鋅錠碼垛機(jī)工作原理及機(jī)械手的設(shè)計說明書

1、 目錄第一章 緒論11.1本次設(shè)計對此機(jī)器的要求11.2課題設(shè)計背景與目的4第二章 鋅錠碼垛機(jī)工作原理總體設(shè)計52.1 碼垛機(jī)工作示意圖52.2 自動化生產(chǎn)線主要技術(shù)參數(shù)62.3 鋅錠自動化碼垛生產(chǎn)線的組成及工作原理6第三章 接錠裝置設(shè)計93.1接錠裝置工作原理93.2接錠裝置機(jī)構(gòu)選擇93.3接錠驅(qū)動氣缸選擇9第四章 載錠裝置設(shè)計114.1傳送帶的選擇114.2傳送機(jī)構(gòu)選擇124.3減速機(jī)的選擇13第五章 翻錠裝置設(shè)計145.1翻錠裝置工作原理145.2翻錠裝置機(jī)構(gòu)選擇155.3翻錠驅(qū)動氣缸選擇15第六章 運(yùn)錠裝置設(shè)計166.1傳送帶的選擇166.2傳送機(jī)構(gòu)選擇166.3減速機(jī)的選擇17第七章

2、 機(jī)械手設(shè)計187.1總體設(shè)計187.2部件設(shè)計187.3機(jī)械手部件的選取19第八章 攏錠裝置設(shè)計218.1碼垛形式與推錠順序218.2推板設(shè)計228.3攏錠氣缸的選擇23第九章 升降平臺及輸出小車設(shè)計24第十章 碼跺機(jī)總裝配圖說明25第十一章 PLC編程2511.1可編程序控制器（programmable logical controller）2511.2 OMRON C200H 可編程序控制器2611.3 PLC控制過程26總結(jié)47致 謝48參考文獻(xiàn)49第一章 緒論1.1本次設(shè)計對此機(jī)器的要求設(shè)計的機(jī)器首先要能勝任對它提出的全部功能要求，即在預(yù)定的使用期間，機(jī)器能可靠的完成它的使命，此外，

3、還要求成本低，重量和尺寸小，效率高，制造容易，操作靈活方便，安全可靠，便于維護(hù)維修，造型美觀，不污染環(huán)境等。（1）實現(xiàn)機(jī)器的工藝動作要求根據(jù)機(jī)器的功能要求和使用條件，從運(yùn)動上確定工作原理，選擇機(jī)構(gòu)類型及傳動方式，以合理的機(jī)構(gòu)組合來協(xié)調(diào)運(yùn)動，實現(xiàn)機(jī)器的工藝動作要求。碼垛機(jī)的功能要求：把從連鑄機(jī)取下的熱鋅錠平穩(wěn)的放到錠塊傳送帶上，通過傳送帶錠塊被傳送到翻錠機(jī)構(gòu)上，依靠兩個氣缸行程和位置的不同來控制鋅錠的翻轉(zhuǎn)，并觸動自動開關(guān)為下一步操作提供信號。運(yùn)錠裝置再把錠塊運(yùn)到指定位置上，觸碰行程開關(guān)，使機(jī)械手運(yùn)動到指定位置上，然后機(jī)械手將錠塊抓走，并把錠塊運(yùn)到碼垛升降臺上進(jìn)行碼垛，再通過小車把碼好的鋅垛運(yùn)走，

4、并且另一個升降臺移動到指定位置上準(zhǔn)備碼下一垛。以上是基本的功能要求。使用條件：機(jī)械運(yùn)行在溫度高，濕度大等條件下，零件要求高耐腐蝕性，要求零部件能適應(yīng)這種要求，需要合理選用材料。（2）零件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度零件強(qiáng)度要求在預(yù)定壽命期間內(nèi)，不至反復(fù)工作而疲勞破壞，不至因突然過載而斷裂，也不會因受載荷以致產(chǎn)生過量的彈性變形，還有鋅錠剛鑄好，錠塊很熱，所以部分零件還得有很好的耐熱性。零件設(shè)計要嚴(yán)格，理論公式推導(dǎo)，類比方法設(shè)計出個零部件的尺寸來。（3）摩擦，磨損及潤滑許多機(jī)械零件在工作是相互接觸的表面因具有相對運(yùn)動而產(chǎn)生的摩擦。摩擦一方面消耗能量，降低機(jī)械效率，一方面使零件表面產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致機(jī)器工作能

5、力下降。為此應(yīng)對相互摩擦的零件選用適當(dāng)?shù)呐浜喜牧稀櫥瑒┖蜐櫥b置，以降低磨損及減少能耗。在這次設(shè)計中，采用了合理的措施和機(jī)構(gòu)來減少摩擦，提高機(jī)械效率。（4）振動由振動而產(chǎn)生的附加應(yīng)力可能使零件提前失效，振動會使機(jī)器不能正常工作或影響工作位置而達(dá)不到工作要求，使機(jī)器效率降低，性能不穩(wěn)定。所以本次設(shè)計采用了相應(yīng)的措施防止機(jī)械及其零部件因振動而失效。（5）生產(chǎn)能力要求設(shè)計的機(jī)械產(chǎn)品，應(yīng)滿足單位時間內(nèi)完成工作量的要求，應(yīng)有一定的可變性，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求，理論上碼垛機(jī)的效率應(yīng)大于或等于連鑄機(jī)的效率。連鑄機(jī)的效率為6.5噸/小時，設(shè)計的碼垛機(jī)的工作效率為6.5噸/小時。1.2課題設(shè)計背景與目的 鋅錠

