毕业设计（论文）PLC控制直列式加工自动线设计（含全套CAD图纸）.doc

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1、全套完整版CAD图纸，联系 153893706目 录目录 1摘要 4第一章：总体方案分析与制定 41.1准备工作阶段51.2 总体设计阶段61.3结构设计6第二章：上料输送槽设计 62.1上料槽的设计62.2上料缸的设计823上料活塞杆的设计 924汽缸耗气量的设计 10第三章：传输带设计1031带型号的选择1032初选设计参数1033带能力的计算1034带驱动力所需传动功率的计算 1135拉紧装置重锤质量的计算1636静载荷校核辊子计算1637运载计算17 第四章：步进电机的选用 1941选用电机型号1942验算矩频特性1943空载摩擦力矩2144加载摩擦力矩2145校核长速启动21第五章：

2、夹具的设计2251定位基准的选择2252切削力及夹紧力计算2253定位误差的分析24第六章：工业机械手 2461夹紧缸2662升降缸28第七章：气动系统设计2871耗气量的计算2872选择控制元件2973贮气罐2974选择气动辅件3075确定管径3076压力损失3177空气压力机的选择31鸣谢33附录一：参考资料34附录二：外文文献34附录三：外文文献翻译37 【摘要】可编程控制器（PLC）是一种广泛应用于各类自动化场合的微机控制器，熟练掌握和应用各类PLC是对本专业学生的较高要求，为了提高学生应用PLC解决实际问题的能力，本毕业设计以模拟生产实际的自动线为控制对象，设计出一条能满足PLC和单

3、片机控制多项教学实验要求，具有现场柔性组合功能的教学实验自动加工生产线，该自动线是一种将电子、计算机、机械、气动、检测等技术融合在一起的先进技术设备，以满足对学生的实践训练要求。【关键词】生产线设计、自动线设计、PLC控制、工业生产线。 【Abstract】The programmable controller(PLC) is a kind of computer controller applied to all kinds of automatic occasions extensively, acquire proficiency in and use all kinds of PLC

4、to be requiring higher to this professional student, for improve student use PLC ability to solve practical problem, this graduation project regards producing the real transfer machine in simulation as the target of controlling, design one can meet PLC and one-chip computer control multiple teaching

5、 experiment requests, teaching experiment of making the function up of on-the-spot flexibility processes the production line automatically, transfer machine this electron, computer, machinery, pneumatic one measuring, in order to meet practice in students train the request.【Key words】Production line

6、 design, transfer machine design, PLC control, industrial production line.第一章 总体方案分析准备工作阶段 1）调查研究工作(1)被加工工件的年产纲领，工件在自动线上所要完成的工艺内容。在自动线上的安装位置。使用条件及其它特殊要求。(2)零件的结构，形状尺寸。材料，技术条件以及在机器中所起的作用。该产品的发展前途，毛坯的种数和工件的加工余量。(3)被加工工件原来的工艺方法、加工质量、生产率等情况、国内外类似零件的有关技术资料。）确定是否适宜建造的自动生产线(1)分析零件；(2)分析毛坯情况是否适用自动生产线；由自动线的年

7、基本工时（小时年）一般规定按一班制工作时为小时年按两班帛工作时为小时年；自动线加工对象的年产纳领（件年）；生产节拍：由下列公式计算：=； N=自动线的生产节拍（分件）；自动化的负荷率一般为0.650.85复杂的自动线取较低值，简单的自动线取较高值；产品机器）的年产量（台年）；N每台产包含对象产品（零件）的数量（件台）；备品率；由自动生产线技术天津电仪职大编电子工业出版社出版一书查得。一般可取：；万；0.8。小时年即：（）（件年）分40000(1+8%+2%)=44000件年万台时：分件自动线工序节拍的平衡： ；每一个工序需要的工作循环时间（min）；基本工作时间（min）,包括切入及切出时间；

8、工作行程长度（min）;-分别为切入、及切出长度(min);-动力部件的进给量（mm/min）；与不重合的辅助时间(min),可取为（0.30.5）分，对主轴需要一位时可取为0.6分。取；（分/件）。分析产量纲领是否合乎建设生产线 由于年生产量大，每一工序所需工时少，有于现代化大生产中，效率所需要求高，劳动强度大，因此还是要用现代化的机加工比较好。因此由上述所设计的，用现代的机加工是合理的。(3)分析劳动条件 由以上计算得，每一个工序实际需要的工作循环时间分钟，时间短，劳动强度大，一般适用于机械手的大加工，所以本设计就采用机械手代劳人力作机加工，使生产效率大大的提高。1.2总体设计阶段内容：拟

