基于PLC物料拾取装置设计.docx
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基于PLC物料拾取装置设计
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
DesignofPLCbasedonthematerialpick-updevice
Abstract
Thispaperisbasedonthemachinerydesignandmachineryprincipleandthe3ddrawingsoftwareandrelatedknowledgeandtheory,bycollectingrelevantdataofsewingmachineandreadingtherelatedliteraturebooksandreferringtothesewingmachineinthetailorshop,firstofall,designthemainpartsinstitutionalmodelofthesewingmachine,secondlyusetheSolidworks3Ddrawingsoftwaretoconductthepartmodelingwhichwasdesignedwell,andthenconductassemblydesignwhichthepartswasbuilt,getthecorrespondingassemblymodel,finallyconductPLCmovementsimulationtothecorrespondingassemblymodel.
Keywordssewingmachine3DsoftwarepartmodelingPLC
2基于PLC物料拾取装置的概述15
3.2.8联轴器的选择28
3.2.9轴承强度的校核28
4.1PLC的定义20
4.2PLC的选择20
4.3基于PLC物料自动拾取装置PLC控制流程图的实现2
1概述
1.1物料拾取装置的发展历史
工业机器人一般可理解为:
在工业自动化应用领域中的一种自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机(固定式的或是移动式的),用于搬运材料、工件、操持工具或检测装置,完成各种作业。
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上料物料拾取装置是典型的机电一体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。
本课题所涉及的上下料物料拾取装置自1999年投入运行,工作安全可靠,效果良好,可用做自动上料设备和生产线上的自动抓取设备。
本课题主要是应用Solidworks软件的三维设计功能,对基于PLC物料拾取装置物料拾取装置的各零部件进行三维设计并实现其各部件的装配和运动仿真。
1.2拾取物料拾取装置的发展意义
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。
1.3拾取物料拾取装置在机械中的应用
1.3.1国内应用
国内在金属切削加工中,用物料拾取装置来完成刀具的自动更换。
如北京第二机床厂,北京扬州市职业大学机械工程学院第八机床厂,上海第二机床厂,上海第八机床厂,宁夏大河机床厂等单位研制的自动换机床,均用物料拾取装置自动更换刀具。
在生产自动线上,用物料拾取装置完成的传递和上下料,如:
沈阳水泵厂深井泵体加工自动线,无锡柴油机厂和甘肃汽车齿轮厂的齿胚的加工自动线都采用了物料拾取装置。
大连工矿车辆厂的800Kg侧架的加工,采用物料拾取装置抓取、传递和安放并与一些机床组合成侧架切削加工自动线,提高效率10倍。
1.3.2国外应用
美国制造155毫米的钢弹体洛克福特军械厂,从胚料加工开始到加工毕直包装都自动进行,不用人手去接触,达到全自动生产。
工业物料拾取装置还能用来代替人工进行打磨、抛光、去毛刺和清理切屑等工作。
例如,瑞典一家工厂打磨和抛光锈钢子弯头时,采用ASEA机械手,提高加工效率30%以上,,不伤害工人。
又如:
瑞典沃尔沃公司在物料拾取装置上装了三个环形磨轮装置,用来对传动箱外表面去毛刺,比手工方法节省工时50%。
1.4拾取物料拾取装置的发展趋势
国内应加强物料拾取装置基础性能的实验以及基础理论研究,克服和解决制造技术及其它存在的问题。
提高物料拾取装置运动速度。
尤其是应用于冲压行业中的物料拾取装置,以适应提高生产率和符合生产节拍的需要。
要研究解决物料拾取装置的运动速度和缓冲、定位技术。