6、出廠要經(jīng)過碼垛，稱重，捆扎，包裝等工序。近年來，對鋅錠的包裝要求越來越高，特別是堆垛、碼垛、捆扎的質(zhì)量直接影響到鋅垛的保管和運(yùn)輸。碼垛不齊，捆扎不牢，會在運(yùn)輸中出現(xiàn)散包的現(xiàn)象，造成經(jīng)濟(jì)損失。目前，鋅錠碼垛工序主要是人工完成。由于錠塊質(zhì)量不輕（12.5公斤/塊），工作現(xiàn)場鋅塊表面溫度也很高，工人勞動強(qiáng)度極大，且人工碼垛不齊，穩(wěn)定性差，質(zhì)量低，直接影響捆扎質(zhì)量以及后面的運(yùn)輸?shù)裙ぷ?。?0年代起，國內(nèi)不少廠家都曾經(jīng)試圖實現(xiàn)鋅錠碼垛過程的自動化，但都由于鋅錠碼垛形式的復(fù)雜，工作的繁瑣，電器自動化控制系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)能力差和控制不方便等原因，均未能很好的解決這個問題，到目前為止，國內(nèi)不少廠礦企業(yè)還用人工碼垛

7、。筆者在總結(jié)以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計研制了鋅錠自動碼垛生產(chǎn)線。大大的提高了生產(chǎn)效率和碼垛質(zhì)量和鋅垛穩(wěn)定性。第二章 鋅錠碼垛機(jī)工作原理總體設(shè)計2.1 碼垛機(jī)工作示意圖圖21 碼垛機(jī)總裝配簡圖主要組成： 1.載錠裝置 2.移動氣缸 3.升降氣缸 4.機(jī)械手 5.Y方向攏錠氣缸 6.X方向攏錠氣缸 7.升降平臺 8.升降油缸 9.搬運(yùn)氣缸 10.輸出小車 11.運(yùn)錠裝置 12.翻錠氣缸-1 13.翻錠氣缸-2 14.接錠裝置示意圖如上圖2.2 自動化生產(chǎn)線主要技術(shù)參數(shù)生產(chǎn)能力：6.5噸/小時塊節(jié)拍即連鑄機(jī)的生產(chǎn)率為：7秒/塊， 5分鐘/垛。鋅錠質(zhì)量：12.5公斤/塊鋅垛質(zhì)量：500公斤/垛 生產(chǎn)線工作

8、時間：24小時2.3 鋅錠自動化碼垛生產(chǎn)線的組成及工作原理結(jié)構(gòu)組成：1）鋅錠輸入系統(tǒng)：把從連鑄機(jī)取下的熱鋅錠平穩(wěn)的放到錠塊傳送帶上，通過傳送帶錠塊被傳送到翻錠機(jī)構(gòu)上，依靠兩個氣缸行程和位置的不同來控制鋅錠的翻轉(zhuǎn)，并觸動自動開關(guān)為下一步操作提供信號。運(yùn)錠裝置再把錠塊運(yùn)到指定位置上。2）鋅錠碼垛系統(tǒng)：鋅錠觸碰行程開關(guān)，使機(jī)械手運(yùn)動到指定位置上，然后機(jī)械手將錠塊抓走，通過具體的碼垛方式對機(jī)械手進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并把錠塊運(yùn)到碼垛升降臺上進(jìn)行碼垛，通過X、Y方向的攏錠裝置進(jìn)行攏錠，每垛為10層，共40塊鋅錠。3）鋅錠輸出裝置：采用兩個升降臺交替工作，這樣可以節(jié)省時間，提高效率，便于控制。通過小車把碼好的鋅垛運(yùn)走，

9、并且另一個升降臺移動到指定位置上準(zhǔn)備碼下一垛。4）氣壓和液壓系統(tǒng)：接錠驅(qū)動氣缸1個、翻錠驅(qū)動氣缸2個、機(jī)械手升降氣缸1個、機(jī)械手臂閉合氣缸1個、械手旋轉(zhuǎn)氣缸1個、機(jī)械手移動氣缸1個、攏錠氣缸2個、升降臺升降油缸4個、升降臺小車移動氣缸1個。5）PLC控制系統(tǒng)：此碼垛機(jī)選用OMRON的C200H可編程控制器，本次設(shè)計有輸入點12個，16個輸出點，更適合本次設(shè)計任務(wù)。工作原理：整條自動碼垛生產(chǎn)線如工作示意圖所示。鋅錠經(jīng)連鑄機(jī)澆注成形后，又經(jīng)過接錠裝置放到傳送帶上，傳送帶靠電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)直聯(lián)到行星擺線減速機(jī)上，減速后使轉(zhuǎn)數(shù)適合錠的輸出頻率。運(yùn)到翻錠裝置上，通過翻錠裝置的兩個氣缸控制來實現(xiàn)鋅錠的翻轉(zhuǎn)。

10、鋅錠落到運(yùn)錠裝置上，再通過傳送帶的運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，觸碰行程開關(guān)，控制機(jī)械手移動到鋅錠的位置上，機(jī)械手爪張開，既有使錠對中、攏錠的作用還有提錠的作用。然后通過機(jī)械手平移、旋轉(zhuǎn)、放錠動作后，把錠放到升降平臺上，在升降平臺上，通過X、Y兩個方向的攏錠氣缸把鋅錠推到預(yù)設(shè)位置，升降臺由油缸來控制其的升降，每碼好一層，平臺就下降一定的距離，當(dāng)鋅垛碼好后，平臺降到指定位置，然后通過輸出小車把碼好的鋅垛運(yùn)到指定位置，進(jìn)行捆扎和打包，并在此時另一個升降平臺移動到前一個升降平臺位置上，接錠、碼錠，使生產(chǎn)連續(xù)不中斷。自動生產(chǎn)線的特點：圖22 碼垛方式碼垛方式由圖22（b）的碼垛方式改為圖22（a）的碼垛方式，原圖（

11、b）的碼垛方式在攏錠時易出現(xiàn)如圖22（c）的尖角對頂情況而頂死，造成碼垛機(jī)不能完成工作，此碼垛方式為了不必要的美觀和微小的鋅垛的穩(wěn)定性而大大增加了碼垛機(jī)的故障率，筆者通過計算判斷認(rèn)為最上層都翻錠沒有必要，故將其去掉，改為圖（a）的碼垛方式。而且筆者也到碼錠現(xiàn)場考察實際情況，通過各方面的衡量決定用此碼垛方式的。自動翻錠裝置圖23翻錠裝置由于采用圖22（a）的碼錠方式，故每垛僅需要一個鋅錠不翻錠，本裝置采用了圖23所示的翻錠裝置，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。當(dāng)鋅錠滑到翻板上時，翻板將其暫時卡住，然后根據(jù)塊數(shù)決定是否翻錠。如果不翻轉(zhuǎn)，下面的短行程的氣缸伸出，將其沿著前面的滑板靠重力滑下；如果需要翻轉(zhuǎn)，則上面

