1.1概述
第1章 传动方案拟订
本次毕业设计我的课题是《主动柱齿轮自动上下料机构与PLC控制》，需要完成的任务有：
1. 绘制零件图
2. 设计送料用的送料机构
3. 设计夹紧工件用的液压夹紧滑台机构 4. 绘制送料机构及液压夹紧滑台的典型零件图 5. 设计此套机构的PLC控制程序 6. 完成毕业设计说明书
其中重点和难点是送料机构，液压夹紧滑台机构，PLC控制部分的设计。
本零件是底盘制造厂制造的汽车减速器的主动柱齿轮，它主要用于载重汽车的底盘中，起着传递转矩，降低转速的作用。该零件需经过毛坯锻造，铣两端面“，钻中心孔等工序，才能够生产出产品。该零件产量为30000件/年，零件重量约为15kg/件，可知其产量属于中批量生产。为了提高加工质量和劳动生产率，同时降低工人的劳动强度和减少废品率，将进行部分工序自动化，由专用机床代替工人生产，自动进行送料，上下料等，既减少了工人工作时间，又提高了生产效益，因此一个工人可同时对多台机床进行操作，使人员配制更加合理。本着这些目的，进行上下料自动机构的设计是很必要的，而机械手的设计将为以后的生产线提供广泛的用途。
1.2 传动方案的拟订
在自动化生产线中，需要较多的机械手和送料机构，要求使零件的设计和制造满足
产品的“三化”要求——系列化，通用化和标准化。这样才能够使机构不但制造和装配方便，简单，而且维修时各个零部件更换容易，故各送料机构和上下料机构机械手的传动原理和结构尺寸都设计成基本相同，差别只在于安装的方向上，因此料道和机械手是整个生产线的基本组成单元。工件的传动路线如下：
毛坯放置在送料机构的传动链上→送料机构将工件输送到机械手能够接触到的地方
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（行程开关控制）→上料机械手夹持工件，将工件放置在托料架上→托料架动作，机械手回位→液压夹紧滑台夹紧工件→两床头横向相向运动，进行铣端面→两床头纵向相向运动，钻中心孔→两床头反向纵向相背运动，钻孔完成→两床头反向横向相背运动，退出切削，夹具松开→托料架上升，工件进位→下料机械手夹持工件，再将工件置于第二道工序的送料机构上，如此反复，就可以实现工件的流水线了。
在本次设计值得注意的是：行程开关，作为位置检测元件，在检测处定位精度较低，因而往往不单独使用，而是辅以定位元件或挡块等元件定位；使用位置传感器作为更精密的位置检测元件，以检测元件是否放对位置（托料架上）；使用压力传感器作为判断夹紧力的元件，以及判断工件是否夹紧。由于此次设计所涉及的动作较多，故需要使用较多的I/O端子的PLC，因此选用OMRON的C系列P型号C60P PLC，对机构进行控制。
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第2章 自动送料机构的设计
2.1传动方案的论证
传动方案的确定，在传动系统的设计过程中起着相当重要的作用，传动方案是否合
理，这直接影响着传动机构的工作效率，而合理的传动方案不仅能够满足机器的功能要求，而且还应该使工作可靠，结构简单，尺寸紧凑，传动效率高，使用维修方便，以及适应各种工作条件等要求，在传动系统中的方案确定过程中，要同时满足这些要求是比较困难的，因此我们要将拟订的各种传动方案进行比较，使传动能够满足重点要求的，综合性能较高的方案就是我们所要的传动方案。
自动送料机构的主要传动要求是能够实现间歇运动，使工件在一个工件完成加工后再送入到待加工位置。为此我们拟订了三种传动方案：1.液压传动；2.气压传动；3.电气传动。
方案一的传动特点： （1）
液压传动各执行元件机构的动作和力（力矩）是靠液体来传动的，所以液体的质量和清洁度将直接影响到液压设备的运动状况。
（2）
在相等功率条件下，液压传动设备比机械传动设备体积小，重量轻，运动惯性小，动态性能好，换向频率高。其往复回转动作可达每秒500次，往复直线运动可达1000次。
（3） （4）
液压设备中，液压系统与电气控制系统联合使用，自动化程度高。 液压设备要保持良好的技术状态就必须做到控制油液污染，控制泄露和控制温升及吸空等。
（5）
液压设备由标准化程度较高，通用较强的液压元件组成，故便于设计制造和推广使用。
（6）
液压传动设备具有自我润滑和自动防止过载的保护能力，故使用起来安全可靠。
（7）
