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毕业设计(定稿)

发布时间:2018-05-29 10:48
毕 业 设 计
 
 
 
 
Abstract
 
With the improvement of the level of social production, the expansion of production scale, the mechatronic stamping cell played a more and more important role in the manufacturing process. In order to raise the productivity, it has been used in various enterprises. It adopted an intelligent detection and integrated computer system control, greatly improving the labor productivity, reduced operator labor intensity, speed up the construction of the materials and cut down the labor and time in the large scale for industrial enterprises, which played a huge role in the national economy.
  The design of a mechatronic stamping unit in a typical automated production line include: power-driven design, structure and exterior design, manipulator and movement design, interface with the electrical circuit design and PLC control system design part. The design structure and exterior of the stamping cell is to design a stamping cell with a logical structure and work safely in a lesser space;The design of manipulator requires simple construction, works safely and orient preciously; The design of power drive is to design the motivity of the manipulator in the whole motorial process; The design of interface and the circuit is to design the interface of the whole system including that of various sensors and PLC and disposing the circuit of whole system; The design of PLC is to design the operation of the informations that the sensors collect, and control every executive part accordingly.
  The main issue is the power drive design of the stamping cell based on the electronic training system: the power drive device is mainly to drive the motivity of the manipulator, horizontal plane through the stepper motor-driven ball screws to drive the right-and-left and fore-and-aft motivity. Moreover, there are air-pressure-driven cylinders in the horizontal direction to control the fore-and-aft movement of the manipulator. Through the three degrees of freedom of the manipulator goods can be stamped automaticly.
 
Key wordsMechatronic; Training system; Stamping unit; Power Drive; Stepping Motor; Stepping Motor Driver; Air compressor pneumatic
 
 
 
 
 

目  录
 
前言········································································1
第一章 绪论························································2
1.1 课题的来源·····················································2
1.2 课题研究的目的及意义···········································2
1.3 课题研究内容···················································2
第二章 步进电动机的驱动设计········································6
2.1 滚珠丝杠螺母副的计算设计······································6
 2.1.1 滚珠丝杠螺母副的组成及特点······································6
 2.1.2 滚珠丝杠副的计算与选型···········································7
2.2 步进电动机················································11
 2.2.1 步进电动机的分类·················································12
 2.2.2 选择步进电动机时的注意事项·······································12
2.3 步进电动机的选型··········································13
       2.3.1 横轴步进电机的选用·································13
2.4 步进电动机驱动器的选型········································17
       2.4.1 Q2HB68MC驱动器的特点·································18
 2.4.2 Q2HB68MC驱动器的接线示意图及引脚功能················19
第三章 气压驱动设计················································23
3.1 气压驱动简介··················································23
 3.1.1 气压传动系统的组成···············································23
 3.1.2 气压传动系统的特点···············································24
3.2 气源装置的选用················································25
 3.2.1空气压缩机的分类·················································25
 3.2.1 空气压缩机的选用··············································26
 3.2.3 气源净化装置··············································28
3.3气动管道设计··················································29
3.4 气动执行元件··················································30
3.5 气动辅助元件··················································40
结论··························································42
参考文献··························································43
谢辞····························································45

前 言
 
随着社会生产水平的提高,生产规模的扩大,机电一体化冲压单元在生产过程中越来越重要。为了提高生产率,各企业都在尽可能多地应用机电一体化冲压单元。它通过计算机系统的智能检测及集成控制,大大提高了劳动生产力,降低了操作人员的劳动强度,加快了物料冲压,为企业节省了大量的劳力和时间, 在国民经济中发挥了巨大的作用。
典型的机电一体化系统冲压单元的设计包括:动力与驱动设计、结构与外型设计、机械手与运动设计、接口电路设计和PLC控制系统设计等部分。其中,冲压单元的结构与外型设计,是设计在较小的空间内设计出结构合理、工作安全的冲压单元;机械手的设计,要求结构简单,工作可靠,定位准确;动力驱动的设计,是设计机械手及上料单元等在整个运动过程中的动力;接口电路设计,是设计整个系统中的电气接口、各种传感器与PLC的接口及整个系统的布线设计;PLC控制系统的设计,是设计PLC通过对传感器采集到的信号的运算,并根据运算结果控制各个执行部件。
动力驱动装置主要是驱动机械手、上料单元和冲压单元部分的运动,机械手
的运动分别是水平方向通过步进电机驱动滚珠丝杠在横轴方向的前后运动,还有气压驱动的能在竖直方向上做伸缩运动、在水平方向做的夹紧运动,此外有做伸缩运动的上料汽缸以及在竖直方向运动的小车定位汽缸。通过机械手三个方向的运动可以完成货物的自动装配及冲压。
该系统是基于机电一体化实训系统冲压单元设计的,采用步进电机驱动器控制步进电机的运动,由PLC产生驱动脉冲信号,控制步进电机以一定的转速向某一方向产生一定的转动角度。步进电机可以满足很多工业控制设备对位移和角度的控制精度较高的要求, 可精确实现所设定的角度和转数。本设计主要是运用步进电机驱动器控制两相步进电机系统,气动技术具有一系列显著优点,在工业生产中得到越来越广泛的应用,已成为自动化不可缺少的重要手段。进入90年代后,气动技术更突破传统死区,经历着飞跃性进展。气动机械手的特点是以空气作为动力传递介质,以气缸、气马达或其它气动装置作为传动机构。该系统将这两种动力驱动集成用计算机PLC控制,从而实现整个系统的自动高效运作。