12、的長行程的氣缸伸出，將其翻轉(zhuǎn)過來，然后鋅錠落到前面的滑板上靠重力滑到下個裝置上。一個鋅錠過后，氣缸從伸出狀態(tài)馬上收回，來迎接下個鋅錠的到來，準(zhǔn)備伸出。C200H可編程控制器此碼垛機(jī)選用OMRON的C200H可編程控制器，本次設(shè)計有輸入點12個，16個輸出點，更適合本次設(shè)計任務(wù)。第三章 接錠裝置設(shè)計3.1接錠裝置工作原理 當(dāng)鋅錠從連鑄機(jī)上翻下來，鑄造槽磕錠將錠磕下，觸發(fā)接錠信號，控制氣缸將鋅錠平穩(wěn)的放到傳送帶1上，并保持一定時間，待鋅錠向前運(yùn)行一定距離后，氣缸復(fù)位，準(zhǔn)備下一次接錠。3.2接錠裝置機(jī)構(gòu)選擇采用氣缸推動拉桿接錠裝置，簡單的桿機(jī)構(gòu)裝置，前端有接錠槽，接錠槽之間距離要小于鋅錠的寬的尺寸，

13、并且大于下面的載錠裝置中輸送帶的帶寬。根據(jù)鋅錠的尺寸及落錠的高度，確定桿臂長1115，高40，寬11（單位：毫米）。3.3接錠驅(qū)動氣缸選擇鋅錠產(chǎn)生的力矩：M=F×L=m×g×L=12.5×9.8×1.115=136.6 N.M桿重產(chǎn)生的力矩：M=V××g×L =11×40×1.115×7.85×9.8×0.5575 =21 N.M總力矩M=157.6 N.M設(shè)計力臂長540mm，則氣缸的推力為291.8 N.普通氣缸輸出力的計算：氣缸輸出力F的公式：F=/4 

14、15;D²Ps式中F活塞桿伸出時的軸向推力（N）； D活塞直徑或氣缸內(nèi)徑（m）； Ps氣缸工作壓力（Pa）； 氣缸的負(fù)載率。通過對大量實驗數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)氣缸運(yùn)動的平均速度v與的關(guān)系極大。值大，v低；值小，v高。因此，值的大小可以根據(jù)系統(tǒng)對氣缸運(yùn)動的平均速度v的要求來選取。對于國內(nèi)大量使用的緩沖氣缸和無緩沖氣缸來說，推薦采用如下值： 1）當(dāng)系統(tǒng)對氣缸無速度要求時，值取0.80.9；2）當(dāng)氣缸速度在0.2m/s左右，值取0.6；3）當(dāng)氣缸速度在0.5m/s左右，值取0.4.根據(jù)鋅錠碼垛機(jī)接錠裝置的工作要求，若取=0.8，氣缸工作壓力Ps=0.5Mpa。則當(dāng)選擇氣缸內(nèi)徑為40mm，F(xiàn)=/

15、4 ×D²Ps =/4 ×0.04²×0.5×1000000×0.8503N推力最大可達(dá)503 N。根據(jù)上述氣缸推力，選QGB40×275MT4，強(qiáng)度和力都滿足設(shè)計要求。第四章 載錠裝置設(shè)計4.1傳送帶的選擇由于鋅錠從連鑄機(jī)脫落下來，溫度可能會稍高些，所以在這次設(shè)計中用耐熱傳送帶，耐熱傳送帶耐熱最高溫度能達(dá)到180度。鋅錠連鑄機(jī)從澆注鑄造，到鋅錠從錠模中脫落有10多米長，這距離足以讓鋅錠冷卻到100度以下，所以耐熱傳送帶強(qiáng)度和負(fù)載極限都符合要求。傳送帶的寬度要小于接錠槽之間的寬度，這樣才能使錠從接錠裝置下來平穩(wěn)，不

16、跑偏。帶式傳送機(jī)是在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運(yùn)機(jī)械，又稱連續(xù)輸送機(jī)。輸送機(jī)可進(jìn)行水平、傾斜和垂直輸送，也可組成空間輸送線路，輸送線路一般是固定的。輸送機(jī)輸送能力大，運(yùn)距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，所以應(yīng)用十分廣泛。 帶式輸送機(jī)（直線式）該輸送機(jī)用于物料的輸送。采用不銹鋼網(wǎng)帶作為載體，適用于各種食品行業(yè)的烘干、去濕、冷凍等、熱處理等；不銹鋼制成，具有耐高溫、便于清洗等特點；具體尺寸可以根據(jù)客戶要求定做。 帶式輸送機(jī)應(yīng)用行業(yè)：食品、冶金、電力、煤炭、化工、建材、碼頭、糧食等。 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)形式有： 水平直線輸送、提升爬坡輸送、轉(zhuǎn)彎輸送等多種形式，輸送帶上還可增設(shè)提升擋板、側(cè)

17、擋板等附件，能滿足各種工藝要求。 帶式輸送機(jī)輸送機(jī)材質(zhì)：有A3低碳鋼、201不銹鋼、304不銹鋼等。 帶式輸送機(jī)驅(qū)動方式有： 減速電機(jī)驅(qū)動。 帶式輸送機(jī)調(diào)速方式有： 變頻調(diào)速、無極變速。4.2傳送機(jī)構(gòu)選擇由于從接錠到翻錠距離很長，傳送帶上鋅錠很多，所以在有鋅錠在上面的地方，下面放小滾筒來支撐，滾筒的長度根據(jù)機(jī)架的寬度決定，滾筒間的間距盡量小一點，能夠保證傳送鋅錠的平穩(wěn)，不會造成錯位、跑偏等情況。跑偏原因及處理方法：傳送帶運(yùn)行時輸送帶跑偏是最常見的故障之一。跑偏的原因有多種，其主要原因是安裝精度低和日常的維護(hù)保養(yǎng)差。安裝過程中，頭尾滾筒、中間托輥之間盡量在同一中心線上，并且相互平行，以確保輸送帶

