彈體自動上下料機構,彈體自動上下料機構,彈體,自動,上下,機構 摘　　要 我這次畢業(yè)設計的課題是：彈體自動上下料機構。主要設計自動上下料專用機構。本次設計的自動上下料機構是利用液壓系統(tǒng)與機械電氣相配合，實現自動工作循環(huán)，液壓系統(tǒng)設計是否合理直接影響自動線的動作性能，因此，對自動線的液壓系統(tǒng)的設計方法和原則加以探討是必要的。在一個工作求，而且有質的要求。因此，要使自動上下料機構實現所要求的工循環(huán)，保證所需的工作性能，方法是多種多樣的，所以根據此設計題目的具體情況確定了液壓系統(tǒng)的設計方案（見液壓系統(tǒng)圖）。一個好的上下料裝置應達到： （1） 提高裝備生產率和工人勞動生產率，顯著減輕工人的勞動強度。 （2） 工作穩(wěn)定可靠，運轉噪聲小，不會損壞工件，使用壽命長。 （3） 結構緊湊、簡單，最大限度采用標準化零件通用性好，易于制造易于維修，成本低，根據理論驗證，上述設計的自動上下料專用機構基本達到要求。 可編程序控制器使系統(tǒng)具有一定柔性，且改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在機械行業(yè)的應用中占有重要位置，也是老設備改造和生產新一代機電一體化產品的重要手段。 PLC的應用范圍非常廣泛，并正在迅速擴大。而采用PLC進行控制，把傳統(tǒng)的繼電器，用無觸點的電子線路來完成，用軟件程序代替了繼電器之間的復雜連線，既方便又靈活，又大大的提高了可靠性，使機械手的控制趨于自動化。 自動化早已成為工業(yè)生產的主流，在成批大量生產率很高，機動工時很短的情況下，上下料是一項重復而復雜的工作。為了提高生產率，減輕體力勞動，保證安全生產，所以采用自動上下料機械手來代替人類的工作。 可編程控制器 PLC是工業(yè)自動化的主導產品。其可靠性極高，使用極方便 的巨大優(yōu)越性，已廣為工業(yè)技術人員所熟知。在可編程控制器中，充分應用了 大規(guī)模集成電路技術，微電子技術及通信技術，迅速的從早期的邏輯控制發(fā)展 到進入位置控制，伺服控制，過程控制的領域。用可編程控制器已經可以構成 包括邏輯控制，過程控制，數據采集與控制，圖形工作站的綜合控制系統(tǒng)?？? 編程控制器在工廠當中廣泛的應用。可編程控制器具有以下的顯著特點： （1） 可靠性高，適用于工業(yè)現場環(huán)境。 （2） 編程簡單，使用方便。 （3） 控制程序可變，具有很好的柔性。 （4） 直接帶負載能力強。 （5） 便于實現機電一體化。 （6） 通信，網絡技術趨于標準化，利于實現計算機網絡控制。 總之，PLC技術代表了當前電子元件程序控制的先進水平，PLC與數控技術和工業(yè)機器人已經成為機械工業(yè)自動化的三大支柱。 關鍵詞：機械手、液壓系統(tǒng)、PLC控制 Abstract The subject of this graduation project of mine is: Bear seat Automatic upper and lower mechanism of materials of the shells. Design the automatic upper and lower materiel special--purpose organization electrically, realize automatic job circulation of transfer machine hydraulic pressure it is rational to influence working performance of to probe speed , the direction , these three parameters ,not only have request for quantity, but also have request for the quality . So should make automatic upper and lower mechanism of materials realize required job Circulation , guaranteeing the working performance needed, the method is varied , so has confirmed the plan of design systematic in hydraulic pressure lees the systematic picture of the hydraulic pressure according to this concrete conditions of designing the question . A good upper and lower material device should reach : 1) Improve and equip productivity and worker’s labor productivity, lighten worker’s labor intensity notably . 2) It is reliable that the work is steady , decrease the noise properly ,will not damage the work piece ,have long performance life . 