第一章
                                  
机电一体化产品设计的基本原理和关键技术同相关技术进行有机的组织和综合,提高了独立自主开发机电一体化产品的能力,填补了企业产品的空白,并推动了本企业的技术进步和发展。随着现代社会生产水平的提高,生产规模的扩大,机电一体化冲压单元在生产过程中越来越重要【1】
1.1 课题的来源
随着现代科技的发展和技术的不断进步,越来越多的新技术应用到生产中去,极大地推动着社会生产水平的提高,生产规模的进一步扩大,机电一体化冲压单元越来越多地在很多企业建立起来。机电一体化系统不但要求驱动效率高、反应速度快,而且要求对环境适应性强、可靠性高,维修和回收。动力驱动系统为机电一体化产品提供能量和动力功能,去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力驱动系统包括电、液、气等动力源【2】。动力驱动技术包括电动、气动、液压等直接执行操作技术,对产品的质量产生直接的影响。目前,机电一体化产品对电动机、液压马达、气马达等动力驱动元件的精度、可靠性要求更高,响应速度要求更快。伺服驱动技术的发展,得以使机电转换件具有高精度、高可靠性和快的响应速度,使直流伺服电机具有较高的分辨率和灵敏性等【3】。不仅实现了更精确的控制,而且还极大地提高了整个机电一体化实训系统冲压单元的工作效率。
1.2 课题研究的目的及意义
该课题研究的主要目标是机电一体化系统冲压单元的动力驱动的选择与设计,是机电一体化冲压系统设计的重要一环, 直接影响着货物的冲压效率和整个自动化生产线的效率。通过用PLC控制机械手的三个自由度实行对货物的准确存取与冲压,整个自动化生产线采用计算机控制。在步进电机驱动器控制的步进电动机中采用滚珠丝杠传动可实现机械手起动和停止的准确无误,满足高速精确运行的要求【2】。通过对冲压模型的研究,为实际生产车间的冲压系统的设计和机电一体化系统中的冲压单元的改进设计奠定了一定的理论基础。
1.3 课题研究内容
机电一体化冲压单元系统是柔性制造系统(FMS)的一部分,柔性制造系统在当今自动化工厂中应用广泛,生产效率高,经济效益好,有很大的发展前途。在基于机电一体化冲压单元实训系统的研究中,有利于加深对柔性制造系统的认识,同时为实际系统的使用奠定了理论基础。
机电一体化冲压单元实训系统的设计主要有以下几部分:动力与驱动设计、结构与外型设计、机械手与运动设计、接口电路设计和PLC控制系统设计等部分。该冲压单元的整体结构如图1-1所示。
 图1-1 冲压单元整体结构图
 
图1-1 冲压单元整体结构图
 
其中,冲压单元的结构与外型设计,是设计在较小的空间内设计出结构合理、工作安全的冲压单元;机械手的设计,要求结构简单,工作可靠,定位准确;动力驱动的设计,是设计机械手在整个运动过程中的动力;接口电路设计,是设计整个系统中的电气接口、各种传感器与PLC的接口及整个系统的布线设计;PLC控制系统的设计,是设计PLC通过对传感器采集到的信号的运算,根据运算结果控制各个运动执行部件。
该冲压单元的工作过程如下:
本单元有一台步进电机与步进电机驱动器、一个PLC、一个电源模块。本单元的功能是将工件由皮带线上的小车中抓取至工作台上,再由汽缸将工件送至冲压汽缸下,冲压工件,冲压后将工件送至机械手下方,机械手运行到工件检测传感器处进行检测,如检测到钢珠则将工件送至达皮带线上的小车中,进行下一工序。
具体步骤:
 
1 复位  
2 小车检测传感器检测到小车、小车定位、汽缸定位   
3 机械手左行至小车上方  
4 机械手下降、抓取工件、机械手复位  机械手左行至工作台上方
5 机械手下降、放下工件、机械手复位
6 上料汽缸动作、将工件送至冲压汽缸下方  
7 工件检测一传感器检测到工件、冲压汽缸冲压   
8 冲压汽缸复位、上料汽缸复位   
9 机械手下降、抓取工件、机械手复位
10 机械手左行至工件检测二传感器上方  
11 机械手下降、工件检测二传感器检测工件  
12 如加工不合格则报警灯报警、如加工合格报警灯不报警    
13 机械手复位、机械手右行至小车上方   
14 机械手下降、松开抓手、将工件放到小车上  
15 机械手复位、小车定位 汽缸复位  
16 小车运行至下一单元  
  
以上是机械手动作,当完成后,流水线上的工件将移至存储单元。至此,整个机构的一个完整动作就完成了。
机电一体化广泛地综合了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换和软件编程等技术,并将这些技术有机的结合成一体,它是当今世界机械工业技术和产品发展的潮流。随着机电一体化技术的发展,各种产品与装置实现了机电一体化,有利实现整体优化,提高产品质量和生产效率,缩短开发新产品的生产准备周期,加速科技成果向商品转化,有利推动传统产业发生深刻变革,同时,随着新产品的研发及高精密等设备的发展,要求新一代机电一体化冲压单元动力驱动设备朝着高精度、高灵敏度、高可靠性、系统化以及轻量化、微型化方向发展。

第二章
 
机械手在空间有三个自由度。其中,在水平(X和Y)方向上的运动,主要是完成机械手的运动控制,对定位有一定的精度要求。所以选择结构简单、使用维护方便、可靠性高、制造成本低的步进电动机传动的开环控制系统可满足使用要求,与交流电机相比可使整个系统大大简化。
步进电动机在横轴方向的传动通过滚珠丝杠螺母副,将步进电动机的旋转运动转换为机械手在X方向的直线运动,步进电动机通过步进电动机驱动器控制。
2.1 滚珠丝杠螺母副的计算设计
滚珠丝杠螺母副是一种新型的螺旋传动机构,是在丝杠和螺母的滚道之间装有中间传动元件——滚珠,使螺纹间产生滚动摩擦,其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。
2.1.1 滚珠丝杠螺母副的组成及特点
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图2-1 滚珠丝杠螺母副构成原理
图2-1为滚珠丝杠螺母副机构组成示意图,从图可知,它由螺母,滚珠,反向器和丝杠等四部分组成。当丝杠转动时,带动滚珠沿螺纹滚道滚动,为了防止滚珠从滚道端面掉出,在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道,从而形成滚珠流动的闭合通路。
滚珠丝杠螺母副与滑动丝杠副或其他直线运动副相比,具有下列特点:
(1)传动效率高。一般滚珠丝杠螺母副的传动效率高达0.90-0.95,为滑动丝杠副的3-4倍。
(2)传动精度高,刚度好。丝杠螺母之间预紧后,可以完全消除间隙产生过盈。
(3)定位精度和重复定位精度高。由于滚珠丝杠螺母副摩擦小,温升少,因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。
(4)运动平稳。滚动摩擦系数几乎与运动速度无关,动静摩擦力之差极小,启动时无冲击,低速时无爬行,保证了运动的平稳性。
(5)使用寿命长。滚珠丝杠螺母副的摩擦表面硬度高(58-62HRC),精度高,具有较长的工作寿命和精度特性。寿命为滑动丝杠的4-10倍。
(6)可靠性高。润滑密封装置结构简单,维修方便。
(7)不能自锁,有可逆性。即能将旋转运动转换为直线运动,也能将直线运动转换为旋转运动,可满足一些特殊要求的传动场合,但用于垂直传动时,必须在系统中附加自锁或制动装置。
(8)制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等零件加工精度,表面粗糙度要求高,制造成本高。
2.1.2 滚珠丝杠副的计算与选型
    横轴滚珠丝杠副的计算与选型
    1求计算载荷Fc
                     Fc=KFKHKAFm                                         (2-1)
式中,KF为载荷系数,按表2-1选取;KH为硬度系数,按表2-2选取;KA为精度系数,按表2-3选取;Fm(N)为平均工作载荷。
表2-1 载荷系数

