自動上料裝置的設(shè)計

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 摘要 很多產(chǎn)品的外殼都是由美觀、輕巧的薄板構(gòu)成的。例如：電冰箱、洗衣機、空調(diào)器等等。這些形狀各異的殼體須經(jīng)多道工序加工才能成型。如上料、切角、沖孔、折彎等。在大批量生產(chǎn)中只有采用自動生產(chǎn)線才能保證加工的質(zhì)量、精度及產(chǎn)品的一致性。而各種生產(chǎn)線的首道工序都是自動上料。薄板自動上料機就是用于將板料門動送到線體上, 以便順利地進入證道工序的機器。 本次設(shè)計綜合運用機械設(shè)計、氣壓設(shè)計、機電傳動設(shè)計以及PLC的相關(guān)知識設(shè)計出一套能夠完成自動上料機。目前, 各種生產(chǎn)線的上料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式也很多。這里介紹的是一種結(jié)構(gòu)緊湊、造價版、效率高、簡捷實用的上料機。該機在處

2、理吸料、提升、送進及分離薄板等方面都有獨到之處。 關(guān)鍵詞 自動生產(chǎn)線 板料 吸盤 傳感器 Abstract 第1章 緒論 1.1課題的來源，目的及意義 自動上料機構(gòu)可以看作是自動化生產(chǎn)機器的一種。而自動化是指機器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制的過程，其目標(biāo)是“穩(wěn)，準(zhǔn)，快”。自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認識世界和改造世界的能力。因此，

3、自動化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。 　　20世紀(jì)50年代末起至今是綜合自動化時期，這一時期空間技術(shù)迅速發(fā)展，迫切需要解決多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。于是誕生了現(xiàn)代控制理論。 “自動化(Automation)”是美國人D.S.Harder于1936年提出的他認為在一個生產(chǎn)過程中，機器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運就是“自動化”。 　　自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。過去，人們對自動化的理解或者說自動化的功能目標(biāo)是以機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實質(zhì)上是自動化代替人的體力勞動的觀點。后來隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著計算機的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動化

4、的概念已擴展為用機器(包括計算機)不僅代替人的體力勞動而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業(yè)。 　　自動化的廣義內(nèi)涵至少包括以下幾點：在形式方面，制造自動化有三個方面的含義：代替人的體力勞動，代替或輔助人的腦力勞動，制造系統(tǒng)中人機及整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。在功能方面，自動化代替人的體力勞動或腦力勞動僅僅是自動化功能目標(biāo)體系的一部分。自動化的功能目標(biāo)是多方面的，已形成一個有機體系。在范圍方面，制造自動化不僅涉及到具體生產(chǎn)制造過程，而是涉及產(chǎn)品生命周期所有過程。 在了解了自動化之后，很容易理解：自上料機構(gòu)也就是一種可以能夠代替工人工作，可以控制的能夠用機器本身完成上料的

5、一整套過程的機器。 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越高，原有的生產(chǎn)上料設(shè)備遠遠不能滿足當(dāng)前高度自動化的需要。減輕勞動強度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。 目前在電器行業(yè)自動化生產(chǎn)方面，發(fā)達國家早已經(jīng)達到完全自動化。國內(nèi)外大型企業(yè)電器生產(chǎn)線也基本都已經(jīng)達到半自動或全自動化生產(chǎn)。本次設(shè)計主要針對冰箱自動化生產(chǎn)線上的側(cè)板自動上料以及控制的這部分裝置進行設(shè)計。設(shè)計主要涉及到冰箱側(cè)板自動上料機的機械傳動系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)以及PLC（Programmable logic Controller可編程控制器）控制系統(tǒng)的

6、設(shè)計。達到能減輕勞動強度，提高效率的目的。 1.2冰箱側(cè)板線上料機概述 冰箱側(cè)板線上料機是側(cè)板部件成型加工的首道工序，是一種用途廣泛的設(shè)備。由吸料、提升、送進及分離薄板等機構(gòu)組成。 吸料機構(gòu)主要由氣壓閥與吸盤組成，提升動作由氣壓缸來完成，送進任務(wù)由平帶帶輪來完成，利用薄鋼板的磁性來分離。再由電氣系統(tǒng)來完成自動化控制，達到提高效率的目的。 1.3 幾種冰箱側(cè)板線上料機的特點及比較 1.3.1 小車式上料機 有的進口設(shè)備采用的是小車式上料機，如圖1.3.1所示。 圖 1.3.1 小車式上料機示意圖 由