18、不偏或少偏。 另外，帶子接頭要正確，兩側(cè)周長應(yīng)相同。 在使用過程中，如果出現(xiàn)跑偏，則要作以下檢查以確定原因，進(jìn)行進(jìn)行調(diào)整。輸送帶跑偏時常檢查的部位和處理方法有： （1）檢查托輥橫向中心線與帶式輸送機(jī)縱向中心線的不重合度。如果不重合度值超過3mm，則應(yīng)利用托輥組兩側(cè)的長形安裝孔對其進(jìn)行調(diào)整。具體方法是輸送帶偏向哪一側(cè)，托輥組的哪一側(cè)向輸送帶前進(jìn)的方向前移，或另外一側(cè)后移。 （2）檢查頭、尾機(jī)架安裝軸承座的兩個平面的偏差值。若兩平面的偏差大于1mm，則應(yīng)對兩平面調(diào)整在同一平面內(nèi)。頭部滾筒的調(diào)整方法是：若輸送帶向滾筒的右側(cè)跑偏，則滾筒右側(cè)的軸承座應(yīng)當(dāng)向前移動或左側(cè)軸承座后移；若輸送帶向滾筒的左側(cè)跑偏

19、，則滾筒左側(cè)的軸承座應(yīng)當(dāng)向前移動或右側(cè)軸承座后移。尾部滾筒的調(diào)整方法與頭部滾筒剛好相反。 （3）檢查物料在輸送帶上的位置。物料在輸送帶橫斷面上不居中，將導(dǎo)致輸送帶跑偏。如果物料偏到右側(cè)，則皮帶向左側(cè)跑偏，反之亦然。在使用時應(yīng)盡可能的讓物料居中。為減少或避免此類輸送帶跑偏可增加擋料板，改變物料的方向和位置。4.3減速機(jī)的選擇傳送鋅錠的速度不能太高，所以不能直接把電機(jī)直聯(lián)到傳送滾筒上，需要安放減速裝置，這次設(shè)計，選擇了行星擺線針輪減速機(jī)。行星擺線減速機(jī)是一種應(yīng)用行星傳動原理，采用擺線針輪嚙合，設(shè)計先進(jìn)、結(jié)構(gòu)新穎的減速機(jī)構(gòu)。這種減速機(jī)在絕大多數(shù)情況下已替代兩級、三級普 通圓柱齒輪減速機(jī)及圓柱蝸桿減速

20、機(jī)，在軍工、航天、冶金、礦山、石油、化 工、船舶、輕工、食品、紡織、印染、制藥、橡膠、塑料、及起重運(yùn)輸?shù)确矫娴玫饺找鎻V泛的應(yīng)用。行星擺線針輪減速機(jī)主要特點：1、傳動比大。一級減速時傳動比為1/6-1/87。兩級減速時傳動比為1/99-1/7569；三級傳動時傳動比為1/5841-1/658503。另外根據(jù)需要還可以采用多級組合，速比達(dá)到指定大。 2、傳動效率高。由于嚙合部位采用了滾動嚙合，一般一級傳動效率為 90%-95%。 3、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。 體積和普通圓柱齒輪減速機(jī)相比可減小2/1-2/3。 4、故障少，壽命長。主要傳動嚙合件使用軸承鋼磨削制造，因此機(jī)械性能與耐磨性能均佳，又因

21、其為滾動摩擦，因而故障少，壽命長。 5、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。因傳動過程中為多齒嚙合，所以使之運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪聲低。 6、拆裝方便，容易維修。 7、過載能力強(qiáng)，耐沖擊，慣性力矩小，適用于起動頻繁和正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的特點。選用的減速機(jī)是把電機(jī)直聯(lián)到減速機(jī)上，安裝方便，使用便利，重要的是傳動比大，能夠大比率減速，因為一級傳動效率為 90%-95%，所以選擇一級減速傳動比為1/6-1/87，能夠?qū)崿F(xiàn)符合設(shè)計要求的轉(zhuǎn)數(shù)。第五章 翻錠裝置設(shè)計這是本次設(shè)計的一個創(chuàng)新，也是設(shè)計的重點環(huán)節(jié)，本次設(shè)計采用了利用氣缸實現(xiàn)翻錠的裝置（簡圖見圖23），這種結(jié)構(gòu)簡單明了，制作方便，功能也容易實現(xiàn)。5.1翻錠裝置工作原理由計數(shù)器記下鋅

22、錠的數(shù)目，到指定的數(shù)目的鋅錠進(jìn)行翻錠，其余的不翻。當(dāng)不翻時，下面的氣缸活塞桿伸出，把鋅錠頂起來，滑落到下一個板上，由于板的傾斜角度大于鋅錠的自鎖角度，所以錠塊能夠自由滑落下來，不轉(zhuǎn)變錠的形式。當(dāng)需要翻錠時，后面的氣缸活塞桿伸出，由于行程大，把鋅錠頂翻，鋅錠落到前面板上，也由于角度大，鋅錠自由的下滑下來，鋅錠的形式改變。鋅錠從板上滑落下來后，觸碰開關(guān)，是氣缸復(fù)位，等待下個鋅錠。5.2翻錠裝置機(jī)構(gòu)選擇采用兩個氣缸推鋅錠的兩個不同位置在重力作用下實現(xiàn)翻錠效果。翻錠槽的一端跟傳送帶1相連，為了使鋅錠準(zhǔn)確滑入翻錠槽，所以此端兩側(cè)板應(yīng)該適當(dāng)往外張能夠起到引導(dǎo)鋅錠滑入的作用?；敕V槽后，翻板將其暫時卡住，

23、根據(jù)翻錠需要，分別伸出上面的長程氣缸和下面的短程氣缸，兩氣缸的拉桿都連接著推板（推板嵌在翻錠槽底板上），實現(xiàn)翻錠。根據(jù)鋅錠的尺寸，確定翻錠槽的長610，高95，寬310，翻板的長193，高30，寬310，推板的長230，寬30（單位：毫米）。5.3翻錠驅(qū)動氣缸選擇 翻錠槽與水平面的夾角為40° 翻錠產(chǎn)生的力矩，長程氣缸的力矩：M=F×L=m×g×L=12.5cos40°×9.8×0.095=8.9 N.M短程氣缸的力矩：M=F×L=m×g×L=12.5cos40°×9.8&#

