湖南大學畢業(yè)設計(論文)第頁HUNAN畢業(yè)設計(論文)設計論文題目：固定式多頭自動螺絲裝配設備的設計學生姓名：趙展學生學號業(yè)班級：八年級五班學院名稱：河南省方城縣趙河鎮(zhèn)王莊大學指導老師：趙廣見學院院長：熊偉麗固定式多頭自動螺絲裝配設備的設計摘要本設計的任務是完成一套螺釘自動裝配設備。經過方案擬定、分析、實驗等步驟本次設計完成了機械裝置部分的設計跟控制系統(tǒng)方面的設計。在機械裝置設計部分，經過對運動情況，尺寸的設定等分析實驗，最終完成了整機的結構設計，包括機架等。在機械裝置的運動系統(tǒng)設計中，以電批為核心部件、實現(xiàn)電批頭的旋轉來擰緊螺釘，用氣動作為傳動方式，采取一個氣缸來實現(xiàn)電批頭的上下往復運動。在行程控制方面，采用了十字萬向聯(lián)軸器來解決非同軸的旋轉運動，用彈簧、套筒等來緩沖行程，實現(xiàn)行程控制。在系統(tǒng)控制方面，經過分析了解到，機械裝置需要完成檢測螺釘、工件的到位情況，氣缸的伸縮情況，電批的旋轉停動情況等一系列自動化動作，因此需要用到控制器來完成。本設計中采用了以PLC為核心的控制系統(tǒng)，用傳感器、開關等作為信號檢測跟輸入，用程序編寫來完成計數(shù)、氣缸的伸縮控制、電批的旋轉與否等功能?？傮w來說，本次設計能夠實現(xiàn)螺釘?shù)淖詣友b配的任務。關鍵詞：設計；螺釘自動裝配；機械裝置；控制系統(tǒng)；Fixedmulti-axisscrewautomaticassemblyequipmentdesignAbstractThedesigntaskistocompleteasetofscrewautomaticassemblyequipment.Afterprogramming,analysisandexperimental,thedesigniscompletedwithsomemechanicaldevicecontrolsystemdesignaspects.Inthemechanicaldevicedesignpart,throughtomovement,suchasanalysisofexperimentalsetsize,thefinalcompletionofthestructuraldesignofthemachine.Motionsystemdesign,therotationofthepowergrantedasacorecomponentoftheelectricscrewdrivertotightenthescrews,asatransmissionofapneumatic,takeacylinderupanddownreciprocatingmotionoftheelectricscrewdriver.Strokecontrolusingacrossuniversalcouplingtosolvethenon-coaxialwiththerotationalmovement,withaspringsleevecushioningstroke.Inthesystemcontrolmechanismneedtocompletethedetectionscrews,telescopiccylinderandaseriesofautomatedactions,usethecontrollertocomplete.ThedesignusedinthePLCcontrolsystem,sensors,etc.,asthesignalisdetectedwiththeinputcompletionofthecount,theexpansionandcontractionofthecylindercontrol,withprogramming,therotationofelectricscrewdriverandotherfunctions.Overall,thedesigncanachievethetaskofautomaticassemblyscrews.KeyWords:design;screwautomaticassembly;machinery;controlsystem目錄第1章緒論 11.1課題背景及目的 11.2國內外研究狀況 11.3設計和研究方法 21.4設計過程及內容 2第2章方案選擇 42.1總體方案設計 42.1.1裝置功能要求 2.1.2技術指標 2.1.3總體方案 42.1.4方案可行性分析 2.2傳動方案設計 52.2.1機電傳動 52.2.2液壓傳動 52.2.3氣壓傳動 6第3章各部分設計與計算 73.1總體布局設計 73.2萬向節(jié)部分總體設計 73.2.1萬向節(jié)部分軸的計算 73.2.2十字萬向聯(lián)軸器的選取 93.3氣缸的選取與校核 103.3.1氣缸的選取 103.3.2氣缸的設計計算 113.4兩直線導軌軸的設計計算 