7、四腳吸爪將整塊板料全部吸起提升，然后小車前行到下一工位，吸爪再下伸將板料置于輸送帶上。這種結(jié)構(gòu)機體龐大，機構(gòu)復(fù)雜，動作多效率低，顯然不是最佳方案。 1.3.2 自動上料機 圖 1.3.2所示是自動上料機的剖面簡圖。壓塊3 上下運動由電機1帶動凸輪2 運動實現(xiàn)，平拉片復(fù)位運動通過液壓缸8 動作完成。電機7 帶動磁性傳送帶6 運動。液壓缸的動作由行關(guān)控制, 當(dāng)壓頭作用在板料上產(chǎn)生最大壓力后, 液壓缸8 動作開始拉片, 當(dāng)拉片至最大位移時, 壓塊3 在凸輪帶動下向上抬起, 同時液壓缸動作復(fù)位。自動上料機按著凸輪和液壓缸運動規(guī)律完成壓片→錯片→抬片→吸片→送片周期運動, 使單片板料源

8、源不斷地通過磁性傳送帶向前輸送, 實現(xiàn)了板料上料自動化。液壓光電升降臺5 可保證料堆高度始終不變。 圖 1.3.2 自動上料機的剖面簡圖 1.3.3 上料機 該機的機械部分主要由 1 提升和夾料裝置、2 吸盤及負壓閥、3 檢測重板機構(gòu)組成（見圖1） 該裝置如圖 1.3.3 及圖 1.3.4 所示。 提升氣缸固定在機架上，氣缸活塞桿帶動兩個吸盤可以上下移動, 為了適應(yīng)料垛的高低不斷變化, 吸盤也設(shè)計成了可伸縮的。當(dāng)吸盤抓起板料并提升到送進高度后, 擺動氣缸就帶動擺臂在機架上部的滾輪就會將已提升起來的板料夾住。

9、 圖 1.3.3 自動上料機 圖 1.3.4 提升裝置 用擺輪夾住板料, 這種持料結(jié)構(gòu)的巧妙之處有二：一是負壓閥停止負壓后吸爪放松時板料不會脫落； 二是由電機 M1 帶動上面的夾料輪旋轉(zhuǎn)靠摩擦力可帶動板料送進滑軌，以便進入下道工序。為了增大板料與驅(qū)動輪之間的摩擦力，不使傳動過程中產(chǎn)生打滑，驅(qū)動輪中鑲有磁性材料。 這種提升及夾料裝置結(jié)構(gòu)簡單，動作少，占地面積小，簡捷實用。 1.3.4 總結(jié) 該上

10、料機的機械部分主要由 1 提升和上料裝置、2 吸盤及負壓閥、3 送料小車、 4 平帶帶輪機構(gòu)組成（見圖1.3.5 ） 該裝置如圖 1.3.5 及圖 1.3.6 所示。 提升氣缸固定在機架上，氣缸活塞桿帶動四個吸盤可以上下移動, 為了適應(yīng)料垛的高低不斷變化, 吸盤也設(shè)計成了可伸縮的。當(dāng)送料小車到達指定位置后，提升裝置及吸盤開始下降同時負壓閥開始負壓，到達臨近板料位置靜止2 S，吸盤抓起板料并提升到送進高度后靜止2 S并且負壓閥停止負壓，板料吸在平帶帶輪下方外側(cè)，提升裝置及吸盤繼續(xù)上升到指定位置靜止，平帶帶輪開始運轉(zhuǎn)，送出板料后，提升裝置又開始下降，反復(fù)循環(huán)下去。 用帶有磁性平帶

11、帶輪吸住薄鋼板, 這種吸料結(jié)構(gòu)的巧妙之處有二：一是負壓閥停止負壓后吸爪放松時板料不會脫落； 二是由電機 M 2 既可以控制提升裝置下降和上升及負壓閥開始與停止。 這種提升及吸料裝置結(jié)構(gòu)簡單，動作少，控制方便，占地面積小，簡捷實用。 圖 1.3.5 自動上料機 圖 1.3.6 提升裝置 設(shè)計的主要參數(shù) 薄鋼板厚：1mm 板寬：600mm 板長：1000mm 節(jié)拍：30S/件 直齒錐齒輪的設(shè)計步驟 已知：直齒

12、錐齒輪傳動（）。齒輪傳動功率P=4.0KW，轉(zhuǎn)速=1440、(或傳動比i,齒數(shù)比u)；齒輪采用懸臂支承、載荷平穩(wěn)，單向旋轉(zhuǎn)，齒輪壽命1000h。 設(shè)計：齒輪的材料、熱處理及主要尺寸等 步驟： 1、 選擇齒輪材料：齒輪材料、熱處理、硬度、選擇精度等級（一般6~9級） 根據(jù)設(shè)計要求，可以取軟齒面，也可以取硬齒面。 軟齒面是指：HBW1，HBW2350，或HBW1＞350，HBW2＜350 注意：HBW1=HBW2+（30～50） （1為小齒輪、2為大齒輪） 硬齒面是指：HRC1可以等于HRC2，也可以HRC1＞HRC2，即HBW1，HBW2>350HBW 選擇小齒輪的

