智能碼垛機的設計含10張CAD圖,智能,碼垛,設計,10,CAD XXXX智能碼垛機XXXXXXXX答 辯 人：X X X導 師：X X X專 業(yè)：X X X12345設計的背景和國內外發(fā)展狀況總體方案確定結構設計PLC程序設計總結主目錄設計的背景和國內外發(fā)展狀況第一部分設計背景設計意義國內外發(fā)展狀況 碼垛機的應用現狀從年代開始，在工業(yè)發(fā)達的德國、意大利、日本等國家，已相繼研制出半自動、全自動碼垛機，后來在結構和機型方面，還不斷作了改進和完善。國產碼垛機從年代開始研制開發(fā)到現在，已經歷了年左右的時間。到目前為止，我國生產的碼垛機，機型，品種規(guī)格、設備性能和產品質量等各方面，有很大的發(fā)展和提高，并在很多方面已逐步接近或達到國外同類型碼垛機的技術性能及各項參數，已基本上能滿足大中型企業(yè)產品包裝碼垛的需要，但與國外先進水平相比，還存在一定的差距。步入21世紀，科學技術飛速發(fā)展，在現代化的自動生產線當中碼垛機發(fā)揮著至關重要的作用。而隨著機械電氣技術與液壓氣動技術的高速發(fā)展，使得碼垛機的類型變得越來越多樣化，工作效率越來越高效，在很多領域中都有很好的應用，因此，對于碼垛機的設計有了更高的要求。行業(yè)大背景設計背景國內外發(fā)展狀況國內現狀國外現狀 目前,我國的碼垛機器人的結構型式主要有直角坐標型、關節(jié)型。直角坐標機器人具有定位精度高、空間軌跡易于求解、計算機控制簡單等優(yōu)點。與直角坐標機器人相比,關節(jié)型機器人機身小而且動作空間大,動作靈活,可滿足更多的生產要求,應用范圍更廣。國外碼垛機所采用的算法與國內不同，所采用的傳感器也更多，這就使得國外的碼垛機比國內的碼垛機性能更加優(yōu)良。此外，國外的碼垛機有的還配置了遠程操作系統(tǒng)，可以進行遠距離長時間作業(yè)。外國碼垛機的發(fā)展技術已經日益成熟，而國內的碼垛機技術更多的還停留于實驗室階段，不能夠很好的應用到很多領域當中，許多當代的碼垛機設計很多都是從國外引進并加以改造，自主創(chuàng)新研發(fā)的碼垛機少之又少。由于各種各樣的原因，我認為技術的發(fā)展應該更傾向于應用到生活中，而不是停留于紙面。設計意義 本論文設計的碼垛機，可以很好的提高裝卸效率，更能適應高節(jié)奏的生產方式，同時調整參數實現對大型貨物的碼垛，使碼垛更加智能高效化，從而提高公司的經濟效益。故我們決定對碼垛機器人進行研究，使碼垛機器人的結構和控制程序變得相對簡單，提高其可靠性，減低其成本，以滿足我國的企業(yè)的生產要求，以便碼垛機器人在工廠中能夠更好的普及。總體方案確定第二部分設計方案難點克服03030201設計方案碼垛機手臂結構方案設計碼垛機驅動方案設計碼垛機控制方案設計碼垛機其他技術參數設計智能碼垛機的設計思路為：首先充分考慮工作目標的各方面的特性與要求，然后指定最優(yōu)化的方案，并且進行仿真模擬，看設計的各種參數是否符合預期的工作標準，對相應的控制程序進行不斷改進，綜合考慮各方面的經濟效能與成本，逐步找到一中最適合此工作的最佳方案，另外，也要充分考慮到各種突發(fā)情況以及售后服務等方面，設計后續(xù)方案。難點克服020103040506持續(xù)性自我調節(jié)能力經濟成本與效益準確度高效性靈活性結構設計第三部分工作原理設計過程工作原理 碼垛機的工作原理就是利用PLC控制系統(tǒng)，先讓智能碼垛機的機械臂下降，抓取相應的物品，之后使得機械臂上升，通過機械臂的伸縮和旋轉動作，把物品放在相應的位置后，夾具松開，然后機械臂上升，如此反復進行，可以實現長時間高強度的作業(yè)過程。設計過程智能碼垛機底座的設計 碼垛機的底座部分是一個單獨的部分，不會有和其他構件之間的配合，所以，底座的內表面不需要做特殊處理，對于外表面要進行粗糙度的要求，在左右兩端的表面上要打上M10的螺紋孔，再底座的的下方打上一個光孔，用來固定整個碼垛機的中心位置，方便以后的設計。設計過程智能碼垛機柱桿的設計 根據計算所得出來的結果，應該選擇比33.2大的軸徑，為了保證有工作余量，可取D=40mm，又因為軸徑尺寸小，所承受的重量很小，可以不做校核。設計過程智能碼垛機軸承的設計 軸承方式的選擇有很多，但是根據本論文的條件要求，滑動軸承或滾動軸承都可以滿足其工作需要。滑動軸承承受載荷的方式是通過各個零部件工作過程當中的滑動來實現，這就加劇了各個構件之間的摩擦，增大了阻力，影響啟動速度，容易損壞部件，使得效率變低，維修費用變高。所以我們采用滾動軸承，可以有效避免上述所出現的情況。那么進一步分析，滾動軸承也有很多的類型，選擇哪一種滾動軸承還需要綜合各方面因素考慮，但根據要求能夠選擇滾子軸承和球軸承，球軸承與滾子軸承特性完全相反。如果是在大規(guī)模生產當中選擇滾子軸承，小規(guī)模生產選擇球軸承。此外根據滾動軸承能否自動調心的工作特性，還需要配合推力軸承和向心軸承。設計過程智能碼垛機上軸承座的設計 由于上軸承座需要和很多機構鏈接，為了提高碼垛機的穩(wěn)定性，軸承外圈與軸承座孔采用基軸制配合，軸承內圈與軸頸采用基孔制配合，軸承內圈與軸頸的配合要遠大于標準要求。