133.5軸承 143.5.1軸承的選取 143.5.2直線軸承的強度校核 143.6電批、電批頭傳感器的選取 153.6.1電批的選取 153.6.2電批頭的選取 163.6.3傳感器的選取 163.7上下滑動架的結構設計 183.8螺釘輸送導套部分結構設計 183.9機架設計 183.9.1機架制造方式的選取 183.9.2機架結構的設計 19第4章PLC控制系統(tǒng)的設計 204.1控制系統(tǒng)功能分析 204.2輸入輸出設備I/O分配 204.3PLC的選取 204.4電磁閥的選取 214.5電源模塊的選取 214.6硬件連接圖 22第5章結論 23致謝 24參考文獻 25緒論1.1課題背景及目的固定式多頭自動螺絲裝配設備也可以稱之為固定式多軸自動打螺絲機。隨著社會的發(fā)展，科學的進步，社會從原始時代，經過半自動時代，然后輾轉到了，全自動時代。在這個科技迅速發(fā)展的時代中，自動化的普及化也迅速展開。當今工業(yè)生產中，用螺釘（栓）來緊固工件已經是相當常用的方法了。在家電、手機、電腦、塑膠等古老勞動力居多的企業(yè)中，手動擰緊螺釘（栓）做占用的時間占到至少三成，當被打螺釘?shù)牟牧蠟橛捕雀叩漠a品時所用掉是時間更多，況且，如今的產品設計都很復雜，螺釘（栓）的工位也是非常的多，因此手動擰緊螺釘在如今這樣的市場競爭環(huán)境中，在提高效率與利潤的上明顯占盡劣勢。因此從生產效率與自動化生產水平減輕勞動強度等方面來看，自動打螺絲機的設計與生產是時代與工業(yè)發(fā)展的必然產物。多軸自動打螺絲機是根據需要打螺釘?shù)奈恢?，排好多個螺釘?shù)奈恢茫脢A具固定好被打螺釘（栓），多軸同時一起運動擰緊螺釘（栓），由此方法，可知，無論是要擰都少個螺釘（栓）跟擰一個螺釘（栓）所用的時間是一樣的，從而，大大提高了企業(yè)的生產效率，減輕了工人的勞動強度，增強了生產的自動化水平。同時還可以增添控制系統(tǒng)功能，讓機器具有自動檢測功能，如，自動檢測螺絲擰緊不合格產品，方便區(qū)分劣質產品，實現(xiàn)計數(shù)功能等等。由此可見，多頭自動螺絲裝配設備的生產與普及能給當今各大企業(yè)帶來高效率，提高生產水平。1.2國內外研究現(xiàn)狀改革開放以來，我國國內的技術生產水平大大加快，效率的提高已經成為各廠家，各企業(yè)追求的目的。因此自動螺絲裝配設備的出現(xiàn)也是理所當然的。但是最開始，這種技術是由國外引進的。當時，德國、美國日本等國的技術處于領先水平，這些國家的產品大量涌入國內市場。相對來說，國外對于自動螺絲裝配設備的生產技術水平要高些。起初，這種技術的價格是昂貴的，但隨著社會的發(fā)展，時代的進步，生產技術的提高，國內的這種技術越來越走向成熟，因此全自動螺絲機的價格也隨著下降。如今，隨著國內技術水平的提高，圖1.1國內某品牌多軸自動螺絲裝配設備我國已經生產了許多種類的全自動打螺絲機，在深圳、廣州、山東等地的一些廠家已經設計和生產了許多全自動打螺絲機的產品，廣泛應用與電腦外殼自動裝配、手機裝配等裝配精度要求很高的產品中。同時隨著國內勞動力成本的不斷提高以及用工荒的不斷加劇，制造企業(yè)對全自動打螺絲機的需求不斷上升，產品應用前景進一步得到了穩(wěn)定。如圖1.1為國內某品牌的一種多軸自動螺絲裝配設備?，F(xiàn)如今，國內對于多軸自動打螺絲機，國內主要有平臺固定式、平行切換式、旋轉切換式幾種。自動擰螺絲機包含螺絲自動整列單元，自動打螺絲機輸送單元和螺絲自動擰緊單元以及鎖付過程中的檢測單元。整列單元主要是將散裝的螺絲進行整齊排列并單個輸出。整列單元可以通過振動盤分選機構實現(xiàn)也可以通過搖臂式鎖螺絲機整列機構來實現(xiàn)，而自動擰螺絲機緊單元包括旋轉動力部分和螺絲導入部分。旋轉動力部分由電批提供，螺絲的導入方式常見的有吹氣式和吸附式。一般而言，吹氣式由于工作連續(xù)，無需頭部來回動作，因此，整體效率優(yōu)于吸附式。但吹氣式本身收到螺絲外形和長徑比的限制，并不是每一種鎖螺絲機都適用于吹氣式。在電批的上下往復運動中，絕大多數(shù)產品產用的是氣動方式，而系統(tǒng)控制方面采用的是PLC控制單元，萬向連接方式，擁有人機交互界面。在功能方面，能實現(xiàn)不良產品的檢驗、報警，鎖緊螺釘?shù)臄?shù)目也可根據用戶自行調整，整體來說，設計比較人性化。1.3設計和研究方法本設計主要是完成整機裝置的設計。通過分析、計算、運動模擬等，完成打螺絲機的結構設計。從動力輸入、傳動、動力輸出一步一步設計，繪制運動簡圖，對相關的零部件進行參數(shù)計算，并進行選型，運用UG進行三維建模，完成整機設計檢驗干涉情況。并利用AUTOCAD完成工程二維圖的繪制。1.4設計過程及研究內容本設計內容可以分為兩大塊：機械裝置的設計與控制系統(tǒng)的設計。