24、215;0.030=2.8 N.M根據(jù)接錠裝置中接錠氣缸輸出力的計算公式：F=/4 ×D²Ps因為鋅錠碼垛機(jī)翻錠裝置的工作要求，若取=0.8，氣缸工作壓力Ps=0.5Mpa。則當(dāng)選擇氣缸內(nèi)徑為32mm，F(xiàn)=/4 ×D²Ps =/4 ×0.032²×0.5×1000000×0.8322N推力最大可達(dá)322 N。根據(jù)上述氣缸推力，長程氣缸選QGB32×120MT4，短程氣缸選QGB32×50MT4，強(qiáng)度和力度都滿足設(shè)計要求。第六章 運(yùn)錠裝置設(shè)計6.1傳送帶的選擇與載錠裝置一樣負(fù)載極限都需要

25、符合要求。傳送帶的寬度要小于接錠槽之間的寬度，這樣才能使錠從翻錠裝置下來平穩(wěn)，不跑偏。6.2傳送機(jī)構(gòu)選擇由于從翻錠到被機(jī)械手抓錠還有一段距離，傳送帶上鋅錠很多，所以在有鋅錠在上面的地方，下面放小滾筒來支撐，滾筒的長度根據(jù)機(jī)架的寬度決定，滾筒間的間距盡量小一點，能夠保證傳送鋅錠的平穩(wěn)，不會造成錯位、跑偏等情況。其基本結(jié)構(gòu)與前面的載錠裝置相似，構(gòu)件基本相同。區(qū)別之處在于這里放一塊擋板，作用有兩個，一是取信號，當(dāng)鋅錠碰到擋板，瞬間產(chǎn)生個信號，此信號被PLC微分采集，用來控制下步操作。二是攔錠，使錠到指定位置，好被機(jī)械手抓起運(yùn)走。6.3減速機(jī)的選擇傳送鋅錠的速度不能太高，所以不能直接把電機(jī)直聯(lián)到傳送滾

26、筒上，需要安放減速裝置，這里還是選擇行星擺線針輪減速機(jī)。行星擺線減速機(jī)是一種應(yīng)用行星傳動原理，采用擺線針輪嚙合，設(shè)計先進(jìn)、結(jié)構(gòu)新穎的減速機(jī)構(gòu)。行星擺線針輪減速機(jī)主要特點：1、傳動比大。一級減速時傳動比為1/6-1/87。兩級減速時傳動比為1/99-1/7569；三級傳動時傳動比為1/5841-1/658503。另外根據(jù)需要還可以采用多級組合，速比達(dá)到指定大。 2、傳動效率高。由于嚙合部位采用了滾動嚙合，一般一級傳動效率為 90%-95%。 3、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。 體積和普通圓柱齒輪減速機(jī)相比可減小2/1-2/3。 4、故障少，壽命長。主要傳動嚙合件使用軸承鋼磨削制造，因此機(jī)械性能與耐磨

27、性能均佳，又因其為滾動摩擦，因而故障少，壽命長。 5、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。因傳動過程中為多齒嚙合，所以使之運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪聲低。 6、拆裝方便，容易維修。 7、過載能力強(qiáng)，耐沖擊，慣性力矩小，適用于起動頻繁和正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的特點。選用的減速機(jī)是把電機(jī)直聯(lián)到減速機(jī)上，安裝方便，使用便利，重要的是傳動比大，能夠大比率減速，因為一級傳動效率為 90%-95%，所以選擇一級減速傳動比為1/6-1/87，能夠?qū)崿F(xiàn)符合設(shè)計要求的轉(zhuǎn)數(shù)。第七章 機(jī)械手設(shè)計這是本次設(shè)計的又一個重點環(huán)節(jié)，筆者在以前設(shè)計者的基礎(chǔ)上，做了很大的改進(jìn)。7.1總體設(shè)計機(jī)械手的作用是把排好的鋅錠抓起來，按照規(guī)定的碼垛方式，在空中運(yùn)輸并旋轉(zhuǎn)90度。全

28、部過程大概可以描訴為抓錠、運(yùn)錠、旋轉(zhuǎn)、放錠幾個過程。這里機(jī)械手完成這些功能一定在生產(chǎn)節(jié)拍范圍內(nèi)完成，否則會在擋板處出現(xiàn)堆積的現(xiàn)象。設(shè)計的思想是要求機(jī)構(gòu)簡單，動作可靠，準(zhǔn)確，快速，而且便于安裝維護(hù)。7.2部件設(shè)計機(jī)械手的張緊是借助氣缸，這樣增加動作的可靠性，又簡化結(jié)果。旋轉(zhuǎn)是靠一個氣缸給轉(zhuǎn)盤一個旋轉(zhuǎn)力矩來實現(xiàn)的，旋轉(zhuǎn)氣缸固定小車上。轉(zhuǎn)盤與小車之間是靠一個推力球軸承連接，這樣既減少了摩擦力，又實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)功能。機(jī)械手的上升和下降也借助于氣缸，同時為了防止在運(yùn)動過程中機(jī)械手的擺動而引起的氣缸桿的偏置，導(dǎo)致氣缸漏氣，設(shè)計了兩個導(dǎo)向柱，這樣既防止漏氣，有增加運(yùn)動的可靠性。小車在導(dǎo)軌上移動，導(dǎo)軌采用標(biāo)準(zhǔn)槽鋼

29、，車輪的設(shè)計有防止軸向竄動的結(jié)構(gòu)，輪子與導(dǎo)軌始終接觸，保證小車沿直線運(yùn)動，保證了運(yùn)動的平穩(wěn)性。機(jī)械手的機(jī)構(gòu)原理簡圖如圖71圖71機(jī)械手簡圖7.3機(jī)械手部件的選?。?）移動氣缸的選?。捍藲飧资鞘剐≤囁揭苿?，根據(jù)整個部件的重量大概為1000Kg以及車輪與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)0.3，可以估算出其的摩擦力f=N=1000×9.8×0.3=2940N，若取=0.8，氣缸工作壓力Ps=0.5Mpa。則當(dāng)選擇氣缸內(nèi)徑為100mm，F(xiàn)=/4 ×D²Ps =/4 ×0.1²×0.5×1000000×0.83142N推力最大