此外軸承內外圈之間的配合需要根據工作條件來制定，如果配合不合適會影響碼垛機運動的速度與精度，甚至會出現卡殼死機等情況，所以軸承內外圈的配合要謹慎選擇，一般取決于物品重量的大小，構件的壽命，動作的連貫不卡頓，以及工作條件與環(huán)境的變化。設計過程智能碼垛機下軸承座的設計 根據機械設計手冊，要注意其表面粗糙度的要求，還要注意各個構件之間的配合是否合理。設計過程智能碼垛機機械大臂的設計 碼垛機機械大臂沒有過多要求，內部有動作需要的氣缸即可。設計過程智能碼垛機機械小臂的設計 碼垛機機械小臂的設計和大臂的設計一樣，并沒有過多要求。設計過程智能碼垛機夾具的設計 因為工作環(huán)境比較多樣化，可根據不同需要設計不同的夾具，在此設計了一種最常見的碼垛機機械手的結構形式。設計過程智能碼垛機夾緊氣缸的設計 根據計算（具體見論文），可以確定夾緊氣缸的尺寸，從而選擇合適的夾緊氣缸型號。設計過程智能碼垛機升降氣缸的設計 根據計算（具體見論文），可以確定升降氣缸的尺寸，從而選擇合適的升降氣缸型號。設計過程智能碼垛機伸縮氣缸的設計 根據計算（具體見論文），可以確定伸縮氣缸的尺寸，從而選擇合適的伸縮氣缸型號。設計過程智能碼垛機旋轉氣缸的設計 根據計算（具體見論文），可以確定旋轉氣缸的尺寸，從而選擇合適的旋轉氣缸型號。設計過程智能碼垛機氣壓傳動的設計 根據本論文的設計思路,碼垛機的工作原理就是先讓智能碼垛機的機械臂下降，抓取相應的物品，之后使得機械臂上升，通過機械臂的伸縮和旋轉動作，把物品放在相應的位置后，夾具松開，然后機械臂上升，如此反復進行的動作。PLC程序設計第四部分電磁鐵動作順序I/O分配PLC控制梯形圖電磁鐵動作順序 電磁鐵1YA、2YA實現碼垛機的升降，電磁鐵3YA、4YA實現碼垛機的抓取,電磁鐵5YA、6YA實現碼垛機的伸縮，電磁鐵7YA、8YA實現碼垛機的旋轉。I/O分配PLC與碼垛機各部分的電路圖PLC控制梯形圖 PLC控制梯形圖總結第五部分結論主要參考文獻結論 本畢業(yè)設計是采用氣壓傳動的智能碼垛機，與其他智能碼垛機相比，靈活性更強，準確度與精度更高，可以應用的領域寬廣。論文主要設計介紹了智能碼垛機的夾具部分、動作部件以及PLC編程控制裝置的流程圖，這使得智能碼垛機的整體協(xié)調性變得更強，這跟以往傳統(tǒng)的碼垛方式有很大不同，通過PLC控制系統(tǒng)可以靈活的改變作業(yè)方式，通過夾具部分的改變可以實現對不同物品的碼垛，通過各個零部件的復合運動可以實現各種角度的作業(yè)，使得智能碼垛機更好的體現機電一體化的發(fā)展方向。該論文設計的智能碼垛機所采用的氣壓傳動與電氣控制系統(tǒng)相結合的思想是一大特點，氣壓傳動能夠使工作更加快速，準確，而且介質來源廣泛，取之不竭、用之不盡，非常契合當今世界環(huán)保發(fā)展理念，而PLC控制技術的各個部分的模塊化使得碼垛機的操作性變的非常簡便，只需要修改相應程序指令便可完成相應的動作，兩者的結合能夠降低很多成本，帶來更多的經濟效益。主要參考文獻濮良貴、紀名剛.機械設計.北京：高等教育出版社，2005成大先.機械設計手冊-氣壓傳動.北京：化學工業(yè)出版社，2002陳建明.電氣控制與PLC應用.北京：電子工業(yè)出版社，2006王承義.碼垛機及其應用.北京：機械工業(yè)出版社，1981胡弘、姚伯威.機電一體化原理及應用.北京：國防工業(yè)出版社，1999陳秀寧.機械設計課程設計.浙江：浙江大學出版社，1995123456主要參考文獻感謝語THANKS!首先，我非常感謝姜老師對我的指導，在進行畢業(yè)設計的過程中，我總是有這樣或那樣的問題，姜老師一直都是不厭其煩的一一為我解答，并且時刻啟發(fā)著我的設計思路，使我受益匪淺，深刻理解了其中的知識，此外，姜老師對于知識的嚴謹態(tài)度和對研究的求實態(tài)度，也指引給了我以后的人生發(fā)展方向。另外，我還要感謝兩年來幫助過我的老師和同學，正是由于他們的教導和幫助，才能使我的畢業(yè)論文能夠順利進行，才能把所學知識運用到論文當中。最后，感謝兩年來青島農業(yè)大學海都學院對我的培養(yǎng)，衷心的祝愿海院能夠發(fā)展的越來越好。懇請各位老師批評指正！THANKS演示完畢感謝觀看I智能碼垛機的設計目 錄摘 要.IABSTRACT（英文摘要）.引 言.11.1 設計的背景和意義.11.2 國內外發(fā)展現狀.2第二章 總體方案確定.32.1 總體方案論證.32.1.1 碼垛機手臂結構方案設計 .32.1.2 碼垛機驅動方案設計 .32.1.3 碼垛機控制方案設計 .42.1.4 碼垛機主要參數 .42.1.5 碼垛機的技術參數列表 .5第三章 智能碼垛機總體結構設計.63.1 動作工況與分析.63.2 碼垛機各部分結構設計.73.2.1 智能碼垛機的底座設計.73.2.2 智能碼垛機的柱桿 設計.73.2.3 智能碼垛機 軸承的設計.83.2.4 智能碼垛機 上軸承座的 設計 .93.2.5 智能碼垛機 下軸承座的 設計 .103.2.6 智能碼垛機機械 大臂的設計 .10II3.2.7 智能碼垛機機械 小臂的設計 .113.2.8 智能碼垛機夾具 的設計 .113.2.9 智能碼垛機 夾緊氣缸 的設計 .123.2.10 智能碼垛機 升降氣缸 的設計 .143.2.11 智能碼垛機 伸縮氣缸 的設計 .173.2.12 智能碼垛機 回轉氣缸 的設計 .19第四章 智能碼垛機氣壓傳動的設計 .21第五章 智能碼垛機 PLC 程序的設計 .225.1 電磁鐵動作順序.225.2 I/O 分配.225.3 PLC 控制梯形圖.23結 論 .25- 1 -摘 要步入 21 世紀，科學技術飛速發(fā)展，在現代化的自動生產線當中碼垛機發(fā)揮著至關重要的作用。