毕业论文-自动化车床的供料及出料装置设计-文档精品

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 上海电机学院上海电机学院 毕业设计毕业设计 课课 题题 自动化车床的供料及出料装置设计自动化车床的供料及出料装置设计 专专 业业 年年 级级 20092009 级级 姓姓 名名 学学 号号 指指 导导 教教 师师 （签字）（签字） 学学 院（系）院长（签字）院（系）院长（签字） 年年 月月 日日 自动化车床的供料及出料装置设计 I 摘 要 供料及出料具有很多人类所不具有的能力， 包括快速分析环境能力； 抗干扰能力强，能长时间工作和工作精度高。可以说供料及出料是工业进步的产物，它也发挥了在当今工业的至关重要的作用。如今，供料及出料工业已成为世界各国备受关注的产业。 本文阐述了自动化供料及出料的发展历史， 国内外的应用状况， 及其巨大的优越性，提出了具体的供料及出料设计要求和进行了总体方案设计具体结构设计、计算； 在分析国内外智能供料及出料研究现状的基础上，本文设计了一种新型供料及出料结构将驱动系统机构相结合，在两个电机的驱动下，通过一些简单的传动机构，使供料及出料可以实现运行。建立了供料及出料的准静态模型，进行了准静态分析，从而获得供料及出料在步态运动时各部件的受力状况。 关键词：供料及出料，步态行走，供料及出料；工业；传动；强度 自动化车床的供料及出料装置设计 Abstract Feeding and discharging ability of many humans do not have, including rapid analysis of environmental capacity; strong anti-interference ability, can work for a long time and high precision work. Can be said that the feeding and discharging is a product of industrial progress, it also plays a vital role in todays industry. Now, the feeding and discharging industrial countries in the world has become the concern of the industry. This paper describes the automatic feeding and the development history, application status at home and abroad, and its great superiority, proposed the concrete material feeding and discharging the design requirements and the specific structure design, calculation of overall scheme design;In the analysis of domestic and foreign intelligence information and basic research on the current situation, this paper designed a new type of feeding and discharging structure - will drive system of combined mechanism, the drive two motors, through some simple transmission mechanism, the material feeding and discharging can be implemented to run. Establishment of the feeding and quasi static model material, quasi static analysis is carried out, so as to obtain the feeding and the stress state of material in the gait motion components. Keywords: feeding and discharging, gait, feeding and discharging; industrial; transmission; strength自动化车床的供料及出料装置设计 III 目 录 摘 要 . I Abstract. II 目 录 . III 1 绪论 . 1 1.1 课题研究意义 . 1 1.2 自动化车床设备应用 . 1 1.3 自动化车床设备 . 2 1.4 自动化车床设备趋势 . 2 2 自动化车床的供料及出料装置设计结构方案设计 . 3 2.1 机构方案设计 . 3 2.2 机构方案论述 . 4 3 供料及出料四连杆机构设计 . 6 3.1 四连杆机构设计 . 6 3.2 确定设计变量 . 7 3.3 建立目标函数 . 7 3.4 确定约束条件 . 