载荷性质 平稳无冲击 轻微冲击 较大冲击和振动
KF 1~1.2 1.2~1.5 1.5~2.5
 
表2-2 硬度系数
滚道硬度HRC ≥58 55 50 45 40
KH 1.0 1.11 1.56 2.4 3.85
表2-3 精度系数
精度等级 C,D E,F G H
KA 1.0 1.1 1.25 1.43
根据实训系统冲压单元工作条件,取平均工作载荷Fm=50N,查表2-1,取KF=1.2,查表2-2,取KH=1.0,假定滚珠丝杠为E级精度,查表2-3,取KA=1.1。
则计算载荷    Fc=KFKHKAFm=1.2×1.0×1.1×50N=66N
2计算所要求的额定动载荷Ca
                       Ca= Fc                                (2-2)
式中,Fc为计算载荷,nm为滚珠丝杠平均转速,Lh(h)为滚珠丝杠预期的使用寿命。
根据实训系统冲压单元工作条件,设机械手在承受最大载荷时的进给速度=800mm/min,初选丝杠导程l0=4mm,则此时丝杠平均转速nm=/l0=200r/min。取滚珠丝杠的使用寿命Lh=15000h,代入上式
Ca= Fc=(66×)N=172.85N
    3根据Ca值从滚珠丝杠副系列中选取所需要的规格型号
设选用FCI型号系列,按照所选丝杠副的额定动载荷Ca值应大于或等于Ca的原则,查表2-4选出合用的滚珠丝杠型号规格为FCI-2004-2.5, 其公称直径为20mm,导程为4mm,滚珠直径为2.381mm,循环滚珠为2.5圈×1列,精度等级取E级,额定动载荷为5393N,大于Ca,满足要求。
表2-4 汉江机床厂FCI型滚珠丝杠

滚珠丝杠      系列代号 滚珠丝杠尺寸/mm 循环列数X圈数 额定载荷
公称直径 导程 滚珠直径 动载荷 静载荷
D0 l0 d0 j×k Ca C0a
2004-2.5 20 4 2.381 1×2.5 5393 12651
2005-2.5 1×2.5 8630 18241
2005-3 5 3.175 2×2.5 10493 22850
2504-2.5 25 4 2.381 1×2.5 5982 16083
2505-2.5 5 3.175 1×2.5 9610 23340
2505-3 2×2.5 11670 28538
2506-2.5 6 3.175 1×2.5 9610 23340
3204-2.5 32 4 2.381 1×2.5 6668 20692
3205-2.5 40 5 3.175 1×2.5 10689 29911
3205-3 2×2.5 12945 37364
3206-2.5 6 3.175 1×2.5 10689 29911
4005-2.5 5 3.175 1×2.5 11670 37658
                                                                  续表2-4
滚珠丝杠      系列代号 滚珠丝杠尺寸/mm 循环列数X圈数 额定载荷
公称直径 导程 滚珠直径 动载荷 静载荷
D0 l0 d0 j×k Ca C0a
4005-5       2×2.5 21183 75317
4006-2.5 6 3.969 1×2.5 16083 46779
4008-2.5 8 4.763 1×2.5 20202 55213
4010-2.5 10 5.953 1×2.5 30303 73062
4010-5 2×2.5 55017 146418
5006-3 50 6 3.969 2×2.5 21379 72277
5008-2.5 8 4.763 1×2.5 22556 69825
5010-2.5 10 5.953 1×2.5 33638 93166
5010-5 2×2.5 60999 186234
5012-2.5 12 7.144 1×2.5 45308 114055
6308-3 63 8 4.763 2×2.5 29715 110034
6310-2.5 10 5.953 1×2.5 36776 118174
6310-5 2×2.5 66785 236446
6312-2.5 12 7.144 1×2.5 50113 145437
        4核验稳定性
对于一端轴向固定的长丝杠,为了避免在工作中失去稳定性,必须限制其载荷,在设计时应核验丝杠的安全系数S,其值应大于丝杠的许用安全系数[S](见表2-5)。
表2-5 稳定性系数

支承方式 一端固定,一端自由 一端固定,一端游动 两端固定
安全系数[S] 3~4 2.5~3.3
长度系数µ 2  
 
                       ≥[S]                         (2-3)
式中,Fmax为丝杠不发生失稳的最大载荷,可按下式计算:
                                                  (2-4)
式中:E——丝杠材料的弹性模量,对于钢E=2.06×105MPa;
      l——丝杠工作长度,m;
      I——丝杠危险截面的轴惯性矩,,m4
      µ——长度系数,见表2-5。
取弹性模量E=2.06×105MPa,长度系数µ=1,丝杠小径d1=17.1mm。
滚珠丝杠轴惯性矩  ==0.4 2×10-8m4
故    
安全系数          ≥[S]
可知丝杠是安全的,稳定性合乎要求。
    5核验刚度
滚珠丝杠在轴向工作负载和扭矩的共同作用下,将产生拉压变形和扭转变形,从而影响到丝杠导程的变化,为此,应核验其导程的变形量是否超出对丝杠的传动精度要求。
每个导程的变形量ΔL0,可按下式计算:
                                          (2-5)
式中:A——丝杠截面积,,m2
      Jc——丝杠的极惯性矩,,m4
      G——丝杠的剪切弹性模量,对于钢G=0.81×105MPa;
      T——丝杠扭矩,N·m;
由ΔL0可计算丝杠工作长度上的导程误差ΔL,判断其是否满足传动精度的要求。
                                                   (2-6)
对于低速传动滚珠丝杠(n≤10r/min),可以只按额定静载荷计算。
计算转矩                                  (2-7)
式中为摩擦角,其正切函数值为摩擦系数f,若取摩擦系数f=0.002,则可得=arctan0.002=。

按最不利情况计算导程误差,每个导程的变形量为:

由上式可见,>90%,符合要求。
经上述计算验证,所选FCI-2004-2.5型丝杠各项性能均符合使用要求,可用。
2.2 步进电动机简介
步进电机是一种作为控制用的特种电机,它的旋转是以固定的角度(称为步距角)一步一步运行的,其特点是没有积累误差,已广泛应用于各种开环控制,步进电机的运行要有一电子装置进行驱动这种装置就是步进电机的驱动器,是把控制系统发出的脉冲信号转换为步进电机的角位移,控制系统发出一个脉冲信号,通过驱动器使步进电机旋转一步距角,步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比,所以控制步进脉冲信号的频率就可以对电机精确的调速,控制步进脉冲的个数,以对电机精确定位。
2.2.1 步进电动机的分类
步进电动机的种类很多,按其运动的方式可分为旋转式步进电动机和直线式步进电动机;按其输出转矩的大小可分为快速步进电动机(小转矩)和功率步进电动机(低转速);按其励磁绕组的相数可分为两相、三相、四相、五相和六相步进电动机;按其工作原理可分为反应式(磁阻式)、永磁式和混合式(永磁感应式)步进电动机【10】
反应式步进电动机的定子和转子不含永久磁铁,定子上绕有一定数量的绕组线圈,线圈轮流通电时,便产生一个旋转的磁场,吸引转子一步一步地转动。绕组线圈一旦断电,磁场即消失,所以反应式步进电动机掉电后不自锁。此类电动机结构简单、材料成本低、驱动容易,定子和转子加工方便,步距角可以做的较小,但动态性能差一些,容易出现低频振荡现象,电动机温升较高。
永磁式步进电动机的转子由永久磁钢制成,定子上的绕组线圈在换相通电时,不需要太大的电流,绕组断电时具有自锁能力。这种电动机的特点是动态性能好、输出转矩大、驱动电流小、电动机不易发热,但制造成本高。由于转子受磁钢加工的限制,因而步距角较大,与之配套的驱动电源一般要求具有细分功能。
混合式(永磁感应式)步进电动机的转子上嵌有永久磁钢,可以说是永磁型,但是从定子和转子的导磁体来看,又和反应式相似,所以是永磁式和反应式相结合的一种形式,故称为混合式。该类电动机的特点是输出转矩大、动态性能好、步距角小、驱动电源电流小、功耗低,但结构稍复杂,成本相对较高。因为混合式步进电动机的性能/价格比较高,所以目前得到了广泛的应用。
2.2.2 选择步进电动机时的注意事项
1. 选择步进电机时,首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时,首先要计算机械系统的负载转矩,电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠【6】。在实际工作过程中,各种频率下的负载转矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静转矩大的电机,负载转矩大。
2. 选择步进电机时,应使步距角和机械系统匹配,这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量,一是可以改变丝杆的导程,二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率,不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。
3. 选择功率步进电机时,应当估算机械负载的负载惯量和系统要求的启动频率,使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量,使之最高速连续工作频率能满足系统快速移动的需要【1】
2.3 步进电动机的选型
由于该机械手工作时的载荷较小,且工作过程中仅仅完成工件的抓取和放下,不需要精确的定位,故而可以采用将步进电动机的输出轴直接与滚珠丝杠通过刚性联轴器联结起来。
横轴步进电机的选型
1.计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量
由滚珠丝杠的公称直径D0=20mm;总长=800mm;导程l0=4mm;材料密度=7.9×;移动部件总重力G=50N。算得各个零部件的转动惯量如下:
滚珠丝杠的转动惯量=                           (2-9)
式中  ——材料密度,单位为;
       ——圆柱体质量,单位为kg;
       ——圆柱体直径,单位为cm;
       ——圆柱体长度,单位为cm。
 
移动部件折算到丝杠上的转动惯量=                   (2-10)
 式中  ——工作台的质量,单位为kg;
       ——丝杠导程,单位为cm。

根据使用要求,初选步进电动机的型号为BS86HB80-04,步距角1.8o,转子的转动惯量Jm=1.4kg·cm2
则加在步进电动机转轴上的总的转动惯量为:
=15.1887                              (2-11)
2.计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩
1) 快速空载起动时电动机转轴所受的负载转矩由公式
                                                (2-12)
式中  ——快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩,单位为;
        ——移动部件移动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩,单位为;
        ——滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩,单位为。
 可知,包括三部分:一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩;一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩;还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加转矩。因为滚珠丝杠传动效率很高,根据式
                                                (2-13)
         式中  ——滚珠丝杠的预紧力,一般取滚珠丝杠工作载荷的1/3,单位为N;
                 ——滚珠丝杠未预紧时的传动效率,一般取。
可知,相对于和很小,可以忽略不计。则有:
                                                   (2-14)
        根据式                             (2-15)
           式中  ——步进电动机转轴上的总转动惯量,单位为;
                  ——电动机转轴的角加速度,单位为;
                 ——电动机的转速,单位为;
                  ——电动机加速所用时间,单位为s,一般在0.3-0.1s
之间。
考虑传动链的总效率,计算快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩:         =                              (2-16)
           其中   
           式中  ——空载最快移动速度,根据要求取1500mm/min;
                  ——步进电动机步距角,预选电动机为;
                  ——脉冲当量,=0.01mm/脉冲。
将以上各值代入,算得=750r/min。
      设步进电动机由静止到加速至转速所需时间=0.2s,传动链总效率=0.7。则由式=求得:
0.8517N·m
移动部件运动时,折算到电动机转轴上的摩擦转矩为:
                                                               (2-17)
           式中   ——导轨的摩擦因数,滚动导轨取0.005;
                   ——传动链总效率,取0.7。
则由上式,可得:
               
 最后由式,求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩:=0.8517+0.000225=0.8519
   2)最大负载工作状态下的电动机转轴所承受的负载转矩
                                                  (2-18)
由上式可知,包括三部分:一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩;一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩;还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩,相对于和很小,可以忽略不计。则有:
                                                     (2-19)
其中,折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩由式计算。已知沿着丝杠轴线方向的最大进给载荷=50N,则有:
                  
移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩:

最后由式  ,求得最大工作状态下电动机转轴所承受的负载转矩为:=0.04596
经过上述计算后,得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为:0.8519
3.步进电动机最大静转矩的选定
考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大,当输入电压降低时,其输出转矩会下降,可能造成丢步,甚至堵转。因此,根据来选择步进电动机的最大静转矩时,需要考虑安全系数。本例中安全系数取S=3,则步进电动机的最大静转矩应满足:
 