引进国外先进技术,培训专门技术人才,普及物料拾取装置有关知识。
尽快解决物料拾取装置的定型设计、定点、定量生产以及配套件的生产和供应问题,推进物料拾取装置设计制造中的现代化(CAD/CAM)准化、系列化工作,以满足国内外市场的需求。
目前工业物料拾取装置的应用逐步扩大,技术性能不断提高,其发展趋势是:
扩大物料拾取装置在工业上的应用、提高工业物料拾取装置的工作性能、发展组合式物料拾取装置、研制具有“视觉”和“触觉”的“智能机器人”。
1.5本课题的目的和意义
目前国内应用软件进行工业机械设计的很多,还都以传统的设计方法为主,导致产品的设计周期长、成本高。
不能满足工业机械使用的季节性、工作环境的多变性和用户要求的多样性,不能使工业机械的设计随着市场的需求而不断地转变,更无法在要求的较短周期内,开发出新的产品。
我国在工业机械新技术创新方面还很薄弱,无法适应新世纪经济发展的要求。
基于传统工业机械的设计方式的种种缺陷与不足和Solidworks的强大功能以及在工业机械设计中的优势,本课题即以数控车上下料物料拾取装置作为载体,应用SolidWorks软件完成各组成零件的建模及装配。
并完成该数车上下料物料拾取装置进行上下料过程的动画演示,从而使人们可以直观地认识到数车上下料物料拾取装置在数控生产及加工中的地位和主要作用。
该方法是结合计算机辅助设计与制造/产品造型设计的专业特点对现代工业设计方法的一种新的尝试和学习。
如将本课题的设计方法移植到工业设计中,则较传统的设计方式能够大大缩短产品工业设计的设计周期。
用Solidworks软件进行工业设计的一般步骤为:
单体设计→绘图→装配→模拟→改进→整体装配→运动仿真→改进→成型→加工生产,比传统的绘图→加工→装配→实验→采集数据→改进→二次加工→装配→最终成型,缩短了设计周期,降低了成本。
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2—1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2-1
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50mm~300mm,移动速度为1~2r/min。
即:
具体的步进电机设计计算如下:
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,
2.电机转速
3.负载转矩
式中:
4.负载惯量
上下垂直运动
丝杆螺母惯量
式中
总惯量
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。
选材的基本原则是材料在能满足零件使用性能的前提下,具有较好的工艺性和经济性。
材料的使用性能是指机械零件在正常工作条件下应具备的力学、物理、化学等性能,是保证该零件可靠性的基础。
对一般机械零件来说,选材时主要考虑的是其力学性能;而对于非金属材料制成的零件,还应该考虑其工作环境对零件性能的影响。
零件按力学性能选材时,首先应正确分析其工作条件、形状尺寸及应力状态,结合该类零件出现的主要失效形式,找出其在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标,以此作为选材的依据。
3.2.2丝杠螺母的工作条件、失效形式和技术要求
1、工作条件
由于传动机构是丝杠螺母副,即螺旋传动副,而工作时主要是携带传感器进行测量,而非传递动力或扭矩。
主要承受一定的剪切、弯曲、扭转等载荷。
2、主要失效形式
当弯曲载荷较大时,丝杠承受着交变应力;当其表面硬度较低,表面质量不良时,会发生磨损,甚至产生疲劳断裂。
而设计的丝杠所传递的动力和扭矩都很小。
因此,主要的失效形式是磨损。
通过提高丝杠螺母的表面质量和安装精度可以有效的减少磨损。
3、材料性能要求
根据丝杠的工作条件和失效形式,要求丝杠材料具备以下主要性能:
①电磁铁参数测量装置是对电磁铁的电磁吸力、磁场强度和线圈温度进行测量的装置。
为避免电磁铁的磁泄漏,采用不可磁化材料。
如不锈、铝合金、铜合金、陶瓷材料或高分子材料。
②较高的综合力学性能.当丝杠正常工作时,要承受一定的交变载荷与冲击载荷。
③丝杠轴颈应具有高的硬度和耐磨性,提高丝杠的旋转精度和使用寿命。
根据丝杠螺母副的工作条件、失效形式和技术要求,考虑材料的综合性能,丝杠采用淬火钢,螺母采用铸造锡青铜。
这是由于铜合金材料不仅具有较高的综合力学性能,
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