8 3.5 写出优化数学模型 . 9 4 输送带装置设计 . 10 4.1 同步带的概述 . 10 4.1.1 同步带介绍 . 10 4.1.2 同步带传动的主要失效形式 . 11 4.2 同步带传动的设计准则 . 13 4.3 同步带分类 . 13 4.4 同步带传动计算 . 14 4.4.1 同步带计算选型 . 14 4.4.2 同步带的主要参数（结构部分） . 16 4.5 同步带的设计 . 18 自动化车床的供料及出料装置设计 4.6 同步带轮的设计 . 19 5 凸轮机构的设计 . 20 5.1 凸轮从动件运动规律 . 20 5.2 凸轮轮廓线曲线的设计 . 21 5.3 凸轮机构基本尺寸的确定 . 24 5.4 滚子半径的选择 . 24 5.4.1 凸轮理论轮廓内凹部分 . 24 5.4.2 凸轮理论轮廓的外凸部分 . 24 5.5 直动滚子推杆盘形凸轮 . 26 5.6 直动平底推杆盘形凸轮 . 26 6 气缸设计 . 28 6.1 供料用气缸的计算 . 28 6.2 下摆动关节气缸的计算 . 29 6.3 四连杆关节气缸的计算 . 30 7 气动原理设计 . 33 8 PLC 控制部分设计 . 35 8.1 可编程序控制器的选择及工作过程 . 35 8.1.1 可编程序控制器的选择 . 35 8.1.2 可编程序控制器的工作过程 . 35 8.2 可编程序控制器的使用步骤 . 36 8.3 可编程序控制器控制方案 . 37 8.3.1 控制系统的工作原理及控制要求 . 37 8.3.2.控制要求 . 37 8.4 PLC 控制原理图设计 . 38 总结与展望 . 40 参 考 文 献 . 41 致 谢 . 42 自动化车床的供料及出料装置设计 1 1 绪论 1.1 课题研究意义 市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间(Time ) ， 产品(Quality)，成本(Cost)，创新能力(Creation)和服务(Service)。用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在 20 世纪 50 至 40 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在 70 年代竞争力的第一要素为降低生产成本，80 年代为提高产品质量，90 年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。 制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平.是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家.根据德国工业协会(VD W )2000 年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平:即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。 1.2 自动化车床设备应用 据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，自动化车床设备是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围， 仍然远不能满足批量小、 孔型复杂的要求。 尤其随着工业的发展，大型复杂的自动化车床设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 个 20 孔，若以摇臂钻床加工，单单与锪沉头孔就要 842.5 小时，另外还要划线工时 151.1 小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要 171.6 小时，划线也简单，只要 1.9 小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，自动化车床的供料及出料装置设计 结合自动化车床设备不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的 2000 多个操作中， 有 40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、 三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。1975 年法国巴黎机床展览会也反映了自动化车床设备的使用愈来愈多这一趋势。 1.3 自动化车床设备 自动化车床设备是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。 1.4 自动化车床设备趋势 自动化车床设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，自动化车床设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。 自动化车床的供料及出料装置设计 3 2 自动化车床的供料及出料装置设计结构方案设计 2.1 机构方案设计 由输送带将坯料送到料架上，供料装置将坯料送入车床主轴的中心，夹紧工件；平端面、端面倒角；加工完后，工件落入出料托盘中，托盘随后向输出斜槽倾斜。