送料装置设计说明书.doc

一 概述 1.1 送料装置的作用和要求设计题目为：自动送料、下料装置本课题所设计的自动送料机构的目的，是为了实现自动送料、下料，消除积累误差，同时减少劳动力成本。在设计过程中，主要是设计了传送过程中的换向机构和控制上下料的时间问题，即PLC部分。通过对这些方面的设计和研究，可以大大减少劳动力成本，减少了误差，同时也简化了机构。这在实际生产中具有很好的推广效果和意义。要求：1）拟定、分析传动装置的运动和动力参数； 2）选择电机，计算传动装置的运动和动力参数； 3）进行传动件的设计计算； 4）绘制系统装配图、典型零件图 5）绘制PLC控制原理图、气压系统工作原理图 6）三维建模 7）编写设计说明书二 送料装置各部零件的设计2.1送料装置简介由步进电机作动力，同步齿形带传动做传动装方式，皮带既满足承载物料的构件，有事传递牵引力的牵引构件，依靠皮带与物料之间的摩擦力进行驱动。物料由料斗落下，气缸在将物料推上皮带，传送到另一端时，由另一个气缸将其退下皮带，达到送料分料的目的。整个过程由PLC控制气缸和电机的运行状态。2.2 送料装置的工作原理自动送料机主要适用于物料的自动分配和传送，其基本功能可以完成准确的送料时间，达到精确的送料位置。研制的自动送料机由两个基本应用模块组成：物料分离模块及传送模块。物料分离模块由一个气缸组成，实现物料的分离功能，物料分离模块将物料皮带上分离出去，通过分离气缸将位于皮带上的物料从皮带上推出。传送模块由一个气缸和换向装置组成，它实现了气动搬运装置功能，实质上是一个个小型的机械手，将物料传送至下一个工位。通过PLC控制二位五通电磁换向阀和气缸来控制物料上带时间、在皮带上传送时间及下带时间，从而完成物料的传送和分离。2.3 送料装置结构组成及其各部分功用 2.3.1. 动力源基于该送料机构为简易模型装置，载荷不大，转速不大，选择步进电机，步进电机具有恒定的转速特性和良好的功率因数。因此所选电机主要参数如下：转动惯量3.6kg.cm2 静转矩5.4N.m 步进角1.8度，相电流6A 相电阻0.7欧姆 相电感8.3mH 此电机即能满足所需。 2.3.2 传动件能够承载较大的负载，启动时不会打滑，传动速度范围大，不需要润滑油就可以工作，不需因延伸和磨损而做出调整，机械传动功率比高，运转速度恒定，使用寿命较长。1.同步带轮同步齿形带，外径80mm，内径20mm，梯形齿2.皮带带宽30mm3.辅助零件(1)挡板在皮带两侧，起到导向作用，防止物料从带上滑落。其中一侧为平板，另一侧作成过渡圆弧状，起换向作用，物料在皮带上传输，由于物料和皮带之间存在摩擦，当物料传到圆弧转角处，两挡板之间间隙变小，物料过长与挡板相碰受到阻力，物料实现转向。(2)套筒用来联接电极输出轴和主动同步带轮，均采用螺栓联接固定，(3)左推块用螺栓固定在气压缸推杆前段，根据气压缸推杆前端孔直径，在左推块上钻直径为3mm的螺纹孔，将推杆固定在气缸推杆上。(4)右推块用螺栓固定在气压缸推杆前段，根据气压缸推杆前端孔直径，在左推块上钻直径为3mm的螺纹孔，将推杆固定在气缸推杆上。(5)电机支撑架根据电机型号及外形尺寸，确定步进电机支架尺寸，底座长120mm，高105mm，成L型，电机我与底座上，侧板有四个孔用来固定电机，同时起到确保两同步带轮圆心处在同一水平线的作用。(6)气压缸支撑架（主动轮）固定气压缸和料斗，使气压缸与皮带处于同一水平面，确保物料被推出料斗后直接推上皮带。(7)从动轮支撑架支撑从动同步带轮，使其与主动同步带轮中心在同一水平线，并在顶端安装一固定顶板，用来固定气压缸，并使气压缸与皮带处于同一水平面，确保物料可顺利被推下皮带。有深沟球轴承外径尺寸确定支架孔直径42mm，在支架孔上开槽，放置孔用弹性挡圈，用于挡住深沟球轴承外圈，直径尺寸为45mm，底部采用带有滑移结构的三个通孔，便于底座横向移动，可实现皮带的装卸，及带轮的张紧。(8) 料斗用来贮存物料，料斗内四周留有空隙，便于物料的顺利下落，料斗下端有外伸的板，板上钻四个直径为3mm的小孔，将料斗固定在上料一侧支架上。