3) The structure compactness is simple, it is good that the maximum adopts the standardized spare part common ability , easy to make , easy to maintain , with low costs , prove according to theory above —mentioned automatic upper and lower material special—purpose organization that design reach requiring basically. Programmable controller makes the system more amiable; it’s an important way of improving the stability of the system, reforming the old equipments and producing the new macaronis productions, which has an important in applying in the mechanical industry. The appliance of is very extensive , and extend quickly . But the adoption PLC proceeds the control ,get in touch with traditional after the electric appliances machine, use the electronics circuit that have no ant orders complicated on-line of the electric appliances . Since the convenience is vivid , again and control of the machine hand tend in the automation.. The automation has become the main cutter of industry production early, in critical product , request to be very high in the rate of production .particularly, the very short circumstance in mobile man-hour is next ,anticipating up and down is a repetition ,but heavy work .Rate of production for increasing , alleviative manual labor ,guarantee the machine hand up and down to inline of human work .circuit technique .Micro-electronics technique and correspondence technique well ,develop into the position control, servo control from the logic of the earlier period control quickly, process control. Of realm .Using the programmable controller has caned constitute to include the logic control, the process controls .According to collect with control, the sketch work station synthesizes to control the system .The programmable controller is in the factory. Extensive application in inside .The programmable controller has below of show the characteristics of : (1)The dependable is high, being applicable to the industry the spot environment. (2)Plait distance simple, the usage is convenient. (3)The control procedure is variable, having good and gentle. (4)Take the ability of loading directly strong. (5)It is easy to realizes the machine electricity integral whole turns. (6)Correspondence, the network technique tends in standardize, benefit in realize calculator network control. In fine, the technique of PLC represented the advanced level that current electronics a procedure control, the PLC control with number the technique to become three major of pillar that machine industry automate with industry robot already. Key Words：: manipulator, hydraulic pressure system , programmable controller - 5 - 沈陽工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 目　　錄 摘　　要 1-2 Abstract 3-5 第一章 自動上下機構的總體構想 3-13 第一節(jié) 機械手的機械構想 3 第二節(jié) 機械手的傳動 4-5 第三節(jié) 機械手的控制方式……………………………………………6-10 第四節(jié) PLC的選擇原則………………………………………...