自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[含CAD圖紙+文檔]

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畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課 題 自動(dòng)分揀出入庫(kù)裝置及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械電子工程 年 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 學(xué) 院（系）院長(zhǎng)（簽字） 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 20 年 月 日注：本任務(wù)書(shū)由上海電機(jī)學(xué)院教務(wù)處印制。任務(wù)書(shū)反面：課題來(lái)源企業(yè)課題課題的目的、意義自動(dòng)分揀是存儲(chǔ)物件最有效的方式，對(duì)取物和存物控制可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，本課題主要對(duì)這種控制進(jìn)行研究，以解決有效的解決方案，使學(xué)生掌握分揀和出入庫(kù)裝置的構(gòu)造及其控制方式。要求設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)參數(shù)輸入電壓：200~240V外形尺寸：800，200，800 兩排環(huán)境：-5~40 度，濕度《70%最大快進(jìn)速度 2m/min；定位精度±1mm。要求：文獻(xiàn)翻譯 20000 印刷符號(hào)。完成工作平臺(tái)總裝配圖一張，若干部件圖和零件圖，采用單片機(jī)控制原理圖一張，設(shè)計(jì)圖紙總量不少于 2 張 A0。設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一本。課題主要內(nèi)容及進(jìn)度2010.11-2010.12 收集資料、調(diào)研、翻譯外文技術(shù)資料，完成開(kāi)題報(bào)告。2010.12-2011.1 研讀資料，擬定設(shè)計(jì)方案。2011.1-2011.3 完成設(shè)計(jì)草圖，作必要的設(shè)計(jì)計(jì)算。2011.3-2011.4 最終完成總裝配圖，以及部件圖和零件圖設(shè)計(jì)。2011.4-2011.5 完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。2011.6 答辯準(zhǔn)備及答辯。以上各項(xiàng)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)（請(qǐng)用鋼筆填寫(xiě)）自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本文介紹了國(guó)內(nèi)分揀裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，以及存在問(wèn)題，同時(shí)介紹了可編程控制器的工作原理，選型依據(jù)。設(shè)計(jì)了一種基于 PLC 的全自動(dòng)分揀機(jī)，詳細(xì)介紹了所選用的FX2N-80MT PLC，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì) PLC 的輸入輸出 I/O 進(jìn)行了分配，并且編寫(xiě)系統(tǒng)運(yùn)行的梯形圖。關(guān)鍵詞：分揀裝置，光電傳感器，PLC自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) IABSTRACTThis paper introduces the development of the domestic status quo sorting devices, as well as existing problems, and introduced a programmable controller at the same time the working principle of selection basis. A PLC-based design of the automatic sorting machines, introduced in detail the choice of FX2N-80MT PLC, according to the design requirements of the input and output of the PLC I / O for distribution, and the preparation of the ladder diagram system operation.Key words: Sorting Device, Photoelectricity sensor, PLC自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) II目 錄1 緒論 .11.1 本課題設(shè)計(jì)的背景11.2 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容21.3 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義22 系統(tǒng)控制方案的確定 .42.1 自動(dòng)化分揀出入庫(kù)的概述42.2 采用 PLC 控制分揀出入庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) 42.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟52.4 系統(tǒng)控制方案53 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .63.1 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（垂直）63.2 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（橫向）83.3 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（縱向）103.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型113.5 回轉(zhuǎn)齒輪113.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型133.7 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用.163.8 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源選用.163.9 可編程控制器(PLC)的選型203.10 微動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇.273.11 PLC 輸入輸出分配表 284 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì) .294.1 PLC 梯形圖概述 294.2 三菱編程軟件的特點(diǎn)305 結(jié)論 .31參 考 文 獻(xiàn) .32致 謝 33附件 .34自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 0自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1了解詳細(xì)圖紙 可加扣 1304139763自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 緒論1.1 本課題設(shè)計(jì)的背景分揀出入庫(kù)一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲(chǔ)存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入庫(kù)和出庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。由于這類(lèi)倉(cāng)庫(kù)能充分利用空間儲(chǔ)存貨物，故常形象地將其稱(chēng)為“分揀出入庫(kù)” 。 