(9)轴承在从动轮一端，从动轮支架和从动轴之间加装一轴承。考虑到轴所受径向力与轴向力都很小，故从经济角度考虑，所选轴承选一般深沟球轴承型号为GB-T276-60000-1994，6004(10)预紧装置目的实现带轮张紧，防止长时间的运行，皮带松弛，通过两根M10*90的螺栓顶住从动轮支架来实现皮带张紧，预紧支架底部有两个M10*35的螺栓固定在底板上。(11)底板固定各部分支架，集成整个系统，使整个系统更稳固安全。(12)导向连接板板上开有四个孔，孔直径尺寸为3mm，其中俩个用于固定连接板，另俩个孔与导向挡板连接。2.4 送料装置的技术特点省时、方便、输送平稳、噪音小；实现定时定量上、下料；维护简单方便。三 送料装置的工艺规程设计3.1 轴的功用联接从动轮及支撑架3.2 轴的设计已经点击静转矩T=5.4Nm，步距角=1.8，转动惯量J=3.6kg/cm2，脉冲频率=200kHz3.3.1初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢。碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性小，通过调质或正火等热处理方法改善和提高其综合力学性能。输出轴的最小直径显然为安装带轮的内径。测量的dmin=20mm。由于装置受力较小，故固定带轮只需用螺栓即可。即需要安装一个M5的螺栓。在轴距轴肩L=5mm处打一个直径d=6mm的孔。带轮宽度L0=45mm，轴应小于带轮宽度，取L1=30mm。3.3.2确定轴肩为保证零件与定位面靠紧，轴上过渡圆角半径r应小于零件圆角的半径R或倒角C。即rRa,rCa,取倒角r=1mm，一般取定位高度a=（0.070.1）d0取a=0.1d=2mm因此d1=24mm轴环宽度b1.4a（取整），b=5mm，即L2=5mm3.3.3轴承的选择由于轴承受到轴向力及径向力均较小，故选普通的深沟球轴承即可满足要求。轴承代号6004主要受径向载荷，也可同时受笑的轴向载荷，在高速转动时，可用来承受纯轴向载荷，价格低廉，应用广泛。3.3.4沟槽设计由于此轴受力较小，固定轴承只需要用弹簧挡圈即可。由GB894.1-1986差得应用轴径d0=20mm，d2=18.5mm，挡圈宽度s=1mm的弹性挡圈。沟槽m=1.1mm，n1.5mm，取n=3mm因此可知d4=18.5mm，L4=1.1mm，d5=20mm，L5=3mm四 PLC控制部分4.1步进电动机控制系统功能说明 基于其自身的特点，步进电动机只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电动机移动的距离和速度，而不需要位置、速度等信号反馈。目前常用的步进电动机包括反应式步进电动机、永磁式步进电动机、混合式步进电动机等。在使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可通过脉冲分配器转变为多脉冲信号，再经过功率放大后分别送给步进电动机的各相绕组，通过改变脉冲输出顺序，从而可以改变步进电动机各相绕组的通电顺序，通过改变步进电动机各相绕组的通电顺序就可以改变电动机的运转方向。二相步进电动机的结构原理图如图1-1 图1-1 二相步进电动机的机构原理图 以往主要采用改变硬件环形分配器的脉冲输出顺序来改变步进电动机个绕组的通电顺序，从而控制步进电动机的运转方向。随着PLC的不断发展，其功能越来越强大，各种运算功能和各类功能指令的加入，使得PLC对步进电动机的控制应用更加广泛。使用PLC实现二相四拍步进电动机驱动，可使步进电动机动作的抗干扰能力更强、可靠性更高，同时，由于实现了模块化结构，使系统结构更加灵活，而且编程语言简单易学，便于掌握，可以进行在线修改、柔性好、体积小、维修方便。在本次课程设计中，主要利用PLC对二相四拍步进电动机的控制。对二相四拍步进电动机的控制，主要有俩个方面：二相绕组的接通与断开顺序控制以及步进电动机步进速度的控制，其控制要求如下：按下正向启动按钮，步进电动机按AABBBAA的时序正向转动。