…...11-13 第二章 機械手的具體設計 14-25 第一節(jié) 機械手的具體設計 14-17 第二節(jié) 臂部的設計…………………………………………………..18-23 第三節(jié) 導軌的設計…………………………………………………..23-24 第四節(jié) 液壓回路的設計………………………………………………...25 第三章 機械手的主電路設計 .26-27 第四章 PLC的控制電路的設計……………………………………….....28-45 第一節(jié) PLC的組成 28-29 第二節(jié) 可編程控制器的工作原理…………………………………30-32 第三節(jié) PLC控制系統(tǒng)設計…………………………………………33-45. 參 考 文 獻 46 致　　謝 47 - 1 - ） 前　　言 自動裝卸工件裝置是自動機床不可缺少的輔助裝置。當機床實現加工循環(huán)自動之后，還只是半自動機床，因為每當完成一個加工循環(huán)后必須停車，有工人裝卸工件，經過兩次起動才能進行下一次加工循環(huán)。在半自動機床上配備自動裝卸工件裝置以后由于能夠自動完成裝卸工作，因而自動加工循環(huán)可以 連續(xù)進行，即成為全自動機床。 在實現工藝過程自動化時，自動裝卸工件裝置也是組成自動線的不可缺少的輔助設備。用PLC控制液壓系統(tǒng)，可編程控制器(Programmable controller) 簡稱PC,早期也稱為PLC(Programmable Logic Computer).區(qū)別于個人計算機的“PC”(Personal Computer).可編程控制器是20世紀60年代末發(fā)展起來的一種新型自動化控制裝置。最早是用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯運算、定時、記數以及順序控制等，而且只能進行開關量的控制。隨著微電子技術的不斷發(fā)展，PLC功能也將不斷增強，規(guī)模不斷擴大，已超出了邏輯功能的范圍?？删幊炭刂破?PC)是繼電器控制和計算機控制基礎上發(fā)展起來的,以微處理器為核心,把自動化技術,計算機技術,通信技術融入為一體的新型工業(yè)自動控制裝置.它具有邏輯判斷,定時,記數,記憶和算術運算,數據處理,聯網通信,PID回路調節(jié),自適應控制及人工智能等功能.目前以被廣泛應用于各種生產機械和生產過程的自動控制中. 可編程控制器 PLC是工業(yè)自動化的主導產品。其可靠性極高，使用極方便 的巨大優(yōu)越性，已廣為工業(yè)技術人員所熟知。在可編程控制器中，充分應用了 大規(guī)模集成電路技術，微電子技術及通信技術，迅速的從早期的邏輯控制發(fā)展 到進入位置控制，伺服控制，過程控制的領域。用可編程控制器已經可以構成 包括邏輯控制，過程控制，數據采集與控制，圖形工作站的綜合控制系統(tǒng)?？? 編程控制器在工廠當中廣泛的應用?？删幊炭刂破骶哂幸韵碌娘@著特點： (1) 可靠性高，適用于工業(yè)現場環(huán)境。 (2) 編程簡單，使用方便。 (3) 控制程序可變，具有很好的柔性。 (4) 直接帶負載能力強. (5) 便于實現機電一體化。 (6) 通信，網絡技術趨于標準化，利于實現計算機網絡控制。 總之，PLC技術代表了當前電子元件程序控制的先進水平，PLC與數控技術和工業(yè)機器人已經成為機械工業(yè)自動化的三大支柱。 目前，PLC正朝著兩個方向發(fā)展。其一是向大型化、快速化、高能化方向發(fā)展，以取代工業(yè)計算機的部分功能。其二是向小型化、專業(yè)化，成本低方向發(fā)展，以真正成為繼電器的替代品。PLC總的發(fā)展趨勢就是：功能越來越強，使用越來越方便。而性能價格比又不斷的提高。因此說，PLC的發(fā)展方興未艾，前景十分可觀。 西門子公司生產的可編程控制器在我國的應用亦相當廣泛。早期，西門子公司的可編程控制器大多是跟隨著歐洲的工業(yè)生產設備進入中國的。改革開放以來，在冶金、飲料生產、印刷生產線等領域引進的生產設備中，有許多西門子的可編程控制器。近年來，西門子公司大力擴展在華業(yè)務。許多國內同行也大量采用西門子的可編程控制器作為國產機械設備的核心。 第一章 自動上下料機械手的總體構想 第一節(jié) 機械手的機械構想 自動裝卸工件裝置通常慣用自動上下料裝置,它所能完成的工作包括將工件自動安裝到機床上,和加工完成后從機器中卸下工件. ?機械手有三大類: (1) 專用機械手.這種機械與一般自動機械裝置一樣,是附屬于機床的輔助設備.它須與機床的工作循環(huán)相配合,其動作有機床的控制系統(tǒng)進行控制.這類機械手的運動自由度一般較少,因而結構不太復雜. (2) 通有機械手 .它是一種獨立的裝置,可以應用于各種工種,用以代替工人的輔助設備.具有較多的運動自由度,具有獨立的程序控制系統(tǒng),這類機械手的結構和控制系統(tǒng)都比專用機械手復雜. (3) 架空輸送機械手.這類機械手自動線輸裝置的一種形式.它不僅能自動線裝卸工件,而擔負工位間傳輸工作.其結構原理和裝卸專用機械手并無原則區(qū)別,只是在傳動和控制與自動線的傳動系統(tǒng)和控制系有整體聯系. 我選擇用架空機械手,兩端導軌插入墻體中.機械手為了完成裝卸工件的各種動作,必須具用一定的自由度.為了便于分析機械手需的自由度,以及便于設計機械手的結構方案.一般機械手分為三類:(1)手部:又稱夾爪,用抓去取和夾持工件,其結構形狀取決于工件的形狀和大小.夾爪只有張開和收攏動作,一般不計在機械手的運動自由度之內. 第二節(jié) 機械手的傳動 液壓傳動設備與機械傳動，氣動傳動設備相比較有以下特點： （1） 液壓傳動各執(zhí)行元件機構的動作和力（力矩）是靠液體來傳遞的，所以液體的質量和清潔度將直接關系到液壓設備的運行狀況。 （2） 在相等功率的條件下，液壓傳動設備比機械傳動設備體積小，重量輕，運動慣性小，動態(tài)性能好，換向頻率高，其往復回轉運動可達每秒500次，往返直線運動可達每秒1000次。 （3） 液壓設備中，液壓系統(tǒng)與電氣控制聯合使用，自動化程度高。 （4） 液壓設備由標準化程度較高，通用化較強的液壓元件組成，故便于制造和推廣使用。 （5） 液壓傳動設備要保持良好的技術狀態(tài)就必須做到控制油液污染，控制泄露和控制溫升及吸空等。 （6） 液壓傳動設備具有自我良好的潤滑和自動防止過載的保護能力，故使用起來安全可靠。 （7） 由于液壓傳動的各執(zhí)行機構所傳遞的力，速度，位移，可無級調速（調速范圍可達1：2000 ），故能迅速適應被控制參數的變化。 （8） 液壓元件標準化，系統(tǒng)化的水平高，故液壓設備一般比機械設備技術改造投資少，時間短，并且容易實現。 （9） 液壓元件屬于精密零件，因此元件的修理較困難。 （10） 液壓設備的故障有隱蔽性和多變性，因此故障原因的判斷比機械故障的判斷難得多。 機械手的升降運動大都采用液壓傳動。夾爪的傳動則根據具體的情況而定，對尺寸小，重量輕的工件，為了簡化結構，可采用彈簧式夾爪；但對于尺寸較大或較重的工件，為了保證輸送過程的可靠性，夾爪應采用液壓傳動。對于本設計的彈體而言，液壓設備傳動是比較安全可靠的。 由上所述，我大部分采用液壓傳動設備。 第三節(jié) 機械手的控制方式 實現工業(yè)的自動化控制，可以用多種方式來控制?？傮w方案設計中選擇何種控制系統(tǒng)是關鍵的一環(huán)。它直接關系到投資成本、耗能、可靠性、安全性和應用效果。下面分別將PLC控制與繼電器控制及微機控制進行比較，作選擇方案時的參考： （1）PLC與繼電器控制的比較 繼電器控制自20年代問世以來，一直是機電順序控制的主流。由于它的結構簡單、使用方便、價格低廉，所以使用范圍甚廣。其缺點是動作速度慢且可靠性差。 1.控制邏輯： 繼電器控制采用硬件接線邏輯，所以繼電器控制邏輯的靈活性和擴展性較差，而PLC采用存儲邏輯。除了輸入輸出端要與現場連接以外，控制邏輯以程序方式存儲在PLC中，所以靈活性和擴展非常好。 2.控制速度： 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作（閉合或斷開）來實現的，工作頻率低，觸點的開閉動作一般達幾十毫秒級，而且使用的繼電器越多，邏輯控制速度越慢，還容易出現觸點抖動造成的問題。而PLC是由程序指令控制電子電路來實現控制的速度相當快，一班一條用戶指令的執(zhí)行時間為毫秒級。由于PLC內部有嚴格的同步控制方法，不會出現“抖動”問題。 3.限時控制： 繼電器控制邏輯利用時間繼電器的滯后動作進行限時控制，時間繼電器一般分為完全阻尼式、電磁式、電磁擺式和電子等。用時間繼電器實現規(guī)定時控制會出現定時的精度不夠，定時時間易受環(huán)境和溫度變化的影響，時間調整困難等問題，有些特殊的時間繼電器結構復雜，維護不便。PLC較長時間限時使用集成電路作為定時器，時基脈沖有晶體振蕩器產生，精度相當高PLC較短時間限時和特殊限時可以根據需要在程序中設定定時值用程序實現，定時時間不受環(huán)境的影響，一日調好，不會改變PLC還能完成個各種類型的記數功能，而繼電器控制一般沒有高速記數功能。 4.設計和施工： 使用繼電器控制完成一項控制工程,設計,施工,調試必須按順序進行,周期長而且修改困難.工程越大,這一缺點越突出.用PLC完成一向控制工程時,在系統(tǒng)設計完成后,現場施工和控制邏輯設計(包括繼電梯形圖和程序計)可以同時進行,周期大大縮短,而且調試和修改都很方便. 5.可靠性和可維護性: 繼電器控制使用了大量的機械觸點,連線也多:因此可靠性和可維護性差. PLC采用微電子技術，大量的開關動作觸點的電子電路來完成 ，壽命長，可靠性高，PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能檢查出自身的故障，并隨時顯示給操作人員，還能動態(tài)監(jiān)視控制程的執(zhí)行情況，為現場調試和維修提供方便。從以上幾方面比較來看，PLC在性能上均優(yōu)于繼電器控制，即控制可靠性高。設計施工周期短，調速方便，控制邏輯修改容易，而且體積小，功耗小，使用和維護簡單。 （2）PLC與微型機算計的比較 采用微電子技術的PLC內也有CPUROM,I/O接口等構成的微型機算機，但是它又不同與一般的微型機算機。 1) 應用范圍： 大量使用的微型機算機系統(tǒng)一般用于科學計算，數據處理及計算機通信等方面。而PLC主要用于工業(yè)控制。 2) 使用環(huán)境: 微型機算機對環(huán)境要求比較高，一般要求在干擾小并且具有一定溫度和濕度要求的機房內使用。而PLC適應工程現場的環(huán)境。 3) 程序設計： 微型計算機系統(tǒng)具有豐的程序設計語言，例如匯編語言，BASIC語言，FORTRAN語言，COBOL語言，C語言；語句多，關系復雜，要求使用者具有一定水平的計算機程序編制能力和接口技術。PLC 可以把非常簡單的編程語言提供給用戶使用，編程語言數量少，邏輯簡單；基本的指令有：輸入輸出指令，邏輯運算指令、程序結束指令等；有的PLC還提供算術運算指令，步進控制指令等，易于學習和掌握。 4)系統(tǒng)功能： 微型計算機一般配有較強的操作系統(tǒng)，進行設備管理、文件管理、存儲器管理。 PLC只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查，用戶程序輸出和修改，用戶程序的執(zhí)行等功能。 從以上分析可見，從微型機算計應用類別來說， PLC是工業(yè)控制的專用機，微型計算機是通用機；從工業(yè)控制來說，PLC是控制通用機，而某種類型的微型計算機可作成某一控制設備的專用機，就控制性能而言，PLC與微型計算之間的差異為：PLC的可靠性高，而微型計算機的可靠性不如它： PLC編程簡單；而計算機編程復雜；PLC控制系統(tǒng)設計調試周期短，而微型計算機控制系統(tǒng)設計周期長；PLC輸入/輸出響應速度慢，一般為毫秒級，有較大的滯后現象，而某些種類微型計算機響應速度很快，一般為微秒級。 