分揀出入庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50 年代初，美國(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的分揀出入庫(kù)；50 年代末 60 年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)分揀出入庫(kù)；1963 年美國(guó)率先在高架倉(cāng)庫(kù)中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的分揀出入庫(kù)。此后，自動(dòng)化分揀出入庫(kù)在美國(guó)和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專(zhuān)門(mén)的學(xué)科。60 年代中期，日本開(kāi)始興建分揀出入庫(kù)，并且發(fā)展速度越來(lái)越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化分揀出入庫(kù)最多的國(guó)家之一。 我國(guó)對(duì)分揀出入庫(kù)及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開(kāi)始并不晚，1963 年研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所） ，1973 年開(kāi)始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化分揀出入庫(kù)（高 15 米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)） ，該庫(kù) 1980 年投入運(yùn)行。到目前為止，我國(guó)自動(dòng)化分揀出入庫(kù)數(shù)量已超過(guò) 200 座。分揀出入庫(kù)由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，越來(lái)越受到企業(yè)的重視。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國(guó)，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用的行業(yè)主要有機(jī)械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機(jī)場(chǎng)、港口等。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制書(shū)世界第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國(guó)（GM）的生產(chǎn)線(xiàn)上。但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱(chēng)為可編程邏輯控制期，簡(jiǎn)稱(chēng) PLC（programmable logic controller） 。70 年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，使 PLC 從開(kāi)關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過(guò)程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱(chēng)為可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) PC（ programmable controller）.但由于 PC 容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（programmable computer）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用 PLC 作為可編程器的縮寫(xiě)。1985 年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì) PLC 的定義如下：可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3PLC 是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢(shì)。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運(yùn)算（2）弱電控制強(qiáng)電。PLC 是集自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位?？删幊炭刂破?，簡(jiǎn)稱(chēng) PLC。它在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一中新型工業(yè)控制設(shè)備。 具有 1.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 2.設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少 4.功能強(qiáng)、通用性好 5.開(kāi)發(fā)周期短，成功率高 6.體積小，重量輕、功耗底等特點(diǎn)。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。與繼電——接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；占位空間比繼電——接觸器控制系統(tǒng)?。粌r(jià)格上能與繼電——接觸器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；易于在現(xiàn)場(chǎng)變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接推動(dòng)電磁閥、觸器與于之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。因此，進(jìn)行分揀出入庫(kù)的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。1.2 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容課題的主要任務(wù)是基于三菱 FX2N 系列 PLC 的分揀出入庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。倉(cāng)位的主體框架除包括兩個(gè)倉(cāng)庫(kù)外，還配有一個(gè)物品入入位，并在這兩個(gè)倉(cāng)庫(kù) 32 個(gè)倉(cāng)位位的底部均設(shè)置有檢測(cè)開(kāi)關(guān)，若庫(kù)內(nèi)有物品，則壓制相應(yīng)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)使之閉合，若無(wú)物品，則相應(yīng)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。1.3 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義傳統(tǒng)條件下的庫(kù)房管理作業(yè)，主要依據(jù)人工裝卸，特別是對(duì)于一些大型物資，不僅工作效率低，浪費(fèi)大量的人力、物力，存在較大的安全隱患，同時(shí)還占據(jù)大量的庫(kù)房面積。立體庫(kù)的投入使用，徹底解決了這一難題.自動(dòng)化分揀出入庫(kù)可以產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。