铁锹自动上下料机器人研制本科生毕业设计论文doc
发布时间:2022-07-29 05:13:50  作者:im电子竞技来源:im体育官网全球第一体育平台

  天津#######大学 Tianjin U############ Education 毕 业 设 计 专 业:######## 班级学号: ####### 学生姓名: #### 指导教师: ## 教授 二〇一五年六月 天津######大学本科生毕业设计 铁锹自动上下料机器人研制 Development of Spade Automatic Loading and Unloading Robot 专业班级:## 学生姓名:### 指导教师:## 教授 学 院:机械工程学院 2015年 6月 摘 要 本文介绍了铁锹生产过程中冲床加工环节的自动上下料机器人研制过程。冲床锻件时加工环境恶劣,上下料搬运工作强度高,因此企业迫切使用冲床的自动化上下料机器人。自动上下料机器人的工作就是代替人来完成冲床加工环节的毛坯料上料、装夹、下料的动作,可以降低工人劳动强度,提高加工效率。设计的总体思路是利用凸轮分度器实现末端手爪从料仓到冲床加工工位再到下料仓的动作,利用步进电机带动丝杠滑台实现料仓的供料,使用西门子S7-300 PLC实现设备的控制。机械设计的过程涉及了各种标准件的选型计算与校核,非标件的设计与加工。电气控制的部分涉及到PLC的程序编程,电气原理图设计。最终完成的任务是设备的装配与调试,使之能够按照工厂的加工需求完成自动上下料。 关键词:冲床;自动上下料;凸轮分度器;西门子S7-300PLC ABSTRACT This paper introduces a spade, punch processing link in the production process of automatic loading and unloading robot development process. Press forgings processing environment, loading and unloading handling work intensity and so on, so the enterprise to use punch when feeding robot automation under the urgent request. Blank feeding robots job is to replace human to complete the punch processing link feeding, clamping, cutting action, can reduce the labor intensity of workers, improve the processing efficiency. The general idea of the design is the use of cam indexers realize the end effector from bin to the punch processing station to the next bin feeding action, using the stepper motor driven screw realizes bin, using S7-300 PLC to achieve Siemens equipment control. The design process involves the selection calculation and checking all kinds of standard parts, non-standard pieces of the design and processing. The electric control part related to PLC programming, schematic design. The final task is to assemble and debug equipment, so that it can in accordance with the demand of the factory