可編程控制器(Programmable controller) 簡稱PC,早期也稱為PLC(Programmable Logic Computer).區(qū)別于個人計算機的“PC”(Personal Computer).可編程控制器是20世紀60年代末發(fā)展起來的一種新型自動化控制裝置。最早是用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯運算、定時、記數以及順序控制等，而且只能進行開關量的控制。隨著微電子技術的不斷發(fā)展，PLC功能也將不斷增強，規(guī)模不斷擴大，已超出了邏輯功能的范圍?？删幊炭刂破?PC)是繼電器控制和計算機控制基礎上發(fā)展起來的,以微處理器為核心,把自動化技術,計算機技術,通信技術融入為一體的新型工業(yè)自動控制裝置.它具有邏輯判斷,定時,記數,記憶和算術運算,數據處理,聯網通信,PID回路調節(jié),自適應控制及人工智能等功能.目前以被廣泛應用于各種生產機械和生產過程的自動控制中. PLC主要功能 (1) 條件控制: PLC具有邏輯運算功能,可代替繼電器進行開關量控制 (2) 限時控制: PLC具有定時功能,為用戶提供了定時指令設置的若干 電子定時器進行限時控制和延時控制. (3) 記數控制: PLC具有記數控制功能,它為用戶提供了用設置指令技 術的若干個計數器.技術值可在運行中讀出和修改. (4) 步進控制：PLC具有步進控制功能，只有在前道工序完成后才能 轉到下到工序，實現步進控制 (5) A/D,D/A轉換：完成對模擬量的控制和PID回路調節(jié)。 (6) 通信和聯網：PLC采用通信技術，進行遠程I/O 控制和PLC之 間的同位連接；以及與上位計算機進行上位連接， 構成一臺計算機與多臺PLC的分布控制網絡控制和 通信。 （7）對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控：操作人員可以通過監(jiān)控有關部分的進行狀態(tài)，進行定時，計數等設定值。 （8）自診斷功能：可以在線診斷系統(tǒng)的軟件故障狀態(tài)，診斷機和 生產過程的故障狀態(tài) 。 可編程控制器 PLC是工業(yè)自動化的主導產品。其可靠性極 高，控制器中，充分應用了大規(guī)模集成電路技術，微電子技術及通 信技術，迅速的從早期的邏輯控制發(fā)展到進入位置控制，伺服控 制，過程控制的領域。用可編程控制器已經可以構成包括邏輯控 制，過程控制數據采集與控制，圖形工作站的綜合控制系統(tǒng)?？删? 程控制器在工當中廣泛的應用?？删幊炭刂破骶哂幸韵碌娘@著特點： (1) 可靠性高，適用于工業(yè)現場環(huán)境。 (2) 編程簡單，使用方便。 (3) 控制程序可變，具有很好的柔性。 (4) 直接帶負載能力強. (5) 便于實現機電一體化。 (6) 通信，網絡技術趨于標準化，利于實現計算機網絡控制。 總之，PLC技術代表了當前電子元件程序控制的先進水平，PLC與數控技術和工業(yè)機器人已經成為機械工業(yè)自動化的三大支柱。 目前，PLC正朝著兩個方向發(fā)展。其一是向大型化、快速化、高能化方向發(fā)展，以取代工業(yè)計算機的部分功能。其二是向小型化、專業(yè)化，成本低方向發(fā)展，以真正成為繼電器的替代品。PLC總的發(fā)展趨勢就是：功能越來越強，使用越來越方便。而性能價格比又不斷的提高。因此說，PLC的發(fā)展方興未艾，前景十分可觀。 綜上所述,我根據設計的要求和工件加工的環(huán)境選可編程控制器PLC. 第四節(jié) PLC的選擇原則 選擇PLC的系統(tǒng)原則：選擇PLC系統(tǒng)主機根據經濟上和技術上兩方面的要求。從經濟上看，當然要選擇性能價格比高的系統(tǒng)，即在同等條件下選擇價格最低的系統(tǒng)。這一點對、大、中型的系統(tǒng)尤為重要。從技術上說，選擇PLC系統(tǒng)是按被控系統(tǒng)的規(guī)模、方式、控制速度以及其它的特殊要求來決定控制對象，應按下列各項逐一加以考慮。 1.控制系統(tǒng)中被控設備的I/O點數及性質（開關量、模擬量或兩者兼有）。 2.各I/O的具體技術要求，如額定電流值、額定電壓值等信號量范圍。 3.根據所需點數，確定待選用PLC 的規(guī)模（大中小型），結構是單元式還是模塊式，以及模塊配置和擴展單元。 4.是否需要采用專用智能接口模塊，以滿足特殊的控制要求（如定位、閉環(huán)等控制，人機對話等功能）。 5.控制系統(tǒng)是否是分布式，個被控設備再空間的位置分布情況。被設備離主機的最遠距離等。 6.控制系統(tǒng)最短的系統(tǒng)響應時間（即由輸入量受到至輸出端被設備動作的總時間），主要由掃瞄程序時間決定。 7.考慮選擇CPU的容量（一般指內存RAM的儲存容量）應滿足所控的點數N*10：對于小型機，每個字8bit字位），對大型機，每個字16bit）。再模擬量I/O的場合，應取比此數大一倍的容量。另外，還要著重考慮到CPU 的功能，大中型系統(tǒng)要求有較強的指令集。 8.對較大型的系統(tǒng)，若有數十臺PLC一起工作，應考率其間的通信方式。 9.對于十分重要的生產過程），應考慮是否需要采用后備系統(tǒng)或DPU系統(tǒng)。 10.編程及監(jiān)控要求適當編程環(huán)境，應考慮是采用繼電器控制邏輯的梯形圖語言，還是其它表達形式語言來編程，是否要求流程顯示控制。 11.在強干擾（電、磁）的場合下，PLC布置的抗干擾要特別小心。除布線方面的考慮外，有時必須采用全屏蔽設計，或用光纖傳輸系統(tǒng)。 12.其它，如是否采用無線數字傳輸，系統(tǒng)日后擴展要求等都應考慮。 第二章 機械手的具體設計 主要技術指標如下： 1. 工件最大重量約為100kg。 2. 工件尺寸（直徑、長度）：132mm、400mm。 