9、定工艺方案，并绘制工序图及加工示意图拟定全线自动化方案确定自动生产线的总体布局，绘制自动线的总联系尺寸图绘制自动线周期表对没有充分把握的某些工序，选取工艺及结构，进行必要的试验工作。典型切削加工自动生产线 机床工作循环自动化 工件在机床上的装卸自动化 工件定位与夹紧的自动化 工件在工序间的输送自动化 排屑的自动化 自动线的上料与下料的自动化 自动线的链锁保护自动化 加工质量的自动检验及自动控制 刀具的自动调整及自动更换 结构设计主要进行工艺装备（机床、夹具、辅助工具、九具、量具）等工作。输送装备、液压、电气等条件的设计工作。第二章 上料输料槽设计.1上料槽的设计：输送槽侧壁与工作端面间隙d的计

10、算原理图（如图）;输料槽侧壁与工件端面间隙的计算如下：上图为求输料槽侧座壁与工件端面间隙d的计算图。工件在下滑过程中工件所受的按摩阻力的不一致性，导致工件偏转，当其偏转到两对角与输料槽侧壁接触时，就要在接触的角处产生一个反作用力，该力与力臂a构成一个力矩，使工件有绕点转动的趋势。由图可知，间隙d大小影响了力矩的大小，d越大转动矩越大，当d大到一定程度时，可能产生卡住或完全偏转而失去定向，所以要克服上述现象，应使工件对角线与水平面夹角大于摩擦角r即：(摩擦系数)。由上图可知B=L+d式中为滑道宽度。由：因为：由三角函数关系有：当考虑在极限位置时，这样间隙的最大值为：=另外由于工件长度存在公差，输

11、送槽宽度存在制造公差，所以实际上常用下式确定最大宽度： 保证工件在槽中滚动传送所需要的最小间隙 由5mmmm,所以适合使用要求。 上料缸设计上料缸所需的上料力可由下分式算得； k-工作安全系数;a-上料器上的工件个数;-磨擦系数；取 m-子一个工件的质量；g-重力加速度； （牛）由机械设计手册第二版第五卷机械工业出版一书查得；当活塞杆推力工作时气缸的直径F-活塞杆的推力；p-气缸工作压力；pa;-载荷率，可由工作频率定，一般取=0.20.5,现取=0.5.则：由机械设计手册第二怎么每五卷，机械工业出版社出版，表：42.2-4缸筒内径系列查得：D=40mm; d/D=0.25;则：d=10mm

12、由表42.2-5得：活塞杆行径系列取：d=10mm,，当取D=50mm; d=14mm时， ； 活塞杆的推力（N）；活塞杆的拉力（N）；D活塞直径(m);d气缸工作压力(pa); 载荷率取：则： 333.73N，适合工作要求.选用QGCX系列气缸，气缸内径，压力表为0.6mpa时，气缸推力= 353.25333.73N由表：420.2-50QGCX系列的外形尺寸。23活塞杆的计算：当活塞杆的L较小时，时，只按强度条件计算，活塞杆直径d:；其中：气缸的推力；活塞杆材料的许用应力（Pa）,材料的抗拉强度，（pa）;s-安全系数,s1.4; d为活塞直径. 活塞杆用钢，取s=10，则：所以强度条件满

13、足要求2. 4耗气量的计算：气缸单位时间压缩空气消耗量： （缸前进时（杆伸出时）杆腔包括杆室缸）压缩空气消耗量;D气缸内径m；S缸的行程m气缸前进（杆伸出）时完成全行程所需时间。以上设计由自动生产线技术电子工业出版社电仪职大编一本为设计参考。第三章 传输带设计 1带型的选择：根据工件状况选择：胶帆布平带（由数层挂脑帆布粘合而成，有开边式和包边式）特点：抗拉强度大，耐湿性好、价廉，耐热，耐油性能差，开边式较柔软，m/s p500kw,I=92.71+0.02X15X9.81(4.78+8.805) =92.71+39.98=132.69(N)150300.带速m./s; =1.20;工况系数见表

14、：2-38正常工作和维护条件=1；昀能满足要求。（） 托辊设计由新型带式输送机设计手册张金成主编，治金工业出版社1)平行类，平等上托辊尺寸如下：单位:mm带宽DL轴承AEH1PQD质量500mm89mm600mm4G204740800175.5170160M1211.6 2)平行下托辊组:带宽DL轴承zAH1PQD质量500mm89mm600mm4G20479274010014590M1210.43)滚筒的设计: 初选:DT-型.D=200的滚轮传动滚筒平均表面压强,传动滚筒平均表面压强不得超过图,其最大的允许值,滚筒直径的计算公式为:D=为滚筒表面压强mpa;B带宽mm;为圆包角。为圆周力；