它通過(guò)高層貨架存儲(chǔ)，使存儲(chǔ)區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高了空間利用率；自動(dòng)化分揀出入庫(kù)采用層積式存放，結(jié)合計(jì)算機(jī)管理，可以很容易實(shí)現(xiàn)先入先出，防止貨物的自然老化、變質(zhì)和損壞；通過(guò)自動(dòng)存取系統(tǒng),加快了運(yùn)行和處理速度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；采用自動(dòng)化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場(chǎng)合的物品存儲(chǔ)需要；計(jì)算機(jī)控制能夠始終準(zhǔn)確無(wú)誤地對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，減少了貨物處理和信息處理過(guò)程中的差錯(cuò)；同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)能力，便于清點(diǎn)和盤(pán)庫(kù)，合理減少庫(kù)存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動(dòng)資金，從而提高倉(cāng)庫(kù)的管理水平。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的自自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4動(dòng)化。同時(shí)，由于使用自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，促進(jìn)企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費(fèi)，保證均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員的水平。自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 52 系統(tǒng)控制方案的確定2.1 自動(dòng)化分揀出入庫(kù)的概述自動(dòng)化分揀出入庫(kù)是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下, 自動(dòng)地完成物品倉(cāng)儲(chǔ)和取出的系統(tǒng), 它以高層立體貨架為主體, 以成套搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ), 是集自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)電技術(shù)于一體的高效率、大容量存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化分揀出入庫(kù)的出現(xiàn), 實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)功能從單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變。用 PLC 控制的自動(dòng)化分揀出入庫(kù)達(dá)到倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的全面自動(dòng)化。自動(dòng)化立體庫(kù)基本由以下部分組成: 貨架:用于存儲(chǔ)貨物的結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的貨架包括將內(nèi)部空間分為 4*4 的擋格堆垛機(jī):用于自動(dòng)存取貨物的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式；按服務(wù)方式分為直道、彎道和轉(zhuǎn)移車(chē)三種基本形式。 庫(kù)存信息管理系統(tǒng):亦稱(chēng)中央計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。是全自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)的核心。目前典型的自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)均采用大型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（如 ORACLE，SYBASE 等）構(gòu)筑典型的客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器體系，可以與其他系統(tǒng)（如 ERP 系統(tǒng)等）聯(lián)網(wǎng)或集成。2.2 采用 PLC 控制分揀出入庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)1、低成本 利用電力線(xiàn)上網(wǎng)，最大的優(yōu)點(diǎn)就是成本低。由于利用電力線(xiàn)上網(wǎng)，直接使用現(xiàn)有電力網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)電話(huà)線(xiàn)、光電纜等，大大地減少了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的投資。2、范圍廣 無(wú)所不在的電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。電力線(xiàn)是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的。因?yàn)榧壹叶加须娏€(xiàn)，由此，運(yùn)營(yíng)商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一個(gè)家庭.因此，這一技術(shù)一旦進(jìn)入商業(yè)化階段，將會(huì)促進(jìn)電信市場(chǎng)的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來(lái)極大的發(fā)展空間。 3、高 速 利用電力線(xiàn)上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國(guó)最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商 RWE承諾，運(yùn)用他們的電力線(xiàn)上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比 ISDN 拔號(hào)上網(wǎng)快 30 多倍, 比 ADSL更快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的 PLC 產(chǎn)品正在研制之中。 4、便 捷 不管在家里的哪個(gè)角落,只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有 PLC 帶來(lái)的高速網(wǎng)絡(luò)享受!5、永遠(yuǎn)在線(xiàn) PLC 屬于 “即插即用“，不用煩瑣的撥號(hào)過(guò)程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！6、結(jié)構(gòu)靈活 通過(guò) PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn) Internet 接入，可以靈活擴(kuò)展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率。目前還未有效解決電力線(xiàn)信號(hào)通過(guò)變壓器的技術(shù)，因此，電力線(xiàn)通信設(shè)備都是集中在 220V 線(xiàn)路變壓器的用戶(hù)端。自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 62.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟分揀出入庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟：在分揀出入庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要要考慮以下幾點(diǎn)：深入了解和分析分揀出入庫(kù)的工藝條件和控制要求。設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的總體結(jié)構(gòu)3.確定 I/O 設(shè)備。根據(jù)分揀出入庫(kù)控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶(hù)輸入、輸出設(shè)備。4.根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 類(lèi)型。