由输送带输出。 在加工过程中，工件托架必须要转到一个离开加工碎屑的位置。 1、 圆形工件的料架；2、工件（末加工） ；3、气缸；4、四连杆机构（双摇杆） 5、出料斜槽；6、加工完的工件；7、供料用气缸；8、夹具；9、工具滑块 10、供料设备；11、出料装置；12、摆动关节；13、杠杆 图示所示为自动车床的供料和出料机构。V 形的高度可调。托架从料架中取出一个未加工的工件，并把工件输送到机床主轴的中心，在这个位置，被一个凸轮（未显示）推进到夹具中，加工完后，工件落入出料托盘中，这个托盘随后向输出斜槽倾斜。整个设备是装在一个基座上的，并与机器上工具的区域连接。在加工过程中，工件托架必须要转到一个离开加工碎屑的位置。 自动化车床的供料及出料装置设计 适用元件： 标准气缸 ESN 标准气缸 DNG或 DNC 接近开关 SM 气缸 安装脚架 LBG 双耳环 SGS 单向流量阀 GR 耳轴支座 LNZ 安装附件 管接头 2.2 机构方案论述 负载大小的确定主要是考虑沿供料及出料各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中应包括供料及出料末端的重量、抓取工件或作业对象的重量和规定速度和加速度条件下，产生的惯性力等。由本次设计给的设计参数可初估本次设计属于小负载。 驱动方式 由于伺服电机具有控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境没有影响，体积小，效率高，适用于运动控制要求严格的中、小型供料及出料等特点，故本次设计采用了伺服电机驱动 （三）传动系统设计 供料及出料传动装置中应尽可能做到结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，在传动链中要考虑采用消除间隙措施，以提高供料及出料的运动和位置控制精度。在供料及出料中常采用的机械传动机构有齿轮传动、 蜗杆传动、 滚珠丝杠传动、 同步齿形带传动、链传动、行星齿轮传动、谐波齿轮传动和钢带传动等，由于齿轮传动具有效率高，传动比准确，结构紧凑、工作可靠、使用寿命长等优点，且大学学习掌握的比较扎实，故本次设计选用齿轮传动。 （四）工作范围 工业供料及出料的工作范围是根据工业供料及出料作业过程中操作范围和运动轨迹来确定，用工作空间来表示的。工作空间的形状和尺寸则影响供料及出料的机械结构自动化车床的供料及出料装置设计 5 坐标形式、自由度数和操作机各手臂关节轴线的长度和各关节轴转角的大小及变动范围的选择 （五） 运动速度 供料及出料操作机手臂的各个动作的最大行程确定后，按照循环时间安排确定每个动作的时间，就能进一步确定各动作的运动速度，用 m/s 或（ ）/s 表示，各动作的时间分配要考虑多方面的因素，例如总的循环时间的长短，各动作之间顺序是依序进行还是同时进行等。应试做各动作时间的分配方案表，进行比较，分配动作时间除考虑工艺动作的要求外，还应考虑惯性和行程的大小，驱动和控制方式、定位方式和精度等要求。 自动化车床的供料及出料装置设计 3 供料及出料四连杆机构设计 3.1 四连杆机构设计 连杆机构是最常用的机构，因此连杆机构优化设计在机构设计中十分重要，研究工作开展得也最为广泛。有大量的文献介绍有关平面四杆机构、平面五杆机构、柔性连杆机构、曲柄连杆机构、槽轮连杆机构、凸轮连杆组合机构和齿轮连杆等机构的优化。鉴于四连杆机构的典型性，本节结合四连杆机构的函数再现优化设计问题，阐述连杆机构优化问题的一般方法及流程。 四连杆机构的优化设计就是对四连杆机构的参量进行优化调整，使得机构给定的运动和机构所实现的运动之间误差最小。因此四连杆机构的优化设计的过程，就是寻找使得四连杆机构运动误差最小的一组机构设计参量。四连杆机构设计参量确定后，就可认为实现了机构的优化设计。 四连杆机构的优化设计包括四连杆机构优化模型建立和优化模型求解二个主要过程。通过对四连杆机构的分析确定优化方案，确定设计变量，给出目标函数，并将机构设计制约条件，如杆长条件、传动角条件等，写成相应的约束条件，即可建立机构优化设计模型。 下面介绍四连杆机构函数再现优化设计模型的建立。 自动化车床的供料及出料装置设计 7 3.2 确定设计变量 根据设计要求，由机械原理知识可知，设计变量有 L1、L2、L3、L4、。将曲柄的长度取为一个单位长度 1，其余三杆长可表示为 L1 的倍数。由图 1 所示的几何关系可知 4324232212)(arccosLLLLLL 为杆长的函数。另外，根据机构在机器中的许可空间，可以适当预选机架 L4 的长度，取 L4=5，经以上分析，只剩下 L2、L3 两个独立变量，所以，该优化问题的设计变量为 TTLLXXX3221, 因此。本优化设计为一个二维优化问题。 3.3 建立目标函数 按轨迹的优化设计，可以将连杆上 M 点mimiyx ,与预期轨迹点坐标偏差最小为寻优目标，其偏差为iMiixxx和iMiiyyynxi, 2 , 1 ，如图 2。为此，把摇杆运动区间 2 到 5 分成 S 等分，M 点坐标有相应分点与之对应。