3. 最大操作范圍：提升高度500mm、轉動角度90度，水平移動范圍2000mm 4. 機械手的自由度3（上升、轉動、平移） 5. 定位精度：上下料裝置，本身精度不高 6. 性能要求：抓取可靠，靈活、送放平穩(wěn)，定位可靠 第一節(jié) 機械手的具體設計 架空機械手，由升降油缸，夾爪油缸，轉動驅動油缸及具有轉動夾緊的鉗口等構件所構成。升降油缸安裝在支撐板上，活塞桿下端固定著支撐板。夾爪驅動油缸就安裝在支撐板上，油缸的活塞上下移動時，通過鉸接連接件，使夾爪張開或收攏。 用銷釘將杠桿和鉸鏈平行四邊形固定安裝在活塞上，平行四邊形的杠桿軸承上裝有法蘭的軸，用螺釘將可換鉗口固定在法蘭上。在一個杠桿上部鉸接驅動轉動液壓缸。其活塞桿也與軸鉸接。當液壓缸活塞桿伸出時，軸和鉗口一起轉過由活塞桿行程所確定的角度，將安裝好的鉗口位置固定。 一、 手部設計 （1） 類型選擇 根據工作的形狀、尺寸、重量、材料和表面狀況，我選用V型塊的鉗口。 （2） 夾緊力的計算 對工件的夾緊力可按照下式計算 N》K1*K2*K3*G 式中 K1——安全系數，通常取1.2~2，我取1.5 K2——動載系數，主要考慮慣性力的影響。可按K2=1+a/g估算，a為機械手在搬運工件過程中的加速度m/s，g=9.8m/s，g為重力加速度。 K3——方位系數，K3=0.5/f，粗略計算K3=5。 G——被夾持工件的重量kg 因為再機械手搬運工件過程是相對于勻速運動，因此，認為a=0，即K2=1+0/g=1 把各項數據代入公式有 N》1.5*1*5*100=750kgf 換算為牛頓有 N》750*9.8=7350N 取N=8000N （3） 手部結構和驅動力的計算 采用液壓缸來驅動鉗口的夾緊與放松，因此，選用連桿傳動的手部比較合理，其大體結構初步定位： 作用于活塞桿的驅動力為： P=2bsin ?*sinα*N/C/sin（α+?）/η 式中 P——驅動力 b——夾緊力到回轉支點的垂直距離 c——連桿 α——連桿的傾斜角43度 ?——杠桿的傾斜角為85.5度 N——夾緊力N=8000N η——連桿的效率，取η=0.8 計算得 P=20000N （4） 校合手部的結構的分強度 1） 夾爪的材料為45鋼，45鋼的伸長率為 5%朔性材料，其許用應力[ ]= /s 式中 ——材料的屈服點 η ——安全系數，對材料n=1..32--3.5 45鋼的屈服點 =360Mpa，n取1.5 代入，可求出45鋼的許用應力 =360/1.5=270Mpa 其許用剪切應力 [ ] =（0.6~0.8）[ ] =162--216Mpa 取 [ ] =200Mpa 許用擠壓應力[ ] =（1.7~2.0）[ ] =459~540Mpa 取 [ ]=500Mpa 夾爪的剪切應力條件τ=F/S <[τ] <[τ]=200Mpa 夾爪的擠壓應力條件為 =F1/S〈[ ] 其壓力最大，受力面積最小的地方都滿足要求，其他，也一定能滿足強度要求，所以夾爪的材料及尺寸選擇合理。 2)校核鉸鏈的剪切強度 滿足其剪切應力條件為 τ=F1/S〈[ ] 鉸鏈的材料為45鋼，其許用應力 =200Mpa（已計算） 顯然，鉸鏈的強度足夠。 3)選用銷軸 銷軸的材料一般為35鋼，其許用應力 [ ] =315/1.5=210Mpa 根據其材料的許用應力和擠壓應力計算銷軸的直徑。 銷軸滿足剪切應力條件是： =F1/S d》9mm 為了提高強度選擇d=20mm 銷軸滿足擠壓強度條件式 第二節(jié) 臂部設計 通過對各種條件的考慮（強度，整體結構）等，臂部的大體結構是把夾緊缸放在滑板上，其內部具體結構是拉桿通過連桿和夾緊缸的活塞桿連在一起，拉桿與連桿活塞都是螺紋連接。各部分具體結構設計和一些細節(jié)問題分析如下。 一. 夾緊缸的設計 1. 液壓缸的主要尺寸的確定 （1）液壓缸工作壓力的主要根據液壓設備的類型來確定，對不同用途的壓力范圍也不同。夾緊缸的工作壓力確定為P1 =5Mpa （2）液壓缸內徑D和活塞桿直徑的確定 液壓缸內徑 D=1.13 式中 ： P——驅動力。即液壓缸的實際工作載荷 P1——系統(tǒng)的工作壓力，P1=5Mpa ——機械效率，一般取 =0.9 D圓整為80mm 按液壓缸工作效率，選取d/D=0.45 因此，活塞桿直徑d=80*0.45=36 （3）液壓壁厚和外徑的計算 液壓的壁厚由液壓缸的強度條件來計算 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度，從材料可知隨內壓力的圓筒，其內就力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。 一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒 液壓缸的內徑D與其壁厚δ的比值D/δ 10的圓筒稱為薄壁圓筒， 10的圓筒稱為厚壁圓筒，我們一般所用液壓缸均為厚壁圓筒，因此夾緊缸的壁厚 按公式 式中[ ]——缸筒材料的許用應力，其值為：鍛鋼[ ]=110-120Mpa；鑄鋼[ ]=100-110Mpa ；無縫鋼管[ ]=100-110Mpa；高強度鑄鋼 [ ]=60Mpa ；灰鑄鐵 [ ]=25Mpa ，夾緊缸體材料為45鋼；采用模鍛進行鍛造，其許用應為 P-----實驗壓力，比最大工作壓力20%~30%。取P=4.8Mpa -----液壓缸的臂厚（mm） 取 =1.75 因此缸筒外徑 D1=D+2 =80+2*1.75=115mm，為了增強液壓缸缸體的強度；在缸體外壁加一材料為45的隔套取隔套的壁厚 = 27.5mm，因此隔套外徑160mm。 （5） 夾緊缸工作行和的確定 液壓缸的工作行程長度，可根據執(zhí)行機構實際工作的最大行程來確定。 夾緊缸的工作行程等于夾緊工件到松開工件；活塞移動的距離，它的工作行程很小，即取 (6)缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效 按強度要求可按下面公式進行近似計算。 