30、可達(dá)3142 N。根據(jù)上述氣缸推力，選定氣缸為：QGB 100×1000MT4，強(qiáng)度和力都滿足設(shè)計要求。（2）升降氣缸的選?。阂淮螜C(jī)械手爪取一塊為12.5×9.8=122.5 N。另外加上機(jī)械手自重大概為60Kg，總重大概為F=122.5+60×9.8=710.5N，估算出氣缸的大小，在根據(jù)機(jī)械手到鋅錠的高度，來確定行程。若取=0.8，氣缸工作壓力Ps=0.5Mpa。則當(dāng)選擇氣缸內(nèi)徑為50mm，F(xiàn)=/4 ×D²Ps =/4 ×0.05²×0.5×1000000×0.8785N推力最大可達(dá)785

31、N。根據(jù)上述氣缸推力，選取氣缸為：QGB 50×600MF1，強(qiáng)度和力都滿足設(shè)計要求。（3）旋轉(zhuǎn)氣缸的選?。河捎谵D(zhuǎn)盤下面是推力球軸承，摩擦力不大約為0.00100.0015，另外根據(jù)旋轉(zhuǎn)點的位置，若取=0.8，氣缸工作壓力Ps=0.5Mpa。則當(dāng)選擇氣缸內(nèi)徑為32mm，F(xiàn)=/4 ×D²Ps =/4 ×0.032²×0.5×1000000×0.8322N推力最大可達(dá)322 N。根據(jù)上述氣缸推力，選取氣缸為：QGB 32×250MT4，強(qiáng)度和力都滿足設(shè)計要求。（4）開合氣缸的選?。哼@個氣缸選擇雙活塞桿的氣缸，

32、這樣利于控制，而且保證兩個手爪同時抓住鋅錠，抓錠平穩(wěn)。若取=0.8，氣缸工作壓力Ps=0.5Mpa。則當(dāng)選擇氣缸內(nèi)徑為32mm，F(xiàn)=/4 ×D²Ps =/4 ×0.032²×0.5×1000000×0.8322N推力最大可達(dá)322 N。則選定氣缸為：QGB H32×52×52MS1。（5）手爪的設(shè)計：這次設(shè)計中的手爪很有新意，又能起到抓錠的功效，還能起到把錠在運(yùn)錠裝置上對中、攏錠的功能，一舉兩得，而且制作容易，結(jié)構(gòu)簡單。第八章 攏錠裝置設(shè)計攏錠裝置包括X方向的攏錠氣缸及推板，Y方向的攏錠氣缸及推板。機(jī)械手

33、放錠位置如圖7，機(jī)械手放錠位置都可以固定在一點上，放在此位置才能在兩種碼垛方式情況下都不發(fā)生干涉。因為鋅錠大小略有不同，此固定點在實際情況還要向外移出一些，因此鋅錠很大的一部分要放在上一層鋅錠的外邊。為了防止鋅錠意外滾落和提高攏垛氣缸推錠的穩(wěn)定性，設(shè)計一個中間有個方孔的攏錠平臺，方孔的大小面積等于升降平臺的大小，這樣上一層鋅錠面或開始碼垛時的升降平臺臺面在此方孔內(nèi)且與攏錠平臺相平。推板順著攏錠平臺與上一層鋅錠面構(gòu)成的平面推錠，非常可靠。8.1碼垛形式與推錠順序圖81 左（a） 右（b）圖82 推錠順序（a）圖83 推錠順序（b）對于碼跺形式一（圖81（a）和碼跺形式二（圖81（b），本次設(shè)計都

34、采取了相同的推錠方式，即先X后Y的方式。碼形式一的層時，第一塊放下后，X氣缸動作，將它推到旁邊的擋板上，然后Y方向動作，將其推到指定位置，第二塊也一樣，先X后Y，往后依次類推。當(dāng)碼形式二的層時，也一樣，第一塊放下后，X方向先動作，然后重復(fù)和推形式一樣的流程。8.2推板設(shè)計推板設(shè)計也有新的突破，采用彈簧收縮的方式來實現(xiàn)把鋅錠推到不同的位置，（見圖紙），這種結(jié)構(gòu)簡單，易維修和拆卸，使用很方便。在X方向僅需要X方向一條線上行程變化，所以用兩個推桿前面接個推板，推板使推力均勻，鋅錠受力均勻，不發(fā)生偏斜，彈簧強(qiáng)度（k=0.9K/N）是當(dāng)單推一塊時，彈簧不收縮，保持原形，靠推桿推塊，當(dāng)遇到前一塊鋅錠時彈簧

35、受力回縮，來抵消剩余的氣缸的行程。在Y方向上需要在Y方向三條線上行程變化，所以用六個推桿，對于形式一當(dāng)?shù)谝粔K碼好后，推第二塊時，三個回縮，三個不回縮，三個推桿給鋅錠的力是一樣，不會讓鋅錠歪斜，往后幾個情況類似。對于形式二，推第一、二塊時兩個伸縮，推第三塊時四個推桿收縮，推第四塊時六個都回縮，雖然推錠時有時推桿收縮量大小不一，但每塊鋅錠上受到的每個推桿給的力是一樣的，這樣就防止推歪的現(xiàn)象的發(fā)生。8.3攏錠氣缸的選擇攏錠時，每層有4個鋅錠，則摩擦力大概為f=N=0.3×12.5×9.8×4=147N，考慮力的大小，攏錠氣缸的力約在190300 N之間，可選內(nèi)徑為32#