5.分配 I/O 點(diǎn)，分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線(xiàn)圖。6.設(shè)計(jì)分揀出入庫(kù)系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)分揀出入庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。2.4 系統(tǒng)控制方案根據(jù)對(duì)分揀出入庫(kù)的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的分揀出入庫(kù)具有以下功能：1、堆垛機(jī)（機(jī)械手）要有三個(gè)自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；左、右；2、堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；3、堆垛機(jī)前進(jìn)（或后退）運(yùn)動(dòng)和上（或下）運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行；4、堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù)；5、每個(gè)倉(cāng)位必須有檢測(cè)裝置（微動(dòng)開(kāi)關(guān)） ，當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào)；；6、當(dāng)按完倉(cāng)位號(hào)后，沒(méi)按入或取前，可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作。7、整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外。自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 73 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（垂直）3.1.1 塊承受工作載荷 的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載荷是影響直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的 X-Y 工作臺(tái)為垂直布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：Fmax=G/2 (3-1)其中，移動(dòng)部件重量 G=1000N，代入式（3-1 ） ，得最大工作載荷 =500N。查表 3-41，根據(jù)工作載荷 =0.5kN，初選直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為 KL 系列的JSA-LG15 型，其額定動(dòng)載荷 aC7.94kN?，額定靜載荷 0aC9.5kN?。根據(jù)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)規(guī)定，行程 800 考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表 3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為 940mm。3.1.2 距離額定壽命 L 的計(jì)算上述所取的 KL 系列 JSA-LG15 系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為 60HRC，工作溫度不超過(guò) 10?C，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查表 3-36~表 3-40，分別取硬度系數(shù) f =1.0，溫度系數(shù) f =1.00，接觸系數(shù) f =0.81，精度系HTc數(shù) f =0.9，載荷系數(shù) f =1.5，代入式（3-33） ，得距離壽命：RwL=(3-2)KmFCfarcth 2.98450)(3mx???遠(yuǎn)大于期望值，故距離額定壽命滿(mǎn)足要求。3.1.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型如前所述，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線(xiàn)平行）F x=1000N,受到已知移動(dòng)部件總重量 G=1000N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表 3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.4，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) =0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：?Fm=KFx+ (Fz+Fy+G)=1.4 1000N=1400N (3-3)??自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 83.1.4 最大動(dòng)工作載荷 FQ 的計(jì)算設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度 v=200mm/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速 n=v/Ph=40r/min。取滾珠絲杠的使用壽命 T=15000h,代入 ,得絲杠壽命系數(shù) L0=36（單位為：10 6r） 。查表 3-30，取載荷系數(shù) fw=1.2,滾道硬度為 60HRC 時(shí)，取硬度系數(shù) fH=1.0,代入式（3-23 ） ，求得最大動(dòng)載荷：= (3-4)NFfLmHw23.54730?3.1.5 初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表 3-31，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 G 系列 2005-3 型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱(chēng)直徑為 20mm，導(dǎo)程為 5mm，循環(huán)滾珠為 3 圈*1 系列，精度等級(jí)取 5 級(jí)，額定動(dòng)載荷為 9309N，大于 FQ，滿(mǎn)足要求。3.1.6 傳動(dòng)效率 η 的計(jì)算將公稱(chēng)直徑 d0=20mm,導(dǎo)程 Ph=5mm,代入 得絲杠螺旋升角λ=4° 33′。將摩擦角 ψ =10′，代入η=tanλ/tan(λ+ψ) (3-5),得傳動(dòng)效率 η=96.4%。3.1.7 剛度的驗(yàn)算滾珠絲杠副的支承采用“雙推-簡(jiǎn)支”的方式。絲杠的兩端各采用-對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距約為 a=900mm；鋼的彈性模量E=2.1х10 5Mpa;查表 3-31，得滾珠直徑 Dw=3.175mm，絲杠底徑 d2=16.2mm,絲杠截面積 S= 2d?/4=206.12m 2m。 算得絲杠在工作載荷 Fm 作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 51/()[1570(.1206.)]mFaES????=0.0291mm.。 (3-6)根據(jù)公式 0(/)3WZdD??(3-7)求得單圈滾珠數(shù) Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù) ?列數(shù)為 3 1，代入公自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9式 Z??Z?圈數(shù) 列數(shù)，得滾珠總數(shù)量 Z?=60。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力YJmF/3=466.67N。則由式（3-27） ，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量20.4??mm。