有孔時 式中 t——缸蓋有效厚度（mm） D2——缸蓋止口內徑（mm） d——缸蓋孔的直徑（mm） ——缸蓋材料的許用應力，其材料為ＨＴ２００， 夾緊缸缸蓋有孔，其直徑ｄ＝１６ｍｍ，Ｄ２＝８０ｍｍ，Ｄ 代入公式計算得ｔ》０.４３３＊８０＊ 　取Ｔ＝１５ （6） 最小導向長度的確定 當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動去承面中點的距離H稱為最小導向長度。夾緊液壓缸的最小導向長度。 夾緊缸的最小導向長度 Ｈ》Ｄ／２＋Ｌ/２０ 式中?。蹋瓓A緊液壓缸的最大工作行程，取Ｌ＝５０ｍｍ 　　?。摹簤焊椎膬葟剑模剑福埃恚怼? 代入公式計算可得： 　　?。取罚担埃玻?８０／２＝４２.５ｍｍ 　?。龋剑罚埃恚? 活塞寬度Ｂ＝（０.６～１.０）Ｄ 夾緊液壓缸 （7） 缸體長度的確定 液壓缸缸體內部長度應等于活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般夾緊液壓缸缸體長度不應大于內徑的20~30倍。 （8） 夾緊液壓缸的穩(wěn)定性驗算 據材料力學的理論，一根受壓的直桿，在其軸向負載Fr超過穩(wěn)定臨界力 時，即失去原有直線狀態(tài)下的平衡稱為失衡。 2．夾緊缸的結構設計 液壓缸主要尺寸確定以后，就進行各部分的結構設計。主要包括：缸體與缸蓋的連接結構，活塞桿與活塞的連接結構，活塞桿導向部分結構，密封裝置，緩沖裝置，由于工作條件的不同，結構形式就也各不相同。 設計時根據具體情況進行選擇。 (1)缸體與缸蓋的連接形式 在結構簡單，加工裝置方便的前提下，采用內六角圓柱螺釘進行連接。 (2)液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動工作部件運動時，因運動的質量較大，動運速度較高，則在到行程終點時，會產生液壓沖擊，甚至活塞與缸筒端蓋之間產生機械碰撞。為防止這種現象的發(fā)生，我們可采用節(jié)流調速閥來到緩沖的目的。 二、 伸縮缸的設計 1.伸縮缸的主要尺寸的確定 （1）伸縮缸的工作壓力P的確定 P=6.5Mpa （2）伸縮缸的內徑D和活塞桿的直徑d確定 液壓缸的內徑D=109.2mm 按整體結構圓整D=110mm 按表取活塞桿直徑d=90mm （4） 缸厚和外徑的計算 將伸縮缸按厚壁圓筒計算 ——伸縮缸的缸壁厚度 D ——伸縮缸的缸筒內徑 [ ]——缸筒材料的許用應力 P——實驗壓力 缸筒的材料為45鋼，其許用應力[ ]=115Mpa，液壓缸的實驗壓力P=6.5Mpa 取 =30mm 因此，缸的外徑D1=D+2 =110+2*30=170mm 其它見圖所示。 3.轉動驅動缸的計算（ ） 第三節(jié) 導軌的設計 機械手的縱向軌道采用山形導軌和平導軌組合。因此軌道剛性好，機械手在移動時平穩(wěn)，到達終時雖有沖擊，也不會產生震動，保證位置的準確性。軌道兩端插入墻體中 選用工字鋼GB706-88（32a）其基本尺寸入圖 導軌的作用是承載和導向。為了使機械手工作時移動平穩(wěn)，我選用兩根導軌對稱布置，把一根作成齒條的帶牙導軌，另一根做成普通的光滑導軌。 選用導軌的材料 對導軌無特殊要求，選用最常用的鋼，并做正火處理即可。 導軌的材料為45鋼，其許用應力[ ]=270Mpa 〈[ ] 說明導軌的工作安全 總體分析所設計的工業(yè)機械手的各部分結構和整體結構，此機械手在完成工作要求的前提下，實現了結構緊湊，各零部件簡單易制的特點，且操作簡單易掌握能夠投入生產。 導軌的驗算 第四節(jié) 液壓回路的設計 具體參看液壓圖 元件的選擇 序號 名稱 型號 1 2 3 4 5 設計依據的提出 液壓系統(tǒng)的設計，必須明確掌握設計參數。工業(yè)機械手設計參數的主要內容有： 1． 機械手的總體設計布局及工藝要求，液呀執(zhí)行機構的結構和規(guī)格等。 2． 機械手的工作循環(huán)，動作周期表，液壓執(zhí)行機構的工作范圍。 3． 對機械手的各種部件（電氣、機械、液壓）的動作順序，轉換方式和互鎖要求等，要有詳細的說明。液壓執(zhí)行機構的運動速度，載荷及其變化范圍（或調節(jié)范圍）。 對工件可靠性、平穩(wěn)性以及轉換精度的要求。 第三章 機械手的主電路設計 根據機械手的設計只需一個電動機帶動油泵。電機的額定電流 I=P/U=4KW/380V=10.5A 1. 接觸器的選擇 由電機的額定電流為10.5A，考慮動電流較大，固選CJ10-20型交流接觸器。額定電流位20A。吸持功率為21W。 2. 控制變壓器的選擇 由于電磁閥，交流接觸器，PC輸入，輸出等執(zhí)行元件的供電電壓有多種，需要控制變壓器提供?？刂谱儔浩鞯娜萘縋可以根據由它供的最大工作負載所需功率來考慮，并留有一定的余量。 得經驗方式為：P=KΣPI 式中PI為電磁器件的吸持功率和燈負載等其他負載消耗的功率；K為變壓器容量儲備系數，一般取1.1-1.25雖然電磁閥線圈在啟動時吸合功率較大，但變壓器有短時過載能力，所以僅考慮吸持功率。 （1） TC電磁閥中的電流一般為1A，共7個電磁閥。K取1.1因此TC的 P1=1.1X24VX7A=184.8W KM的吸持功率為21W P2=1.1X21=23.1W P=P1+P2=207.8W 故選 BK-250型 250VA（380/220） （2） TC給PLC供電，選BK-200 3. 熔斷器的選擇 （1） FU的選擇 M1的額定電流為10.5A，放大2.5倍為26.25A 選RC1-60型熔斷器，熔體電流為30A （2） FU 選RC1-30型 （3） FU 選RC1-15型熔斷器，熔體電流為2A。 4. 熱繼電器的選擇 由于M的額定電流均為10.5A FR選JR0-40電流等級為16A，電流調節(jié)范圍為10-16A，因此可將其電流調整額定為10.5A。 第四章 PLC的控制設計 第一節(jié) PLC的組成 （1） PLC的硬件組成 PLC是由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出單元（模塊），編程器、電源和外部設備組成。PLC的硬件設備是通用的，便于用戶按需要組合。