15、所以初选适合。安装尺寸如下：DLh50020060011449514070100120M1233H1dbn-dy702016222-m8x1第四章 步进电动机的选用：4选电机型号步矩角：初选步进电机型号为相数为步矩角，电压为。相电流为，最大转矩为0.74，最高空载起动频率为HZ;转子转动惯量为：0.701X;外形尺寸：外径mm; 长度：70mm;轴径mm验算步矩角与脉冲当量的适合条件：； 2验算矩频特性：步进电机最大静转矩是指电机的电位转矩（静止状态），步进电机的名义起动转矩，其与最大静转矩的关系为由机械设计手册第二版，机械工业出版社出版，反应式步进电动机技术参数表：.7NM查机电综合设计指导

16、表得：.选电机型号时应满足步进电机所需起动力矩小于步进电机起动转矩即：；附加摩擦力矩。；为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效传动惯量（kgcm） 为电机最大角加速度（rad/）t运动部件从静止启动加速到最大快速速度所需的时间（s）为运动部件最大快进速度（mm/min）; 为脉冲当量（mm/脉冲）为选步进电机的步矩角（度/秒）；=0.534(Nm)43空载摩擦力矩 其中：G为运动部件的总重力（N）传动摩擦系数；I为传动比；传动系统总效率。一般取=0.70.85; =0.85 圆滚轮的圆周长（ cm） 4加摩擦力矩 为运动牵引力；预紧带轮传动效率，一般以0.9;从上式可看出：电机初选满足要求

17、。4，5校核长速启动： 突变启动在电机中很多用到故不需校核；而升速启动，是步进电机静止状态开始升速在零时刻，启动频率为零，在一段时间内，按一定的升速规律升速，启动结束时，步进电机达到了最高运行速度。 查看所选电机55BF009曲线图，已知空载启动动力矩为：60.512()查得：允许启动的频率为600HZ，所以启动频率应小于允许启动频率600HZ，才能保证不会发生丢步。第五章 夹具设计51 定位基准的选择：由零件可知：连杆大端加工的尺寸有两端面距离，表面粗糙度为6.3和羰面到小头端的中心距离为：，为了使定位误差为零，应该选用以大孔和连杆表面加工大头孔的剥边销一起定位，为了提高加工效率，现用把羰面

18、铣刀对三个面同时进行加工。同时，为了缩短辅助时间，准备采用气动夹紧。5.2切削力及夹紧力计算： 由实用加工工艺手册机械工业出版社出版； 九具：选用圆柱端面铣刀 刀片材料：高速钢 刀杆尺寸：50X50 GB1115-85 细齿：，刀具内径孔22mm；夹紧力：由简明铣工手册贾风桐主编。机械工业出版社出版。表：3-13查得： 其中：-为系数； -为背吃刀量；-为每齿进给量;a- 为侧吃刀量；z-为铣刀齿数；-为铣刀直径；n-为铣刀转数。：3-14所以：=774（N）当三把刀铣削时：水平分力：垂直分力：在计算切削力时，须把安全系数考虑在内，安全系数其中：为基本安全系数，取：1.5 为加工性质系数，取：

19、1.1; 为刀具钝化系数，取：1.1 为断续切削系数，取1.1则：选用气缸斜楔夹紧机构，楔角a=,其结构形式选区用型，则扩力比i=3.42，则为克服水平切削力，实际夹紧力应为：故： ，其中为夹具定痊面及夹紧面上的表面摩擦系数当推力 作功时：=112.53m 由机械设计手册第二版第五卷，机械工业贬出版，表：42.2-4缸筒内径系列查得：D=125mm.由得d=31.25.由表42.1-5活塞杆直径系列查得砸碎2mm。选用气缸D=125mm，当压缩空气单位压力p=0.5Mpa时，气缸推力为3900W，由已知斜楔机构的拉力比I=3.42,故用气缸产生的实际夹紧力为：3900X3.42=13338(W

20、)，此时，气应大于所需的10198.92的夹紧力，故夹具可安全工作。5.3定位误差分析 由平面图所示在零件的图样中，零件设有平等度或垂直度等的定位误差，所以按标注一般的定位误差分析研究，夹具能满足使用要求的。第六章 工业机械手6夹紧缸1）夹紧力的计算 其中：为摩擦系数，G为零件重量。则：,其中：I为安全系数，取I=2;则： 2）缸径计算当拉力做功时： 其中：D活塞直径；p气缸工作压力；p=0.6;-载荷率由于工作频率高，一般取：；d活塞杆直径一般取：d/D=0.20.3；取d/D=0.25(m)则：=38.88mm由机械设计手册第二怎么每五卷，机械工业出版社出版，表：42.2-4缸筒内径系列查