因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實(shí)際變形量可以減少一半，取2=0.0012mm。將以上算出的 1?和 2代入 12???總 ，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度 500mm）?總=0.0313mm=31.3 m?本例中，絲杠的有效行程為 840mm，由表 3-27 知，5 級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在800-1000mm 時(shí)，行程偏差允許達(dá)到 40 m?，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。3.1.8 壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)公式（3-28）計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 FK。查表，取支承系數(shù) kf=2；由絲杠底徑 d2=16.2mm 求得截面慣性矩4/6I???3380.88 4m (3-8)壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 取 2.5（絲杠垂直安裝） ；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離 a 取最大值 900mm。代入式（3-28） ，得臨界載荷 FK=6920.76N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿(mǎn)足使用要求。3.2 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（橫向）3.2.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、導(dǎo)軌座等,估計(jì)重量約為 3000N.3.2.2 塊承受工作載荷 的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載荷是影響直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的 X-Y 工作臺(tái)為垂直布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：Fmax=G/4 自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10其中，移動(dòng)部件重量 G=3000N，得最大工作載荷 =750N。查表 3-41，根據(jù)工作載荷 =0.75kN，初選直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為 KL 系列的JSA-LG15 型，其額定動(dòng)載荷 aC7.94kN?，額定靜載荷 0aC9.5kN?。根據(jù)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)規(guī)定，行程 600 考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表 3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為 640mm。3.2.3 距離額定壽命 L 的計(jì)算上述所取的 KL 系列 JSA-LG15 系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為 60HRC，工作溫度不超過(guò) 10?C，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查表 3-36~表 3-40，分別取硬度系數(shù) f =1.0，溫度系數(shù) f =1.00，接觸系數(shù) f =0.81，精度系HTc數(shù) f =0.9，載荷系數(shù) f =1.5，代入式（3-33） ，得距離壽命：RwL=KmFCfawrcth 1.6805)(3mx???遠(yuǎn)大于期望值，故距離額定壽命滿(mǎn)足要求。3.2.4 最大工作載荷 Fm 的計(jì)算如前頁(yè)所述，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線(xiàn)平行）F x=0N,受到已知移動(dòng)部件總重量 G=3000N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表 3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.4，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) =0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：?Fm=KFx+ (Fz+Fy+G)=0.005 3000N=15N (3-9)??3.2.5 最大動(dòng)工作載荷 FQ 的計(jì)算設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度 v=200mm/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速 n=v/Ph=40r/min。取滾珠絲杠的使用壽命 T=15000h,代入 L0=60nT/106,得絲杠壽命系數(shù) L0=36（單位為：10 6r） 。查表 3-30，取載荷系數(shù) fw=1.2,滾道硬度為 60HRC 時(shí)，取硬度系數(shù) fH=1.0,代入式（3-23 ） ，求得最大動(dòng)載荷：= (3-10)NFfLmHw43.5930?自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 113.3 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（縱向）3.3.1 初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表 3-31，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 G 系列 2005-3 型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱(chēng)直徑為 20mm，導(dǎo)程為 5mm，循環(huán)滾珠為 3 圈*1 系列，精度等級(jí)取 5 級(jí)，額定動(dòng)載荷為 9309N，大于 FQ，滿(mǎn)足要求。3. 3.2 傳動(dòng)效率 η 的計(jì)算將公稱(chēng)直徑 d0=20mm,導(dǎo)程 Ph=5mm,代入 得絲杠螺旋升角λ=4° 33′。將摩擦角 ψ =10′，代入 η=tan λ/tan(λ+ ψ),得傳動(dòng)效率 η=96.4%。3.3.3 剛度的驗(yàn)算滾珠絲杠副的支承采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用-對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距約為 a=700mm；鋼的彈性模量E=2.1х10 5Mpa;查表 3-31，得滾珠直徑 Dw=3.175mm，絲杠底徑 d2=16.2mm,絲杠截面積 S= 2d?/4=206.12m 2m。算得絲杠在工作載荷 Fm 作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 51/()[1570/(2.106.2)]mFaES????=2.426 10-4mm.。根據(jù)公式 0(/)3WZdD???，求得單圈滾珠數(shù) Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù) ?列數(shù)為 3 1，代入公式 Z??Z?圈數(shù) 列數(shù)，得滾珠總數(shù)量 Z?=60。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力 YJmF/3=3N。則由式（3-27） ，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 20.4??2.59 10-5mm。因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實(shí)際變形量可以減少一半，取2=1.29 10-5mm。?