PLC的各部分都采用總線結構。 1. 中央處理器（CPU）：是PLC主要的部分，是系統(tǒng)的核心。它通過輸入模塊（板）將現場的外設狀態(tài)讀入并按照用戶程序去處理，根據處理結果通過輸出模塊去控制現場設備。 2. 存儲器：在可編程序系統(tǒng)中存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作數據。 3. 輸入/輸出模塊：I/O模塊是CPU與現場I/O裝置或其它外部設備的連接部件。它將現場信號轉換成PLC機內部的信號電平與外部執(zhí)行元件相匹配。 4. 編程器：PLC的編程器是用來開發(fā)、調試、運行應用程序的特殊工具。 5. 擴展接口：擴展接口是為PLC中心單元與擴展單元或者擴展單元之間的連接用的，以擴展PLC的規(guī)模。 6. 智能I/O模板：智能模板是指自身有單獨的CPU，能夠完成某種專用的功能。 7. 電源：電源單元負責將外部提供的交流電變?yōu)榭删幊绦蚩刂破鲀炔克枰闹绷麟娫础? （2） PLC的軟件組成 PLC的基本軟件包括系統(tǒng)軟件和用戶軟件。系統(tǒng)軟件決定PLC的功能。PLC的硬件通過基本軟件實現對被控制對象的控制。系統(tǒng)軟件包括：操作系統(tǒng)、語言編譯系統(tǒng)、各功能軟件等。 操作系統(tǒng)是系統(tǒng)的基本部分。他統(tǒng)一管理PLC的各種資源，協(xié)議系統(tǒng)各部分之間、系統(tǒng)與用戶之間的關系。操作系統(tǒng)對用戶應用程序提供了一系列管理手段以使用戶程序正確的進入系統(tǒng)，正常工作。 用戶應用軟件大多采用梯形圖（LADDER）語言，其次語句表（STATEMENT LANGUAGE）。梯形圖與繼電器電氣控制線路圖相似。另外，PLC系統(tǒng)程序的作用是使用戶覺得PLC內部有許多“軟繼電器”等器件組成。梯形圖是計算機程序，按照從左到右，從上到下的順序執(zhí)行掃描執(zhí)行。 第二節(jié) 可編程控制器的工作原理 PLC采用循環(huán)（巡回）掃描方式工作，而大、中型PLC還增加了中斷工作方式。循環(huán)掃描即可按照固定順序，也可按用戶程序所規(guī)定的二級（高級和低級順序）或可變順序等進行。因為有的用戶程序不需要掃瞄一次執(zhí)行一次，也為的是在控制系統(tǒng)需要處理的I/O點數較多時，通過不同的模塊組合的安排；采用分時分批掃描執(zhí)行的辦法，可縮短循環(huán)掃描周期和提高控制的實時性。用戶將用戶程序設計、調試后，用編程器鍵入PLC的存儲器中，并將現場的輸入信號和被驅動的執(zhí)行元件相應的接在輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上，然后用可編程序控制器的控制開關使其處于運行工作方式。可編程序控制器就以循環(huán)順序掃描的工作方式進行工作在輸入信號用戶程序的控制下，產生相應的輸出信號，完成預期的控制任務。 典型的可編程控制器在一個掃描周期中要完成六個掃描過程。再系統(tǒng)軟件的指揮下，順序的執(zhí)行，這種工作過程稱為掃描方式。從掃描過程中的某各掃描過程開始，順序掃描后又回到該過程稱為一個掃描周期。進行一個掃描周期所需的時間稱為一個掃描周期時間。 （一）掃描過程簡介 典型的可編程序控制器在一個掃描周期中要完成六個掃描過程，在系統(tǒng)軟件的指揮下，順序的執(zhí)行，這種工作方式稱為順序的掃描方式。從掃描過程中的某個掃描過程開始，順序掃描后又回到該過程稱為一個掃描周期。進行一個掃描周期所需的時間稱為一個掃描周期時間。 （1） 自診斷掃描過程：可編程控制器在加電后和完成一個周期掃描進入下一周期掃描，首先執(zhí)行自診斷程序既自診斷掃描。這些診斷包括系統(tǒng)軟件的校驗和硬件RAM的測試，CPU的測試，總線的動態(tài)檢測等。 （2） 與編程器進行信息交換掃描過程：用PLC控制開關扳向編程工作方式時，用戶通過編程器鍵入用戶程序，在用戶程序調試過程中，用戶也盡量通過編程器進行在線監(jiān)視和修改用戶程序。 （3） 與網絡進行信息交換掃描過程：在配有網絡的PLC系統(tǒng)中，才有通信掃描過程。用于PLC之間，或PLC與磁帶機，或PLC與計算機之間的信息交換。 （4） 用戶程序掃描過程：由采集現場信號、執(zhí)行用戶程序和輸出服務三個流程組成。 1. 采集現場信號：又稱輸入信息采樣。 2. 執(zhí)行用戶程序：PLC在執(zhí)行用戶程序時是按一定規(guī)律掃描用戶程序的通常是按梯形圖的先左后右，先上后下的順序，對沒條指令進行掃描 3. 輸出服務：在用戶執(zhí)行完畢后，進入輸出服務掃描過程。CPU將內存中的輸出狀態(tài)暫存區(qū)要輸出的狀態(tài)值（即對應輸出端點的狀態(tài)值）按順序的傳送到輸出數據寄存器，再通過輸出模板送到輸出端，去控制現場的執(zhí)行原件。 總而言之，可編程序控制器用循環(huán)掃描方式進行用戶程序的掃描過程。使用戶程序得以執(zhí)行，而且用戶程序如何被執(zhí)行，它取決于輸入/輸出狀態(tài)暫存區(qū)中的數據。即受現場信號的控制。由于設置了輸入/輸出狀態(tài)暫存區(qū)，在用戶程序中一個掃描周期中，具有如下的特點：（1）在一個掃描周期內，某個輸入/輸出狀態(tài)對整個用戶是一致的。（2）對某個輸出點的狀態(tài)，用戶程序應只賦值一次，如果賦值多次，則最后一次賦值又有效。（3）輸出端點的值也可當作邏輯運算的條件使用。為了調試方便，有的PLC具有輸入輸出控制功能，用戶可通過編程封鎖或開放輸入輸出，即封鎖或開放輸入信息采樣和輸出服務的掃描過程。 （5） 超時檢查掃描過程：PLC的超時檢查是PLC的自監(jiān)視功能。 超時檢查是時間監(jiān)視器WDT（WATCHDOG TIMER）完成的，若掃描周期時間不超過WDT的設走時間，則進行下一掃描周期；若超時了，CPU將停止運行，復位輸入輸出，并給出報警信號