13、齒數(shù)：Z1=20~40（閉式傳動） Z1=17~20（開式傳動） 小齒輪用40Cr 鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度310—330HBW 大齒輪用40Cr 鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度260—280HBW 根據(jù)齒面硬度中間值，按袖珍機械設(shè)計師手冊圖17-1、圖17-3中的MQ線查的： 小齒輪=765MPa , =320MPa 小齒輪=715MPa , =300MPa 根據(jù)工作情況，選用7級精度齒輪，齒面粗糙度=3.2 2、 按齒輪接觸強度計算小齒輪分度圓直徑 小齒輪分度圓直徑（mm)計算式： 1） 根據(jù)載荷情況、齒輪精度和結(jié)構(gòu)取K=1.25 2） 齒輪比u= 3

14、） 小齒輪=0.9 大齒輪 4） 計算齒輪分度圓直徑=77.34mm 3、 設(shè)計計算齒輪主要尺寸與參數(shù) 1） 由袖珍機械設(shè)計師手冊圖17-18，并根據(jù)齒輪直徑和齒面硬度，選定齒數(shù)=26 則，取 2） 確定模數(shù) 3） 大端分度圓直徑： 4） 分錐角： 5） 錐距： 6） 齒輪寬度 7） 大端齒頂圓直徑（ ） 8） 大端齒頂高和齒根高（其中） 9） 齒根角

15、 10） 齒頂角 11） 頂錐角 12） 根錐角 13） 冠頂距 4、 大小齒輪結(jié)構(gòu)圖設(shè)計 平帶帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計： 電動機為Y112M-4，額定功率P=4.0KW，轉(zhuǎn)速=1440 r/min ，每天工作24h ，載荷變動較小，要求中心距約2800mm。 1） 計算功率 由《袖珍機械手冊》表15-6查的工況系數(shù)=1.3。 2） 帶輪基準(zhǔn)直徑 由表15-29 得：孔徑： ， 帶輪直徑d =280mm ，結(jié)構(gòu)

16、形式：輻板輪，輻板厚度C=22mm, 輪緣寬度B=224mm。 3） 平帶帶寬：，寬度：，帶厚：，膠帆布層數(shù)：， 膠帆布平帶粘接接頭。 4） 帶輪結(jié)構(gòu)與尺寸，如下圖所示： 帶輪軸設(shè)計： 該軸采用兩端支承，由大齒輪帶動軸轉(zhuǎn)動，軸兩端安裝兩個相同的平帶帶輪。 1、軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： 式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa； ——軸所受的扭矩，Nmm ； ——軸的抗扭截面系數(shù)，； ——軸的轉(zhuǎn)速，； ——軸傳動的功率，KW； ——計算截面處軸的直徑，mm； ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。

17、 由上式可得軸的直徑 2、 軸的校核 1）校核軸的強度 針對某些危險截面，按第三強度理論，計算應(yīng)力 2） 校核軸的剛度 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角[單位為/m]的計算公式為： 光軸 階梯軸 式中：——軸所受的扭矩，Nmm ； G——軸的材料的剪切彈性模量，MPa，對于鋼材，G= ——軸截面的極慣性矩，，對于圓軸， ——階梯軸受扭矩作用的長度，mm； ——分別代表階梯軸第i 段上所受的扭矩、長度和極慣性矩

18、，單位同前； Z——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。 軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為 式中，為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關(guān)。對于一般傳動軸，可取 對于精密傳動軸，可取 對于精度要求不高的軸，可大于 。 3、軸的尺寸設(shè)計 采用深溝球軸承6216； 1） 平帶帶輪孔徑，輪緣寬度B=224 mm； 2） 大錐齒輪孔徑，寬度B=33 mm； 3） 兩帶輪中心軸向相距400mm。 4） 繪制平帶帶輪結(jié)構(gòu)圖，如下圖所示： 從堆積的薄鋼板中分離出單張板材,