而隨著機械電氣技術與液壓氣動技術的高速發(fā)展，使得碼垛機的類型變得越來越多樣化，工作效率越來越高效，在很多領域中都有很好的應用，因此，對于碼垛機的設計或者說改進有了更多元化的要求。本論文設計的智能 碼垛機由夾具部分 、動作部件 和程序控制裝置 三大部分組成。夾具部分的功能是抓取所需的物品 ，由于物品的不確定性，夾具部分可按照要求設計成為不同的類型 。動作部件的功能是通過各個部件之間的配合使碼垛機完成所需要完成的動作。程序控制裝置的功能是通過各種程序來實現碼垛機的智能化。智能碼垛機主要有抓取、旋轉、伸縮、升降 四個自由度組成 。論文主要從三個方面對智能碼垛機進行設計，分別為各個構件的設計，傳動方式的設計以及程序系統(tǒng)的編程。根據各種條件的綜合考慮，各機構部件參數設計更加的向高效化與智能化靠近。傳動方式選擇氣壓傳動，并結合圖片表述其工作原理。程序系統(tǒng)的編程也給出了語句指令與編程圖片。智能碼垛機性能優(yōu)良，工作方式靈活，成本較低，并且還有很大的發(fā)展空間，無論是在機械領域還是在電氣領域，甚至在液壓領域中，都能夠有很好的應用。隨著時間的推移，科學技術發(fā)展的越來越成熟，相信智能碼垛機在很多地方都能夠看到它工作的身影。關鍵詞：關鍵詞：機械手，自動化，氣動，PLC- 2 - AbstractIn the 21st century, with the rapid development of science and technology, stacker plays an important role in the modern automatic production line. With the rapid development of mechanical and electrical technology and hydraulic and pneumatic technology, the types of palletizer become more and more diversified, the working efficiency is more and more efficient, and it has a good application in many fields. Therefore, the design of palletizer has higher requirements.The design of this project comes from the transportation station in the production line. The transmission mode is pneumatic transmission, that is to control the action of the stacker with various cylinders. The control part combines the programmable control technology to write a program to control the transportation between the two stations.The intelligent stacker is composed of three parts: clamp part, action part and program control device. The function of the fixture part is to grab the required items. Due to the uncertainty of the items, the fixture part can be designed into different types according to the requirements. The function of the action parts is to make the stacker complete the actions needed by the cooperation between the various parts. The function of the program control device is to realize the intellectualization of the stacker through various programs. The intelligent stacker mainly consists of four degrees of freedom: grabbing, rotating, stretching and lifting.This paper mainly