上述初选的步进电动机型号为BS86HB80-04,查得该型号步进电动机的最大静转矩。可见满足要求。
4. 步进电动机的性能校核
1)最快工进速度时电动机输出转矩校核  
该机械手最快工进速度,脉冲当量=0.01mm/脉冲,由式求出电动机对应的运行频率=1333Hz。
在此频率下,BS86HB80-03电动机的输出转矩=2.7,大于快速空载起动时的负载转矩=0.04596,满足使用要求。
2)最快空载移动时电动机输出转矩校核  
给定的最快空载移动速度=1500mm/min,求出电动机对应的运行频率=2500Hz。在此频率下,电动机的输出转矩=2.5,大于快速空载起动时的负载转矩=0.8519,满足要求。
根据使用条件,横轴导轨采用铬轴承钢GCr15材料的燕尾槽导轨,联轴器选用KL6联轴器型的滑块联轴器。
2.4 步进电动机驱动器的选型
根据机械手的运动特性和步进电动机的特点,选择与之相匹配的Q2HB68MC和Q2HB68MC等角度恒力矩细分型驱动器,驱动电压DC24-80V,适配6或8出线电流在6A以下,外径57-86mm的各种型号的二相混合式步进电机。该产品广泛应用于雕刻机、激光打标、激光内雕机等分辨率较高的小型数控设备上。
2.4.1 Q2HB68MC驱动器的特点
1. 高性能、低价格
2. 采用独特的控制电路
3. 设有12/8档等角度恒力矩细分,最高200细分
4. 最高反应频率可达200Kpps
5. 步进脉冲停止超过100ms时,线圈电流自动减半
6. 双极恒流斩波方式
7. 光电隔离信号输入/输出
8. 驱动电流从0.5A/相到6A/相连续可调
9. 单电源输入,电压范围:DC24-80V  

图2-2 步进电机工作设定图
 
 
 
 
 
 

 
图2-3 输入信号波形时序图
 
2.4.2 Q2HB68MC驱动器的接线示意图及引脚功能
步进电动机驱动器接收来自上位机或是PLC发出的脉冲控指令,包括脉冲信号的方向和脉冲信号的接通与断开。然后经过内部电路的处理把控制系统发出的脉冲信号转换为步进电机的角位移,控制系统发出一个脉冲信号,通过驱动器使步进电机旋转一步距角,步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比,所以控制步进脉冲信号的频率就可以对电机精确的调速,控制步进脉冲的个数,以对电机精确定位,驱动步进电动机运行。
 
 

 
图2-4 驱动器接线示意图
 
★注:1、千万不要将电源接反,输入电压不要超过DC80V。
   2、输入控制信号电平为5V,当高于5V时需要接限流电阻。
   3、此型号驱动器由于采用特殊的控制电路,故必须使用6出线或8出线电机。
      4、驱动器温度超过70度时,驱动器停止工作,故障O.H指示灯亮,直到驱动器温度降到50度,驱动器自动恢复工作。出现过热保护请加装散热器。
      5、过流(负载短路)故障指示灯O.H亮,请检查电机接线及其他短路故障,排除后需要重新上电恢复。
      6、欠压(电压小于DC24V),故障指示灯O.H亮。
 
 
 
表2-6 驱动器引脚功能说明

标记符号 功     能 注    释
TM 工作指示灯 TM信号有效时,绿色指示灯亮
0.H 故障指示灯 过热保护时红色发光管点亮
Im 电机线圈电流设定电位器 调整电机相电流,逆时针减小,顺时针增大
+ 输入信号光电隔离正端 接+5V供电电源,+5v-- +24V均可驱动,高于+5V需接限流电阻,请参见输入信号。
PU D4=OFF,PU为步进脉冲信号 下降沿有效,每当脉冲由高变低时电机走一步。输入电阻220Ω,要求:低电平0—0.5V,高电平4—5V,脉冲宽度大于2.5μs
D4=ON,PU为正向步进脉冲信号
+ 输入信号光电隔离正端 接+5V供电电源,+5v-- +24V均可驱动,高于+5V需接限流电阻,请参见输入信号。
DR D4=OFF,DR为方向控制信号 用于改变电机转向。输入电阻220Ω,要求:低电平0—0.5V,高电平4—5V,脉冲宽度大于2.5μs
D4=ON,DR为反向步进脉冲信号
+ 输入信号光电隔离正端 接+5V供电电源,+5v-- +24V均可驱动,高于+5V需接限流电阻,请参见输入信号。
MF 电机释放信号 有效(低电平)时关断电机线圈电流,驱动器停止工作,电机处于自由状态
+ 原点输出光电隔离正端 电机线圈通电位于原点置为有效(B,-A通电);光电隔离输出(高电平)
TM 原点输出信号光电光电隔离负端 +端接输出信号限流电阻,TM接输出地。最大驱动电流50mA,最高电压50V。
 

 
   步进电动机驱动的设计在整个冲压单元动力驱动设计中占有很重要的地位,本章主要介绍了滚珠丝杠、步进电机及步进电机驱动器的选用。在步进电机驱动器控制的步进电机中采用滚珠丝杠来传动可实现机械手起动和停止的准确无误,满足高速精确运行的要求【3】。步进电机的额定功率要大于系统负载的最大功率,步进电机驱动器要与所选用的步进电机相匹配,滚珠丝杠的额定扭矩要大于负载的最大扭矩。
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位(或线位移)的执行元件。步进电动机输出的角位移(或线位移)与输入的脉冲个数成正比,在时间上与输入脉冲同步。因此,只要控制输入脉冲的数量,频率和电动机绕组的通电顺序,便可获得所需要的转角,转速以及转动方向。当无脉冲输入时,在绕组电流的激励下,步进电动机可以锁相。
步进电动机结构简单,制造容易,价格低廉。它的转子转动惯量小,动态响应快,易于起停,正反转和无级变速也容易实现。其缺点主要表现在:低频时有振荡,速度不够均匀,在高速时输出转矩减小。