21、得：D=40mm; d/D=0.25;则：d=10mm 由表42.2-5得：活塞杆行径系列取：d=10mm,，当取D=50mm; d=14mm时，； 活塞杆的推力（N）； 活塞杆的拉力（N）；D活塞直径(m);d气缸工作压力(pa); 载荷率取：则： 333.73W，适合工作要求.选用QGCX系列气缸，气缸内径，压力表为0.6mpa时，气缸推力= 353.25333.73w由表：42.22-50QGCX系列的外形尺寸。3)活塞杆的计算：当活塞杆的L较小时，时，只按强度条件计算，活塞杆直径d:；其中：气缸的推力；活塞杆材料的许用应力（Pa）,材料的抗拉强度，（pa）;s-安全系数,s1.4; d

22、为活塞直径. 活塞杆用钢，取s=10，则：所以强度条件满足要求。 4) 筒壁厚的计算按薄壁筒公式计算：J气缸筒的壁厚mm； D气缸筒子内径mm；扣帽子缸筒试验压力，一般取=1.59P气缸筒压力（Pa）缸筒材料许用应力（Pa）=； 材料抗拉强度s安全系数，一般取：s=68,取s=8则：由表42.2-9气缸壁厚查得：Q235有D=,5mm3mm所以适合使用要求。6升降缸1）由国家ISO标准查得系列的重量为1.57kg.则：重力为1.57X9.8=15.39(N)由于作用在第二个升降缸活塞杆上的压力除了第一个夹紧缸外还有以工业机器手相连接横梁，所以考虑到其它有重力，所在作用在第二个升降缸工的压力为：

23、-是安全系数，取：30由于升降机是推力做功：即：，为气缸直径(mm);为气缸推力，（）。载荷率，则：由机械设计手册第二版第五卷，工业出版社出版，表42.2-4缸筒内径系列查得D=50mm; 活塞杆的直径：由经验得：d/D=0.25则：d=50X0.25=12.5mm。由表42.2-5活塞杆直径查得，取：d=14mm验算：当D=50mm, d=14mm时， 其中： F活塞杆的推力（N）；D活塞杆的直径（mm）P气缸工作压力（pa）=0.6;为载荷率，则：461.7（N）适合工作要求。由表42。2-21 QGA系列后法兰式气缸外形及安装尺寸： 2） 活塞杆的验算： 由于气缸行程大，所按纵向弯曲限力

24、验算： 气缸受轴向压力以后会产生轴向弯曲，当纵向力达到极限力以后活塞杆会产生永久性弯曲变形，出现不稳定现象。 由：长细比：r/R=85时：L-活塞杆计算长度mm H 活塞杆菌横载面积； R活塞杆横载面回转半径。实心杆R=d/4;n系数，取n=1；f材料强度实验值，取f=49XPaa系数对钢取：1/5000；则：=30522。834（N）461.7N适合使用要求。） 筒壁厚的计算按薄壁筒公式计算：J气缸筒的壁厚mm； D气缸筒子内径mm；扣帽子缸筒试验压力，一般取=1.59P气缸筒压力（Pa）缸筒材料许用应力（Pa）=； 材料抗拉强度s安全系数，一般取：s=68,取s=8则：由表42.2-9气缸

25、壁厚查得：Q235有选用QGA11系列后法兰式气缸：行程：s=03000取s=300mm;气缸前进时完全行程的时间=3s;查ISO900国家标准GQA1140气缸重量m=3.52kg;由于第三个气缸是转缸作旋转用，选用D=63mm,d=16mm,推力为1700N适用于推拉旋转。S=50mm,=2s 第七章 气动系统设计71耗气量的计算：气缸单位时间压缩空气消耗量： -（缸前进时（杆伸出时）杆腔包括杆室缸）压缩空气消耗量;D气缸内径mm；S缸的行程mm气缸前进（杆伸出）时完成全行程所需时间。夹紧缸：升降缸：旋转缸：72选择控制元件 ） 选择各型号阀； 根据系统对控制元件工作压力及流量的要求，按照