to complete the process of automatic feeding. Key Words:Punch; automatic loading and unloading; Cam indexer;?SIEMENS PLC s7-300 目 录 1 绪论 1 1.1研究背景 1 1.2研究意义 1 1.3研究内容 1 2 方案设计 2 2.1技术要求 2 2.2机械设计方案 2 2.2.1毛坯料的抓取 2 2.2.2传动 3 2.2.3工位位置 3 2.2.4料仓 3 2.2.5工作台 4 2.2.6下料 4 2.3电气控制方案 5 2.3.1方案概述 5 2.3.2传感器选型 6 2.3.3 PLC的I/O分配 6 2.3.4 控制程序设计 8 3 选型计算 9 3.1 吸盘 9 3.2 导杆气缸 10 3.3 工作台气缸 11 3.4 直线 3.5.2 输入轴扭矩(Tc) 16 3.5.3 功率计算 16 3.6 电机与减速器 16 3.6.1凸轮分度器电机及减速器 16 3.6.2下料电机 18 3.6.3顶升电机 18 4设备总装配图设计 20 4.1总装配图 20 4.2重要非标件设计 21 5 安装调试 22 5.1安装要求 22 5.2注意事项 22 5.3调试过程 24 5.4装调总结 25 结 论 26 参考文献 27 致 谢 29 1 绪论 1.1研究背景 冲床作为一种材料成型设备,在社会生产中占有比较重要的地位。相比传统机械加工而言,冲压加工有节约能源、材料,效率高,操作简单及可加工产品多样化等优点,因此它的用途越来越广泛。冲压生产主要是针对板材。通过模具,能做出冲孔,成型,拉深,修整,精冲,整形,铆接及挤压件等工作,冲压加工的产品广泛应用于航空、汽车、船舶等工业领域,诸多生活用品也可以利用冲床通过模具生产出来[1]。然而冲床加工时存在加工环境恶劣,上下料搬运工作强度高等问题,因此企业对冲床自动化上下料机器人的使用要求迫切。使用上下料机器人不仅可以降低工人劳动强度,还可以提高加工效率。目前国内自动上下料机器人有直角坐标机器人和关节机器人。在冲床加工行业,直角坐标机器人相比关节机器人有结构简单、行程大、负载能力强、维护方便经济实惠等优点而被广泛使用[2]。 1.2研究意义 冲床的自动上下料机器人具有很高的稳定性,工作效率高,产量恒定。可以节省生产厂家成本,提高生产质量。在人力成本居高不下的情况下,自动上下料机器人能在冲床加工行业竞争中占据优势[3]。 1.3研究内容 本文主要研究的内容是冲床加工铁锹时的上下料机器人研制。由于铁锹毛坯料的边刃锋利,不宜徒手搬运,所以铁锹毛坯料的上下料搬运强度高,危险性高,生产效率低。本设备采用的是吸盘抓取毛坯料进行上料下料的搬运,通过凸轮分度器进行精度定位,可大大的提高生产效率与产品合格率。 2 方案设计 设备的设计方案需要根据铁锹厂的现有技术要求与生产需要,作出相应的机械设计与电气控制方案。 2.1技术要求 经过对铁锹冲床的实地考察,和与生产部门的交流,得知以下技术参数和技术指标: 冲床工位距车间地面高度900mm; 冲床一个工作流程时间4s; 铁锹毛坯料重量1.2Kg; 铁锹毛坯料厚度2mm; 车间气源压力0.5MPa; 预留一道冲床工工序。 2.2机械设计方案 根据生产厂家提供的技术参数与技术指标,自动上下料机器人的主要机械结构设计为以下几部分。 2.2.1毛坯料的抓取 铁锹毛坯料由于是平面板材,材质是铁,表面光滑,重量小,可以采用吸盘进行抓取。考虑到加工定位的问题,在毛坯料移动到加工工位的过程中不能相对于吸盘发生旋转和移动,所以采用四个吸盘同时吸取铁锹毛坯料,以避免发生相对位移,影响加工精度。机械手臂末端装有导杆气缸,导杆气缸的活塞杆顶端装有平台,四个吸盘都安装在这个平台上。吸盘随着导杆气缸活塞杆的伸出到达毛坯料的位置,吸取毛坯料后再随着导杆气缸活塞杆拉回到安全面,然后再进行工位转换[4],如图2-1所示。 图2-1 吸盘安装 2.2.2传动 在整个上料、加工、下料的过程中毛坯料总共有4个停留位置,分别是料仓、冲床加工工位、预留冲床加工工位、下料工位。机械手在四个位置都要求定位准确。目前可以采用的方案有关节机器人、桁架机器人。