整個設計的前半段時間是用來完成機械部分的設計，研究的內容主要有電批延長部分的結構設計、行程控制、動力輸入、傳動方式、整體結構等問題的研究與設計。設計過程中，參考國內外現(xiàn)有產品所采用的運動等方案，進行優(yōu)化與創(chuàng)新提出自己的方案，并對自己的方案進行分析、計算、運動模擬來驗證方案的可行性。方案擬定后，通過三維立體建模的方式來檢驗干涉情況，最終確定整機的結構。當機械部分設計完成后，開始控制部分的設計，也是整個設計的后半段時間。研究的主要內容為控制器件的選型、檢測器件的選型、控制方式的確定、控制系統(tǒng)原理圖的設計，采用分析、電路模擬等方式來確定控制方案的合理性。設計說明書的編寫是隨著整個設計過程中一點一點的書寫的?？偟膩碚f，設計過程就是按機械-控制-說明書結稿的這一大體過程來安排的。方案選擇2.1總體方案的設計2.1.1裝置的功能要求本次設計的固定式多頭自動螺絲裝配設備要求實現(xiàn)在塑膠外殼上對零件采用螺釘裝配。可對裝配過程的零部件位置進行自動檢測、定位和供料，微機通過相關接口驅動氣缸、電動螺絲刀完成裝配動作并實現(xiàn)計數(shù)，裝置并行完成3~4顆螺絲的鎖定工作，對裝置要求具有安全保護功能。2.1.2技術指標電批進給滿足不同螺距的要求，電批最大行程25mm。2.1.3總體方案固定式螺絲裝配設備通俗的講就是用自動化裝配完成一個擰緊螺絲的工作，該裝備其實就是代替手臂的作用，進行螺釘輸送，送到指定位置，再擰緊。由此可以看出該設備主要由兩大部分組成。一個是送螺絲機構，一個是擰緊螺絲機構。本設計的主要任務是識別螺釘?shù)轿慌c否并進行擰緊動作。擰緊的旋轉運動主要由電批完成，但是還要有下降的動作才能完成擰緊，因此還要設計傳動機構完成電批頭的下降動作。通過資料參考，決定設計方案以PLC為核心，通過各種感應開關識別螺釘?shù)轿慌c否，再通過一定的傳動機構下降電批完成擰緊工作。但是考慮到，電批頭的下降運動要符合擰緊螺釘?shù)男谐?，因此還要設計一緩沖環(huán)節(jié)來時限電批下降速度與螺釘擰入速度之間的緩沖讓其行進的速度距離符合螺絲的擰緊，通過實驗論證，最終選擇用一彈簧來完成緩沖作用。總體機構運動簡圖如下圖2.1所示。圖2.1總體運動簡圖2.1.4方案可行性分析首先從技術上分析，本設計所采用的零件或者選取的部件都是我們所常見的，并且在裝配上都是簡單的連接，并沒有什么技術難題，而再從經濟上考慮，所用到的東西都是市場上大量存在的，并且沒有十分昂貴的東西，也是我們可以承受的。因此總體來說，本次設計的總體方案是可行的。2.2電批下降傳動方案的設計經分析，明確電批下降所需要的運動方式為直線上的往復運動。而對于直線往復運動可以由電、液壓或氣壓幾種傳動方式。電傳動是以電動機為原動機，機電一體化，驅動生產機械的傳動方式；液壓是以液體為工作介質，利用液體的壓力能來提供動力輸出；氣壓則是以空氣作為工作介質，以空氣壓縮機為動力源的傳動方式。這幾種傳動方式在不同場合有著不同的應用。下面就這幾種傳動方式在本設計中的利弊進行分析并從中選取最適合本設計的傳動方式：2.2.1機電傳動機電傳動（又稱電力傳動或電力拖動）顧名思義就是以電動機為原動機，驅動生產機器的系統(tǒng)總體概括。[1]他的任務是將傳來的電能通過能量轉換為我們所需要的機械能，能實現(xiàn)生產機器的開始、停車以及運動快慢的調節(jié)，滿足種種我們所需要的生產要求來完成生產，保證各項生產過程能夠順利的進行。一般情況，機電傳動都是用來對大功率的設備進行動力輸出。而本設計中，只是驅動電批的小行程、低功率的動作輸出，沒有必要選取機電傳動。況且，對于機電傳動來說，還要進行電動機等器件的選取，體積大、占地面積多，不利于本機構的簡化。再從經濟上考慮，一般電動機都比較昂貴，也會增加設計的成本。因此，綜合考慮，不選取機電作為電批上下往復運動傳動方式。2.2.2液壓傳動液壓傳動是以液體為工作介質的流體運動，其主要是利用液體的壓力能的液體傳動[2]。液壓傳動與機電傳動相比具有大致以下優(yōu)點：液壓傳動的各種元件可以依靠我們的需要，空間的局限等要求來自由安放，靈活性大；他的體積不大，從而重量也很輕，占用空間小、運動慣性小、反應速度較其他傳動方式較快；操縱控制方便，調速范圍可達2000:1；同時依據他自身的優(yōu)越性，可以實現(xiàn)過載保護；一般采用礦物油為介質，相對運動可自行潤滑，使用壽命長；很容易實現(xiàn)直線運動；同時他還可以很容易的實現(xiàn)遙控[2]。但是由于流體流失的阻力損失和泄露較大，他的傳動效率低，如果處理不當，還會發(fā)生爆炸和火災事故，因此安全系數(shù)低。另外工作性能容易受到溫度變化的影響，不易在很高或者很低的溫度下工作，工作條件要求高。對于本設計，安全性作為首要考慮因素，再從經濟等方面考慮，液壓傳動價格昂貴，還需要較高的維修技術水平。因此，綜上所述，液壓也不是本設計的最佳傳動方案。2.2.3氣壓傳動氣壓傳動簡稱氣動，他的動力來源是空氣壓縮機。