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翻版機側工作臺設計說明書
學 院：
專 業(yè) 班 級：
學 號：
學 生 姓 名：
指 導 教 師：
I
目 錄
任務書…………………………………………………………………… …（3）
序言…………………………………………………………………… … （4）
一、 總體方案的選擇…………………………………………………… （6）
二、 所選方案的具體設計……………………………………………… （9）
1、 總體結構的設計…………………………………………………（11）
（1） PCB輸送系統(tǒng)……………………………………………… （13）
（2） 位置檢測系統(tǒng)………………………………………………（14）
（3） 信號處理系統(tǒng)………………………………………………（15）
（4） 執(zhí)行機構原理圖……………………………………………（16）
2、機械機構設計………………………………………………………（17）
（1）翻轉側工作臺設計……………………………………………（19）
（2）行程開關的位置選擇…………………………………………（19）
（3）裝置高度調節(jié)…………………………………………………（20）
3、軟件部分的設計……………………………………………………（21）
（1）程序流程圖……………………………………………………（22）
（2）PLC梯形圖……………………………………………………（23）
（3）PLC程序………………………………………………………（23）
三、 相關參數的設計說明
1、 翻轉的時間分配……………………………………………………（24）
2、 傳送帶的相關計算和翻轉主軸的計算……………………………（24）
3、 電機的選擇及有關參數的計算……………………………………（25）
四、 總結體會
參考文獻……………………………………………………………………… （26）
任 務 書
設計與任務要求：
翻版機側工作臺設計,并傳輸到反面檢查線的上面,工作的過程為:產品到達裝置的傳送部分上,裝置自動將產品與傳送部分一起翻轉,然后傳動部分將產品傳輸出去,再返回到原位,流程為 到位——翻轉——到位——傳送——翻轉——到位，該過程自動完成。
引 言
飛梭彈指度，四年的大學生活接近尾聲時，我們進行了為期近四個月的畢業(yè)設計。畢業(yè)設計是對大學四年來我們所學到的基礎知識和專業(yè)知識的一次系統(tǒng)性的總結與綜合運用，同時也是培養(yǎng)我們分析問題和解決問題能力的良好的機會，而且畢業(yè)設計也是大學教學的最后一個重要環(huán)節(jié)。因此，認真踏實地做好這次畢業(yè)設計不僅意味著我們能否順利畢業(yè)，而且對今后我們走上工作崗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意義。另外，畢業(yè)設計還可以培養(yǎng)我們獨立思考，開發(fā)思維和協(xié)調工作的能力，這對今后踏入社會以后能否盡快地適應社會也有很大的幫助。機械工業(yè)的生產水平是一個國家現代化建設水平的主要標志之一。這是因為工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術的現代化程度，都會通過機械工業(yè)的發(fā)展程度反映出來。人們之所以要廣泛使用機器，是由于機器既能承擔人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生產改進產品的質量，特別是能夠大大提高勞動生產率和改善勞動條件。機械工業(yè)肩負著為國民經濟各個部門提供技術裝備和促進技術改造的重要任務，在現代化建設的進程中起著主導和決定性的作用。所以通過大量設計制造和廣泛使用各種各樣先進的機器，就能大大加強和促進國民經濟發(fā)展的力度，加速我國的社會主義現代化建設。