按下反向启动按钮，步进电动机按BBAAABB的时序反向转动。运行过程中，正/反转可随时不停机切换。步进速度慢速为0.5s，高速为0.05s，并可随时手控变速。4.2步进电动机控制系统硬件设计步进电动机控制系统硬件组成如图1-2所示。 图1-2 步进电动机控制系统硬件组成示意图PLC的选型 根据对步进电动机控制系统的功能分析,可知其主要的输入和输出信号如下:1)正向启动按钮 按下正向启动按钮,步进电动机以AABBBAA的时序正向转动,它可以直接连接到PLC主机的数字量输入端口上.2)反向启动按钮按下反向启动按钮,步进电动机以BBAAABB的时序反向转动,它可以直接连接到PLC主机的数字量输入端口上。3）停止按钮按下停止按钮，步进电动机自动停止转动，停止按钮控制步进电动机的停止。它可以直接连接到PLC主机的数字量输入端口上。4）速度控制按钮 速度控制按钮控制步进电动机的转速，当速度控制按钮断开时，步进电动机以低速运行，当速度控制按钮闭合时，步进电动机以高速运行。速度控制按钮可以直接连接到PLC主机的数字量输入端口上。5）步进电动机绕组 二相四拍步进电动机有A、B二相绕组。通过改变各相绕组的通电顺序，就可以控制步进电动机的运转方向。利用PLC控制步进电动机，通过编程来改变输出脉冲的的顺序，从而改变输入到各绕组的通电顺序，进而达到控制步进电动机运转方向的目的。可以通过PLC的数字量输出端口直接控制步进电动机的各相绕组。通过对各个输入和输出信号进行分析后就可以得知，该步进电动机中有4个数字量输入和3个数字量输出，共需7个I/O，根据I/O点数和容量可以选择S7-200系列PLC中的CPU226作为主机。4.3 I/O点数的分配及接线在对步进电动机控制系统的各个硬件组成部分进行了详细分析后，可以对PLCI/O点数进行分配，见表1-1。名称地址说明输入信号正向气动按钮I0.0控制步进电动机正向运转反向气动按钮I0.1控制步进电动机反向运转停止按钮I0.2控制步进电动机工作的停止速度控制按钮I0.3控制步进电动机的运转速度输出信号A相脉冲电源输入端Q0.0控制A相绕组B相脉冲电源输入端Q0.1控制B相绕组表1-1 二相四拍步进电动机PLC控制I/O分配表根据I/O分配表，可以画出PLC主机的硬件接线图，如图1-3所示。 图1-3 步进电动机PLC主机的硬件接线图4.4步进电动机控制系统软件设计根据具体的控制要求，可以画出步进电动机控制系统的流程图，如图1-4所示。 在本次课程设计中，采用移位指令进行步进控制。首先指定移位寄存器MBO。根据二相四拍得步进顺序，移位寄存器每左移1位，电动机前进一个步进角，完成四拍后重新赋初值。移位寄存器的初值见表1-2 。 表1-2 移位寄存器初值M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M02M0.1M0.000000001其中，M0.4、M0 .5、M0.6和M0.7始终为“0”。据此，可作出移位寄存器输出状态及步进电动机绕组的状态真值表，见表1-3 移位寄存器MB0正转反转M0.3M0.2M0.1M0.0ABAB00000000000110010100111110000110 表1-3 移位寄存器输出状态及步进电动机绕组的状态真值表步进电动机控制系统的PLC梯形图如图1-4，1-5，1-6所示。 图1-4 主程序 图1-5 SBR0 图1-6 INT0步进电动机控制系统的PLC语句表如图1-7，1-8，1-9所示。 图1-7 主程序 图1-8 SBR0 图1-9 INT0五 心得体会四周的个性化教育已经完成，通过四周的个性化教育，锻炼了我的三维制图能力，对三维制图从一无所知，到慢慢的走向熟练运用，此次个性化教育使我真正的学到了很多东西。从刚开始的一个简单构思，到最后实物的生成。在制作期间，充分体现出团队的重要性，每个环节由不同的小组完成，每个小组都竭尽全力，全身心的投入其中，保证在属于自己的环节，不出现差错，即使出现差错也能及时更改方案，充分地发挥自己的优势，在这样的情况下，保证了最终任务的完成。在三维制图过程中，使我深深体会到做事