关节机器人造价高,维护不方便;桁架机器人在冲床加工的自动上下料行业用的颇多,但一般都用于多个冲床并联使用[5]。在考虑经济因素和精度因素的前提下,选用凸轮分度器来驱动机械手在四个位置进行转换。凸轮分度器结构简单,传动平稳,在高速传动时也能高精度定位并且安装面方便灵巧,维护简单。采用四分度的凸轮分度器,在凸轮分度器的输出轴法兰上安装角度间隔90度的四个机械手臂,手臂末端放置夹取毛坯料的吸盘。 2.2.3工位位置 料仓、冲床、预留冲床工位、下料仓分别安放在四个位置,相互之间角度间隔90度,工位安装位置如图2-2所示。 图2-2 工位简图 2.2.4料仓 根据生产需要,需做出一个能够自动供料的料仓。由于导杆气缸伸出后吸盘吸取毛坯料时的水平高度是不变的,所以设计料仓要满足在吸盘吸取时能够始终保持毛坯料和吸盘的底面在同一个水平高度。因此在垂直方向上,需要保持进给送料。设计采用伺服电机带动丝杠滑台,盛放毛坯料的器具固定在滑台上,随着滑台的移动来保持这个水平高度[6],如图2-3所示。 图2-3料仓推料简图 2.2.5工作台 工位转换的推料结构的设计能够保持每次吸盘要吸取毛坯料时,毛坯料都能够在规定的水平高度。如果设备处于自动工作状态下,当一个料仓的毛坯料推送完了之后,需要更换另一个料仓放置在刚才那个料仓的工位上,使设备能够继续运行。所以,基于以上的工作需求,要设计一个能够更换料仓工位的工作台。工作台上有直线导轨副,两个料仓都固定导轨副上。用气缸的活塞杆推动料仓在导轨上运动来完成工位的转换,如图2-4所示[7]。 图2-4工作台简图 2.2.6下料 当吸盘带着毛坯料经过冲床工位加工,再经过预留工位,再到下料工位的时候,吸盘的电磁阀松开,毛坯料就掉落到下料仓。下料工位是由电机带动链轮,链连接传送平台上的所有滚子一起滚动,实现下料之后产品的位移,如图2-5所示。 图2-5下料工位 当下料工位放置20片铁锹之后,电机通过带传动带动链轮,链轮再通过链传动带动滚子滚动,使铁锹向右移动一个工位。 2.3电气控制方案 2.3.1方案概述 上下料机器人的电气控制可以选择使用单片机、PLC、PC系统控制,可基于生产要求进行甄选。冲床生产铁锹时,需要求上下料安全稳定、可靠性高。单片机、PLC与PC的优缺点如下: 单片机 优点:经济实惠,成本较低; 缺点:用单片机制作的主控板受制板工艺、布局结构、器件质量等因素的影响,会导致系统抗干扰能力差,故障率高,不易扩展,对环境依赖性强,开发周期长。一个单片机制作的主控板不经过长时间的实验很难形成一个真正的产品。 PLC 优点:通用性强,使用方便;可靠性高抗干扰能力强;安装简单,维修方便。 缺点:PLC体系结构式封闭的,各PLC厂家的硬件体系互相不兼容,编程语言及指令系统也各不相同,当选择一款PLC产品后,必须选择使用特定的编程语言[8]。 PC 优点:能实现PLC及单片机的控制功能,具有更强的数据处理能力、强大的网络通讯功能,能够执行比较复杂的控制算法。 缺点:基于PC的自动化控制,其设备的可靠性和稳定性都较差。 基于以上对单片机、PLC、PC在控制系统中的优缺点分析,铁锹生产中上下料机器人的控制可选用可靠性强稳定性高的PLC控制系统,在此选用西门子S7-300PLC。编程思路是主程序负责总开、急停、手动/自动切换功能的实现,再调用Graph语言编程的OB块,OB块程序是负责自动运行的程序[9]。 2.3.2传感器选型 需要用到传感器的地方有: 在吸盘吸取毛坯料的工位,需要红外对射型光电传感器,用来检测毛坯料是否到达指定高度,使得吸盘能够成功吸取毛坯料。 在转盘的四个工位中,其中一个工位下方需安装一个接近开关传感器,用作回零时的位置检测。 在转盘的四个工位,分别安装一个真空压力传感器,安装位置是串在真空发生器和吸盘之间。气管从真空发生器引出,进入真空压力传感器,再引出到吸盘的气孔。此真空压力传感器的作用是检测此工位是否已经吸取了毛坯料[10]。 在凸轮分度器输出轴上安装一个码盘,码盘上有一个豁口,此处需要安装一个红外对射的光电传感器,作用是检测凸轮分度器的输出轴是否转了一圈,即凸轮分度器更换一个分度[11]。 在冲床的冲头一侧安装一个接近开关传感器,用来检测冲床是否有动作。 在冲床头的前侧,安装一个红外反射传感器,作用是检测转盘上的吸盘吸取毛坯之后,是否转到了冲床加工工位。 