36、，攏錠分別600、250mm行程，氣缸為：X向QGB 32×600MS1；Y向QGB 32×250MS1。第九章 升降平臺及輸出小車設(shè)計圖91 升降平臺和輸出小車的簡圖 升降平臺是用油缸來控制的，油缸上面固定在升降臺上，下面固定在小車上，隨著小車運(yùn)動。因為氣缸在重載下容易漏氣，行程難控制，這樣會使升降臺不穩(wěn)，碼垛質(zhì)量差。用油缸利于控制行程，強(qiáng)度大，適合重載的情況。另外，旁邊還有兩個導(dǎo)軌支撐，使升降平臺更加平穩(wěn)，增強(qiáng)碼垛的質(zhì)量，也提高了升降臺的強(qiáng)度。輸出小車上面有兩個升降臺和油缸裝置，小車下面由氣缸控制，推動小車在導(dǎo)軌上行進(jìn)，這里導(dǎo)軌也用標(biāo)準(zhǔn)槽鋼，車輪與它相配合，設(shè)計兩個升降

37、臺的目的是為了不是碼垛中斷，使整個生產(chǎn)線連續(xù)作業(yè)提供了可能性。因為小車移動慢，機(jī)械手往復(fù)來回很快，這樣就造成了機(jī)械手等小車的現(xiàn)象，為了防止這些，用兩個升降臺互相輪換著搬運(yùn)鋅垛大大的提高了生產(chǎn)效率，能夠完成生產(chǎn)任務(wù)要求，使整條生產(chǎn)線達(dá)到最佳利用效率。第十章 碼跺機(jī)總裝配圖說明碼跺機(jī)總裝配圖詳見圖紙。該碼垛機(jī)部件安放都用角鋼來做架子支撐，角鋼連接處，有焊接和螺紋連接；部分部件還要涂上防銹漆；運(yùn)動連接處還要有潤滑劑來潤滑。輸出小車安放在一個地坑里，捆扎、打包，直接在升降臺上進(jìn)行，然后要運(yùn)走。要求傳送機(jī)支撐軸承座軸承孔同軸度誤差不大于2mm。要求機(jī)械手的移動小車導(dǎo)軌和輸出小車的導(dǎo)軌平行度誤差不大于2m

38、m。 第十一章 PLC編程11.1可編程序控制器（programmable logical controller） 可編程序控制器 （programmable logical controller）是20世紀(jì)70年代開始迅速發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，它以原有的繼電器、邏輯運(yùn)算、順序控制為基礎(chǔ)逐步發(fā)展成為既有邏輯控制、計時、計數(shù)、分支程序、子程序等順序控制功能，也有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、操作顯示、聯(lián)網(wǎng)通訊等功能?？删幊绦蚩刂破鹘Y(jié)構(gòu)簡單、編程方便、性能可靠，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)控制中。 可編程序控制器的工作原理是巡回掃描原理，這是它與一般微機(jī)運(yùn)行時最大的不同之處。它不像微機(jī)那樣把用戶

39、程序從頭到尾順序執(zhí)行一遍，而是把用戶程序執(zhí)行完一次后再返回去執(zhí)行第二次、第三次、，直至停機(jī)。11.2 OMRON C200H 可編程序控制器 本系統(tǒng)使用日本立石（OMRON）公司的SYSMAC C200H 型PLC，屬于小型機(jī)，因性能價格比優(yōu)越，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣。 C200H PLC為模塊式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)框圖見圖11-1。CPU單元為系統(tǒng)的核心，包括電源、微處理器、系統(tǒng)存儲器、控制邏輯和接口電路等。CPU單元上還有用戶存儲器、錄音機(jī)以及編程器等外設(shè)接口?；綢/O單元和智能I/O單元通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)總線SYSBUS與CPU單元相連。圖111 C200H PLC結(jié)構(gòu)簡圖 11.3 PLC控制過程

40、 接錠氣缸處于未伸出位置，即接錠機(jī)構(gòu)處在接錠位置。機(jī)械手初始位置為所控制氣缸未伸出時的位置，即左上位，且手臂處于張開狀態(tài)。升降臺小車同樣處在氣缸未伸出位置。工作的升降臺被油缸升到頂部工作位置。 鋅錠從連鑄機(jī)上脫落后由于重力作用落在接錠機(jī)構(gòu)上，接錠機(jī)構(gòu)將鋅錠平穩(wěn)的放到傳送帶上1，傳送帶1將鋅錠送到翻錠機(jī)構(gòu)內(nèi)，此處可以通過兩個氣缸決定鋅錠是否翻轉(zhuǎn)。之后鋅錠滑到傳送帶2上，傳送帶2將鋅錠送到機(jī)械手抓錠的位置。通過機(jī)械手的一系列動作將鋅錠運(yùn)到升降臺上。然后用攏錠氣缸將鋅錠按要求碼成垛。要求：1、 行程開關(guān)的信號準(zhǔn)確。 2、 氣缸動作要準(zhǔn)時。 3、 傳送帶平穩(wěn)傳送。統(tǒng)計輸入、輸出點個數(shù)選擇PLC型號輸入

41、信號： 接錠信號采集用行程開關(guān)1個（瞬間信號） 翻錠信號采集用行程開關(guān)1個 機(jī)械手下降信號采集用行程開關(guān)2個 機(jī)械手臂閉合信號采集用行程開關(guān)1個 機(jī)械手運(yùn)錠、旋轉(zhuǎn)信號采集用行程開關(guān)1個 層計數(shù)信號采集用行程開關(guān)1個 攏錠信號采集用行程開關(guān)2個（保持信號） 升降臺小車移動信號采集用行程開關(guān)1個以上共需要12個輸入點。輸出信號： 接錠驅(qū)動氣缸1個 翻錠驅(qū)動氣缸2個 機(jī)械手升降氣缸1個 機(jī)械手臂閉合氣缸1個 機(jī)械手旋轉(zhuǎn)氣缸1個 機(jī)械手移動氣缸1個 攏錠氣缸2個 升降臺升降油缸4個 升降臺小車移動氣缸1個 碼垛完成指示燈2個以上共需要16個輸出點。根據(jù)上述統(tǒng)計，可選用OMRON公司的C200H型PLC