 
第三章
                                
机械手在空间有三个自由度。根据冲压单元的外型和结构,除机械手移动外的整个冲压过程对机械手的定位有要求但是精度要求不高,可设计由气压传动系统来完成,气压传动适合传递功率不大,精度要求不太高,工作可靠环境恶劣,对环境适应能力强的场合【8】,另外相对于液压系统比较清洁,维护方便更是自动化生产线尤其是实验室装置首选的驱动方式。所以,设计一个由气压传动的气缸驱动机械手在水平方向的运动、小车制动汽缸及上料单元的运动配合步进电机和滚珠丝杠的运动来完成整个冲压过程。
通过电磁阀控制的气压驱动的气缸来完成机械手的伸缩和夹紧、上料单元推杆的伸缩及制动汽缸是否制动。气体由空气压缩机提供,移动方向由电磁阀控制,移动速度由单向调节阀控制。
3.1 气压驱动系统简介
气压驱动是以压缩气体为工作介质,靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件,把压缩气体的压力能转换为机械能而作功;传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能,亦称气动控制系统【15】。气压传动的特点是:工作压力低,一般为0.3~0.8兆帕,气体粘度小,管道阻力损失小,便于集中供气和中距离输送,使用安全,无爆炸和电击危险,有过载保护能力;但气压传动速度低,需要气源。
3.1.1 气压传动系统的组成
1.动力元件
动力元件即气源装置,是获得压缩空气的设备与装置。其主体部分是空气压缩机,它将原动机提供的机械能转变为气体的压力能,包括空气压缩机、气罐和空气净化装置等。
2.辅助元件
辅助元件是将压缩空气净化、润滑、消声以及元件间连接等所需的不可缺少的元件装置。包括过滤器、油雾器、消声器以及管件等,它们对保持气动系统可靠、稳定和持久工作起着十分重要的作用。
3.执行元件
执行元件是将气体的压力能转换为机械能输送给工作部件的装置,包括气缸(直线运动)和气动马达(回转运动)。
4.控制元件
控制元件是用来调节和控制压缩空气的压力、流量、流动方向以及执行元件的工作程序,以便使执行元件完成预定运动的元件。主要包括压力阀、流量阀、方向阀、逻辑元件和行程阀等。
5.工作介质
经除水、除油、过滤后的洁净压缩空气。
 
图3-1 气路图
3.1.2 气压传动系统的特点 
1.气压传动的优点  
(1)以空气为工作介质,来源方便,取之不尽,工作压力较低,用后可直接排入大气而无污染,处理方便,洁净环境。
(2)空气黏度小,流动时压力损失小,一般仅为油路的0.1%,适用于远距离输送和集中供气。
(3)与液压传动相比,气压传动反应快、动作迅速、维护简单、工作介质清洁、管路不易堵塞,不存在工作介质变质、补充和更换等问题。
(4)工作环境适应性好,工作安全可靠,特别适合于在易燃、易爆、多尘、强磁、强振和辐射等恶劣环境下工作,外泄漏不污染环境,在食品、轻工、纺织、印刷和精密检测等环境中应用最为适宜。
(5)成本低,能实现过载保护。
(6)气动元件结构简单,易制造,易实现标准化、系列化和通用化。
2.气压传动的缺点
(1)因空气的可压缩性较大,使系统的动作和工作速度稳定性受负载变化的影响大,运动平稳性较差,不易实现准确的速度控制和很高的定位精度。
(2)气动装置的体积与液压传动相比较大,产生的推力小。其主要原因是气压系统工作压力低(0.5~0.8MPa),不易获得较大的输出力或转矩。
(3)空气传递速度仅限于声学范围内,与电、光信号相比,传递会产生较大的延迟和失真,不适合高速传递的复杂线路中,但一般设备是可以满足的。
(4)工作噪声较大,高速排气时需要加消声器。
(5)空气不能润滑,故需要专门润滑装置进行润滑。
3.2 气源装置的选用
向气动系统提供干燥,纯洁压缩空气的装置称为气源装置.其主体是空气压缩机,空气压缩机直接产生的空气温度高,含杂质大,不能直接使用,必须经过降温,除尘,除油,过滤等一些列处理后才能用于气压系统【9】
3.2.1 空气压缩机的分类
空气压缩机简称空压机,是气源装置的核心,用以将原动机输出的机械能转化为气体的压力能。空压机有以下几种分类方法:
1. 按工作原理分类:   
             
2.按输出压力p分类:
鼓风机:   p0.2MPa
低压空压机: 0.2MPa p1MPa
中压空压机: 1MPa<p10MPa
高压空压机: 10MPa<p100MPa
超高压空压机:p>100MPa
3. 按输出流量 (即铭牌流量或自由流量)分类:
微型空压机:qz 0.017 m3/s
小型空压机: 0.017 m3/s<qz 0.17 m3/s 
中型空压机: 0.17 m3/s<qz 1.7 m3/s 
大型空压机:qz>1.7 m3/s 
3.2.2 空气压缩机的选用
选择空压机的依据是:气动系统所需的工作压力和流量两个主要参数。一般气动系统的工作压力为0.4~0.8MPa,故常选用低压空压机,特殊需要亦可选用中、高压或超高压空压机。空压机或空压站的供气量(自由流量)可按下式估算:
        (3-1)
式中   -----为系统在同一时间内需求的最大自由空气耗量();
-----为利用系数(因同类气动设备较多时,不会同时使用);
-----为漏损系数;
-----为备用系数。
利用系数是表示气动系统中气动设备同时使用的程度,其数值与气动设备的多少有关,可利用下图查得。漏损系数K1是考虑各元件、管道、接头等处的泄漏,尤其是气动设备(如风动工具等)的磨损泄漏,一般=1.15~1.5,管路长、管路附件多、气动设备多时取大值。备用系数是考虑到各工作时间用气量不等以及为将来增加气动设备留有余地,一般=1.3~1.6。
    
图3-2 气动设备利用系数
因为整个实训系统的气压驱动由同一个空气压缩机提供动力,所以,需根据整个实训系统的最大耗气量来选择低压空压机的型号.各单元气动系统中的气缸在同一时间内需求的最大耗气量大约是0.08。故空压机的输出流量为:

根据以上计算的压力和流量,选择上海空分压缩机有限公司生产的KY2型微型空气压缩机.其主要参数为:    
     电源电压:220V            
    电机功率:150W   
    排气量:15L/min   
    噪声:<50dB(A)   
    常用输出压力:0-0.8Mpa   
    储气罐容积:10L   
    气压自控范围:0.05-0.8Mpa   
    长×宽×高:41×19.5×51cm3        图3-3 KY2型微型空气压缩机 
    净 重:18Kg   
3.2.3 气源净化装置
 一般使用的空压机都采用油润滑,在空压机中空气被压缩,温度可升高到140--170ºC,这时部分润滑油变成气体,混入压缩空气中,加上空气中的水和灰尘,形成了含有水气、油气、灰尘等混合杂质的压缩空气。如果将这种压缩空气提供给气动设备使用,将会产生以下不良后果:
  (1)混在压缩空气中的油气聚集在储气罐中形成易燃物,甚至有爆炸的危险;同时油分在高温汽化后形成有机酸,使金属设备腐蚀,影响设备的寿命。
  (2)混合杂质沉积在管道和气动元件中,使通流面积减小,流通阻力增大,整个系统工作不稳定,严重时系统停止工作。
  (3)压缩空气中的水气在一定压力和温度下会凝结成水滴,在寒冷季节会使管道和辅件因冻结而破坏。
  (4)压缩空气中的灰尘对气动元件的运动部件产生研磨作用,使之磨损严重,影响它们的寿命。
   由此可见,在气动系统中设置除水、除油、除尘和干燥等气源净化装置是十分必要的。主要设备有:
   ①后冷却器(冷却器)
后冷却器一般安装在空压机的出口管路上,其作用是降低空压机排出的压缩空气的温度,由140—170ºC降至40—50ºC,使其中大部分的水、油转化成液态排出,一般采用水冷却法。
   ②油水分离器
油水分离器的作用是将经后冷却器降温凝结的水滴、油滴等杂质从压缩空气中分离出来。
   ③储气罐
储气罐的作用是消除压力波动,保证供气的连续性、稳定性;储存一定数量的压缩空气以备应急使用;进一步分离压缩空气中的油分、水分。
   ④干燥器
经过上述净化处理的压缩空气已基本能满足一般气动系统的需求,但对于精密的气动装置和气动仪表用气,还需经过进一步的净化处理后才能使用【16】。干燥器的作用是进一步除去压缩空气中的水、油和灰尘,常用的方法有吸附法和冷冻法。吸附法是利用具有吸附性能的吸附剂(如硅胶,铝胶或分子筛等)吸附压缩空气中的水分而使其达到干燥的目的。冷冻法是利用制冷设备使压缩空气冷却到一定的露点温度,析出所含的多余水分,从而达到所需要的干燥度。
3.3 气动管道设计
从供气的最大流量和允许压缩空气在管道内流动的最大压力损失决定气源供气系统管道的管径大小。为了避免在管道内流动有较大的压力损失,压缩空气在管道内的流速一般小于25m/s。其管道内径的计算公式如下:
          (3-2)
式中   -----管内气体的流量  ;
       ----管道允许的流速  (m/s)。
由于是低压系统,根据低压空气管道的平均流速取=20m/s,管内气体的流量取最大值=0.015,可得:
             
圆整取=4。
主管道和分支管道一般都采用标准气体管道,在要求耐腐蚀,耐热的场合,可采用铜管。在一般气动设备上,普遍使用橡胶软管或强化塑料管,而在需要很大很直的大直径主管道时,可采用不绣钢管。该系统为实验室设备,可选择尼龙管,这种胶管通常用于气动元件之间的连接,在工作温度限度内,它具有明显的安装优点:容易剪断,可快速连接到压力接头或快换接头上。
表3-1 软管选择表

型号 T0425 T0403 T0604 T0645 T0806 T1075
管外径(mm) 4 4 6 6 8 10
管内径(mm) 2.5 3 4 4.5 6 7.5
最小弯曲半径(mm) 13 25 24 36 48 60
材料 尼龙12
流体 空气,水
爆破压力 如图3-3所示
最高使用压力 1.5mpa(15.2)
环境及流体温度 -20~
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图3-4 软管爆破压力特性图
根据上述计算的管道内径=4,表3-1的参数和图3-3的使用特性,选择内径为4,外径为6的尼龙管,其型号为T0604.可以满足设计要求。
3.4 气动执行元件
气缸的选型:
 
根据气缸推力拉力的大小要求,选定气缸使用压力参数以及缸径尺寸
气缸推力计算公式:气缸推力F1=0.25πD2P
气缸拉力计算公式F2=0.25π(D2-d2)P
       公式式中:D-气缸活塞直径(cm)
            d-气缸活塞杆直径(cm)
            P-气缸的工作压力(kgf/cm2)
            F1,F2-气缸的理论推拉力(kgf)
· 上述出力计算适用于气缸速度50~500mm/s的范围内
· 气缸以上下垂直形式安装使用,向上的推力约为理论计算推力的50%
· 气缸横向水平使用时,考虑惯性因素,实际出力与理论出力基本相等
为了避免选用时的有关计算,下附双作用气缸输出力换算表,可根据负载、工作压力、动作方向从表格中选择合适的缸径尺寸
双作用气缸输出力表单位Kg

缸径
mm
气缸的理论输出力(推力)单位:KG/公斤
使用空气压力MPa
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
10 1.57 2.36 3.14 3.93 4.71 5.50 6.28
16 4.02 6.03 8.04 10.1 12.1 14.1 16.1
20 6.28 9.42 12.6 15.7 18.8 22.0 25.0
25 9.81 14.7 19.6 24.5 29.4 34.4 39.2
32 16.0 24.1 32.2 40.2 48.3 56.3 64.4
40 25.1 37.7 50.3 62.8 75.4 88.0 100.5
50 39.2 58.9 78.5 98.2 117 137 157
63 62.3 93.5 125 156 187 218 250
80 100 151 201 251 300 352 402
100 157 236 314 393 471 550 628
125 245 368 491 615 736 859 982
160 402 603 804 1005 1206 1407 1608
180 508 763 1018 1272 1527 1781 2036
200 628 942 1257 1571 1885 2199 2514
250 981 1473 1963 2454 2945 3436 3926
320 1608 2412 3216 4021 4825 5629 6432
400 2531 3796 5026 6283 7539 8796 10052
 
· 选定气缸的行程:确定工作的移动距离,考虑工况可选择满行程或预留行程。当行程超过推荐的最长行程时,要考虑活塞杆的刚度,可以选择支撑导向或选择特殊气缸。
· 选定气缸缓冲方式:根据需要选择缓冲形式,无缓冲气缸,固定缓冲气缸,可调缓冲气缸
· 选择润滑方式:有给油润滑气缸,无给油润滑气缸
· 选择气缸系列:根据以上条件,按需选择适当系列的气缸
· 选择气缸的安装形式:根据不同的用途和安装需要,选用适当的安装形式
气缸附件的选择:前(后)法兰,脚架,单(双)悬耳,中间铰轴式,铰轴支座式。
 