在毛坯料仓工位的顶升机构中,丝杠滑台的运动有范围,即最高高度和最低高度。安装两个行程开关在最高高度和最低高度,作用是限位。 选择工位转换气缸时,需要选择带磁环的气缸,可以检测气缸的状态是伸出状态还是初始状态[12]。 2.3.3 PLC的I/O分配 选用西门子S7-300用作设备的电气控制,其输入输出分配见表2-1。 表2-1 I/O分配表 输入I 启动 I0.0 停止 I0.1 冲床工位传感器 I0.2 测料传感器 I0.3 A位线.1 气缸伸出状态传感器 I1.2 气缸初始状态传感器 I1.3 回零传感器 I1.4 凸轮分度器传感器 I1.5 冲床动作传感器 I1.6 关闭自动运行 I2.0 手动回零 I2.1 自动运行 I2.2 手动冲床冲压动作 I2.3 手动分度器转90度 I2.4 手动工位气缸伸出 I2.5 手动工位气缸拉回 I2.6 手动导杆气缸伸出 I2.7 手动导杆气缸拉回 I3.0 手动顶升 I3.1 手动降落 I3.2 输出Q 导杆气缸上电磁阀 Q0.0 导杆气缸下电磁阀 Q0.1 冲床动作 Q0.2 凸轮分度器电机 Q0.3 A位电磁阀 Q0.4 B位电磁阀 Q0.5 C位电磁阀 Q0.6 D位电磁阀 Q0.7 步进电机正转(升) Q1.0 步进电机发转(降) Q1.1 工位气缸伸出 Q1.2 工位气缸缩回 Q1.3 2.3.4 控制程序设计 控制程序使用西门子S7-300PLC进行程序编辑,分为主程序和FB块程序。主程序负责主电路的启动、停止、急停、手动/自动切换、单个手动动作。FB块程序是采用步程序进行自动运行的流程控制[13]。 主程序负责的内容有: 系统启动/停止/急停 开启/关闭自动运行 手动回零 手动冲床冲压动作 手动分度器转90度 手动工位气缸伸出 手动工位气缸拉回 手动导杆气缸伸出 手动导杆气缸拉回 手动顶升 手动降落 FB块程序的控制流程: 自动程序启动之后首先进行A、B、C、D四个工位气路电磁阀的信号置零,然后通过测料传感器检测吸盘抓料的工位是否有毛坯料可供抓取。 如果有料就伸出导杆气缸进行抓料,抓取料前进行判断,如果转盘上的三个工位都抓取的有料的时候,就选择让要抓取料工位的逆时针临位的电磁阀得电,松开铁锹料,松开的铁锹料会落入下料工位。转盘是顺时针旋转,工位顺序分别是抓料、冲压、备用冲压工位、下料工位,所以抓料的逆时针临位是已经加工好的铁锹,可放入下料工位。如果转盘上的四个工位上的料没有达到三个,就按照流程进行旋转,冲压加工,旋转。 如果没有料,就给顶升电机电,让顶升电机带动滑台,使毛坯料上升到传感器能检测到的水平高度,然后电机断电。如果电机一直转始终没有检测到有料,直到碰到了丝杠的上限位,则电机反转降落,直到碰触到电机的下限位。然后工位气缸自检是否在伸出状态,进行转台的切换,完成工作台上两个料仓的位置切换。切换后再跳转到第一步进行检测是否有料,再进行下一步动作。 如果转盘上四个工位上抓取的料不够三个,或者是够三个且已经经过选择让下料工位的铁锹降落,那么在冲床动作之后,导杆气缸拉回,凸轮分度器电机会带动凸轮分度器转动一周,转盘随之会转动90度,然后跳转到第1步[14]。 3 选型计算 3.1 吸盘 对铁锹毛坯的抓取,采用真空吸盘吸取的方案。已知条件:毛坯重量1.2Kg,真空发生器压力线Mpa。 理论要求吸盘水平提升力=所需提升质量×(重力加速度+提升加速度)×安全系数 (3-1) 其中: F是理论要求吸盘的最大吸力; m是毛坯的质量,已知毛坯的质量为1.2Kg; g 是重力加速度,取10; a是吸盘吸取毛坯上升的加速度,根据所选气缸的参数,加速度的值为a=5; s是安全系数,如图3-1所示,水平吸取时安全系数为s1=4,垂直吸取时安全系数为s2=8。本设备提升方案选s1。 图3-1 吸盘安全系数分类 由计算得知吸盘的理论要求吸力为72N。 真空吸盘吸力计算公式: (3-2) 其中: F:吸力(N),值为72N; C:吸盘面积(),待求; P:真空发生器的真空度(),值为。 由公式3-2计算得知吸盘面积 (3-3) 由公式3-3计算得知吸盘直径 依据计算结果选择SMC品牌的ZTP50UNK20-06-A14型号吸盘,吸盘规格见表3-1:直径50mm,缓冲行程50mm,真空接管是的快换接头。 