以壓縮空氣為工作介質，進行能量和信號傳遞的工程技術，是實現(xiàn)傳動與控制的重要手段之一[2]。氣壓傳動的工作介質是空氣，流動損失小，空氣取之不盡，適應遠距離輸送。廢氣排放處理簡單，無污染，成本低。同時他的壓力等級低，使用安全，氣動執(zhí)行元件響應速度快，反應動作靈敏，能很好的適應沖擊負載，工作環(huán)境要求低。但是他也有定位精度低、信號傳遞速度慢，不易用于傳遞速度高的復雜控制系統(tǒng)、輸出力小、輸出功率小等缺點。根據自己的需要，對于要設計的固定式自動螺絲自動裝配設備來說，所需要的運動方式為直線運動，完成四個螺釘?shù)臄Q緊過程所要求的輸出力與輸出功率也不是很大，同時考慮到安裝復雜性、經濟性、安全性、占用空間等方面，最終選取氣動方案。各部分設計與計算3.1總體布局設計氣缸放在最上端驅動電批上下往復運動，完成擰螺絲所需要的進給。電批需要加長機構，加長的電批機構用兩個滑動架來進行軸向固定。由于每兩個螺紋孔的間距僅為21mm，而電批直線排列不能滿足要求，又要保證完成旋轉運動，即滿足軸不在同一直線上的旋轉運動，因此要用到萬向聯(lián)軸器來完成。整個過程氣缸的伸縮運動用PLC來進行控制。3.2萬向節(jié)部分總體設計萬向節(jié)部分主要是用來延長電批，實現(xiàn)軸線不在同一條直線上得旋轉運動，并有行程緩沖環(huán)節(jié)，能保證電批頭的行程與螺釘擰進的行程一致。經過設計，萬向節(jié)部分主要由電批、連接軸1、十字萬向聯(lián)軸器連接軸、連接軸2、彈簧、套筒、滑動軸電批頭等組成。其結構如下圖3.1。螺釘經送料裝置送到指定位置時，傳感器檢測信號，PLC發(fā)送信號控制氣缸和電批的動作，氣缸驅動萬向節(jié)部分整體向下運動，電批負責旋轉運動，經過彈簧這一緩沖環(huán)節(jié)，將氣缸伸縮的距離緩沖成擰緊螺釘需要的行程與距離。螺釘擰緊后，再通過PLC發(fā)送信號給氣缸與電批，氣缸收縮，電批停止旋轉。 1-電批；2-連接軸1；3-十字萬向聯(lián)軸器；4-連接軸2；5-套筒；6-壓縮彈簧；7-銷釘；8-滑動軸；9-電批頭圖3.1萬向節(jié)部分裝配體3.2.1該部分的軸組要承載扭轉力，所以主要根據扭轉強度進行設計計算。螺釘為M4，螺距2mm左右，擰進25mm，初步計算所需要的扭轉力為0.2N·m根據軸的強度校核公式[3]：（3.1）式中：—扭轉切應力，MPaT—軸所受的扭矩，N·mmWT—軸的抗扭截面系數(shù)n—軸的轉速，r/minP—軸傳遞的功率d—計算截面處軸的直徑，mm—許用扭轉切應力，MPa再由：（3.2）由上公式可以導出：（3.3）根據材料參數(shù)，選用45號鋼，=30MPa,帶入數(shù)據可得許用直徑為：因考慮到，軸的一部分會以空心形式存在，因此初步定軸的直徑為10mm。設空心部分直徑為6mm。進行強度校核。同樣由上公式，但是軸的截面系數(shù)公式不同，如下：[4]（3.4）帶入數(shù)值計算得結果：因此強度有保證。再根據彎扭條件進行校核：對于連接軸2，其直徑10mm，長度100mm,進行彎扭結合強度校核：他的扭矩圖如下圖（3.2）：圖3.2連接軸2的扭矩圖其彎矩可進行估算得，并畫出彎矩圖如下圖（3.3）：圖3.3連接軸2的彎矩圖根據第三強度理論進行強度校核計算，如下式：(3.5)可得=5.4MPa。遠遠小于材料的許用力=85MPa，因此強度足夠。而對于套筒與滑動軸部分，其只受到扭轉力的作用，彎曲力的作用可以忽略不計，因此由扭轉力矩計算出的軸滿足彎曲強度。對于套筒與滑動軸的長度，主要跟氣缸桿的伸縮相關聯(lián)。氣缸伸縮的行程不能太長也不能過短。如果太長，那么將會造成較大的緩沖行程，需要很長的軸來進行緩沖，這樣會給整體機構帶來不協(xié)調，造成細長軸，浪費材料。但是，也不能過短。如果過于短，那么將會沒有足夠行程來保證擰緊螺釘，有可能造成螺釘擰的不緊，螺釘松動，產生次品，這樣也會造成成本的提高。因此綜上分析，再根據一般氣缸的行程，決定選取氣缸的行程在150mm左右，因而，滑動軸與套筒相滑動的部分為150mm，因而滑動軸定為270mm(因為還一部分要安裝電批頭),套筒定為200mm。3.2.2十字萬向聯(lián)軸器的選取為了完成不同軸線的旋轉問題，本設計采取加用十字萬向聯(lián)軸器，根據上邊軸的尺寸的計算，最終選取結果為WSD1類型的十字萬向聯(lián)軸器。[3]3.3氣缸的選取與計算、校核3.3.1氣缸的選取氣缸一般可分為單作用氣缸、雙作用氣缸和特殊氣缸等。下圖3.4為一般普通氣缸的零件組成。1-組合防塵圈；2-前端蓋；3-軸用YX密封圈；4-活塞桿；5-缸筒；6-活塞；7-孔用YX密封圈；8-緩沖調節(jié)閥；9-后端蓋圖3.4普通氣缸機構單作用氣缸一般可分為活塞式與膜片式兩大類，而活塞式又可分為單活塞與雙活塞兩類，單活塞又可分為有桿氣缸跟無桿氣缸兩類，其中有桿氣缸又分為單作用與雙作用之分，同樣雙活塞桿也是有這兩種。