19、 是處理大量鋼板的問題之一。通常薄鋼板上由干涂有油層而互相牢固地枯附著。當(dāng)操作者要把它們分開是很費時間, 而且大大增加損壞的可能。 一個巧妙的解決問題的辦法是利用燒結(jié)結(jié)構(gòu)的永久磁鐵。磁鐵放置在一堆鋼板的一邊, 使每張板材帶有相同的磁極性。于是, 板材將沿此邊互相排斥,迫使上面的幾張板材上升并分開, 使它們處于機器操作者容易拿取的位置。 這種裝邏最近已成功地用在沖壓車間的壓彎機手工送料, 加工各種形狀的18號線規(guī)（英制, 相當(dāng)于1.219毫米） 的薄鋼板, 尺寸達450 ?1250毫米。以前操作者采用帶在手指上的橡膠真空吸盤將板材從堆中提起是既慢而效率低的辦法。而用上述裝置, 價規(guī)低廉,結(jié)構(gòu)

20、簡單, 不需要維修。對于大型的工件, 它們也可以成對使用。 　　如何從一疊堆放整齊的薄鋼板料中取出一片而不帶起第二片,這個問題不易解決。本文介紹的薄板自動上料機能可靠地保證單片板料的抓取輸送,可廣泛地應(yīng)用在電機沖片自動生產(chǎn)線及其它薄板料輸送自動線上。 上料方法及拉力大小確定 薄板上料關(guān)鍵是保證單片料的抬起。我們采用以下措施:用擋塊隔住第二片,在第一片上加一定的壓力和水平拉力進行拉片,使第一片產(chǎn)生錯位,然后利用彈簧彈力抬起板料。步驟如圖1 所示。

21、 2 　機械抬片結(jié)構(gòu)的特點 圖2 所示是抬片機構(gòu)剖面簡圖。主要由定位塊1、壓頭2、壓桿5、壓塊6、頂塊7、磁性傳帶8組成。壓塊6和頂塊7設(shè)置在磁性帶8縫隙間, 壓頭選用橡膠材料,壓力大小可通過螺母4調(diào)整,壓塊6在壓桿5的帶動下可上下、水平左右往復(fù)運動。設(shè)計確定定位塊1 與板料接觸時頂塊7 上表面與板料上表面的間距a = 1. 2D ( D - 板料厚度) , 此間距保證當(dāng)壓頭2錯片時第二片被頂塊7 擋住,僅第一片產(chǎn)生錯位,完成錯片后壓桿5向上抬起復(fù)位, 這時頂塊7 在彈簧力作用下向上抬片,最后由磁性傳送帶8 把單片料吸在帶下表面上向前送片。 2. 吸盤及負壓閥

22、 吸料采用兩腳吸盤（見圖4）來實現(xiàn)。其吸力來自負壓閥。負壓閥的結(jié)構(gòu)如圖5所示。 圖 4 吸盤結(jié)構(gòu) 圖 5 負壓閥結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)壓縮空氣通入負壓閥時，由于流量是不變的，所以當(dāng)閥孔截面減小時流速會陡然增大。根據(jù)流體力學(xué)中的貝努力方程，可以找出產(chǎn)生負壓的理論依據(jù)： 其中---------流體中某截面上的靜壓能 ---------流體中某截面上的動壓能 Z------------流體中某截面上的勢能 C------------常數(shù) --

23、---------液體的重度 此公式表明，在忽略一些次要因素影響的情況下，流體中任意一截面上的靜壓能，動能與勢能之和為一常數(shù)。在圖5中的截面 I 與截面 Ⅱ中，首先忽略 與 的微小差異。再考慮 因 ?。肌? 　 所以 ＜ 又因 已接近大氣壓，即相對壓力近于0，所以 的相對壓力是負值。即產(chǎn)生一定的真空度。因通入的空氣壓力有限（一般工廠通用0.8MPa )及管路封閉不嚴(yán)等，所以產(chǎn)生的負壓還不能達到真空狀態(tài)。但其作用于直徑為φ120 的吸盤上的吸力已達到15Kg左右，用于一般小于 1mm 的薄板上料，吸力已足夠。尤其是本機采用吸板料前半部

24、分，坯料垛會撐起后部，這樣吸盤所受重力會大大減輕，這對于較長的板料提升會更顯示出其優(yōu)越性。 有的上料機的負壓是由真空泵產(chǎn)生的，這樣吸盤中的真空度能大一些，但成本要增加很多。 安裝真空泵及電機也要占很大空間位置。泵與電機要頻繁起停、磨損很快。而且真空泵的漏油與噪音也常常帶來環(huán)境的污染。 3 氣壓系統(tǒng)設(shè)計 3.1 氣壓系統(tǒng)初步設(shè)計 與機械傳動、電氣傳動、液壓傳動相比，氣壓傳動具有