表3-1 ZTP50BNK50-06-A14型号吸盘规格 ZTP50BNK50-06-A14 吸盘直径(mm) 50 吸盘类型 B风琴型 吸盘材料 N丁腈橡胶 缓冲形式 K不可回转型 缓冲行程(mm) 50 线mm的快换接头 安装连接方式/外螺纹 (A4)M14*1(外螺纹) 3.2 导杆气缸 考虑到冲床工作时冲压毛坯件需要的定位精度,吸盘吸取毛坯料不能和气缸发生相对位移,毛坯料在被吸取之后随吸盘运动的过程中不能发生回转。因此选用带导杆式气缸,如图3-2所示。 图3-2 导杆气缸 试选型日本SMC系列的MGPL25-50型号的气缸,缸径25mm,杆径13mm,行程50mm,运动速度平稳。 该型号气缸的性能参数见表3-2。 表3-2 MGPL25-50型号气缸规格 供气压力P(MPa) 0.5 缸径D(mm) 25 杆径d(mm) 13 负载率β 0.5 重力加速度g 9.81 气缸理论拉力计算: (3-4) 气缸实际拉力 (3-5) 已知气缸的负载见表3-3。 表3-3 导杆气缸负载 铁锹毛坯重量(Kg) 1.2 吸盘重量(Kg) 0.4×4=1.6 支撑板重量(Kg) 2 总重(N) 4.8×9.81=47.1 气缸拉力89.5N大于总重47.1N,因此,此型号气缸可以正常工作。 3.3 工作台气缸 工作台气缸的工作任务就是如果在吸盘吸取毛坯料的料仓没有毛坯料时,更换料仓的位置,把另一个装毛坯料的料仓移动到当前位置。已知的工作台气缸的选型条件见表3-4。 表3-4 工作台气缸选型条件 已知: 铁锹毛坯重量(Kg) 1.2×150=180 夹具重量(Kg) 20×2=40 滑台重量(Kg) 40 总重W(N) (180+40+40)×9.81=2550.6 阻力f(N) W×μ=2550.6×0.004=10.2 供气压力(MPa) 0.5 线mm,在选取工作台气缸时,要选用行程大于或等于300mm的气缸。根据现有技术要求,即行程300、工作方式为双作用式,查阅日本SMC产品选型手册。CG1NU系列气缸符合工作要求。预选CG1UN40-300和CG1UN32-300型号气缸。 CG1UN40-300型气缸技术参数:气缸缸径D40mm,杆径d25mm,负载率β0.5。 气缸理论拉力为: (3-6) 气缸实际拉力为: (3-7) 气缸实际拉力191.4N大于阻力10.2N,所以此型号气缸可以正常工作[15]。 CG1UN32-300型气缸技术参数:气缸缸径D32mm,杆径d18mm,负载率β0.5。 气缸理论拉力为: 气缸实际拉力为: 气缸实际拉力137.4N大于阻力10.2N,所以此型号气缸可以正常工作。 结合以上计算校核,两种型号气缸都符合工作要求。考虑到经济因素,选用CG1UN32-300型气缸。 3.4 直线导轨副 工作台气缸在工作时,推动或者拉动料仓通过直线导轨副在工作台上移动。导轨副作为运动副完成滑台的工位转换。该设备在工位转换时由气缸驱动,位置精度由硬限位保证,且要求精度不高。滑台在实现工位转换时移动速度平稳,负载不大。初步选型为滚珠直线导轨副。 安装尺寸设计时设定为25-30mm的总高,初步选型为MISUMI品牌的SSVRLZ28型号中载型滚珠直线导轨。该型号导轨副的技术参数见表3-5。 表3-5 SSVRLZ28型直线导轨副技术参数 SSVRLZ28 组装高度(mm) 28 材质 不锈钢 硬度(HRC) 58 耐热温度℃ 0-50 额定动负载(KN) 7.25 额定静负载(KN) 11.8 (3-8) 其中: L——额定寿命, ——硬度系数,由于产品技术要求规定,滚道硬度不得低于58HRC,所以一般取; ——温度系数,查表3-6可知,; ——接触系数,查表3-7可知; ——载荷系数,查表3-8可知; ——额定动载荷,查表3-5可知; ——等效负荷,导轨每个滑块实际负荷为(共4个滑块); ——指数,当导轨体为滚珠时取,当导轨体为滚柱时取; ——额定寿命单位(KM),滚珠时,滚柱时。 由以上数据可以计算出该导轨副的额定寿命: 当行程长度一定,以h为单位的使用寿命为: (3-9) 其中: ——使用寿命时长; ——额定行程寿命; ——行程; ——每分钟往返次数0.2。 