機械加工工藝是實現產品設計，保證產品質量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，是企業(yè)進行生產準備，計劃調度、加工操作、生產安全、技術檢測和健全勞動組織的重要依據，也是企業(yè)上品種、上質量、上水平，加速產品更新，提高經濟效益的技術保證。然而夾具又是制造系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現代制造系統(tǒng)，夾具都是十分重要的。因此，好的夾具設計可以提高產品勞動生產率，保證和提高加工精度，降低生產成本等，還可以擴大機床的使用范圍，從而使產品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設計及制造提出了更高的要求。我們這些即將大學畢業(yè)的機械工程及自動化專業(yè)的學生，要進行對本專業(yè)所學習的知識進行綜合的運用和掌握，為此我們要進行畢業(yè)設計，要自己動手進行思考問題，為社會主義現代化建設的發(fā)展貢獻力量，也要從此邁出展現自己價值的第一步。
通過實際學習，大量資料的查閱，并在老師的指導下完成這次設計任務，根據生產的要求，翻版機側工作臺設計。但由于本人的水平有限，結合生產實際應用設備的能力有限，故沒有能夠做到很詳細的設計，而且還有許多地方有待改進，請老師給以指導和批評[1]。
一、方案選擇
圖1
圖2
圖3
方案1的簡單說明：鋼板在傳送帶上傳送，一直傳送到翻板裝置的“盒子”里面，傳感器1檢測到位以后，整個翻板裝置開始旋轉180°，碰到行程開關2就停止旋轉，通過傳送帶把印制板從“盒子”里面“拉”出來，鋼板隨傳送帶傳輸出去，傳感器3檢測到位以后，翻板裝置復位，準備下一個翻板過程，行程開關4用于翻板裝置開始狀態(tài)的定位。
圖4
圖5.機結構圖
方案2的簡單說明：該設備主要由機架、翻板架、翻板電機、同步鏈條、翻板架轉動軸等部分組成，通過轉動軸，帶動翻板架順時針方向轉動，轉過90°時，印刷板由水平位置翻轉到垂直位置，完成翻板動作，繼續(xù)再轉過90°，翻板架又轉到水平位置，準備接料，翻轉下一片印刷板。通過翻板架將陰極板送到輸送鏈條上，輸出電機工作，通過同步鏈條驅動軸帶動同步主動鏈輪轉動，再帶動同步從動鏈輪轉動，輸出主動鏈輪隨同步從動鏈輪一起轉動，輸出主動鏈輪帶動輸出鏈條運動，通過輸出鏈條將懸掛在其上的印刷板帶出，滑落到接鋼板的料架上，完成翻板工作。
通過對傳統(tǒng)和新型翻板出料機進行分析比較，本設計的優(yōu)點：
（1）用步進電機驅動翻板架旋轉進行翻板，這一翻板工作是間歇動作，步進電機具有頻繁啟動的優(yōu)點，而且傳動系統(tǒng)簡單，動作可靠，使用壽命長，維護檢修容易，制造加工成本低。
（2）翻板架只沿著順時針方向轉動，可以不斷將位于水平位置的陰極板翻轉到垂直位置，進行陰極板的翻板，不改變步進電機的旋轉方向，可以提高步進電機的使用壽命。
（3）翻板架為具有完全對稱結構的“A”形，重心和旋轉中心重合，不存在偏心，轉動時不產生附加的動負荷，轉動平穩(wěn)可靠。
（4）翻板工作由對稱的兩支架交替完成，所以每翻一片印刷板，翻板架只需旋轉90°，提高了翻板的效率，而且翻板架的運動由步進電機驅動，翻轉角實現了數字控制。
（5）出料時，通過出料鏈條帶動印刷板移動，采用機械傳動，結構簡單，動作可靠，維護、檢修容易，生產、制造成本低
兩個方案的比較：
方案1原理簡單，翻板裝置也比較簡單，但可靠性比較差，翻板裝置在上升過程中，印制板有可能滑下，而且印制板翻轉后會失去支撐點而直接“摔”在傳送帶上，有可能損壞印制板上的元件。
方案2原理也很簡單，翻板裝置相對比較復雜，安裝精度要求比較高，但可靠性比較好，傳送過程相對比較平穩(wěn)，對元件的保護也比較周到，而且可以通過對翻板裝置的“盒子”的修改來達到傳送不同形狀的印制板，擴展性較好。