designs the intelligent stacker from three aspects: the design of each component, the design of transmission mode and the programming of program system. According to the comprehensive consideration of various conditions, the parameter design of each mechanism component is closer to the high efficiency and intelligence. The transmission mode is pneumatic transmission, and its working principle is described with pictures. The programming of the program system also gives the statement instruction and programming picture.Intelligent stacker has excellent performance, flexible working mode, low cost, and there is a lot of room for development, whether in the field of machinery or in the field of electrical, or even - 3 -in the field of hydraulic, it can have a good application. With the development of science and technology, it is believed that intelligent stacker can see its work in many places.Keywords:Manipulator, automation, pneumatic, PLC- 4 -引引 言言1.11.1 設計的背景和意義設計的背景和意義步入 21 世紀，科學技術飛速發(fā)展，在現代化的自動生產線當中碼垛機發(fā)揮著至關重要的作用。而隨著機械電氣技術與液壓氣動技術的高速發(fā)展，使得碼垛機的類型變得越來越多樣化，工作效率越來越高效，在很多領域中都有很好的應用，因此，對于碼垛機的設計有了更高的要求。手工方式的碼垛是傳統(tǒng)的碼垛方式，通過人工把貨盤先放在地面上，然后按照一定順序把貨物依次放在貨盤上。對于這種非常傳統(tǒng)的碼垛方式也有顯著的優(yōu)點，因為需要工人來進行搬運碼垛，成本較低，并且讓人覺得安全可靠。但是人工碼垛的方式一旦運用到大規(guī)模生產的過程中，就會有很多不足，耗時耗力，而且效率不高，并且還有可能出現很多意想不到的情況。此外，某些項目有嚴格的衛(wèi)生安全規(guī)范，必須盡可能防止與人體的相互作用。而且傳統(tǒng)的碼垛方式因為要考慮工人的工作環(huán)境，所以就變得更加具有局限性了。因為人工碼出的垛容易重復、質量參差不齊、在搬運過程中經常出現倒垛現象，所以使產品更容易損壞。上述情況在很多領域內都存在，不管是搬運什么物品，保證其物品的完整性很重要，因此，這也是此次設計的一個重點：怎么樣才能在在一些列的搬運過程中，不讓物品損壞，提高其設備機器的穩(wěn)定性。一些易碎易損壞的玻璃制品根本經不起這樣一個長時間搬運的過程。本論文設計的碼垛機，可以很好的提高裝卸效率，更能適應高節(jié)奏的生產方式，同時調整參數實現對大型貨物的碼垛，使碼垛更加智能高效化，從而提高公司的經濟效益。故我們決定對碼垛機器人進行研究，使碼垛機器人的結構和控制程序變得相對簡單，提高其可靠性，減低其成本，以滿足我國的企業(yè)的生產要求，以便碼垛機器人在工廠中能夠更好的普及。- 5 -1.21.2 國內外發(fā)展現狀國內外發(fā)展現狀關于外國碼垛機領域發(fā)展的一些方面:a.智能碼垛機技術很先進，性能優(yōu)良，但是不同碼垛機的價格卻起伏不定，沒有形成一個很好的行業(yè)標準。b.碼垛機各部分的構件設計分布更為合理，更加精巧，并且控制系統(tǒng)算法更為先進，因此，碼垛機的成本提高了很多。c.國外碼垛機所采用的算法與國內不同，并且各個模塊的設計向可重構化發(fā)展，由于這個原因，如果國采用外國的設備應用于自動化生產線當中，其零部件的替換會變得相當復雜麻煩，其維修費用會提高。d.智能碼垛機所采用的傳感器更多，而且相對于國內的碼垛機有更為成熟的發(fā)展，國內所采用的傳感器多為重力，動作，速度傳感器，而國外還采用了色彩，光線，視覺傳感器，這就使得國外的碼垛機比國內的碼垛機性能更加優(yōu)良。對于復雜的工作條件，智能碼垛機具有更多的操作空間。e.國外的碼垛機有的還配置了遠程操作系統(tǒng)，可以進行遠距離長時間作業(yè)，此外，VR技術也已經在發(fā)展過程當中。f.