柔性制造实验装置设计【电控制PLC】【三维SW】【全套CAD图纸+Word说明书】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 大学 毕业设计 (论文 ) 柔性制造实验装置设计【电控制 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he is of on to to to a is by to to to a (1) (2) of (3) (4) (5) of to (6) to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . . 录 . 绪论 . 1 性制造实验装置在我国的应用及发展趋势 . 1 课题研究的内容及方法 . 1 主要的研究内容 . 1 设计要求 . 2 2 总体方案机构设计 . 7 3 水平进给机构结构及传动设计 . 8 水平进给滚珠丝杆副的选择 . 9 导程确定 . 9 确定丝杆的等效转速 . 9 估计工作台质量及负重 . 9 确定丝杆 的等效负载 . 9 确定丝杆所受的最大动载荷 . 10 精度的选择 . 11 选择滚珠丝杆型号 . 11 校核 . 11 临界压缩负荷验证 . 12 临界转速验证 . 13 丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 13 电机的选择 . 14 电机轴的转动惯量 . 14 电机扭矩计算 . 15 4 回转机构及主轴设计计算 . 17 电机的选择 . 17 同步带传动计算 . 17 同步带计算选型 . 17 同步带的主要参数（结构部分） . 20 同步带的设计 . 22 同步带轮的设计 . 23 主轴组件设计计算 . 24 主轴的材料与热处理 . 24 主轴直径的选择 . 25 主轴前后轴承的选择 . 26 轴承的选型及校核 . 27 主轴前端悬伸量 . 28 主轴支承跨距 . 29 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 主轴结 构图 . 30 主轴的校核 . 30 轴承寿命校核 . 33 主轴组件中相关部件 . 33 5 制部分设计 . 36 编程序控制器的选择及工作过程 . 36 编程序控制器的选择 . 36 编程序控制器的工作过程 . 36 编程序控制器的使用步骤 . 37 编程序控制器控制方案 . 38 制系统的工作原理及控制要求 . 38 . 38 制原理图设计 . 38 结论 . 40 致 谢 . 41 参考文献 . 43 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 性制造实验装置 在我国的应用及 发展趋势 中国在上世纪 80 年代开始研究大型机床等机械产品结构，超过 20 年取得了长足的进步。结构用在现代数控机床等主机床的快速发展焊接生产一代锻焊铁结构设计和制造技术。 在汽车制造行业，在上世纪 90 年代增加了汽车生产在中国开始从国外引进先进设备陆续出台。并且在汽车旋转轴线，所述制动蹄，车轮与制造过程的其它部分中常用的各种先进技术，以提高了产品的效率和质量。在造船，汽车，锅炉和压力容器制造行业也成为生产技术的重要手段。目前，有多种获得认可船级社国家技术在生产中已被使用。由于十一五期间开始探索有效的技术，因为，取 得了可喜的成绩。 目前，数控柔性制造的设计机构或根据具体情况来设计特殊的设备柔性化的数控实验生产实验装置的绝大多数，所谓传统的数控实验生产固定矫治器的柔性结构，具体数字体验柔性制造系统的运动特性只能容纳一定范围内，它的成本越多，不利于柔性制造数控实验开发。 未来趋势可分为以下三个方面： 2 选择一个视觉传感器，用于检测磁迹：因为涉及到开发的图像处理的技术 ; 信息融合技术 2 多传感器要面对更复杂的任务 ; 3 常规的控制技术来控制智能控制技术：这也将是一个移动装置中使用柔性数控实验生产控制。 课题研究的 内容及方法 主要的研究内容 在获得了丰富的数控柔性制造基地的实验设计的理论资料和文档以及相关的知识和国外，考虑到生产测试设备的结构特点灵活的 用任务的具体特点和数控柔性制造实验，分析，使用三个自由度联合设备数控柔性制造测试目的与生产流程的自动化来确定。 为了实现这些目标，研究文章要进行如下： 1，根据现场的操作和数控柔性制造实验设备自身的环境要求的结构特点，以确定数控买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 柔性制造测试设备的整体设计。 2 确定数控柔性制造实验装置的性能参数，初始静态分析模型中，选择根据实际情况的电机。 3 是功 能为一个完整的结构设计的数控柔性制造开始的实验装置的各个组成部分 ; 4 填充的主要阻力成分和硬度检查 。 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 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 2 总体方案机构设计 数控 柔性制造实验装置 的设计 应满足几个条件中的第一个是，必须确保在工件 和可靠的定位的可靠性，以保持片的精确度和该点的相对位置，该点必须符合用于选择合适的定位机构的要求。也具有足够的强度和刚度，除了工件，工具的重量，而且也通过其自身的重量也受枪驱动惯性期间发生和振动，没有足够的强度和刚度可以发生断裂或弯曲，为更大的力量，强度，刚度计算是必需的。最后，尽可能具有一定的通用性，如果可以的话，你应该考虑的问题，组件转化产物。以适应不同的形状和双方的大小，在为了满足这些要求，可制成的模块化结构，快速更换各种零件和配件的延长使用的机构。 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 3 水平进给机构 结构及传动设计 表 珠丝杆副支承 支承方式 简图 特点 一端固定一端自由 简单的结构，尽可能通过拉伸和稳定性相对于临界速度是较低的支柱设计。这种植物的负载容量小，端部的轴向刚度，仅适用于短螺钉。 一端固定一端游动 以固定螺母，并在同轴电缆的两端支承，有必要以使结构更复杂，更困难的，并且所述螺钉杆的轴向刚性的在上部临界速度和稳定性的两端螺杆的长度，存在的扩展空间，此安装方法一般用在一个较长的螺钉，的场合的速度，该力将不得不增加的大球轴承的数量角接触，利用高速的不是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， 轴向刚度螺旋一端固定四倍。在一般情况下，压缩螺旋不是，没有条的稳定性，固有频率是比固定端更高。