由于采用了步進電機驅動翻板架轉動，翻轉角實現了數字控制，且翻板架為完全對稱的結構，不存在偏心，因此轉動時不產生附加動負荷，而且工作時，翻板架始終沿一個方向旋轉，出料通過輸送鏈條完成。因此印刷板加工翻板機具有結構簡單、工作平穩(wěn)可靠、裝配維護容易、制造成本低的特點。本設計具有明顯的實用價值、經濟價值和推廣價值。
最終方案的選?。河捎诜桨?存在有可能損壞元件的致命缺點，而方案2也具有較好的擴展性，故本次設計采用方案2為基本方案，并確定基本方案的總體流程圖，如圖6
圖6
三、設計說明
1、翻板機的具體結構：
總體結構可以參考附件的翻板機裝配圖。
①板形狀的改良：底部為一個328×246 mm的平板型，印制板上元件離印制板邊緣的距離為8 mm，設定印制板的厚度為3 mm，為了便于定位，如圖4所示，在8 mm的邊緣上打上兩個孔。
圖7
②傳送帶的設計：由于定位和安裝的需要，該裝置把傳送帶分成了輸入和輸出兩段，而且如圖8所示，輸入和輸出部分的形狀也不一樣，輸入段為常用的傳送帶，輸出段是用于承載已經翻轉了的印制板，為了保護板上的元件，需要中間留空。在輸入和輸出的傳送帶兩邊都需要加上與印制板邊緣孔相配合的小凸臺，并且輸出段傳送帶上的小凸臺還是把印制板從“盒子”里面“拉”出來的主動力。
圖8
③翻板裝置“盒子”的設計：“盒子”的尺寸必須與印制板的尺寸相配合，而且要保證翻轉過程中印制板不會掉出來，也不會因為碰到“盒子”邊緣而損壞上面的元件?！昂凶印辈捎每裳b拆更換設計，翻轉不同的印制板只需更換相應的“盒子”，“盒子”采用矩形槽設計，便于裝拆更換，上面的兩個螺栓用于定位，如圖9所示。
圖9
④翻轉主軸的設計：如圖10所示，翻轉主軸中間長方形部分要有與“盒子”相配合的矩形槽，兩端是圓軸，一端長，一端短，短的一端只安裝軸承，長的一端除了安裝軸承還要開一鍵槽，用于安裝帶輪。
圖10
⑤傳感器位置的確定：該設計采用PLC控制，位置精度要求比較高，如圖11所示，在翻轉主軸的兩個極限位置分別安放行程開關1、2，以保證翻轉主軸的起停位置；在位置A中安裝行程開關3，當印制板送進“盒子”，接觸行程開關3，翻轉主軸開始轉動；在位置B中安裝行程開關4，檢測印制板是否完全離開“盒子”。
圖11
⑤電機的設計：傳送帶輸入段和輸出段分開，應當由兩個電機分別帶動，但輸入段和輸出段有同步的要求，所以選擇有一個功率較大的電機直接帶動兩個傳送帶。
⑥可調底座螺栓：為了滿足裝置高度±20 mm可調的要求，底座安裝了六個可調螺栓。
2、翻板機的電氣控制設計：
總體電氣控制設計可以參考附件的電氣控制圖。
電氣控制圖的簡單說明：
2.2.1 流程圖
本系統(tǒng)采用了可變成控制器直接進行控制，系統(tǒng)的流程如下：
到位——翻轉——到位——傳送——翻轉——到位
進行控制流程圖的編輯如下：
啟動
輸入版
版是否到位
N
翻轉電機逆時針旋轉
Y
翻轉是否到位？
N
Y
輸出板
是否完全輸出？
N
Y
翻轉電機順時針旋轉
翻轉是否到位？
N
Y
說 明
輸入傳送帶運動將版送入“盒子”
循環(huán)的起始點
板是否觸碰到“盒子”底部的行程開關ST1
翻轉電機運動，將板翻轉并轉向輸出端
翻轉部分是否觸碰到形成開關ST3
板從“盒子”里輸出，到達輸出傳送帶
是否釋放了行程開關ST4
輸出延時
空的“盒子”從輸出端翻轉回輸入端
是否觸碰行程開關ST2
下一個循環(huán)開始
延時1s
圖 7
2.2.2 程序編輯
翻轉電機受PLC直接控制；輸入電機由行程開關ST2直接控制，無須經PLC控制；輸出電機啟動時就運行，不受PLC控制。
由于該系統(tǒng)的控制比較簡單，所以選擇三菱F—40M型PLC。
性能參數為：
I/O：40點~80點
內存：890B
內部繼電器：193個
記時/計數器：32個
該系統(tǒng)含有四個行程開關，控制順序如圖7。
PLC的主電路與PLC外部接線：見電氣控制圖。
指令語句如下：
LD 401
OUT 100
LD 404
AND 100
OR 431
ANI 432
OUT 431
LD 400
OR 432
ANI 435
OUT 432
LD 402
ANI 434
OUT 435
LD 403
ANI 433
OUT 434