外國碼垛機的發(fā)展技術已經日益成熟，而國內的碼垛機技術更多的還停留于實驗室階段，不能夠很好的應用到很多領域當中，許多當代的碼垛機設計很多都是從國外引進并加以改造，自主創(chuàng)新研發(fā)的碼垛機少之又少。由于各種各樣的原因，我認為技術的發(fā)展應該更傾向于應用到生活中，而不是停留于紙面。 - 6 -第二章第二章 總體方案確定總體方案確定2.12.1 總體方案論證總體方案論證智能碼垛機由動作構件，操作系統(tǒng)，傳感器裝置和程序指令裝置等構成。為了能夠高效化的搬運指定的物品或者貨物，智能碼垛機應該具備高準確度、高快速度、穩(wěn)定的承載性、一定的自我調節(jié)恢復能力，長時間持續(xù)工作以及工作作業(yè)方式更加靈活的諸多特性。智能碼垛機的設計思路為：首先充分考慮工作目標的各方面的特性與要求，然后指定最優(yōu)化的方案，并且進行仿真模擬，看設計的各種參數是否符合預期的工作標準，對相應的控制程序進行不斷改進，綜合考慮各方面的經濟效能與成本，逐步找到一中最適合此工作的最佳方案，另外，也要充分考慮到各種突發(fā)情況以及售后服務等方面，設計后續(xù)方案。本論文設計的碼垛機采用氣壓傳動，氣壓傳動雖不能應用于大型工業(yè)生產的作業(yè)，但是其靈活度高，性能穩(wěn)定，更能廣泛應用于生活當中。2.1.12.1.1 碼垛機手臂結構方案設計碼垛機手臂結構方案設計為了作業(yè)的靈活度，智能碼垛機設計成為 4 個自由度，即機械手的抓取、手臂的升降、手臂的伸縮和旋轉運動。通過立柱來實現機械臂的旋轉和升降運動，機械臂的伸縮通過立柱的移動來實現，而機械臂的其他復合動作則由氣缸控制。2.1.22.1.2 碼垛機驅動方案設計碼垛機驅動方案設計氣壓傳動的優(yōu)點：1.相對于其他傳動形式而言，選擇氣壓傳動能更好的保證其靈活性和穩(wěn)定性，如果出現損壞，維修費用成本低；2保護環(huán)境，重復契合當今中國環(huán)保的發(fā)展理念，并且由于是空氣充當空氣介質，具有很好介質來源，相對于其他傳動方式，成本低，安全可靠；- 7 -3.氣壓傳動的方式可以使得碼垛機的動作更加快速，更加協(xié)調，并且速度的快慢可以調節(jié)，可適用于更廣的領域；4.可靠性高，使用壽命長；5.利用空氣的可壓縮性，可儲存能量，實現集中供氣；6.由于空氣損失小，壓縮空氣可集中供應，遠距離輸送。2.1.32.1.3 碼垛機控制方案設計碼垛機控制方案設計根據本論文的設計初衷，智能碼垛機需要完成很多的復合動作，所以對于PLC 模塊的設計就變得尤為重要，既要考慮經濟成本與所帶來的經濟收益之間的關系，又得保證其工作的穩(wěn)定性與靈活性，還要意識到可操作性是否簡便的問題?？傊?，綜合各方面的考慮，西門子公司的 S7-200 系 CPU226 型 PLC 最為適用，不管是從成本角度，還是從技術角度，都能夠滿足要求碼垛機的啟動裝置，各個位置的開關與 PLC 輸入端相連，PLC 的輸出端則是與各部位相應閥連接，用 24V 電源驅動，配套相應的 STEP 7-MicroWIN V4.4 版程序軟件進行編程。2.1.42.1.4 碼垛機主要參數碼垛機主要參數a.主參數智能碼垛機的主參數是以機械手最大抓取的重量為基準的，考慮到是適用于小規(guī)模生產，也該考慮到常規(guī)參數的要求，將最大抓取重量的主參數設置為1KG。 b.基本參數智能碼垛機的最為重要的基本參數就是各個部位運動速度參數。各個部位運動速度參數影響著碼垛機整體的協(xié)調性與精度，過快過慢都不行，需要設定合理的參數范圍。此碼垛機的機械臂平均升降速度為 75m/s-80m/s，機械臂平均旋轉速度為80/s-90/s，其最大升降速度不超過 110mm/s，最大旋轉速度不超過 460- 8 -/s2.1.52.1.5 碼垛機的技術參數列表碼垛機的技術參數列表A.設計技術參數:a)抓重1 公斤(夾持式手部)b)自由度數 4 個自由度c)最大工作半徑 279mmd)手臂最大中心高 684.5mmB.手臂運動參數夾緊行程 50mm夾緊速度 50mn/s升降行程 100mm升降速度 100mm/s回轉范圍 0180回轉速度 90/sC.手指夾持范圍 塑料:40mmD.定位方式 行程開關E.定位精度 士 0.5mmF.緩沖方式 液壓緩沖器G.驅動方式 氣壓傳動H.控制方式 點位程序控制(采用 PLC)- 9 -第三章第三章 碼垛機總體結構設計碼垛機總體結構設計3.13.1 動作工況與分析動作工況與分析智能碼垛機是采用氣壓傳動的方式進行運動的，介質來源廣，耗費能源小，對環(huán)境無污染，運動動作迅速，維修簡便。但是，由于氣壓傳動需要壓縮空氣的原因，在實際的作業(yè)中，速度起伏會很大，啟動較慢，對于各部件有一定的沖擊力，不能抓取重量特別大的物品。因此適用于小規(guī)模生產。碼垛機的運動動作是由氣缸帶動，而氣缸則是由與 PLC 相連的電磁閥控制。雙線圈電磁閥控制機械臂的伸縮與升降，單線圈的電磁閥控制機械臂的旋轉及機械手的抓取。智能碼垛機的工作目標是將物品從不同的工作臺轉移，碼垛機示意圖如圖 3-1 所示：- 10 -圖 3-1 碼垛機示意圖碼垛機的工作原理就是利用 PLC 控制系統(tǒng)，先讓智能碼垛機的機械臂下降，抓取相應的物品，之后使得機械臂上升，通過機械臂的伸縮和旋轉動作，把物品放在相應的位置后，夾具松開，然后機械臂上升，如此反復進行，可以實現長時間高強度的作業(yè)過程。