而膜片式一般有平膜片、滾動膜片、皮囊三類。單作用氣缸一般都是通過對空氣的壓縮驅動活塞或者柱塞向一個方向運動，其中活塞式是靠如重力等外界力量復位，活塞式跟薄膜式氣缸還可以借助彈簧等復位。柱塞式氣缸擁有較好的負載穩(wěn)定性，但是輸出力小，主要用于小直徑氣缸。當活塞式氣缸借助彈簧復位時。概括而言，單作用氣缸總體適用短行程，小直徑。擁有結構簡單等優(yōu)點。雙作用氣缸通俗的講就是通過壓縮空氣能夠驅動活塞向兩個方向運動。有的安裝有緩沖裝置來對活塞接近終點時進行降速調節(jié)，以免過大載荷的沖擊。調節(jié)的就叫做可調緩沖氣缸，不可調節(jié)緩沖降速數(shù)值的就為不可調緩沖氣缸。特殊氣缸種類很多，常見的有串聯(lián)氣缸、差動氣缸、增壓氣缸、伸縮氣缸、雙活塞氣缸、沖擊式氣缸、多為氣缸等等。通過對氣缸資料的參考，本設計所需要氣缸驅動完成的運動為上下往復運動，再從經濟性、可行性、安裝復雜性、通用性考慮等，最終決定選取一個普通的雙作用氣缸就可以。這種氣缸也是應用最為廣泛的一中氣缸，相對來說技術比較成熟。3.3.2氣缸的設計計算氣缸作用力的計算：設本設計所選取的單活塞雙作用氣缸活塞桿的作用力推力為F1，拉力F2。根據如下公式：（3.6）（3.7）其中為活塞桿的推力(N)，為活塞桿的拉力(N)，D為活塞直徑(m)，d為活塞桿直徑(m)，p為氣缸工作壓力(Pa)，為負載率。負載率與氣缸工作壓力有關，基本關系如下表3.1。表3.1負載率與氣缸工作壓力p的關系P（MPa）40.300.400.500.600.70~10.10~0.300.15~0.400.20~0.500.25~0.500.30~0.600.35~0.700.40~0.750.45~0.75的最佳值為0.3~0.5，氣缸高速運轉取=0.3，低速時取0.5，根據本設計安裝要求，氣缸低速運轉，氣缸工作壓力為0.6MPa,所以選取=0.5。氣缸內徑跟活塞桿直徑計算：根據公式（3.5），（3.6）可求得氣缸直徑。由于氣缸垂直安裝，所以往回的拉力F2大于推力F1，所以要根據拉力來進行計算。大概估計克服重量為15kg。當用公式3.6進行計算時，活塞桿的直徑可以先估定，一般取缸徑的四分之一。代入公式計算可得：根據缸徑系列如表3.2表3.2缸筒內徑系列810121620253240506380（90）100（110）125（140）160180200220所以選取缸徑為32mm便可以符合要求。再根據活塞直徑為缸徑的四分之一左右，因此活塞直徑定位8mm。根據表3.3活塞桿至今系列，定活塞桿直徑為8mm。表3.3活塞桿直徑系列456810121416182025283240455056637080氣缸筒壁厚的計算：一般情況下，氣缸壁厚與缸徑的比值小于十分之一時，可按下公式（3.7）進行計算：=（3.8）其中：（3.9）D為氣缸內直徑；ps為實驗壓力，一般取ps為工作壓力的1.5倍，為缸筒材料的許用應力，為缸筒材料的抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般取n=6~8。一般選取45號鋼為材料，所以=100MPa，帶入公式計算得很小，大概為0.01cm。但是缸筒兩端會有端蓋等其他零件，所以一般缸筒都不會很薄。綜上基本計算出所需要的氣缸的基本尺寸，但是考慮到自己加工制造氣缸較為麻煩,從經濟性、操作性等方面考慮，所以還是根據計算出的數(shù)據來進行氣缸選取。經過對氣缸廠家的搜索，資料查詢，老師推薦等綜合考慮，最終選取了SMC公司所生產的的一種標準型單桿雙作用氣缸，具體型號為CG1BN32150ZW，樣式如圖3.5。圖3.5標準型CG1系列單桿雙作用氣缸其規(guī)格具體參數(shù)如下表3.4所示：表3.4氣缸CG1BN32150ZW具體規(guī)格缸徑（mm）32mm動作方式單桿雙作用給油不要（不給油）使用流體空氣耐壓試驗壓力1.5MPa最高使用壓力1.0MPa最低使用壓力0.05MPa環(huán)境溫度及使用流體溫度?10℃~70℃（未凍結時）使用活塞速度50~1000mm/s行程長度允差~200mm緩沖墊緩沖安裝形式※無耳軸安裝用螺孔3.4兩直線導軌軸的設計計算對于這兩個直線導軌軸，經受力分析可知，其主要受到彎矩，而沒有扭矩。因此主要根據彎曲強度來進行軸徑的設計計算并進行校核。因為這兩根軸起到一個導軌的作用，因此要讓滑動架能夠平穩(wěn)的滑動，所以兩根軸的直徑不易過小，這樣會造成滑動不平穩(wěn)。同時又考慮到材料解約，避免裝置過于笨重等原因，可采用空心處理。因此可以暫定，軸的直徑為30mm，內徑10mm。下面進行彎曲強度校核：根據公式[4]：(3.10)現(xiàn)根據計算，算出該軸所受的彎矩并作出彎矩圖如下圖3.6。圖3.6滑動導軌軸的彎矩圖得出結果：=0.2MPa。遠小于材料45號鋼的許用力=100MPa,強度足夠。