25、以下優(yōu)點：用空氣做介質(zhì)，取之不盡，來源方便，用后直接排放，不污染環(huán)境，不需要回氣管路因此管路不復(fù)雜； 　　空氣粘度小，管路流動能量損耗小，適合集中供氣遠距離輸送；安全可靠，不需要防火防爆問題，能在高溫，輻射，潮濕，灰塵等環(huán)境中工作；氣壓傳動反應(yīng)迅速；氣壓元件結(jié)構(gòu)簡單，易加工，使用壽命長，維護方便，管路不容易堵塞，介質(zhì)不存在變質(zhì)更換等問題。 綜合考慮，在本設(shè)計中的提升裝置采用一套氣壓系統(tǒng)： 在薄剛板堆正上方用一個氣壓缸驅(qū)動提升裝置用來完成把薄鋼板提升到指定位置，并控制吸盤及負壓閥來配合提升裝置將薄鋼板提升到指定位置。（如以下二圖）

26、 圖 3-1 提升裝置俯視圖 圖3-2 提升裝置示意圖 3.2 氣壓系統(tǒng)原理圖 在經(jīng)過了初步設(shè)計后，開始進行氣壓系統(tǒng)的整體設(shè)計： 確定供油方式：考慮到該機床在工作進給時負載較大，速度較低，而在快進、快退時負載較小，速度較高，從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油，現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。 調(diào)速方式的選擇：在中小型專業(yè)機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)鉆孔類專用機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點

27、，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負切削力的能力。 速度換接方式的選擇：本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便、閥的安裝也較簡單，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。 最后，把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成液壓系統(tǒng)原理圖：（如圖3-3） 二、氣動系統(tǒng) 因氣動系統(tǒng)自動控制比較繁瑣故一般情況下各種復(fù)雜的時間和邏輯控制都是由電控系統(tǒng)來完成的。氣動系統(tǒng)只是通過電磁閥來帶動各執(zhí)行元件（如氣缸等）動作。這樣就使氣

28、動系統(tǒng)非常簡捷。 氣動系統(tǒng)原理圖見圖6 圖 3-3 氣壓系統(tǒng)原理圖 圖 3-3 氣壓系統(tǒng)動作表 三、運行動作過程及控制特點 􀀂 1、運行動作過程 提升氣缸帶動吸盤下伸時傳感器 1 檢測料架上是否有料。若無料則提升氣缸退回, 報警器報警提示。若有料則負壓閥送氣產(chǎn)生負壓使吸盤吸住板

29、料并將其提起, 提升到位后，提升氣 缸上部的磁控開關(guān)給出信號，使擺動氣缸帶動擺臂上擺, 夾住板料，然后吸盤松開，并啟動電機 M1 帶動上面的磁性輪轉(zhuǎn)動，將板料送入軌道，軌道入口處的傳感器 2 測出板料進入后， 則啟動軌道中的送料電機M2，繼續(xù)向前送料。當(dāng)板料尾部離開傳感器 1 時說明此張板料已經(jīng)送完， 此時放下擺臂開始下一循環(huán)的上料過程。 ! 2、 控制系統(tǒng)的待點 a、 控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC） 控制，工作可靠， 功能修改方便，調(diào)試容易。 b、 氣缸的動作到位與回位情況由氣缸上的磁控開關(guān)檢測并發(fā)出信號。此種磁控開關(guān)比 起行程開關(guān)等要安裝方便且容易調(diào)整。 C、檢測板料

30、位置的傳感器 1 與傳感器 2 用的是 OB 一M1212NA 型光電傳感器。檢測時不用與板料接觸, 使用上安全、可靠且安裝與調(diào)整都很方便。其中傳感器 1 為吸料傳感器。其檢測距離須調(diào)整到兩吸盤水平面下30mm 處。 這樣，當(dāng)吸盤吸上板料或沒吸板料時就能迅速準(zhǔn)確地給出有板或無板的反饋信號了。 一、概述 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 自動化程度的提高, 機械手廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。機械手中典型手部之一的氣流負壓吸盤廣泛應(yīng)用于機械、電子、輕工、印刷、建材等行業(yè)。特別在包裝食品機械中的搬運、輸送、開箱、開袋、上袋、上盒、上蓋等場合都有著廣泛的應(yīng)用前景, 尤其是對一些薄片形的物件，如薄鐵片、

31、板材、紙盒、紙蓋及薄壁易碎的玻璃器皿等吸附效果更為明顯。氣吸式手部同機械式手部相比, 結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、表面吸附力分布均勻, 所以, 氣吸式吸盤對任何具有表面光滑, 不透氣的物體, 特別是不宜采用夾緊辦法搬運、輸送的非金屬物件非常適亙。 二、結(jié)構(gòu)原理及理論依據(jù) 􀀂 1、結(jié)構(gòu)原理 氣流負壓吸盤是利用吸盤內(nèi)形成負壓將工件吸住的一種裝置, 圖 1 為氣流噴射式負壓吸盤的結(jié)構(gòu)圖。它主要由兩部分組成， 即產(chǎn)生真空的裝置氣流噴射器和用橡膠或軟性塑料制成的皮碗組成。 工作原理如圖所示, 把空壓機供給的經(jīng)過凈化處理的壓縮空氣, 通過噴射器使其壓力能轉(zhuǎn)換為氣流的速度能, 根據(jù)伯努利方程