OUT 450
K 1
LD 450
OR 433
ANI 100
OUT 433
END
3、翻板機相關參數的計算和說明：
①傳送帶輸入段、輸出段以及翻轉的時間分配：
運送傳送帶的速度范圍是200~20000mm/min，因為規(guī)定生產節(jié)拍為20”，考慮到傳送帶上要放置兩塊印制板，傳送距離也比較長，故確定印制板從放上傳送帶，到達行程開關3的時間為11秒，翻轉主軸正反轉的時間都是3秒，“盒子”接觸行程開關2后停留時間為3秒，如圖12，滿足生產節(jié)拍20”。
②傳送帶的傳送速度、滾筒轉速和翻轉主軸轉速的計算：
A、傳送帶的傳送速度和滾筒的轉速：
由于輸入、輸出段由一個電機帶動來實現同步運送，只需考慮“盒子”接觸行程開關2后停留的3秒內，印制板能否完全離開“盒子”，盒子寬約為150mm，帶的傳送速度理論值為v=b’/t=150mm/3s=50mm/s=0.05m/s，取v=0.06m/s。滾筒轉速：n1=60v/2πr =16r/min。
B、翻轉主軸的轉速：
翻轉時間為3秒，旋轉角度為180°，n2=0.5轉/3s=0.5轉/0.05min =10r/min。
③傳送帶輸入段和輸出段的長度與寬度計算：
確定滾筒半徑為r=30mm，為了使傳輸連續(xù)不停頓，帶長應該為相鄰兩印制板距離的整數倍，取放置印制板的時間間隔為9秒，則相鄰印制板距離D=v·t=9s×50mm/s=450mm,可以得到帶長的幾何關系（如圖12）：nD=2πr+2L，其中L長度應該取小直，從圖上可以看出L≈D+0.5b=625mm,所以算出n=3.2，取整n=4。所以輸出段帶長S=nD=1800mm，兩滾筒中心距L’=0.5（nD-2πr）=805.8mm。
同理，輸出段L≈2b=492mm，所以算出n=2.6，取整n=3，輸出段帶長S=1350mm，滾筒中心距L’=580.8mm，另外輸出段中間留空，帶兩邊寬度取6mm。
圖12
④電機的選擇及有關參數的計算：
A、帶動傳送帶的電機：由于電機帶動的是傳送帶，傳動帶上的負載基本恒定，所以按照帶恒定負載時電動機容量選擇，即PN≥PL ,PL=T·n/9550；并且選取Y系列三相異步電動機,最大負載扭矩應該滿足TL max=0.8Tmax ；通過對印制板重量和滾筒尺寸的計算，算出輸入輸出總扭矩，設傳送帶摩擦系數為0.4，帶上保持運送兩塊印制板，印制板每塊10Kg重，滾筒半徑為30mm，轉速為16r/min，TL max=10×2×9.8×0.4×0.03×2=4.7N·m，Tmax=TL max/0.8=5.88 N·m，PL=T·n/9550=0.01Kw，通過查表，選擇Y801-4型電機，其額定功率為0.55Kw，滿載轉速1390r/min，同步轉速1500r/min。
B、帶動翻轉主軸的電機：由于電機帶動的是翻轉主軸，負載大小有規(guī)律變動，所以按照重復短時工作制的電動機容量選擇，設定“盒子”為5Kg，印制板為10Kg，則TL max=15×9.8×0.2=29.4N·m，PL=T·n/9550=0.03Kw，由于是通過重復短時工作制計算，ε=tp/tp+t0=6/11,Ps=PL(ε/εaN)1/2=0.04Kw，通過查表，選擇YZR112M-6型電機，其額定功率為1.1Kw，轉速912r/min。
⑤連接各個電機的減速器傳動比的計算與減速器類型的選擇：
A、連接到傳送帶上的減速器：總傳動比i=1500/16=93.75，所以選擇齒輪—蝸桿二級減速器。
B、連接到翻轉主軸上的減速器：總傳動比I=912/10=91.2，所以選擇齒輪—蝸桿二級減速器。
⑥翻轉主軸的軸承選擇及有關參數的計算：
翻轉主軸理論上只受到徑向力的作用，但由于裝置位置精度要求高，所以選擇深溝球軸承，其型號配合翻轉主軸兩端直徑，選擇6006。
四、總結體會
畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和參考過程。