3.5軸承3.5.1軸承的選取兩個滑動架要在兩直線軸導軌上平穩(wěn)滑動，因此還要選擇滑動軸承。根據運動方式我們知道，主要為直線的往復運動，因此軸承類型選擇直線軸承。直線軸承是一種用于無限行程與圓柱軸配合的軸承[5]。一般可分為標準型、開口型、加長型、通用型等，也可以根據法蘭分為圓法蘭型、方法蘭型、橢圓法蘭型、導向圓法蘭型、導向方法蘭型、導向橢圓法蘭型、加長圓法蘭型等。本設計選擇圓法蘭型，具體型號及參數(shù)如下（圖3.7為樣式跟尺寸標明）：型號：LMF30球列數(shù)：6內徑：30mm外徑：45mm長度：64mm法蘭：51mm連接孔:圖3.7LMF直線軸承樣式跟尺寸標注法蘭垂直度：0.015徑向跳動：0.015基本額定載荷：動，160kg；靜，280kg3.5.2直線軸承的強度校核根據長度壽命進行計算，由公式：(單位：10km)(3.11)其中：硬度系數(shù):FH硬度HRC58以上，F(xiàn)H=1.0；硬度HRC52-58，F(xiàn)H=0.6-1.0動載荷:C

工作載荷:PC(單位：kg公斤)

溫度系數(shù):FT工作溫度小于100攝氏度，F(xiàn)T=1.0，工作溫度100-125攝氏度，F(xiàn)T=1.0-0.95。接觸系數(shù):FC每根軸裝一套軸承，F(xiàn)C=1.0每根軸裝二套軸承FC=0.81每根軸裝三套軸承，F(xiàn)C=0.72每根軸裝四套軸承，F(xiàn)C=0.66載荷系數(shù):FW運行速度小于15米/分鐘，無沖擊、無振動，F(xiàn)W=1.0-1.5；運行速度小于60米/分鐘，微小沖或振動，F(xiàn)W=1.5-2.0；運行速度大于60米/分鐘，或有較大沖擊、振動，F(xiàn)W=2.0-5.0由本設計內容可定個項系數(shù)值如下：FH=1，C=160kg,PC=5kg,FT=1.0,FC=0.81,FW=1.0可得結果：L=388.8(10km)再由公式：（單位：小時）（3.12）其中：L長度壽命（萬米）；Ls工作行程；N1每分鐘往返次數(shù)帶入數(shù)據可得：Ls=10000(小時)，滿足要求。3.6電批、電批頭、傳感器的選取3.6.1電批的選取由工件上得螺釘可知為M4的螺釘，根據此螺釘選取電批為HIMAX設計的一種。具體型號參數(shù)如下：（實物見圖3.8）型號：TLF3000電源：24VDC圖3.8電批扭力輸出范圍(kgf-cm)：0.5~2.5無負載轉速(r.p.m)：HI,1000;Low.670螺距(mm)：1.0~2.3通用起子頭規(guī)格：H4同時，該電批還具有計數(shù)功能。3.6.2電批頭的選取電批頭選司力速電批頭，規(guī)格為PH240100E4具體參數(shù)為:=，樣式為右圖（3.9）：圖3.9電批頭3.6.3傳感器的選取本設計中，要自動檢測工件是否到位、螺釘是否到位、氣缸的伸縮運動要有極限位置等等，這些功能可借助傳感器來實現(xiàn)。傳感器有很多種，比如說光電傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器等等。首先，要對工件進行檢測，也就是說，要檢測工件是否到位，如果到位，那么進行下一個動作，如果沒到位則繼續(xù)等待。因此這里可以選取一個光電傳感器來進行檢測。將光電傳感器放在工件夾具的兩端，當工件運動到指定位置時，傳感器收到信號，并將信號發(fā)給PLC，PLC來輸出命令進行下一個動作。實際測量，工件大小為，據此進行傳感器的選取。最終選取上海藍寶所生產的一種對射式傳感器，型號為：PSF分為一發(fā)射器與接收器。外形尺寸如圖3.10。主要技術參數(shù)為如下：電源電壓：24VDC響應時間：小于1ms最大測力距離：5m光源:紅外LED880nm重復精度：小于5%圖3.10LHU050傳感器外形尺寸其次要對螺釘是否到位進行檢測，因為檢測距離較小，因此選取槽型光電傳感器就可以。選取結果為超逸電子所生產的一種小型槽型光電傳感器，型號為ITR9608-F.它的外形尺寸為；，電源為DC24V。產品見下圖3.11。圖3.11ITR9608-F槽型光電傳感器同時，裝置還要有一定的安全性，保證機器在工作時，當手等人體進入機器工作區(qū)時，機器能夠自動停止運轉，這里還要用到一個傳感器，能夠堅持到人體等。為了避免選取過多種類的傳感器，給生產制造帶來不必要的麻煩，所以決定選取同檢測工件一樣的傳感器，但是要并排兩個，形成一個面的對射面即可。對于上限位也用這樣的傳感器，選取一種槽型光電傳感器，同樣為上海藍寶所生產，型號為PU30。主要參數(shù)如下：電源電壓：24VDC光源:紅外線LED(調制)檢測物體Φ2mm以上不透明物體外形尺寸如圖3.12。圖3.12PU30槽型光電傳感器對于下限位，則用一個電流傳感器來感應電批電流變化的大小來發(fā)出信號。當檢測到電批的電流發(fā)生較大升高時，則表明螺絲已經擰緊或者出現(xiàn)螺絲卡死等情況，此時應當停止運動，氣缸收回。