3.23.2 智能碼垛機各機構的設計智能碼垛機各機構的設計3.2.13.2.1 智能碼垛機的底座設計智能碼垛機的底座設計首先要考慮設計的便是底座部分，各種機構與系統(tǒng)的重量均由底座來支撐，此外，底座還連接了碼垛機的各個機構。碼垛機底座設計如圖所示： - 11 - 圖 3-2 智能碼垛機底座示意圖碼垛機的底座部分是一個單獨的部分，不會有和其他構件之間的配合，所以，底座的內表面不需要做特殊處理，對于外表面要進行粗糙度的要求，在左右兩端的表面上要打上 M10 的螺紋孔，再底座的的下方打上一個光孔，用來固定整個碼垛機的中心位置，方便以后的設計。3.2.23.2.2 智能碼垛機的柱桿設計智能碼垛機的柱桿設計對于機械臂的柱桿，立柱所支撐的重量取決于機械臂的重量，機械臂四自由度的運動也與立柱密不可分。此外，還可以根據工作需要將立柱設計成各種樣式，以滿足碼垛機動作的要求。 （1）立柱的材料因為是氣壓傳動，不需要太大的功率，所以選擇 45 號鋼。（2）計算尺寸根據相關知識，查1表 10-2，得 Q=110120，因為有扭轉力的因素，取Q=115，代入公式：- 12 - 3minnMQD其中： Q查表得出的參數； M柱桿的額定輸出功率，單位取 KW； n轉速，單位取 r/min.規(guī)定 Q=110、M=20KW、n=320，計算得： mmD2 .33320201103min根據計算所得出來的結果，應該選擇比 33.2 大的軸徑，為了保證有工作余量，可取D=40mm，又因為軸徑尺寸小，所承受的重量很小，可以不做校核。3.2.33.2.3 智能碼垛機軸承的智能碼垛機軸承的設計設計軸承方式的選擇有很多，但是根據本論文的條件要求，滑動軸承或滾動軸承都可以滿足其工作需要。滑動軸承承受載荷的方式是通過各個零部件工作過程當中的滑動來實現，這就加劇了各個構件之間的摩擦，增大了阻力，影響啟動速度，容易損壞部件，使得效率變低，維修費用變高。所以我們采用滾動軸承，可以有效避免上述所出現的情況。那么進一步分析，滾動軸承也有很多的類型，選擇哪一種滾動軸承還需要綜合各方面因素考慮，但根據要求能夠選擇滾子軸承和球軸承，球軸承與滾子軸承特性完全相反。如果是在大規(guī)模生產當中選擇滾子軸承，小規(guī)模生產選擇球軸承。此外根據滾動軸承能否自動調心的工作特性，還需要配合推力軸承和向心軸承。a.向心軸承選擇角接觸向心軸承，3060，因為角接觸向心軸承既可以承受徑向載荷，又可以承受軸向載荷。b.推力軸承選擇角接觸推力軸承，6090，原因和向心軸承一樣，能夠承受雙向載荷。- 13 -根據上述分析，確定了滾動軸承的選擇，查表得選用 6006 深溝球軸承和50032 推力球軸承。3.2.43.2.4 智能碼垛機上軸承座的智能碼垛機上軸承座的設計設計智能碼垛機上軸承座的尺寸如圖所示:圖 3-3 智能碼垛機上軸承座示意圖由于上軸承座需要和很多機構鏈接，為了提高碼垛機的穩(wěn)定性，軸承外圈與軸承座孔采用基軸制配合，軸承內圈與軸頸采用基孔制配合，軸承內圈與軸頸的配合要遠大于標準要求。此外軸承內外圈之間的配合需要根據工作條件來制定，如果配合不合適會影響碼垛機運動的速度與精度，甚至會出現卡殼死機等情況，所以軸承內外圈的配合要謹慎選擇，一般取決于物品重量的大小，構件的壽命，動作的連貫不卡頓，以及工作條件與環(huán)境的變化。所以 30 的 6006 軸徑上安裝軸承，這個軸徑就是根據軸承的 d 來的，36 是 6006 軸承的安裝尺寸，同樣根據推力軸承的尺寸來確定軸承座的尺寸。- 14 -3.2.53.2.5 智能碼垛機下軸承座的智能碼垛機下軸承座的設計設計智能碼垛機下軸承座的尺寸如圖所示：圖 3-4 智能碼垛機下軸承座示意圖根據機械設計手冊 ，要注意其表面粗糙度的要求，還要注意各個構件之間的配合是否合理。3.2.63.2.6 智能碼垛機機械大臂的設計智能碼垛機機械大臂的設計碼垛機機械大臂沒有過多要求，內部有動作需要的氣缸即可，如圖所示：圖 3-5 智能碼垛機機械大臂的示意圖- 15 -3.2.73.2.7 智能碼垛機機械小臂的設計智能碼垛機機械小臂的設計碼垛機機械小臂的設計和大臂的設計一樣，并沒有過多要求，如圖所示：圖 3-6 智能碼垛機機械小臂的示意圖3.2.83.2.8 智能碼垛機夾具的設計智能碼垛機夾具的設計因為工作環(huán)境比較多樣化，可根據不同需要設計不同的夾具，在此設計了一種最常見的碼垛機機械手的結構形式。圖 3-7 智能碼垛機夾具的示意圖碼垛機的夾具應該具備以下幾點要求：1.能夠準確高效的抓取物品2.夾具中的角度要適合抓取3.具有較長的使用壽命4.可根據工作條件隨時改變5.操作指令要盡可能的簡單- 16 -3.2.93.2.9 智能碼垛機夾緊氣缸的設計智能碼垛機夾緊氣缸的設計（1）夾具驅動力的計算如果取載荷 T=20，A=75mm，B=140mm，規(guī)定其摩擦系數 N=0.20。圖3-8 智能碼垛機夾緊機構示意圖運用所學知識，驅動力的計算公式為： AKBM2運用所學知識，夾具的夾緊力的計算公式為: ）（NNTK1000.202將數值代入驅動力計算公式得： )(373751401002NM參照17中所提到的實際驅動力計算公式: fCCMM21實際查1中表得，f=0.96，C1=2 - 17 -查17中的數據，C2=4： 將所有數值代入實際驅動力計算公式得：）（實際NM1200所以夾具的實際驅動力約為1200N。