42、，選用1個16點DC輸入摸塊C200H-ID212，滿足輸入點的要求。選用2個12點繼電器類輸出，模塊C200H-OC222，工有24個輸出點，可滿足輸出點數(shù)要求。 （3） 分配PLC的輸入/輸出端子 使用5槽母板C200H-BC051，將輸入模塊放在CPC機(jī)架锝槽，則輸入模塊的通道號為000CH；將輸出模塊分別插在CPU機(jī)架的4槽，則輸出模塊的通道號分別為003CH和004CH，輸入模塊端子分配接線如圖所示：表111 輸入輸出接錠0000000400接錠翻錠0000100401翻錠機(jī)械手下降0000200402不翻錠爪開合0000300403機(jī)械手下降（上升）上限位0000400404爪合（

43、開）機(jī)械手下降0000500405機(jī)械手運(yùn)錠層計數(shù)0000600406機(jī)械手旋轉(zhuǎn)小車移動0000700407油缸（1）上升油缸上升0000800408油缸（2）上升油缸上升0000900409小車左移（右移）X向攏錠0001000410X向攏錠Y向攏錠0001100411Y向攏錠00412垛完成指示燈00413垛完成指示燈00414油缸下降00415油缸下降（4）接錠控制鋅錠從連鑄機(jī)上翻下來，鑄造槽磕錠將鋅錠磕下，同時觸發(fā)行程開關(guān)1XK（接00000），為接錠氣缸提供信號，即兩個微分信號00100、00101，再用KEEP命令保持00101。00101在ON的狀態(tài)下即控制氣缸將鋅錠平穩(wěn)的放到傳

44、送帶1上，并保持一定時間，待鋅錠向前運(yùn)行一定距離后，KEEP命令復(fù)位，00101變成OFF狀態(tài)，氣缸復(fù)位，準(zhǔn)備下一次接錠。復(fù)位信號為定時器TIM000。梯形圖如下：圖112 （5） 翻錠控制 通過傳送帶1將鋅錠運(yùn)到翻錠槽內(nèi)，此時會觸動行程開關(guān)2XK（接00001），為翻錠提供信號。當(dāng)00001從OFF變?yōu)镺N時發(fā)出兩個微分信號00102、00103。每次00102信號都將計時器CNT000減一（初值為0040）。當(dāng)?shù)?0塊鋅錠觸發(fā)2XK時，CNT000將輸出ON。由CNT000的狀態(tài)和被保持信號00103串聯(lián)決定是否翻錠。在第40塊和下一塊之間將CNT000復(fù)位，進(jìn)行下一輪計數(shù)。此處用TIM0

45、01復(fù)位。梯形圖如下：圖113（6） 機(jī)械手下降 鋅錠從翻錠槽內(nèi)滑落到傳送帶2上。傳送帶2將鋅錠運(yùn)到一定位置，并觸發(fā)行程開關(guān)3XK，（接00002）?？刂茩C(jī)械手下降。當(dāng)機(jī)械手抓錠后上升，縱向氣缸將機(jī)械手推至右限位，觸發(fā)右限位行程開關(guān)6XK（接00005），同樣控制機(jī)械手下降。所以將兩個信號并聯(lián)。如下圖所示：圖114（7） 控制手臂閉合 當(dāng)機(jī)械手在右限位下降至下限位時會觸發(fā)下限位行程開關(guān)4XK（接00003），發(fā)出信號控制手臂閉合，并保持到機(jī)械手將錠運(yùn)至升降臺上方。梯形圖如下：圖115（8） 控制機(jī)械手旋轉(zhuǎn) 碼垛方式有兩種，如下圖： 圖116需要旋轉(zhuǎn)的鋅錠有奇數(shù)層的第2塊和第3塊，偶數(shù)層全部旋轉(zhuǎn)

46、，一垛共10層。用計數(shù)器CNT004來控制偶數(shù)層旋轉(zhuǎn)。用數(shù)據(jù)比較指令來控制奇數(shù)的第2塊和第3塊旋轉(zhuǎn)。梯形圖如下：圖117（9） 機(jī)械手運(yùn)錠當(dāng)機(jī)械手抓錠后上升至上限位觸動上限位行程開關(guān)5XK（接00004），控制氣缸將機(jī)械手移至右限位。梯形圖如下： 圖118（10） 攏錠控制當(dāng)鋅錠從手臂中落下時，觸動行程開關(guān)11XK（接00010）控制X向氣缸攏錠。X向攏錠氣缸復(fù)位后，觸發(fā)行程開關(guān)12XK，控制Y向氣缸攏錠。梯形圖如下：X向 Y向 圖119（11） 升降臺控制本系統(tǒng)采用兩個升降臺交替工作，這樣可以節(jié)省時間，提高效率，便于控制。升降臺用油缸支撐，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥可以準(zhǔn)確控制升降臺下降高度。層下降用計

47、數(shù)器CNT001和定時器TIM007控制。每當(dāng)升降臺下降一次都會觸動行程開關(guān)7XK（接00006）來計層數(shù)。下降10層后升降臺繼續(xù)下降一段距離，以免升降臺小車移動時，已經(jīng)完成的垛碰到輔助接錠板。初始位置時，1號升降臺處于工作位置，觸動行程開關(guān)9XK（接00008），使升降臺1上升。當(dāng)2號升降臺處于工作位置時，會觸發(fā)行程開關(guān)10XK（接00009），使升降臺2上升。梯形圖如下：圖1110（12）升降臺小車控制用計數(shù)器CNT005和定時器TIM017控制小車移動。當(dāng)?shù)?N（N=1，2，3）垛完成后，會觸發(fā)行程開關(guān)8XK（接00007）使小車復(fù)位，梯形圖如下：圖1111 PLC程序如下：00000

48、LD 0000000001 DIFU 0010000002 DIFU 0010100003 LD 0010000004 LD TIM00000005 KEEP 0010100006 LD 0010100007 TIM 00000008 #03000009 LD 0010100010 OUT 0040000011 LD 0000100012 DIFU 0010200013 DIFU 0010300014 LD 0010200015 LD T00100016 CNT 00000017 #004000018 LD NOT CNT00000019 AND 0010300020 OUT 0040100021 LD CNT00000022 AND 0010300023 OUT 0040200024 LD CNT00000025 TIM 00100026 #01000027 LD 0010200028 LD T00200029 KEEP 0010300030 LD 0010200