將以上算出的 1?和 2代入 12???總 ，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度 700mm）?總=2.56 10-4mm=0.256 m?本例中，絲杠的有效行程為 660mm，由表 3-27 知，5 級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在800-1000mm 時(shí)，行程偏差允許達(dá)到 36?，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 123.3.3 壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)公式計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 FK。查表 3-34，取支承系數(shù) kf=1；由絲杠底徑d2=16.2mm 求得截面慣性矩 42/6Id???3380.88 4m；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 取 3（絲杠臥式水平安裝） ；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離 a 取最大值 700mm。代入公式得臨界載荷 FK=4766.8N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿(mǎn)足使用要求。3.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型根據(jù)公式（3-28）計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 FK。查表 3-34，取支承系數(shù) kf=1；由絲杠底徑 d2=16.2mm 求得截面慣性矩42/6Id???3380.88 4m；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K取 3（絲杠臥式水平安裝） ；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離 a 取最大值 1500mm。代入式（3-28 ） ，得臨界載荷 FK=1038.1N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿(mǎn)足使用要求。3.5 回轉(zhuǎn)齒輪3.4.1 齒輪得材料及熱處理方法小齒輪選用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為 260HBS。大齒輪選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度 220HBS，HBS 1-HBS2=260-220=40。查得 σFlim1=240Mpa, σFlim2=240Mpa,SF=1.3故[σ F1]= = =129Mpa （3-11）FS1lim7.0?3.407?[σF2]= = =195MpaF2li95粗選 8 級(jí)精度取小齒輪齒數(shù) Z1=20, 大齒輪 Z2=17×2.673=45.441。取小齒輪齒數(shù) Z1=17，則大齒輪 Z2=17×2.673=45.441，取 Z2=46，實(shí)際傳動(dòng)比 i = =2.706。7463.4.2 齒輪疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)查表，取載荷系數(shù) K=1.1，推薦齒寬系數(shù) Ψ R=0.25—0.3,取 Ψ R=0.3。自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13小齒輪上的轉(zhuǎn)矩T1= = =1.7297×105N·mm （3-12）13095nP?3856.09?（1）計(jì)算分度圓錐角δ 1=arctan = arctan =69.72° （3-13）21Z467δ 2=90°-δ 1=90°-69.72°=20.28°（2）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)Zv1= = =18.12 （3-14）1cos??28.07Zv2= = =132.712?7.694（3）計(jì)算模數(shù)查的 YF1=3.02, YF2=2.16因?yàn)?= =0.023， = =0.011][1F?290.][2F?1956.＞ ，故將 代入計(jì)算。][1F]2][1Fmm≥ = =3.43 （3-15）][)5.0(421213FRFZuYKT????12973.0167.).5(2943 ????（4）計(jì)算大端模數(shù)m = = =4.04R5.01?3.04?查表取 m=4.5（5）計(jì)算分度圓直徑d1=mZ1=4.5×17=76.50mmd2=mZ2=4.5×46=207.00mm(6)計(jì)算外錐距自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14R= = =109.16mm （3-16）12?uZm1673.25.4??(6)計(jì)算齒寬b=Ψ RR=0.3×109.16=32.75mm取 b1=b2=35mm3.4.3 驗(yàn)算輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度σF1= = =95.38Mpa （3-17）12ZbmYKTF175.4302.329.??[σF1]=129Mpa, σF1＜[σ F1]，故安全。3.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型3.6.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jeq 已知：滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑 d0=20mm，總長(zhǎng) l=1360mm，導(dǎo)程 Ph=5mm，材料密度?=7.85?10-3g/ 2cm;移動(dòng)部件總重力 G=800N；如表 4-1 所示，算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下： 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2SLRJ???=1.67kg·cm2;拖板 =1.90kg·cm2。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 110YBG2602,為兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)的步距角為 0.75°，從表（4-5）查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=15 kg·cm2。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：18.57 kg·cm2 （3-18）3.6.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Teq 分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1) 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT由式（4-8）可知， 1eqT包括三部分; 一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 max；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 f；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)公式可知，0T相對(duì)于 max和 fT很小，可以忽略不計(jì)。則有：1eq= + f （3-19）根據(jù)式（4-9 ） ，考慮傳動(dòng)鏈的總效率 ?，計(jì)算空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩： maxT= 2160eqmaJnt??? (3-20)其中： max360v???=1041.6r/min (3-21)式中 —空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書(shū)指定為 2000mm/min；maxV—步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為 0.75 ；??