（2）夾具上氣缸直徑的計算根據17中得公式: TzTMDTl421其中，T1 是施加在氣缸得推動力，單位是 N，TL氣缸彈簧的反力，單位是 N，TZ夾具上氣缸的摩擦力，單位是 N，M夾具的承重，單位是 P 考慮到摩擦力的影響，則:lTMfDT421氣缸直徑可由以下公式計算:CMfTTD)21(4代入數據得：mmDCMfTT30)21(4規(guī)定內外徑之比為 0.53，可以確定氣缸的直徑mmDd1653. 0根據表17中的公式校核氣缸直徑，取=160MP )/(14Td 則: mmmmd16687. 2因此校核成功，該計算結果可以使用。（3）碼垛機氣缸壁厚度計算根據17中的知識與大小徑之間的關系，可由以下公式計算: 2mdMH其中 H 是所需計算的厚度，d 已經算出，是載荷重力，取 2.5Pa，取mM- 18 -1.6MP將相關數據代入得:mmdMHm84. 12 取 H=2mm，那么大徑為 34mm綜上所述，可以確定夾緊氣缸的尺寸，從而選擇合適的夾緊氣缸型號。 3.2.103.2.10 智能碼垛機升降氣缸的智能碼垛機升降氣缸的設計設計機械臂的升降機構由升降氣缸、機械臂、伸縮氣缸，加緊氣缸、氣爪等組成。其工作原理為：立柱上方的氣管將經過壓縮的空氣輸送到伸縮氣缸、加緊氣缸與旋轉氣缸，立柱下方的氣管把壓縮空氣輸送到升降氣缸，當經過壓縮的空氣進入升降氣缸的上腔后，使缸體上升，同時與升降氣缸相接的鐵塊也上移，當鐵塊觸碰到上方的液壓緩沖器后緩沖。如圖所示：圖3-9 智能碼垛機升降機構簡圖（1）升降氣缸驅動力的計算- 19 - 根據17中的有關知識，確定升降氣缸的驅動力計算公式為： NTTf取N=500N，f=0.36。那么：NNTTf680根據17中所知的公式:NCCTT21實際規(guī)定N=0.96，并取C1=2 那么可以確定C2的具體值，其結果為： 3212C將數據代入公式得：）（實際NT1700夾緊氣缸工作中得實際驅動力約為1700N。.（2）夾緊氣缸的直徑計算根據17中的公式:TzTMDTl421其中，T1 是施加在氣缸得推動力，單位是 N，TL氣缸彈簧的反力，單位是 N，TZ夾具上氣缸的摩擦力，單位是 N，M夾具的承重，單位是 Pa?？紤]到摩擦力的影響，則:lTMfDT421氣缸直徑由以下公式計算:CMfTTD)21(4- 20 -計算得：32)21(4CMfTTD規(guī)定內外徑之比為 0.53，可得確定升降氣缸直徑:mmDd96.1653. 0根據表17中的公式校核氣缸的直徑，取=160MP)/(14Td 則: mmmmd96.1684. 2因此校核成功，該計算結果可以使用。（3）升降氣缸壁厚的計算根據17中的知識與大小徑之間的關系，可由以下公式計算:2mdMH其中 H 是所需計算的厚度，d 已經算出，是載荷重力，取 2.5Pa，取mM1.6MP將相關數據代入得:mmdMHm67. 22 取 H=3，那么大徑為 38mm。綜上所述，可以確定升降氣缸的尺寸，從而選擇合適的升降氣缸型號。3.2.113.2.11 智能碼垛機伸縮氣缸的智能碼垛機伸縮氣缸的設計設計機械臂伸縮機構也是由各氣缸以及壓力緩沖器所組成的，具體的工作過程就是通過氣管把壓縮空氣壓入伸縮氣缸的上腔，從而推動剛體向右移動，使得機械臂完成相應動作，當觸碰到壓力緩沖器的時候，會進行緩沖處理，左右行程的位移距離可以通過定位塊也可以調節(jié)。結構簡圖如圖所示：- 21 -圖3-10 智能碼垛機伸縮機構簡圖（1）伸縮氣缸驅動力的計算規(guī)定摩擦系數 N=0.20。根據所學知識，驅動力的計算公式為： NTZ 取T=400N。那么： NTNZ80根據17中所提到的實際驅動力計算公式:fCCMM21實際查1中表得，f=0.96，C1=2 查17中的數據，C2=4 將所有數值代入實際驅動力計算公式得：）（實際NM246所以伸縮氣缸的實際驅動力約為246N。（2）伸縮氣缸直徑的計算根據17中的公式:- 22 -TzTMDTl421其中，T1 是施加在氣缸得推動力，單位是 N，TL氣缸彈簧的反力，單位是 N，TZ夾具上氣缸的摩擦力，單位是 N，M夾具的承重，單位是 Pa考慮到摩擦力的影響，則:lTMfDT421氣缸直徑可由以下公式計算:CMfTTD)21(4代入數據得：mmDCMfTT36)21(4規(guī)定內外徑之比為 0.53，可以確定氣缸的直徑mmDd08.1953. 0根據表17中的公式校核氣缸直徑，取=160MP)/(14Td 則：mmmmd08.19654. 1因此校核成功，該計算結果可以使用。（3）碼垛機氣缸壁厚計算根據17中的知識與大小徑之間的關系，可由以下公式計算:2mdMH取 H=1.5，那么大徑為 36mm。綜上所述，可以確定伸縮氣缸的尺寸，從而選擇合適的伸縮氣缸型號。- 23 -3.2.123.2.12 智能碼垛機旋轉氣缸的設計智能碼垛機旋轉氣缸的設計機械臂的旋轉采用多點定位緩沖裝置，其工作原理與旋轉液壓緩沖部分一樣。工作原理如圖所示。