可以预拉伸可以通过预拉伸和热膨胀的问题，结构和程序后松动螺钉减轻重量都比较困难，这样的设备适合于刚性和换档精度的情况。 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 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 200两侧各留 10安全距离 丝杠等组件 大概质量为 50作台大概质量为 80动部件大概质量为30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g i n ,/1 5 0 0 m a xm a x 最大转矩，则丝杠的导程为 121 5 0 0/1 8 0 0 0/ m a xm a x 取 2 确定丝 杆的等效转速 基本公式 (/ h 最大进给速度是丝杆的转速 m (1 5 0 012/1 8 0 0 0/m a xm a x h 最小进给速度是丝杆的转速 m (0 8 丝杆的等效转速 m )(/()( 212m i a x m 式中取 21 2 故 m i n )/( 0 0)/()( 212m i a x m 估计工作台质量及负重 丝杠等组件 重量 9 6 011 工作台重量 移动部件重量 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 K 为颠覆力矩影响系数，一般取 课题中取 丝杆所受的力为 x 2 1 5 52 2-)2 2(-)2 2( 3a x ）（）（）（0F 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 其等效载荷按下式计算（式中取 21 ， 12 2n n ） m 1494)( 312211223m i a x 确定丝杆所受的最大动载荷 316 060 )nT(查表：取 表：取 ） 表：取 1） 表：取 1） 查表：取 1） 丝杆的工作寿命为 15000h 由上式计算得 7300N 表 3类机械预期工作时间 3度系数 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 表 3靠性系数 3载性质系数 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程变动量 300V 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 选择滚珠丝杆型号 计算得出 则 23) 称直径 2选择 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3。 公称直径 0杆外径 钢球直径 丝杆底径圈数 =3 圈 0 刚度 73N/ m 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 丝杆本身的拉压刚度 杆副内滚道的接触刚度 承的接触刚度 母座的刚度 不同支撑组合方式计算而定。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 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： cr m a 式中 钢 =N/ m） N） =丝杆最小截面惯性距（ 442 )464 wo 式中 丝杆螺纹不封闭长度 作台最大行程 +螺母长度 +两端余量 00+148+2088撑距离 该大于丝杆螺纹部分长度 取 20入上式计算得出 见 临界压缩负荷满足要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 临界转速验证 滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速求丝杠的最高转速： 22230 式中： A= 24 . 210*d2d 位 p=03(Kg/m) 界 转 速 计 算 长 度 ， 单 位 为 本 设 计 中 该 值 为48/2+300+(6202=440K 取 2K =0.8 推 过计算，得出 04 r ，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。 丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 丝杠系统的轴向拉压系统刚度 计算公式 式中 A 丝杠最小横截面， 222 ()4A d m m； 螺母座刚度 000N/ m。 当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中， L 植分别为 750100 经计算得： m k 式中 滚珠丝杠副的拉压系统刚度 (N/ m)； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 螺母座的刚度 (N/ m)； 000 N/ m 丝杠副内滚道的接触刚度 (N/ m)； 丝杠本身 的拉压刚度 (N/ m)； 轴承的接触刚度 (N/ m)。 经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于 1500r/满足要求。 电机的选择 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、 负载转矩和工作环境等因素。 电机轴的转动惯量 a、回转运动件的转动惯量 328 上式中： d 直径 ,丝杆外径 d= 长度 =1m P 钢的密度 =7800 2kg/m 经计算得 b、 水平进给 直线运动件向丝杆折算的惯量 22 上式中： M 质量 水平进给 直线运动件 M=160文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 P 丝杆螺距（ m） P=计算得 2 c、联轴器的转动惯量 查表得 20004.0 因此 28- 0 0 2 8 k 0 电机扭矩计算 a、折算至电机轴上的最大加速力矩 m 上式中： 500m a x J=m2 加速时间 系统增量，取 15 计算得 算至电机轴上的摩擦力矩 20f 上式中： 导轨摩擦力， f，而 f=摩擦系数为 2N P 丝杆螺距（ m） P= 传动效率， = 传动比， I=1 经计算得 算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 1( 2000 上式中 滚珠丝杆预加载荷 1500N 0 滚珠丝杆未预紧时的传动效率为 计 算的 M 则快速空载启动时所需的最大扭矩 f a x 根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为 额定转矩为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 4 回转 机构及 主轴设计计算 电机 的选择 查 速电机的规格表，选用如下减速电机。 