 
1.冲击汽缸
冲击汽缸是将压缩空气的压力能转换成活塞组件高速运动冲击动能的特殊汽缸,其最高速度可达10m/s以上。冲击气缸有普通型和快排型两种,它们的工作原理相同,差别仅在于快排性冲击气缸在普通型冲击气缸的基础上增加了快速排气机构,能获得更大的冲击能量。
 
图3-5普通型冲击气缸
1-储能腔;2-中盖;3-排气小孔;
4-尾腔;5-头腔
图3-5为普通型冲击气缸的机构原理图。它与普通汽缸相比增加了储能腔以及带有喷嘴和具有排气小孔的中盖,喷嘴口的直径设计为活塞直径的1/3。冲击气缸工作原理及工作过程可分为初始阶段(又称复位阶段)、储能阶段和冲击段三个阶段,如图3-6所示。
图3-6普通型冲击气缸的工作过程
图3-6(a)所示为初始段,这是头腔进气,储能腔排气,在压差的作用下活塞上移至封住中盖的喷嘴口;头腔压力升至气源压力,尾腔及储能腔与大气相通,压力机降为大气压力。
图3-6(b)所示为储能段,这时气缸控制阀切换,储能腔进气、头腔排气,储能腔的压缩空气通过喷嘴口作用于活塞中心的小面积上,其作用力无法克服头腔排气压力产生的上推力及活塞、活塞杆与缸体间的磨擦力,活塞不动,喷嘴一直被封闭,储能腔的压力得以不断升高,同时头腔的压力不断下降,使得储能腔与头腔的压力差不断增大。
图3-6(c)所示为冲击段,当储能腔的压力与头腔压力的比值大于头腔作用面积与喷嘴口面积之比值时,活塞下移使喷嘴口开启,在喷嘴口开启瞬间,积聚于储能腔的压缩空气通过喷嘴口以声速向尾腔充气,储能腔的气压突然作用于尾腔的整个活塞面上,于是活塞在很大的压差作用下加速向下运动,使活塞活塞杆等运动部件在瞬间达到很高的速度(为同样条件下普通汽缸速度的10-15倍),以很高的动能冲击工件。
冲击汽缸广泛应用于冲压、锻造、铆接、压配、下料和破碎等多种作业。本系统冲压气缸选则的是江门市蓬江区进元自动化设备商行CKD气缸系列SSD-T1l2550-X22型薄型气缸,如图3-7。
 
 
图3-7 SSD-T1l2550-X22型薄型气缸
 
2.小车定位气缸
(1)根据系统要求选择江门市蓬江区进元自动化设备商行DSNU-10-80-P-A型活塞式气缸,如图3-8。
 
 
图3-8 DSNU-10-80-P-A型活塞式气缸
 
(2) DSNU-10-80-P-A型活塞式气缸的选型过程
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.上料气缸
(1)根据系统要求选择江门市蓬江区进元自动化设备商行CDM2WB40-50型弹簧式气缸,如图3-9。
 
 
图3-9 CDM2WB40-50型弹簧式气缸
 
(2) CDM2WB40-50上料气缸选型过程
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.5 气动辅助元件
1. 油雾器
气动系统中的各种气阀,气缸,气马达等,其可动部分都需要润滑,但以压缩空气为动力的气动元件都是密封气室,不能用一般方法注油,只能以某种方法将油混入气流中,带到需要润滑的地方。油雾器就是这样一种特殊的注油装置。它使润滑油雾化后注入空气流中,随空气进入需要润滑的部件。用这种方法加油,具有润滑均匀,稳定,耗油量少和不需要大的储油设备等特点。
2.过滤器
空气过滤器是气动系统中的重要环节,是进一步滤除压缩空气的杂质。过滤器形式很多,常用的类型有:一次性过滤器和二次性过滤器,在要求过高的特殊场合,可使用高效过滤器。
3.气源处理二联件
空气过滤减压阀和油雾器组合在一起被称为气动二联件,其功能和三联件一样。起到对压缩空气进行过滤净化处理,增加润滑油,供气动设备的使用。是多数气动系统中不可缺少的气源装置,安装在用气设备近处,是压缩空气质量的最后保证。三大件的安装顺序依进气方向分别为分水滤气器、减压阀和油雾器。
每个元件在系统中的作用分别是:
(1) 空气过滤器一般安装在启动系统的入口处,主要目的是滤除压缩空气中的水分、油滴以及杂质,以达到启动系统所需要的净化程度,它属于二次过滤器。
(2) 减压阀一般安装在空气过滤器之后,油雾器之前,其主要作用是用来调节或控制气压的变化,并保持降压后的压力值固定在需要的值上,确保系统压力的稳定性的阀。油雾器一般安装在过滤器、减压阀之后,是气压系统中一种特殊的注油装置,其作用就是把润滑油雾化后,经压缩空气携带进入系统各润滑油部位,满足润滑的需要。
选择上海新益QAC/AC系列气源处理二联件,同时兼具水分过滤、减压、油雾三项功能。型号为AC3010-02,最大流量1700L•min-1,调压范围0.05~0.8Mpa 。其原理图及实物图如下:
 
图3-10 气动二联件原理图
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

图3-11 气动二联件实物图
 
本章主要介绍了气压驱动系统的选用,对气压系统的优缺点及各组成部分做了简单介绍,并简要介绍了各部分的选用依据。气压驱动系统同步进电机驱动系统一样也是冲压单元动力驱动部分中的重要环节,气压驱动系统有许多步进电机驱动系统无法比拟的优点,因此在机电一体化生产系统中得到了广泛的应用。
 

结 论
 
本论文主要研究了机电一体化实训系统冲压单元中的动力驱动设计。该运动单元是一个由PLC控制的三自由度的机械手在空间完成货物的冲压任务。它的动力驱动分别是由水平横轴方向上步进电机通过滚珠丝杠来传动的,垂直(Z)方向上由伸缩汽缸驱动,机械手的夹紧与放松及上料单元均由汽缸驱动,从而,可以完成货物的自动冲压过程。该自动化冲压单元是一个系统,设计整个运动过程,将已经编写好的程序通过PLC的上位机即总控制站的计算机下载到PLC中,然后进行现场的调试,观察机械手的运动情况。
该冲压单元实训系统又比较复杂,是一个典型的机电一体化产品,是我和同学们共同努力完成的,本人主要负责动力驱动设计。在设计过程中,倾注了很多的时间和心血,查阅了很多资料,总体上设计不错。同时由于本人知识能力的欠缺和时间的仓促,该设计尚有不足之处,恳请各位老师细心指教。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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