32、可知, 在噴射器噴咀末端, 由于氣流速度很高（ 達到超音速） 所以靜壓能很低, 這樣被吸附的物體與吸盤之間的空氣就不斷地被高速氣流卷吸走, 形成負壓區(qū)即可吸住物件。 圖?1. 噴射式負壓吸盤結(jié)構(gòu)圈 1 . 一橡膠吸盤 2. 一吸盤芯子 3.一通氣螺仃 4.一吸盤體 5.一噴咀 6. 一噴咀套 2. 氣流噴射器的基本理論分析 氣流噴射器是氣流負壓吸盤形成負壓即真空的關(guān)鍵部件。它是由一個“ 縮放噴咀”和一個“ 擴壓管” 組成的。它之所以能夠把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成速度能以獲得真空是建立在以下理論基

33、礎(chǔ)上的。 三、 性能特點 a. 由于噴射器無可動件, 結(jié)構(gòu)簡單,所以無故障。 b. 由于氣流吹勺拭導(dǎo), 體積小, 重量輕又靠近吸盤, 特別適應(yīng)于機械手移動靈活, 輕量化的要求。 C. 由于氣流為連續(xù)介質(zhì), 所以獲得的真空度連續(xù)、穩(wěn)定。 d. 由于壓縮空氣的有無為直接控制, 所以真空的有無是瞬時完成的。這樣負壓吸盤能快速吸附物件, 一旦氣流切換吸盤能快速強制脫離吸襯物件。 e. 制造簡單, 成本低, 在許多場合可以代替小型機械式其空泵。 f. 在許多自動包機中, 由于本機經(jīng)常帶有氣源, 反用負壓吸盤, 能源一致, 可以節(jié)省不必

34、要的結(jié)構(gòu)和能源。 氣流噴射器的真空度, 耗氣量與進口壓力之間的關(guān)系如圖 4 所示。 圖 4 不同規(guī)格灼吸盤, 理論吸力與真空度之間的關(guān)系如圖 5 所示。 圖 5 當(dāng)噴射器迸口氣壓 選定后, 可以查出真空壓力值和耗氣量值。吸盤的實際吸力可以用下式來計算： 式中 F 一一吸盤吸力, kgf S 一一吸盤吸附面積, 一一大氣壓力, kgf/ 一一噴咀出日處壓力,

35、kgf/ 為安全系數(shù), 為工作情況系數(shù), 為方位系數(shù) 2. 控制回路 圖 6 所示為氣流負壓吸盤的一般控制回路圖。其中真空切換閥能在吸盤脫離吸附物件的瞬時破壞吸盤真能力, 以便快速脫離吸附件。 圖 6 吸盤控制原理圖 􀀂 1.一氣源? 2.一過濾減壓門 3.一電磁換向閥 4.一真空切換閥 5.一真空轉(zhuǎn)換器 6.一消聲器 7.一過濾器 8.一單向閥 9.一分紀(jì)器􀀂 10

36、.一真空發(fā)生器􀀂 􀀂 11.一吸盤 4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 4.1 PLC控制系統(tǒng)初步設(shè)計 作為一套自動化設(shè)備有一套完善的PLC控制系統(tǒng)

37、是十分必要的。根據(jù)本設(shè)計所要完成的工作，分析得出以下工作步驟：送料小車將薄鋼板堆送至指定位置；提升裝置下降到指定位置并負壓閥開始負壓真空，在制定位置靜止2秒，提升裝置上升到指定位置1并停止負壓，靜止延時2秒，提升裝置上升到指定位置2，平帶輪運轉(zhuǎn)到指定位置，并被運走，進行下個循環(huán)。 其中需要的到的信號有：送料小車到位，吸盤下降到位，吸盤上升到位1，吸盤上升到位2，平帶帶輪送料到位。 需要控制的動作有：小車電機正轉(zhuǎn)，小車電機反轉(zhuǎn)，提升裝置上升，提升裝置下降，負壓閥真空，負壓閥停止負壓，帶輪電機運動。 作為自動化的裝料機器，需要設(shè)置開始開關(guān)和停止開關(guān)（完成當(dāng)前循環(huán)后停止）。為了防止運行中有特殊

