柔性制造实验装置设计电控制PLC.docx

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柔性制造实验装置设计电控制PLC

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毕业设计（论文）

柔性制造实验装置设计【电控制PLC】

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摘要

本次设计是柔性制造实验装置设计的设计。

在这里主要包括:

传动系统的设计、回转部位系统的设计、这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。

整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。

更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

本论文研究内容：

（1）总体结构设计。

（2）柔性制造实验装置工作性能分析。

（3）电动机的选择。

（4）柔性制造实验装置的传动系统、执行部件设计。

（5）对设计零件进行设计计算分析和校核。

（6）绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。

关键词：

柔性制造实验装置，联轴器，滚珠丝杠

Abstract

Theexperimentaldesignistheflexiblemanufacturingsystemdesigndesign.Hereinclude:

transmissionsystemdesign,turningpartsofthesystemdesign,thegraduationprojectdesignworkonbasicskillstrainingtoimprovetheabilitytoanalyzeandsolveengineeringproblems,andforthegeneralmechanicaldesigntocreateacertaincondition.

Thewholestructureismainlygeneratedbytheelectricmotorpowerthepowerneededtopassthroughthecouplingtothescrew,screwdrivescrewnut,thusboostingtheoverallcampaigntoraiselaborproductivityandproductionautomation.Moreshowitssuperiority,hasabroaddevelopmentprospects.

Thisthesisresearch:

（1）theoverallstructuraldesign.

（2）Flexiblemanufacturingapparatusforanalyzingtheperformanceoftheexperimentalwork.

（3）Selectthemotor.

（4）Transmissionflexiblemanufacturingtestequipment,performthecomponentdesign.

（5）forthedesignofpartstodesigncomputationalanalysisandverification.

（6）todrawthewholeassemblydrawingsandassemblydrawingsanddesignsimportantpartspartspartsdiagram.

Keywords:

flexiblemanufacturingtestequipment,couplings,ball

1绪论

1.1柔性制造实验装置在我国的应用及发展趋势

我国从20世纪80年代开始进行大型机床等机械产品结构的研究，20多年来已取得长足的进步。

结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用以焊代铸以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。

在汽车制造工业方面，随着我国汽车产量的不断增加20世纪90年代开始从国外陆续引进先进的设备。

并在车转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的工艺，提高了效率和产品质量。

在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中也成为主要的生产工艺手段之一。

目前，已有多种工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。

自十一五期间开始进行高效技术的探索以来，至今已取得令人欣喜的成绩。

在当前，数控柔性制造实验装置的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用数控柔性制造实验装置，称之为固定结构的传统数控柔性制造实验装置，其运动特性使特定数控柔性制造实验装置仅能适应一定的范围，花费成本较大，不利于数控柔性制造实验装置的发展。

未来的发展趋势可分为以下三个方面：

[2]

1选择视觉传感器来进行传感跟踪：

因为与图象处理方面相关的技术得到发展；

2采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的任务；

3控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：

这也将是移动数控柔性制造实验装置的控制所采用。

1.2本课题研究的内容及方法

1.2.1主要的研究内容

在查阅了国内外大量的有关数控柔性制造实验装置设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑数控柔性制造实验装置结构特点、具体作业任务特点以及数控柔性制造实验装置的推广应用，分析确定使用三自由度关节型数控柔性制造实验装置配合生产工序，实现自动化的目的。

为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下:

1根据现场作业的环境要求和数控柔性制造实验装置本身的结构特点，确定数控柔性制造实验装置整体设计方案。

2确定数控柔性制造实验装置的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。

3从所要功能的实现出发，完成数控柔性制造实验装置各零部件的结构设计；

4完成主要零部件强度与刚度校核。

1.2.2设计要求

1根据所要实现的功能，提出三维数控柔性制造实验装置的整体设计方案；

2完成三维数控柔性制造实验装置结构的详细设计；

3通过相关设计计算，完成电机选型；

4完成三维数控柔性制造实验装置结构的三维造型；绘制三维数控柔性制造实验装置结构总装配图、主要零件图。

2总体方案机构设计

数控柔性制造实验装置的设计应满足一下几个条件首先就是必须保证工件定位可靠的可靠性，为了使工件与点保持准确的相对位置，必须根据要求的点，去选择合适的定位机构。

再者就是要有足够的强度和刚度除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到枪在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度可能会发生折断或者弯曲变形，所以对于受力较大的进行强度、刚度计算是非常必要的。

最后要尽可能做到具有一定的通用性如果可以，应考虑到产品零件变换的问题。

为适应不同形状和尺寸的零件，为满足这些要求，可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。

水平运动电动机—联轴器—滚珠丝杠

回转运动电动机—联轴器—带轮—环形实验台

3水平进给机构结构及传动设计

表3.1滚珠丝杆副支承

支承方式

简图

特点

一端固定一端自由

结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。

这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。

一端固定一端游动

需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。

两端固定

只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。

一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。

可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。

3.1水平进给滚珠丝杆副的选择

滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。

他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。

丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。

设水平进给最大行程为200mm,两侧各留10mm的安全距离.最快进给速度为18m/min,丝杠等组件大概质量为50kg,工作台大概质量为80kg,移动部件大概质量为30kg

3.1.1导程确定

电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1,选择电动机的最高转速，则丝杠的导程为

取Ph=12mm

3.1.2确定丝杆的等效转速

基本公式

最大进给速度是丝杆的转速

最小进给速度是丝杆的转速

丝杆的等效转速

式中取故

3.1.3估计工作台质量及负重

丝杠等组件重量

工作台重量

移动部件重量

3.1.4确定丝杆的等效负载

工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。

选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.1~1.5，本课题中取1.3，则丝杆所受的力为

其等效载荷按下式计算（式中取，）

3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷

fw-------负载性质系数，（查表：

取fw=1.2）

ft--------温度系数（查表：

取ft=1）

fh-------硬度系数（查表：

取fh=1）

fa-------精度系数（查表：

取fa=1）

fk-------可靠性系数（（查表：

取fk=1）

Fm------等效负载

nz-------等效转速

Th----------工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000h

由上式计算得Car=17300N

表3-1-1各类机械预期工作时间Lh

表3-1-2精度系数fa

表3-1-3可靠性系数fk

表3-1-4负载性质系数fw

3.1.6精度的选择

滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。

一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度验算中确定。

选用滚珠丝杠的精度等级丝轴为1～3级（1级精度最高），考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴精度等级为3级

3.1.7选择滚珠丝杆型号

计算得出Ca=Car=17.3KN,

则Coa=（2~3）Fm=（34.6~51.9）KN

公称直径Ph=12mm

则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD4010—3。

公称直径d0=40mm丝杆外径d1=39.5mm钢球直径dw=7.144mm丝杆底径d2=34.3mm圈数=3圈Ca=30KNCoa=66.3KN刚度kc=973N/μm

3.2校核

滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。

承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。

3.2.1临界压缩负荷验证

丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。

临界压缩负荷按下列计算：

式中E------材料的弹性模量E钢=2.1X1011（N/m2）

LO-------最大受压长度（m）

K1-------安全系数，取K1=1.3

Fmax-------最大轴向工作负荷（N）

f1---