由于液压传动的各个执行机构所传递的力，速度，位移可无级调节（调节范围可达1：2000），故能迅速适应被控制参数的变化。
（8）
液压元件标准化，系列化的水平较高，故液压设备一般比机械设备技术改造投资少，时间短，并且容易实现。
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（9） （10）
液压元件属于精密零件，因此元件的维修比较困难。
液压设备的故障有隐蔽性和多样性，因此故障原因的判断要比机械故障的判断难得多。
方案二的传动特点： （1）
气体流动时惯性小，所以气动元件的动作快，反映灵敏，在系统中建立起一定压力和流速所需的时间短。
（2）
空气的粘性小，因此在管道中流动的压力损失小，便于集中供气和压缩空气的远距离传输。
（3）
气动系统中的工作介质是空气，因此不存在变质，补充和更换问题，经济性好。
（4） （5）
气动系统中回气可直接排入大气，不需要设置回气管路，系统比较简单。 气动系统的工作性能对温度变化不敏感，几乎在0~200℃范围均可工作，并且在高温下不会发生燃烧或爆炸。
（6） （7）
由于工作压力低，可降低对气动元件的材料和制造精度要求。
空气的容积模量比压力油小得多，所以气动元件的速度刚度比液压系统低，低速稳定性差。
（8）
气压信号比电气信号传播速度慢，所以气动系统的快速性和响应频率不如电气控制系统。与机械传动相比，也不如机械传动准确性高。
（9）
气动系统对一定的外泄是允许的，因为外泄的空气不会污染工作环境，也不会影响气压传动的质量；但由于气动系统本身工作压力不高，所以要尽可能也减少泄露。
（10）
空气没有润滑性能，其中又含水蒸气，所以气动元件的工作条件比液压元件差。
方案三的传动特点： （1） （2）
结构简单，维护方便，单机容量大，能实现高速传动；
电力传动中的直流传动系统有良好的调速性能，其调整的范围也很宽，平滑性好，响应速度和频率高。
（3）
电动机能够输出较大的转矩和转速；
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（4） 电动机的容量选择困难，其容量大小回造成电动机的工作环境要求较高，需要空气中不含易燃易爆和防腐蚀的气体。
结合本送料机构传递系统功率不大以及间歇传动的特点，如果选择气压传动，不但会造成间歇传动中的定位不准确，而且产生的噪声也大，是工人的工作环境变差，并且气压系统中的压力也无法达到要求，故不选用气压传动。
电气传动结合本传动系统的特点，就需要选择步进电动机，这样不仅是使用设备是成本增加，而且还需要另设置单独的控制系统，况且电动机在频繁的启动和制动的过程中容易损坏，故不选用电动传动方案。
因此，我们选用液压传动方案，这样不仅可以达到本系统的要求，而且工作较平稳，产生的 噪声相当小，在工件传动同时在一定程度上还避免了上述两种方案所带来的弊端。
在工件传动方案的选择中，由于工件的质量和体积较大，形状比较复杂，无法选择带式传动。结合链传动的特点，可用于远距离传输，链条和链轮的平均传动比恒定，而且在高温，油，酸等恶劣环境下能够可靠的工作，价格也比较便宜，传动效率高，故选用链传动作为工件的输送形式。
选定液压驱动方式及采用链传动的输送形式后，如何使两者能够联接起来形成一个整体统一的传动机构，也是一个重要的环节。由于本方案中采用的是齿轮齿条传动，它的基本设计思路是：设计一齿条和齿轮啮合并有锯齿的齿轮，并将齿轮安装在固定的长轴上。当液压驱动齿轮运动，齿条的往返移动带动齿轮的旋转，齿轮的旋转使锯齿相互配合，带动另外的带有锯齿的齿轮旋转，然后通过该齿轮（该齿轮与轴的花键部分配合）带动轴旋转，进而使链条转动，从而推动在链条上的工件进位。在这里值得注意的是，实际工件的进位只能够是一个不变的方向，而不是变动的。因此，在设计的过程中我们考虑用锯齿形齿的配合来实现，即当齿条向工件移动的相反方向移动时，锯齿虽然接触但不产生反作用力，不能够推动轴旋转，从而工件不动，如此就实现了工件的间歇定向传动。
2.2 液压缸的设计计算
液压缸是液压系统中的对外作功元件，它与工作部件直接相联接，由于不同工作部件的用途和工作要求并不相同，因此在设计前要做好调查研究，准备必要的原始材料和
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