38、事件發(fā)生還設(shè)置了立即停止開關(guān)和系統(tǒng)歸位。 4.2 工藝流程圖 進行完P(guān)LC系統(tǒng)初步設(shè)計后，按照設(shè)計的工序繪制工藝流程圖如下：（如圖4-1） 圖4-1 冰箱側(cè)板線上料機自動上料流程圖 4.3 端口分配圖 綜合考慮整個控制過程需要獲得的信號、需要控制的動作以及整個控制系統(tǒng)的所有控制開關(guān)，設(shè)計出PLC控制系統(tǒng)的端口分配圖如下： 圖4-2 端口分配圖 4

39、.4 順序功能圖 圖 4-3 順序功能圖 4.5 PLC梯形圖 根據(jù)已經(jīng)完成的設(shè)計內(nèi)容，繪制出工作示意圖如下： (如圖4-4) 圖4-4 冰箱側(cè)板線上料機機構(gòu)工作整體示意圖 完成PLC梯形圖設(shè)計如下：（如圖4-5至圖4-12） 圖4-5 PLC控制梯形圖① 圖4-6 PLC控制梯形圖② 圖4-7 PLC控制梯形圖③ 圖4-8 PLC控制梯形圖④

40、 圖4-9 PLC控制梯形圖⑤ 圖4-10 PLC控制梯形圖⑥ 圖4-11 PLC控制梯形圖⑦ 圖4-12 PLC控制梯形圖⑧ 4.6 元件選擇 PLC：國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費。機型的選

41、擇可從以下幾個方面來考慮：對輸入 / 輸出點的選擇， 對存儲容量的選擇，對 I/O 響應(yīng)時間的選擇，根據(jù)輸出負載的特點選型，對在線和離線編程的選擇，是否聯(lián)網(wǎng)通信選型，對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇。 本次設(shè)計選用：西門子可編程 SIEMENS S7-200系列 6ES7 214-1BD23-0XB0 CPU（14I/10O）繼電器輸出 由于光電傳感器具有以下優(yōu)點：檢測距離長，對檢測物體的限制少，響應(yīng)時間短，分辨率高，可實現(xiàn)非接觸的檢測，可實現(xiàn)顏色判別便于調(diào)整。所以本次設(shè)計中在需要進行限位判斷的地方選用光電傳感器。

42、 結(jié) 論 現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對自動化技術(shù)提出越來越高的要求，同時也為自動化技術(shù)的革新提供了必要條件。70年代以后，自動化開始向復(fù)雜的系統(tǒng)控制和高級的智能控制發(fā)展。與此同時，自動化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域擴展，如醫(yī)療自動化、人口控制、經(jīng)濟管理自動化等。尤其是在中小工廠中自動化將將有廣闊的發(fā)展前景。相信小型自動化生產(chǎn)設(shè)備將會在以后的生產(chǎn)生活中起到舉足輕重的作用。本設(shè)計綜合運用了四年中所學(xué)的機械設(shè)計，液壓與氣壓，機械傳動等多方面的相關(guān)知識。相信設(shè)計的自動上料機構(gòu)或者與其相似的生產(chǎn)設(shè)備會被廣泛運用于企業(yè)的生產(chǎn)。

43、 致謝 經(jīng)過了2個多月的時間，本設(shè)計能夠順利的完成，首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師徐華老師，是在她無微不至的指導(dǎo)下幫我順利完成了這次設(shè)計；還要感謝答辯組中的所有老師，感謝你們對我的設(shè)計提出寶貴建議；另外需要感謝各位任課老師以及對我進行知道過的老師的認真負責(zé)，幫我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得應(yīng)用的得心應(yīng)手。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向機械學(xué)院的全體老師和所有教與過我知識的所有老師表示由衷的謝意。感謝你們四年來孜孜不倦的教誨。

44、 參考文獻 [1] 徐灝 .機械設(shè)計師手冊.機械工業(yè)出版社. 1991 [2] 許福玲 陳堯明主編.液壓與氣壓傳動.機械工業(yè)出版社，2006.5 [3] 石光源，周積義，彭福音.機械制圖.（第三版）北京：高等教育出版社.1990.5 [4] 鄭修本主編.機械制造工藝學(xué).機械工業(yè)出版社，1991.4 [5] 廖漢元主編. 機械原理.機械工業(yè)出版社，2007.3 [6] 斯波茨（Spotts,M.F.）舒晉(Shoup,T.E.) 主編.機械零件設(shè)計. 機械工業(yè)出版社. 2003 .1 [7] 王英杰.工程材料及熱處理.