由以上参数代入公式计算得知使用寿命: 工况为每天开机8小时,每年300个工作日,预计寿命年限为: 年 表3-6 温度系数 工作温度/℃ ≤100 100-150 150-200 200-250 1 0.90 0.73 0.60 表3-7 接触系数 每根导轨上的滑块数 1 2 3 4 5 1.00 0.81 0.72 0.66 0.61 表3-8 载荷系数 精度等级 2 3 4 5 1.0 1.0 0.9 0.9 3.5 凸轮分度器 凸轮分度器是依靠凸轮与滚针之间的无间隙配合,并沿着既定的凸轮曲线进行重复传递动作的装置。它输入连续旋转驱动,输出间歇旋转,或摆动、提升等动作。主要用于自动化加工、组装、检测等设备上面。凸轮分度器在结构上属于一种空间凸轮转位机构,在各类自动机械中主要实现了圆周方向上的间歇输送直线方向上的间歇输送 摆动驱动机械手 由于凸轮分度器为纯机械传动,工作时在全密封的油箱中,所以它具有高精度、高寿命、高可靠的诸多特点。在此设备中主要应用凸轮分度器在圆周方向上能间歇输送的功能。 根据设计方案需要,此设备选择凸轮分度器时要求凸轮分度器输出为法兰盘,定位等分数N为4,驱动角(回转角)为270°时凸轮曲线 (曲线(入力扭矩系数)。因生产需要,要求凸轮分度器法兰盘转1分度的时间小于等于1.5秒钟,按1.5秒钟计算,则输入轴转一圈需要时间t为: 则转速n为。已知转盘的质量m1=10Kg,工位的质量m2=4Kg,工件的质量m3=2Kg。 3.5.1 负载计算(Tt) 负载包括:惯性扭矩Ti+摩擦扭矩Tf+做功扭矩Tw[16] 惯性扭矩的计算 圆盘的转动惯量I1: (3-10) 工位的转动惯量I2: (3-11) 工件的转动惯量I3: 总转动惯量I: (3-12) 输出轴最大角加速度: (3-12) 惯性扭矩: (3-13) 摩擦扭矩的计算 (3-14) 其中:是摩擦系数,m是正压质量,R是摩擦处的旋转半径,此设备应用时摩擦扭矩为0。 做工扭矩的计算 做功表示是否圆盘还带有别的负载,此设备在应用中没有带有负载所以为0。 最终负载: 实际负载(选型负载Te)必须比计算负载大,一般要乘以一个大于1的安全系数。取安全系数为则: (3-15) 3.5.2 输入轴扭矩(Tc) 已知,输入轴起动负载扭矩视为0, 因此。 (3-16) 3.5.3 功率计算 功率计算如下: (3-17) 选型原则: 在转速n下,分割器的输出轴扭矩高于Te=41.923即可 根据转速n,并查参数表可知最小可用120mm的分割器 所以最终选型:诸城东阳机械有限公司的高速精密分割器,型号140DF-4-270。 3.6 电机与减速器 3.6.1凸轮分度器电机及减速器 要求: 根据设备工作需要,及凸轮分度器的工作需求,减速机输出轴转速大于30r/min,输出轴输出扭矩要大于41.923NM,功率要大于43.441W。 由于对给凸轮分度器提供动力的电机要求精度不高,所以就选用普通三相异步电动机加减速器来满足凸轮分度器转矩和转速的需求。根据凸轮分度器的转速要求,若选用传动比i=40的减速器,电机的转速最低要1200r/min。 试选用浙江金龙机电股份有限公司的型号为JL1-80M2-4的普通三相异步电动机。该型号电机的技术参数见表3-9。 表3-9 JL1-80M2-4型电机技术参数 功率 转速 效率 功率因数 额定转矩 惯量 额定电流A Kw Hp 220V 380V 0.75 1 1400 79.7 0.76 5.15 0.0021 3.25 1.88 电机能提供给减速机的功率为 试选用浙江三凯机电有限公司的减速器,查减速器选型手册,试选用减速器型号为:NMRV075-80B5-8014,减速器如图3-3所示。 图3-3 NMRV075-80B5-8014减速器 其技术参数见表3-10。 表3-10 NMRV075-80B5-8014减速器技术参数 功率 Kw 输出转速 减速比 i 动态效率 输入输出轴距离mm 安全系数 0.55 35 40 0.72 75 2.0 减速器输出扭矩: (3-18) 其中:M是减速器的输出扭矩;P是减速器功率;是输出转速;是动态效率。 减速器输出轴转速35大于凸轮分度器输入轴转速30; 减速器输出扭矩108大于凸轮分度器正常工作状态下的输入扭矩13.835; 所以此型号电机和减速器能满足凸轮分度器的正常运行。