圖3-10 智能碼垛機旋轉機構簡圖根據17中所提到的壓力與驅動力的關系公式： 222dDGBT或 222dDBTG旋轉氣缸的尺寸可由上述的關系公式得出，從而選擇合適的旋轉氣缸型號。- 24 -第四章第四章 智能碼垛機氣壓傳動的設計智能碼垛機氣壓傳動的設計根據本論文的設計思路,碼垛機的工作原理就是先讓智能碼垛機的機械臂下降，抓取相應的物品，之后使得機械臂上升，通過機械臂的伸縮和旋轉動作，把物品放在相應的位置后，夾具松開，然后機械臂上升，如此反復進行的動作。碼垛機氣壓傳動結構 如圖所示 。- 25 -圖 4-1 碼垛機氣壓傳動示意圖氣壓傳動各部件的需要 表如圖所示 ： 圖 4-2 氣壓傳動所需產品圖產品型號名稱數量1M26C-14-B1二位三通電磁閥12GI-62截止閥1 3YC-7 壓力繼電器14QSL-36WQDE-30-S 氣壓構件25L6-17節(jié)流閥6632LZ-22-G 三位四通電磁閥2第五章第五章 智能碼垛機智能碼垛機 PLCPLC 程序的設計程序的設計5.15.1 電磁鐵動作順序電磁鐵動作順序由圖 4-1 可知,電磁鐵 1YA、2YA 實現碼垛機的升降，電磁鐵- 26 -3YA、4YA 實現碼垛機的抓取,電磁鐵 5YA、6YA 實現碼垛機的伸縮，電磁鐵 7YA、8YA 實現碼垛機的旋轉。碼垛機的動作指令 如表 5-1。表 5-1 電磁鐵動作順序電磁鐵指令號動作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA0初始位置+-+1向下移動+-+-+2夾具抓取+-+3向上移動-+-+4向右移動+-+-+5向右伸縮+-+-+6向下移動+-+ +7夾具松開+-+8向上移動-+-+9向左伸縮+-+-10向左移動+-+-+ 5.25.2 I/OI/O 分配分配PLC 與碼垛機各部分的電路圖 ，見圖 5-2：- 27 -圖 5-2 PLC 與各部分之間的接線情況圖5.35.3 PLCPLC 控制梯形圖控制梯形圖根據以上分析可以設計程序，見圖 5-3：- 28 -圖 5-3 梯形圖結結 論論本畢業(yè)設計是采用氣壓傳動的智能碼垛機，與其他智能碼垛機相比，靈活性更強，準確度與精度更高，可以應用的領域寬廣。論文主要設計介紹了智能- 29 -碼垛機的夾具部分、動作部件以及PLC編程控制裝置的流程圖，這使得智能碼垛機的整體協(xié)調性變得更強，這跟以往傳統(tǒng)的碼垛方式有很大不同，通過PLC控制系統(tǒng)可以靈活的改變作業(yè)方式，通過夾具部分的改變可以實現對不同物品的碼垛，通過各個零部件的復合運動可以實現各種角度的作業(yè)，使得智能碼垛機更好的體現機電一體化的發(fā)展方向。該論文設計的智能碼垛機所采用的氣壓傳動與電氣控制系統(tǒng)相結合的思想是一大特點，氣壓傳動能夠使工作更加快速，準確，而且介質來源廣泛，取之不竭、用之不盡，非常契合當今世界環(huán)保發(fā)展理念，而 PLC 控制技術的各個部分的模塊化使得碼垛機的操作性變的非常簡便，只需要修改相應程序指令便可完成相應的動作，兩者的結合能夠降低很多成本，帶來更多的經濟效益。致 謝首先，我非常感謝姜老師對我的指導，在進行畢業(yè)設計的過程中，我總- 30 -是有這樣或那樣的問題，姜老師一直都是不厭其煩的一一為我解答，并且時刻啟發(fā)著我的設計思路，使我受益匪淺，深刻理解了其中的知識，此外，姜老師對于知識的嚴謹態(tài)度和對研究的求實態(tài)度，也指引給了我以后的人生發(fā)展方向。另外，我還要感謝兩年來幫助過我的老師和同學，正是由于他們的教導和幫助，才能使我的畢業(yè)論文能夠順利進行，才能把所學知識運用到論文當中。最后，感謝兩年來青島農業(yè)大學海都學院對我的培養(yǎng)，衷心的祝愿海院能夠發(fā)展的越來越好。參考文獻- 31 -1 濮良貴、紀名剛.機械設計.北京：高等教育出版社，20052 成大先.機械設計手冊-氣壓傳動.北京：化學工業(yè)出版社，2002 3 陳建明.電氣控制與 PLC 應用.北京：電子工業(yè)出版社，20064 王承義.碼垛機及其應用.北京：機械工業(yè)出版社，19815 鄭笑紅 唐道武.工業(yè)機器人技術及應用.北京：煤炭工業(yè)出版社，20046 龔振邦.機器人機械設計. 北京：電子工業(yè)出版社，19957 周伯英主編.工業(yè)機器人設計.北京：機械工業(yè)出版社，19958 馬香峰.工業(yè)機器人的操作設計. 北京：冶金工業(yè)出版社，19969 張建民.機電一體化技術與系統(tǒng).北京：北京理工大學出版社，199610殷際英.關節(jié)型機器人. 北京：化學工業(yè)出版社，200311宗光華.機器人的創(chuàng)意設計與實踐.北京：航空航天大學出版社，200412許福玲.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，200013朱冬梅.畫法幾何及機械制圖.北京：高等出版社，200014甘永立.幾何量公差與檢測.上海：上海科學技術出版社，200115陳秀寧.機械設計課程設計.浙江：浙江大學出版社，199516徐志疑.機電一體化技術實用技術.上海：上?？茖W技術文獻出版社199517胡弘、姚伯威.機電一體化原理及應用.北京：國防工業(yè)出版社，1999