45、高等教育出版社.2008.5 附錄A 英文資料 Design Method Design and manufacturing are the core activities for realizing a marketable and profitable product. A number of evolutionary changes have taken place over the past couple of decades in the areas of both design and manuf

46、acturing. First we explore the developments in what is called CAD. The major focus in CAD technology development has been on advancing representation completeness. First there was the development of a two-dimensional (2D) drafting system in the 1960s. Then the extension of 2D drafting systems to thr

47、ee-dimensional (3D) models led to the development of wire frame-based modeling systems. However, it was not possible to represent higher order geometry data such as surface data. To bridge this gap, surface based models were developed in the early 1970s. Even though the surface models provided some

48、higher level information, such as surface data for boundary representation, this was still not sufficient to represent solid or volume enclosure information. The need for solid modeling intensified with the development of application programs such as numerical control (NC) verification codes and aut

49、omation mesh generation. A volume representation of the part is needed for performing topological validity checks. The solid modeling technology has evolved only since the mid-1970s. A large number of comprehensive software products are now available that enable integration of geometric modeling wit

50、h design analysis and computer aided manufacturing . The latest evolutionary development in the CAD/CAM industry has been knowledge-based engineering systems that can capture both geometric and nongeometric product information, such as engineering rules, part dependences, and manufacturing constr

51、aints, resulting in more informationally complete product definitions. Optimum Design In the design of any component , there are always associate with the design certain desirable and undesirable effects. It is possible to obtain design solutions without paying too much attention to these ef

52、fects (other than casually checking that the component will perform its required function without failure); such a solution might be termed an adequate design .In many instances, however, it is necessary to give more than casual consideration to the various effects: either to maximize a desirable on

53、e or minimize an undesirable one . The design solution may then be termed an optimum design . For example , it may be required to minimize the cost of a component (particularly if the design is for mass production ), to minimize weight or deflection , or to obtain maximum power transmission capabili

54、ty or load carrying capacity . When any component is designed , certain functional requirements must be satisfied , and there are usually many design solutions which will satisfy these requirements. It is the purpose of the optimum design method to present a procedure of design which will give an

55、 optimum solution , taking account of all the factors involved . Any idealized engineering system can be described by a finite set of quantities. For example, an elastic structure modeled by finite elements is characterized by the mode coordinates … Some of these quantities are fixed in advance a

56、nd they will not be changed by the redesign process (they are often called prescribed parameters ). The others are the design variables; they will be modified during each redesign process in order to gradually optimize the mechanical system. A function of the design variables must be defined, whose

57、value permits selecting different feasible design variables; this is the objective function (e.g. the weight of an aerospace structures ). A design is said to be feasible if it satisfies all the requirements that are imposed to the mechanical system when performing its tasks. Usually , requiring th

58、at a design is feasible amounts to assigning upper or lower limits to quantities characterizing the system behavior (inequality constraints ).Sometimes given values , rather than lower or upper bounds , are imposed to these quantities (equality constraints ).Taking again the case of structural optim

59、ization , the behavior constraints are placed on stresses, displacement , frequencies, buckling loads, etc… Reliability Design Consumer products, industrial machinery , and military equipment are intently evaluated for reliability of performance and life expectancy. Although the “military” a

60、nd particular industrial users (for example ,power plants both fossil fuel and muclear fuel ) have always followed some sort of reliability programs, consumer products have of late received the widest attention and publicity. One of the most important foundations for product reliability is its desig

61、n, and it is apparent that the designer should at least be acquainted with some of the guidelines. The article entitled “A Manual of Reliability ”offers the following definition of reliability:” Reliability is the probability that a device will perform without failure a specific function under g

62、iven conditions for a given period of time “. From this definition, we see that a thorough and in-depth analysis of reliability will involve statistics and probability theory . All products , systems , assemblies, components and parts exhibit different failure rates over their service lives. Alth

63、ough the shape of the curve varies, most exhibit a low failure rate during most of their useful lives and higher failure rates at the beginning and end of their useful lives. Fig 1 The “Bathtub ” component life curve The curve is usually shaped like a bathtub as is shown in figure 1. Infant

64、mortality of manufactured parts occurs because a certain percentage, however small , of seemingly identical parts are defective. If those parts are included in a system, the system will fail early in its service life. Product warranties are usually designed to reduce customer losses due to infant mo

65、rtality. Parts wear out due to friction, overload , plastic deformation , fatigue , changes in composition do to excessive heat, corrosion ,fouling , abuse , etc. The design function of engineering should include an examination of reliability and should seek to provide adequate reliability in a par

66、t or system commensurate with its use. When the safety of people is concerned, product reliability with respect to potential injury producting failure must be very high . Human health and safety cannot be compromised for the sake of profit . Computer-Aided Design The computer has grown to become essential in the operations of business, government, the military, engineering, and research. It has also demonstrated itself ,especially in recent years, to be a very powerful tool in design and manufacturing . In this chapter, we consider th