回顧這次畢業(yè)設計，從選題到定稿，從理論到實踐，在這段畢業(yè)設計期間里，可以說得是苦多于甜。通過本次畢業(yè)設計，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。
對我來說，收獲最大的是方法和能力——那些分析和解決問題的方法與能力。在整個設計過程中，我發(fā)現我們這些學生最最缺少的是經驗，沒有感性的認識，空有理論知識，有些東西很可能與實際脫節(jié)。在孫朋山，張舒兩位老師的指導下，我終于完成了1P68F下箱體工序卡及第一道機加工夾具的設計。從開始接到題目到擬訂工藝方案路線，再到設計說明書的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，從對工藝的略知，對工藝規(guī)程等相關設計很不了解的狀態(tài)，我開始了獨立的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩的設計一步步完善起來，每一次改進都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。從中我也充分認識到了擬訂出一道最佳工藝方案的重要性，工藝方案的優(yōu)化將直接影響產品的精度和經濟性等。但在此次設計中也暴露出了自身的很多的不足之處，對以前所學過的理論知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，對相關機械手冊查閱也未能夠很好的掌握，最嚴重的是理論與實踐不能夠很好的相結合，這些都以待改進。通過這次畢業(yè)設計，我懂得了理論與實際相結合是很重要的——只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。
這次畢業(yè)設計使我受益匪淺，為我今后的學習和工作打下了一個堅實而良好的基礎。在此衷心感謝各位工程師傅的幫助和指導。
通過這次設計總結了以前學習的機電一體化和機械設計方面的知識，做到了將機械與電氣的滲透，設計過程中遇到了各種各樣的問題，并最終得到了解決。
在后期設計和制作中，我還發(fā)現方案一中采用氣壓傳動在大工業(yè)生產中還是可行的，可以由多組翻轉機構采用一臺空氣壓縮機統(tǒng)一供氣的方式，這樣能最大限度的提高動力源的利用率，加上方案一的同時輸入輸出的工作方式，生產想效率上也是很可觀的。當然，對我這次的單機組設計上，這樣的效率并不是那么的理想化。在傳感器的選擇上，還可以全部采用光敏傳感器，提高系統(tǒng)的精度，避免誤差的產生。
具體設計中由于經驗上的不足和與實際生產的接觸太少，有些地方選材和機構上顯得與實踐脫節(jié)，這需要在今后的學習工作中提高和改進，總的來講，這次課程設計是對我機電相關領域知識的一次很好的鍛煉，對以后的工作也有幫助和提高。
五、 結 論
畢業(yè)論文是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整的車六面軸組合車床設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。
提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了無數實際經驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。
本次設計師按照高效自動化的設計思想進行的。借鑒了國內外多種機床的經驗，在原來的基礎上做了一些改進，提高了機床的自動化程度，擴大了加工范圍，具有一定的先進性。
由于本人經驗有限，設計中肯定存在一些不足之處，不足不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，它會是我更有前進的動力。順利如期的完成本次畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。
參 考 文 獻
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