因此選擇了北京科海電子的電流傳感器如圖3.13：產品名稱：KT電流傳感器檢測電流：1~3A(直流)輸出電流：25mA有效值電源電壓：24VDC工作溫度：0~70攝氏度內阻：60歐姆圖3.13電流傳感器3.7上下滑動架的結構設計上滑動架主要是用來固定電批，連接運動活塞，而下滑動架主要是用來扶持電批頭，導向電批頭讓其準確對準螺孔。因此可設計出上下滑動架子的大致結構如右圖3.13。下滑動架與上滑動架大致相同，只是把固定電批的孔的換成扶持電批頭的裝置即可。圖3.14上滑動架3.8螺釘輸送導套結構設計對于這部分結構的設計，查閱很多資料，再通過與老師的溝通交流得知，這以機構主要用手指式結構居多，并且這種方式可靠性好，因此，本設計同樣選用手指式結構，其基本結構圖如下圖3.14：3.15手指式結構3.9機架設計3.9.1機架制造方式的選取機架是用來放裝備的，所有設計的零件都在機架上?？梢姍C架必須擁有足夠的強度與剛度，能夠承受設備的載荷，以避免承載力不夠，機架癱垮，破壞整個設備，并在運行過程中保持很小的變形，以滿足裝配精度的要求一般情況下，機架有兩種方式來制造，焊接或者是鑄造[6]。鑄造在機械工程的制造方面應用十分的普及，在如今各種各樣的的機械裝置中，如車床、發(fā)動機、內燃機等中，鑄造的地位舉足輕重。鑄造一般分為手工鑄造、機器造型、壓力鑄造等等[7]。通過鑄造能夠制造出很復雜的造型，鑄造件相比焊接來說，有較強的抗震效果，但是鑄造也有很多缺點跟不足，如鑄件成分內部晶體粗大不細膩、成分均勻性不足、質量不穩(wěn)定、笨重、不易修改制造、廢品率高等。焊接形成是一種比較先進的、高效的金屬連接方法，是現(xiàn)代工業(yè)生產中重要的連接方法之一，在國內的生產經濟中，占有很大的比重[7]。焊接同樣廣泛應用在機械制造。冶金航空航天等部門。相比鑄造件來說，焊接具有結構質量輕、材料利用率高、成本低、強度剛度好等優(yōu)點，但是焊接也有很多缺點，如某些材料難以焊接、焊接產生材料變形、吸收震動效果差等。綜上，本設計多軸自動鎖螺絲機工作時比較平穩(wěn)，負荷變動不大，不會有大幅度的震動，整個裝置重量也不是很大。再考慮經濟等因素，相對來說焊接方法容易制造，成型快、成本低節(jié)省材料，因此最后選定以焊接方式來制造機架。3.9.2機架結構的設計選取焊接方式制造機架后，我們知道，該機架的承載能力是沒用鑄造機架好。所以，為了增加機架的承載能力，必須采取措施來增大機架的強度與剛度。在過去的學習中，我們知道，增加加強板或者改變受力方向可以增大機構的承載能力，因此從這兩方面著手，把機架的四個腳設計成斜置來改變受力方向，再在每兩個腳之間加上加強板來增加強度[7]。所以基本結構如圖3.15。圖3.16機架結構3.10機械裝置總機設計部分總結至此，機械裝置設計部分基本完成。概括來說，整機采用電批來驅動電批頭的旋轉運動，用氣動的方式來驅動電批的直線上下往復運動，用彈簧、套筒等設計來完成行程速度的控制。在結構設計上，設計了手指結構、萬向節(jié)裝配體等機構，并且做了整個機架等構件的設計，進行了運動模擬、干涉問題的檢驗等等。設計內容能夠實現(xiàn)螺釘裝配的運動。PLC控制系統(tǒng)的設計4．1控制系統(tǒng)功能分析由運動情況知道，控制系統(tǒng)的功能主要是處理運動的動與停。具體的說就是，先檢測工件與螺絲的到位情況，若都到位，則控制氣缸帶動電批下降，同時電批接通旋轉。當檢測到螺絲擰緊，則控制氣缸收回，電批停止運轉。機器同時具有安全保護功能。4.2輸入輸出設備I/O分配輸入端有啟動開關、停止開關、急停開關、上限為傳感器、下限位傳感器、檢測螺釘傳感器、檢測工件傳感器；輸出端有電磁閥、電批、工作指示燈、停止指示燈。具體分配見下表4.1：表4.1I/O分配4.3PLC的選取由本設計機構的運動分析可以知道，該機構的輸出端主要由兩個，一個是驅動氣缸往復直線運動，一個是驅動電批的旋轉，而氣缸主要通過電磁閥來驅動，同時還可以適當增加指示燈環(huán)節(jié)的輸出以便系統(tǒng)更加完善。而對于輸入端，主要有開始、停止、急停、還有若干傳感器的信號輸入，所以我們可以看出，本機構并不需要過多的I/O點數(shù)。普通的PLC即可。所以經過資料查閱再考慮經濟因素等各方面，最后選取西門子所生產的一種S7-200CPU224X系列的PLC控制器。該主機由14個輸入端，10個數(shù)字量輸出。提供兩種供電電壓DC/DC/DC和AC/DC/Relay。兩種類型供電電壓分別提供20.4~28.8V直流跟85~264V交流電壓。產品實物如右圖3.17[9]。圖4.1S7-200PLC4.4電磁閥的選取電磁閥是用來控制氣缸的往復運動，本設計中，氣缸的往復運動比較簡單，因此選擇普通的二位四通電磁閥控制即可。具體選擇了SMK提供的一種24D兩位四通電磁閥。具體參數(shù)如下：

流通介質：水液、空氣、油等無腐蝕性液體