—脈沖當(dāng)量，本例 =0.004mm/脈沖。??設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至 mn所需時(shí)間 0.4ats?，傳動(dòng)鏈總效率 。則由式求得：0.258 N?m由式（4- 10）知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： 0.015 N?m （3-22）式中 ——導(dǎo)軌的摩擦因素，滾動(dòng)導(dǎo)軌取 0.005——垂直方向的銑削力，空載時(shí)取 0zF——傳動(dòng)鏈效率，取 0.8?最后由式（6-13）求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：1eqT= max+ f=0.273N?m (3-23) 2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2eqT由式（4-13 ）可知， 2eqT包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 tT；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 f；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T， 相對(duì)于 fT和 t很小，可以忽略不計(jì)。則有： 自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 162eqT= t+ f （3-24）其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 tT由公式計(jì)算。有：1.032 N?m （3-25） 再由式計(jì)算垂直方向，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： 0.015 N?m （3-26）最后，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 2eqT= t+ f=1.046 （3-27）最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：1.046 （3-28）3.6.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù) eqT來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取 K=4, 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足： 4×1.046=4.188 （3-29）初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 110BYG2602，由表 4-5 查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩maxjT=20N?m?？梢?jiàn)，滿(mǎn)足要求。 4.6.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度 maxv=2000mm/min，求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率 fmaxf=[2000/(60×0.008)]=4166.67Hz。查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩maxT=20N?m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT=0.127N?m，滿(mǎn)足要求。2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與快速空載移動(dòng)速度 axv=2000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為 fmax=4166.67Hz 。查表 4-5 可知 110BYG2602 電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá) 20000 zH，可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。 3）起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm=15 ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率180qzfH?（查表 4-5） 。由式（4-17）可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：（3-30）說(shuō)明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有 100 zH。綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用 90BYG2602 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.7 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用 本設(shè)計(jì)所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用半閉環(huán)控制，可在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 0.75?? 匹配，可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)時(shí)，需要控制系統(tǒng)發(fā)出360/48個(gè)步進(jìn)脈沖?？紤]到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的 A、B 相信號(hào)，可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子四細(xì)分，因此，編碼器的分辨力可選 120 線(xiàn)。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，編碼器對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。此次設(shè)計(jì)選用的編碼器型號(hào)為：ZLK-A-120-05VO-10-H 盤(pán)狀空心型，孔徑 10mm，與電動(dòng)機(jī)尾部出軸相匹配，電源電壓+5V，每秒輸出 120 個(gè) A/B 脈沖，信號(hào)為電壓輸出。3.8 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源選用3.8.1 主要特點(diǎn)：1. 220V 交流供電2. 恒流斬波控制3. 提供 3A/4A/6A/7A 四種標(biāo)準(zhǔn)電流4. 節(jié)能的半電流鎖定模式5. 輸入信號(hào) TTL 兼容6. 光電隔離信號(hào)輸入7. 過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 183.8.2 電氣特性 Ti=25℃項(xiàng) 目 指 標(biāo)電源電壓 AC220V±10%，50Hz±1 Hz輸出電流 3A/4A/6A/7A 可選步進(jìn)脈沖頻率 0～10K Hz邏輯信號(hào)電流 5～10mA絕緣電阻 500MΩ3.8.3 使用環(huán)境及參數(shù)冷 卻 方 式 強(qiáng)制風(fēng)冷溫 度—10℃～+50℃ 使用環(huán)境濕 度40～90%PH外 形 尺 寸 117x290x130mm重 量 約 Kg3.8.4 電流選擇1.訂貨時(shí)向制造廠(chǎng)聲明；出廠(chǎng)設(shè)定值為 6A。2.用戶(hù)臨時(shí)需要更改電流時(shí)，請(qǐng)照如下所示：在斷電情況下，打開(kāi)機(jī)殼，按下表所示撥動(dòng)紅色撥碼開(kāi)關(guān)，再通電即按設(shè)定情況工作。開(kāi)關(guān)位置1 2電 流OFF OFF 3AOFF ON 4AON OFF 6AON ON 7A注意：改變?cè)O(shè)定后，需重新通電，設(shè)定方有效。