电机与减速器的安装图如图3-4所示。 图3-4 电机与减速器安装示意图 3.6.2下料电机 当吸盘带着毛坯料经过冲床工位加工,再经过预留工位,再到下料工位的时候,吸盘的电磁阀松开,毛坯料就掉落到下料仓。下料工位是由电机带动链轮,链连接传送平台上的所有滚子一起滚动,实现下料之后产品的位移。 设定当下料20片之后,电机通过链传动带动滚子滚动,实现下料工位转换。电机选用普通的三相减速机。 (3-19) 选择MCG的减速机型号为:GV32-750-45A,减速比10:1,额定功率400W,额定扭矩,额定转速。减速机输出轴与滚子之间用链传动,齿数比1:2。此减速机满足扭矩需要和转速需要[17]。减速机如图3-5所示。 图3-5 GV32-750-45A减速机 3.6.3顶升电机 吸盘吸取料仓工位上的毛坯料之后,顶升组件需要将毛坯料工位的毛坯料推向规定高度,使得转盘上的下一个吸盘能够成功吸取毛坯料,正常工作。已知一个料仓的初始毛坯料为100片,重量120KG。选用电机通过同步带带动丝杠滑台,利用固定在滑台上面顶升杆来完成顶升毛坯料的工作。结构示意如图3-5所示。 其中同步带轮选用慈溪永动同步带轮有限公司的型号HTPA48S5M150-A-N12和HTPA24S5M150-A-N19。齿数分别为48和24,电机与丝杠通过同步带连接,传动比2:1。导轨选用和工作台同样型号的导轨,即MISUMI品牌的SSVRLZ28型号中载型滚珠直线导轨副。丝杠滑台副选用直径16mm导程为5mm的丝杠加两根光轴。如图3-6。 图3-5 顶升结构示意图 图3-6 丝杠滑台副 丝杠传动轴驱动扭矩: (3-20) 其中是丝杠的驱动扭矩,是负载扭矩,是预紧扭矩,是摩擦扭矩。 (3-21) 其中P是轴向负荷,是导程,是正效率。 和可忽略不计。 已知同步带的传动比为2:1,所以选择的伺服驱动器输出扭矩需要大于。参考三菱伺服电机选型手册,选取电机型号为:HC-KFS43,电机功率400W,额定扭矩,与之匹配的伺服放大器型号为MR-J2S-40A 通用接口型,CN1接头是MR-J2CN1,编码器反馈线M-L,电源接头型号是MR-PWCNK1。 根据三菱伺服电机选型手册选取伺服放大器MR-J2S-40A 通用接口型,主要参数如表3-11所示。 表3-11 MR-J2S-40A伺服放大器技术参数 MR-J2S-40A 额定电压(V) 额定电流(A) 主电路电源 三相AC220 10.5 控制电路电源 单相AC220 0.2 4设备总装配图设计 4.1总装配图 根据第二章的局部设计方案和第三章选型的标准件尺寸,按照总体设计方案进行总装配图的设计,如图4-1,4-2。 图4-1 设备总装配图1 图4-2 设备总装配图2 其中,吸盘抓取部位如图4-3所示,毛坯料顶升装置如图4-4所示,下料装置如图4-5所示。 图4-3吸盘抓取部位 图4-4毛坯料顶升组件 图4-5下料装置 4.2重要非标件设计 在整个设备中,设计的重要非标件有:吸盘安装板、气缸支撑架、缓冲块、顶升块、转盘、传感器支架、电缸组件连接板、气缸与工作台连接块、凸轮分度器安装板、工位台、毛坯料仓、料仓挡块、转盘端盖、托架、电机座。 如图4-6吸盘安装板的设计图纸。 图4-6吸盘安装板 5 安装调试 5.1安装要求 设备安装前按设计图纸核对非标件,外形尺寸是否一致;核对标准件的规格参数及材质是否符合要求;核对电器元件是否是采购的规格型号。安装时应注意螺栓连接问题,连接过紧时由于机械力和电磁力的长期影响,会出现金属疲劳,诱发滑丝、剪切、松动等现象,埋下事故隐患;安装时应该注意振动问题,尤其是凸轮分度器、电机的安装;电器柜安装时,需要注意干扰问题,不能影响电气系统的正常运行[18]。 5.2注意事项 在设备的装配过程中,需要注意的事项有以下几点。 测料用的红外对射传感器在装配过程中亚调整安装位置,使发射端和接收端在一条直线上,并且发射端的平面与接收端的平面平行[19]。如图5-1所示,其中A和B的位置分别是传感器的发射端和接收端,C点所在的水平面就是吸盘吸取毛坯料时的平面,这一平面要在调试过程中进行微调,使得吸盘能够安全稳定的吸取毛坯料。 图5-1红外对射传感器安装示意图 在吸盘安装板上安装的四个吸盘是带缓冲行程的,在安装过程中要把缓冲行程调为一致。