26、气动回路原理初选各控制阀如下：主控制换向阀：由于名气缸要求的工作压力P=0 .6Mpa，流量为最大的一个为Q=查机械设计手册第二版第五卷表42.6-14初选YVZ的通径为15mm，其额定流量为Q=。故初选其型号为YVZ5320。节流阀：因为各气缸气流量有所不同，在压力一定的条件下，需要通过节流进行压力控制，由其流量和工作压力，可选用QLAL6节流阀。73贮气罐贮存压缩空气，调节系统设备用气量与空压机流量之间的平衡为目的，则有：贮存气罐容积（）;空压机供气量。/st气动系统中设备装置消耗的自由空气流量/s大气压力；贮存罐中气体能够上升达到的最高压力mpa为贮气罐中气体允许下降到的最低压力mpa

27、代入数值得；0.5652取D=30mm,贮气罐的高度为其内径的23倍。得；h=80mm.74选择气动辅件辅件的选择与控制元件相适应，选择气动三元件，型号为：398.213G1/875确定管径： 1) 按各管径与气动元件通径相一臻的原则，初定各段管径。同时考虑各缸不同的工作的特点，按其中用气量最大的缸主控阀的通径初步确定oe段的管径也是25mm .而总气源管yo段的管径，考虑为同时供气、由流量为供给各缸流量之和的关系：可导出：d=取标准管径为：mm.2)验算压力损失供气管y处到缸进气口处的损失（因缸的管路较细，损失要比缸管路的大）是否允许范围内。沿程压力损失由式：式中沿程压力损失；d管内径，d0

28、.04m；l管长，l=0.6m;v管中流速，.8m/s;沿程阻力系数，由雷诺数和管壁相对粗糙度确定。根据温度，由表.查得运动粘度v=，根据、查得有关手册得：，温度，压力.4Mpa时值可由式（42.1-2、41.6-4算出：o-e段的沿程压力损失：由式：可查得：e-x段沿程压力损失：由y-x的所有沿程压力损失：7.6压力损失：1) 局部压力损失(1)流经管路中的局部压力损失：部阻力系数：(2)流经元、辅件的压力损失，流经减压阀的压力损失较小可忽略不计，其余：查表得42.6-15得：(3)总局部压力损失：2)总压力损失：考虑排气口消声器等末计入的压力损失：从：的计算可知，压力损失主要在气动元、辅件

29、上，所以在不要精确计算的场合，可不细算，只要在安全系数中取较大值就可以了。执行元件需工作压力p=0.4Mpa，压力损失说明供气压力满足了执行元件需要的工作压力，故以上选择的通径和管径是可以的。8）空气压力机的选择在选择空压机之前，必须算出自由空气量（一个标准大气压下的流量）气缸的用气量和下式计算：式中：一台用气设备上的气缸总用气量；n-用气设备台数，五台气缸同时动作。M一台设备上的用气执行元件个数，A一台设备中某一气缸在一个周期内的平均用气量。t某个气缸一个单行程的时间，某设备的一次工作循环时间。同时设备利用系数漏损系数；备用系数则：气缸的用气量：查手册选用型号为：0.1/7，排气量为：,排气

30、压力为：.6a。电机功率为：1.5kw. 鸣谢在这次毕业设计中，我有很多收获，首先把我几年来所学的知识做了一次系统的复习，更深一步了解了所学的知识，培养了我综合运用所学知识，独立分析问题和解决问题的能力，也使我学会怎样更好的利用图书馆，网络查找资料和运用资料，还使我学会如何与同学共同讨论问题。同时也遇到很多问题，如设计综合考虑不够周全。但这对我以后的工作有很大的帮助,今后我会在工作中不断的学习,努力的提高自己的水平。最后感谢学校、学院各位老师给我的教育和培养，特别感谢我的导师给我精心的指导。设计参考资料： 1、自动生产线技术 天津电仪职大编 电子工业出版；2、机械设计手册（15册） 机械设计手

31、册编写组 机械工业出版社，1998；3、运输机械设计选用手册 运输机械设计选用手册编辑委员会编 代学工业出版；4、新型带式输送机设计手册 张钓主编 冶金工业出版社；5、实用加工工艺手册 机械工业组编 机械工业出版社；6、机械零件手册周开勤. 北京：高等教育出版社，1994；7、简明机械零件设计手册.朱龙根.北京：机械工业出版社，1997；8、画法几何及机械制图 马晓湘 钟均祥 主编 华南理工大学出版社；9、机电一体化系统设计手册 杨黎明 主编 国防工业出版社；10、机械制图手册机械制图手册编写组 机械工业出版社，1998，12；11、液压传动与气压传动何存兴 华中科技大学出版社，2000；12、机械设计课程设计图册第三版，龚桂义 主编；哈尔滨工业大学；13、机械零件手册 周开勒 主编 高等教育出版社