自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 193.8.5 控制信號(hào)（1）方向控制外部輸入信號(hào) Cw 電平變化可改變電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向。注：電機(jī)的初始運(yùn)行方向與電機(jī)的接線(xiàn)有關(guān)，互換任意兩相可以改變初始運(yùn)行的方向。（2）步進(jìn)脈沖輸入信號(hào) Cp最大通過(guò)頻率為 10KHz。脈沖的低電平時(shí)間應(yīng)大于 500nS。（3）使能信號(hào) EnEn 端外加低電平時(shí)，電機(jī)響應(yīng) Cp 端輸入脈沖運(yùn)行， Cp 端沒(méi)有信號(hào)時(shí)，電機(jī)處于半流鎖定狀態(tài)；En 端懸空時(shí)，驅(qū)動(dòng)器切斷電機(jī)各相的電流使電機(jī)軸處于自由狀態(tài)，此時(shí)步進(jìn)脈沖Cp 將不被響應(yīng)。（4）輸出信號(hào) A1、A2，B1、B2接二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的出線(xiàn)。（5）信號(hào)結(jié)構(gòu)（6）信號(hào)要求BD28Nc 驅(qū)動(dòng)器采用單脈沖控制方式。Cp、Cw、En 信號(hào)通過(guò)光耦隔離，采用共陽(yáng)極接法。為確保內(nèi)置光耦能可靠導(dǎo)通，要求信號(hào)提供至少5mA 的電流。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部已串入光耦的限流電阻 1KΩ，對(duì)應(yīng)+5V 電平。自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，可根據(jù)需要外串電阻進(jìn)行限流。例如輸入電平為+24V 時(shí)，應(yīng)在每個(gè)控制信號(hào)上串聯(lián) 2KΩ 左右電阻。該驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線(xiàn)方式如圖 8.1 所示。圖 3-1此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：表 3-1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器型號(hào) 相數(shù) 類(lèi)別 細(xì)分?jǐn)?shù) 最大相電流 工作電源BD28Nc 二相或四相 混合式 二相八拍 4A 110-220VAC自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 213.9 可編程控制器(PLC)的選型3.9.1 PLC 概述可編程控制器，英文稱(chēng) Programmable Controller，簡(jiǎn)稱(chēng) PLC，本課題中用 PLC 作為它的簡(jiǎn)稱(chēng)。PLC 是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它通過(guò)運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過(guò)程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過(guò)輸出電路的物理過(guò)程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。PLC 基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過(guò)程一般不考慮的。而 PLC 則要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問(wèn)題,入出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是 PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。PLC 可以通過(guò)它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強(qiáng)的多。PLC 有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的 I/O 接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：○ 邏輯處理功能；○ 1○ 數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；○ 2○ 準(zhǔn)確定時(shí)功能；○ 3○ 高速計(jì)數(shù)功能；○ 4○ 中斷處理（可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；○ 5○ 程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；○ 6○ 聯(lián)網(wǎng)通信功能；○ 7○ 自檢測(cè)、自診斷功能?！?8可以說(shuō)，凡普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能，PLC 幾乎也都可以做到。像 PLC 這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒(méi)有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無(wú)法比擬的。豐富的功能為 PLC 的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為自動(dòng)門(mén)行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。3.9.2 PLC 的選型在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。自動(dòng)分揀出入庫(kù)設(shè)備及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。3.9.3．輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～ 20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠(chǎng)商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O點(diǎn)數(shù)為輸入 55 點(diǎn)，輸出 12 點(diǎn)。存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶(hù)應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶(hù)應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16 位為一個(gè)字） ，另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。因此本課題的 PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ) 5000 條梯形圖，這樣才能在以后的改造過(guò)程中有足夠的空間。3.9.5 控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。（1）控制功能PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專(zhuān)用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。（2）編程功能離線(xiàn)編程方式：PLC 和編程器公用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線(xiàn)編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線(xiàn)編程方式：CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線(xiàn)編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試