介質溫度：≤60℃（不凍結）

允許溫升：85℃

工作壽命：60萬天

電源電壓：AC220VDC24V

消耗功率：20W左右4.5電源模塊的選取由于上面一些器材的選取后，用到的電壓主要為DC24V，因此，系統(tǒng)中需要用到一個將220V交流電壓轉變?yōu)?4V直流的電源模塊，因此選擇了深圳市奧普源科技有限公司提供的一種開關電源。實物尺寸如右圖4.2具體參數(shù)如下：圖4.2奧普源24V3A電源開關輸入電壓：110、220（V）輸出電壓：24（V）DC輸出功率：72（W）類型：AC/DC電源晶體管連接方式：單端式型號：24V3A品牌：奧普源調制方式：脈沖寬度調制(PWM)式產品認證：CE屬性：屬性值4.6硬件電路連接圖見附件5結論本次設計完成了固定式多頭自動螺釘裝配設備的機械裝置與控制系統(tǒng)的設計，設計內容能夠實現(xiàn)工件、螺釘?shù)奈恢脵z測，螺釘?shù)淖詣友b配并計數(shù)的任務要求。在機械裝置設計過程中，采用了電批作為擰緊螺釘?shù)男D運動的動力來源。而對于電批的上下往復運動的動力則選取氣缸作為動力來源，安裝簡便，安全可靠。與此同時，在電批頭的行程速度控制上，采用了彈簧、套筒等部件來進行控制。在控制系統(tǒng)這一方面，采取了以PLC為核心控制單元的控制系統(tǒng)，用光電傳感器等進行檢測并輸入信號給PLC。總的來說，本次設計基本完成了設計任務，但是在整機的精簡結構方面做的還不夠好。比如說，這個設備的尺寸過大，而設備內部空間沒有能夠充分利用，造成了空間浪費。因此，這一方面是本次設計所需加強改進的地方。致謝本次設計是在顏運昌老師嘔心瀝血的幫助下完成的。在整個設計過程中，顏老師不僅在設計上給了我很大的幫助，同時在心態(tài)上，學習方式等各個方面都給與了誠懇的指導，讓自己這幾個月的時間里學到了很多知識，無論是在專業(yè)知識還是在學習方法、思考方式。這里對顏老師表示衷心的感謝！同樣也要感謝在開題答辯、中期答辯、交叉評閱等環(huán)節(jié)，給與了自己很多寶貴的意見的全體老師以及同學，在每位師長的幫助下，自己的設計才變得更加的完善。最后感謝湖南大學，給了我們這么好的實驗平臺、給我們分配了這么多負責人的老師、給與了自己一個做畢業(yè)設計的機會！讓自己在這么短的時間里學到了這么多東西。再次感謝所有幫助過我的領導、老師、同學,謝謝你們！參考文獻[1]鄧星鐘機電傳動控制[M]武漢華中科技大學出版社20071-5．[2]楊曙東，何存興液壓與氣壓傳動[M]武漢華中科技大學出版社20083-4，263-264,295-301,316-317．[3]JB/T5901—1991中華人民共和國機械行業(yè)標準[S]北京中國標準出版社1991．[4]濮良貴，紀名剛機械設計[M]北京高等教育出版社200913-19，60-369,343-357,316-317．[5]劉鴻文材料力學[M]北京高等教育出版社200573-89,112-118,262-264．[6]吳立言，現(xiàn)代機械設計手冊[M]西安西北工業(yè)大學出版社2010681-705．[7]曾志新，呂明機械制造技術基礎[M]武漢武漢理工大學出版社2009232-245．[8]翟封祥，尹志華材料成型工藝基礎[M]哈爾濱哈爾濱工業(yè)大學出版社200432-46,119-123.．[9]朱文杰S7-200PLC編程設計與案例分析[M]北京機械工業(yè)出版社出版社200930-40．目錄第一章總論11、項目名稱及承辦單位12、編制依據43、編制原則54、項目概況65、結論6第二章項目提出的背景及必要性81、項目提出的背景82、項目建設的必要性9第三章項目性質及建設規(guī)模131、項目性質132、建設規(guī)模13第四章項目建設地點及建設條件171、項目建設地點172、項目建設條件17第五章項目建設方案251、建設原則252、建設內容253、工程項目實施33第六章節(jié)水與節(jié)能措施371、節(jié)水措施372、節(jié)能措施38第七章環(huán)境影響評價391、項目所在地環(huán)境現(xiàn)狀392、項目建設和生產對環(huán)境的影響分析393、環(huán)境保護措施……404、環(huán)境影響評價結論……………..……………42第八章勞動安全保護與消防441、危害因素和危害程度442、安全措施方案443、消防設施…………...45第九章組織機構與人力資源配置461、組織機構462、組織機構圖46第十章項目實施進度481、建設工期482、項目實施進度安排483、項目實施進度表48第十一章投資估算及資金籌措491、投資估算依據492、建設投資估算49目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章總論 11.1項目概況 11.2可行性研究報告編制依據及原則 PAGE