表 用的电机的详细参数 电机额定功率 Pm/出转速 r/输出扭矩 m 减速机 速比 i 输出轴许用径向载荷 使用系数 速机 型号 电机 型号 重量/6 47 870 4 此型号的电机在一定程度上保证了驱动功率有一定的盈余，因数在电机起动时，若机床上有工件，则此时的起动功率会比平时工作时的功率要大，且减速电机本身还有一定的使用系数。 同步带传动计算 同步带计算选 型 设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下： d A P式中 需要传递的名义功率 工作情况系数，按 表 作情 况系数 表 作情况系数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 d 1） 确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率 小带轮转速 同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。 其中 6表 步带选型 表 选同步带的型号为 H：，节距为： ） 选择小带轮齿数 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表 3。 查得小带轮最小齿数 14。 实际齿数应该大于这个数据 初步取值 4 故大带轮齿数为： z2=i 4。 故 4， 4。 确定带轮的节圆直径 带轮节圆直径 =34/带轮节圆直径 =34/ 验证带速 v 由公式 v= 0000 计算得， s 0m/s,其中 0m/s 由表 3得。 a) 确定带长和中心矩 根据机械设计基础得 )(2)(所以有： 现在选取轴间间距为取 00、同步带带长及其齿数确定 0L=22 0 a( 21 ) = 2/) =1、带轮啮合齿数计算 有在本次设计中传动比为 1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即7。 12、基本额定功率01000 )(20a 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的 质量表 4以知道m=m。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 所以同步带的基准额定功率为 0P=1 0 0 0 0 0(2 = 准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量 13、计算作用在轴上力 = 同步带的主要参数（结构部分） 1、同步 带的节线长度 同步带工作时，其承载绳中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个重要 参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表 表 节线长度表 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 2、带的节距 图 4示，同步带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带 节距大小决定着同步带和带轮齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表 3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以 s 表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。 图 的标准尺寸 表 形齿标准同步带的齿形尺寸 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 4、带的齿根 圆角 带齿齿根回角半径 减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带 齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。 5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时， 带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺 利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角 梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。 同步带的设计 在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表 的图形如图 表 步带尺寸 型号 节距 齿形角 齿根厚 齿高 齿根圆角半径 齿顶圆半径 H 8 40。 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 图 步带 同步带轮的设计 同步带轮的设计的基本要求 1、保证带齿能顺利地啮入与啮出 由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。 2、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小， 磨擦损耗小，并保证与带齿均匀接触，有较大的接触面积，使带齿能承受更大的载荷。 3、有良好的加了工艺性 加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。 4、具有合理的齿形角 齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。 同步带轮的设计结果 同步带轮用梯形齿，其图形如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 图 步带轮 主轴组件设计计算 主轴的材料与热处理 主轴材料主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素选择。 主轴的刚度与材料的弹性模量 E 值有关