并且要求四个吸盘的底面在同一平面上[20]。如图5-2所示。 图5-2吸盘安装示意图 负责采集回零位置信号的回归反射型光电传感器安装如图5-3所示。要求发射原件和反射元件在同一条直线时转盘刚好在回零位置。 图5-3回零传感器安装示意图 凸轮分度器输入轴旋转1周的角度360°分为两部分,一部分对应输出轴转位的时间,工程上称之为分度角;另一方面对应输出轴停顿的时间,工程上称之为停止角。分度角停止角之和为360°。凸轮分度器输入轴的另一侧安装码盘和光电传感器,安装时调整码盘的角度,要求光电传感器检测到码盘的豁口时凸轮分度器的输出轴在停止角区域,如图5-4所示。本设备选用的凸轮分度器分度角270°,停止角90°。 图5-4码盘安装示意图 安装完成后要进行设备的试运行,试运行过程中会出现一些问题,此时需要对涉及到的局部进行调整,直到设备能够正常运行,试运行如图5-5。 图5-5设备试运行 5.3调试过程 调试过程中遇到的问题及解决方法如表5-1所示。 表5-1 调试遇到的问题及解决方法 问题 原因 解决方法 1 吸盘在料仓工位吸取不到毛坯料 毛坯料不能到达吸盘的工作高度 调整测料传感器的安装位置,使得对射的路径与毛坯料的交点在吸盘的工作高度 2 开机不能回零 回零传感器没有信号 调整传感器的安装位置,使得转盘转动经过该传感器的时候能够检测到信号 3 毛坯料冲孔时位置有偏差 毛坯料仓的挡板安装位置待调 调整毛坯料仓的挡板位置,使得吸盘被吸取后随转盘转到冲床加工工位,能够到达要求的加工位置 4 冲床进行一次毛坯料加工之后转盘不动作 检测冲床动作的传感器安装在冲床头侧端,由于经常振动发生松动 此问题属于设计问题,没有考虑冲床的振动。降传感器安装在冲床机身上,减少振动 5 下料电机停止动作时,铁锹会发生滑动 机身的下料部分没有调平,电机转速略快 将机身的下料部分调水平,对点击进行变频调速,降低电机的转速 5.4装调总结 经过三周的设备现场装调,总结了机电设备装调的要点和注意事项。首先,设备进入生产车间之前要对生产车间做详细的调查,要观察设备的安装地点地面是否平整,旁边是否有障碍物,设备运转时会不会干涉到车间其他设备,如果发现要及时解决,方便设备的装调工作和设备的正常运行;然后,设备安装时,先进性各部分组件的安装,再将各部分组件安装到一起;各个连接件的安装要注意力的大小,防止因用力过大导致的螺丝滑牙、螺丝紧死无法松开等现象[21];安装完成之后,观察是否有遗漏,如果发现要及时将遗漏部分安装到设备上去;最后调试的时候,人要站在安全距离以外,避免人员受伤。 结 论 经过对铁锹冲床上下料机器人的设计及制作,了解了机电自动化设备的研制过程。可大致分为:方案设计阶段;机械装配设计,电气设计阶段;做出预算,选型采购,非标件加工阶段;装配阶段;调试阶段。其中方案设计时要多出方案,然后进行比较,选出最优进行讨论优化;机械设计中,要多方面考虑,避免设计不合理及干涉现象的发生,不能把问题遗留到装配阶段;电气设计时,应该尽可能的要求控制系统简单、稳定、可靠性高;选型时要注意各个部件的安装尺寸及规格参数,要能够满足设计的需要;非标件的设计需要注意孔的位置以及强度,避免干涉,要求简单可靠;装调时要根据实际生产需求进行调整。 参考文献 [1]邹博.管制玻璃瓶生产线自动上管系统的研究[D].湖北:华中科技大学,2012. 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[21]姜伟之.工程材料的力学性能-2版(修订版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000: 79-93. 致 谢 从开始做毕设到现在,一路上伴随着蒋丽老师的督促和指导,还有同学们的关心与帮助,同时也有实习企业单位的配合及各位工程师的指点。感谢蒋老师,在我松懈和瓶颈时及时督促我,为我指点迷津;感谢我身边的同学们,在我需要查询各种资料时给与我意见和帮助;感谢实习单位的工程师们,在我设计阶段帮我理清了思路,给我提出各种建议,在现场装调时传授我宝贵的经验。 I 天津职业技术师范大学2015届本科生毕业设计

  GB T 32610-2016_日常防护型口罩技术规范_高清版_可检索.pdf