于特征的参数化三维机械设计软件，如Pro/Engineer、UG相比，具有Windows 的图形界面和易于掌握的优点。同时，利用装配建模技术可以将零件模拟装配起来，并可以对装配结果进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟、物性分析及有限无分析，还可以在装配环境中对零件进行设计、编辑及修改。利用这些功能，能有效地避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配、零件干涉等问题。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 21 机构运动简图3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:3.1.1 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，3.1.2 电机转速 3.1.3负载转矩式中：3.1.4 负载惯量上下垂直运动丝杆螺母惯量式中总惯量3.1.5 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 在材料选取的基本原则的前提下，可以满足一部分性能，良好的工艺性和经济性。这种材料的特性是机械，机械部分应在正常工作条件下，其物理和化学性能，是保证其可靠性的基础。一般的机械零件，主要考虑的是材料的机械性能；而非金属材料零件，还应考虑对零件性能的环境效应。根据零件选择的力学性能，首先要对工作条件的正确分析，形状和大小和应力状态，结合这类零件的主要失效形式，对原发性和继发性失效抗力指标的实际使用中，由于物质基础。3.2.2丝杆螺母强度的校核计算 滚动螺旋传动主要承受轴向力。螺母与螺钉间滑动摩擦较大，所以磨损失效的主要形式。基本尺寸（直径滚珠丝杠和螺母高度），通常基于条件的耐磨性测定。滚珠丝杆驱动力较大，还应检查滚珠丝杆和螺母的螺纹强度的危险截面，以防止塑性变形或断裂的发生；自锁螺钉的要求，检查自锁螺钉；传动精度，应检查的刚度，以免造成传输降低音高变化的应力的精度；滚珠丝杆长径比大，应检查其稳定性，以防止轴心受压失稳；长滚珠丝杆转速也应该检查的临界转速，以防止过大的横向振动。设计应根据驱动型，工作条件和失效模式，选同的设计标准，无需逐一检查。表2.1螺旋传动的常用材料螺旋副材料牌号应用范围滚珠丝杆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（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滚珠丝杆滚珠丝杆外径滚珠丝杆内径滚珠丝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，故强度足够。3.2.3梯形丝杆螺母的设计计算 滚动螺旋传动主要承受轴向力。螺母与螺钉间滑动摩擦较大，所以磨损失效的主要形式。基本尺寸（直径滚珠丝杠和螺母高度），通常基于条件的耐磨性测定。螺杆驱动力较大，还应检查螺杆和螺母的螺纹强度的危险截面，以防止塑性变形或断裂的发生；自锁螺钉的要求，检查自锁螺钉；传动精度，应检查的刚度，以免造成传输降低音高变化的应力的精度；螺杆长径比大，应检查其稳定性，以防止轴心受压失稳；长螺杆转速也应该检查的临界转速，以防止过大的横向振动。设计应基于。的类型，工作条件和失效模式，选择不同的设计标准，无需逐一检查。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。3.2.4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，适用于高速，高精度； （2）固定轴承适用于中高速，高精度；（3）支持，中速的支持，精度；（4）固定-自由，低速度，精度，短轴螺钉本次设计中丝杆螺母的固定方式如下所示：3.2.5滚珠丝杆螺母的润滑和防尘隔离（1）为了提高滚珠丝杠副的精度和使用寿命，通过滚珠丝杆的轴向力对滚珠丝杆的影响，保证轴承的受力均匀，避免倾覆力。（2）反逆向的滚珠丝杠驱动器对效率高，应在电机功率的考虑，和逆螺旋传动由于其成分的重量（尤其是驱动在垂直方向上，当逆方法）可以用来防止动力传动电机，蜗轮自锁：切割离合器，等。（3）在行程两端的滚珠丝杠应该旅游保护装置，以防止滚珠丝杠过程的冲击和影响精度，使用寿命甚至损坏。（4）防止热变形对定位精度的丝杠热变形精度的重要影响。热源不仅是摩擦热产生的螺丝，和其他机械零件热时，滚珠丝杆的热膨胀和伸长率。因此有必要对热源的因素，控制热源的措施，也可用于预拉伸，强制冷却，减少滚珠丝杆伸长的热变形的影响。（5）水平螺旋，而造成弯曲变形的轴，是影响齿距累积误差的因素，会导致不均匀的载荷螺母。螺杆的设计需要考虑到螺杆的材料和它的强度的问题。（6）密封圈是重要的密封气体和液体的标准件，所以密封圈的防尘措施是必须要考虑的。滚珠丝杠螺母安装在防尘圈的两端，以避免螺钉外露，但还需要滚珠丝杆选择保护装置。（7）合理的润滑是减小驱动力矩的重要环节，提高传动效率，延长滚珠丝杆的使用寿命，接触面和油膜减振效果，降低传动噪音和尘土等杂物在螺旋洗。所以你想注入润滑脂。螺母和油孔，用户可以拧入水口，其他合适的润滑油的使用。（8）的预紧力的正确选择，滚珠丝杠厂一直需要调整预紧力要求，严禁自行拆卸滚珠滚珠丝杆零件，以免影响准确性。非冲击管和拔除，以免球塞，运行平稳。（9）推荐的大型轴承的使用适用于数控机床为了提高传动刚度。（10）内循环滚珠丝杠，滚珠丝杠必须两端的齿和一端连接了至少一个螺纹，所有圆螺纹底径尺寸小于D2，否则无法安装螺母。（11）外循环滚珠滚珠丝杆位置，最好是放在滚珠丝杆轴以上插管。（12）加工螺纹，外圆直径大于1的外径最好不要螺钉。3.2.6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。3.2.6.1直线轴承的选择 用于测试的POM工程塑料支架；钢架适用于工作温度；不锈钢轴承适用于水，蒸汽，硝酸等腐蚀性介质和真空的工作场所，按下列公式确定型轴承的计算。硬度：硬度系数FH HRC58的硬度，hrc52-58，FH = 0.6-1.0 FH = 1。FT的温度系数：工作温度小于100C，FT = 1，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：小于15米/分钟的速度，无冲击，无振动，FW = 1.0-1.5；小于60米/分钟的速度，超调量小或振荡，FW = 1.52.0；运行速度大于60米/分钟，或有更大的冲击，振动，FW = 2.05.0。时间是生命的LH =（100001）/ 2 * L（S * N1 * 60）（单位：小时小时）L：长度寿命 (万米)，LS：工作行程 (米)，N1：每分钟往复次数 已知行程L=0.2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，我们选用两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