将各分点标号记作i，根据均方根差可建立其目标函数，即 min2/122iMiiMiyyxxXf sin3LyMi cos33LxMi iixy2 ) 1(31isxi，S 为运动区间的分段数 4324232212)(arccosLLLLLL 于是由以上表达式便构成了一个目标函数的数学表达式，对应于每一个机构设计方案（即给定21,XX） ，即可计算出均方根差 Xf。 自动化车床的供料及出料装置设计 图 2 3.4 确定约束条件 根据设计条件，该机构的约束条件有两个方面：一是传递运动过程中的最小传动角应大于 50 度；二是保证四杆机构满足曲柄存在的条件。以此为基础建立优化线束条件。 保证传动角50 图 3 按传动条件，根据图 3 可能发生传动角最小值的位置图，由余弦定理 6428. 050cos 6428. 0arccos2)(arccos322322241LLLLLL （见图 3（a） ） 所以 3223222412496. 1)(LLLLLL （a） 6428. 0arccos2)(arccos322142322LLLLLL （见图 3（b） ） 自动化车床的供料及出料装置设计 9 所以 3221423222496. 1)(LLLLLL （b） 式（a） 、 （b）为两个约束条件，将11L，54L，12xL ，23xL 代入式（a） 、 （b） ，得 0362496. 12122211xxxxxg 0162496. 12122212xxxxxg 曲柄存在的条件 按曲柄存在条件，由机械原理知识可知 12LL ，13LL ，3241LLLL 4321LLLL，4231LLLL 把它们写成不等式约束条件（将11L，54L，12xL ，23xL 代入上式） ，得 0113xxg 0124xxg 06215xxxg 04216xxxg 04127xxxg 经过分析，上述七个约束条件式中， Xg1和 Xg2为紧约束条件， XgXg73为松约束条件，即满足 01Xg和 02Xg的X，必满足不等式 0073XgXg，所以本优化问题实际起作用的只有 Xg1和 Xg2两个不等式约束条件。 3.5 写出优化数学模型 综上所述，可得本优化问题的数学模型为 siiMiiMiyyxxXf02/122min TTLLXXX3221, ts. 0362496. 12122211xxxxxg 0162496. 12122212xxxxxg 即本优化问题具有两个不等式约束的二维约束优化问题。 自动化车床的供料及出料装置设计 4 输送带装置设计 4.1 同步带的概述 4.1.1 同步带介绍 同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。 同步带传动（见图3-1）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,iMg=(3.057+0.1+0.660+0.309+0.139)10=41.65 N。 根据公式 F=PA+0F，系统压为最低 0.3Mpa 考虑，可得 压侧的输出力为 94.2 N；拉侧的输出力为 65.7 N，显然满足要求。 参照（ISO6432 标准） ，气缸 1 选用缸径为 20mm，行程为 25mm 的亚德客超薄气缸，代号为 ACQ-2025 。 同理，下压气缸 4 选用亚德客笔型气缸，代号为 PB-1030。 自动化车床的供料及出料装置设计 图 2.10 AIRTAC 超薄气缸 参照供料用传动方案设计，又下摆动关节的冲压力 Pz=8.6 N，选择的气缸类型分别为（表 2.4） ： 气缸名称 上模板气缸 下压气缸 品牌及类型 AIRTAC ACQ-25X12 AIRTAC ACQ-40X50 缸径 mm 25 40 活塞杆外径 mm 9 14 行程 mm 10 40 受压面积 mm2(押侧/拉侧) 421/298 1057/756 理论输出力 N(押侧/拉侧) 117.3/103.3 337.0/216.7 表 2.4 下摆动关节气缸的规格 气缸的运动时序表如下： 气缸名称 速度/mm s T（伸出）/s T（收回）/s 上模板气缸 21 0-0.5 2.5-3 下压气缸 23 0.5-2.5 1.5-3 表 2.5 下摆动关节气缸的运动时序表 6.3 四连杆关节气缸的计算 对四连杆关节连接滑块进行受力分析（在最大压力角219处） ，图示如下： 自动化车床的供料及出料装置设计 31 图 2.27 连接滑块的受力分析 连接滑块受力来自两个部分，第一是气缸给的动力，第二是连接滑块和滑销之间的摩擦阻力。 连接滑块的摩擦阻力又来自两个部分，其一是滑块上方零部件的重量和自重引起的af，另一个是由送料凸轮给的力 F 在水平方向的分量引起的bf。其中，1F是连接滑块、螺钉、垫圈、弹簧垫片、送料夹滑块、连接螺钉、送料夹、送料夹固定螺钉在送料滑销上的压力之和，跟据 proe 中质量分析，设置材料 Q235A 的密度为637.82 10mm公斤/，可分别得出各零件的质量。 经分析，得总质量 M=(连接滑块质量+六角螺钉质量+垫圈质量+弹簧垫片质量+连接螺钉质量) X 2+送料夹 X 3 +送料夹固定螺钉 X 6 + 送料夹滑块质量。 即 M=（0.065+0.0038+0.0014+0.0026+0.0038）X 2 + 0.0068 X 3 + 0.0019 X 6 + 0.132= 0.245 Kg 故，aF=Mg=0.2168 X 10 =2.164 N 又查得刚和刚（粗糙度 3.2）之间的 3摩擦系数 u=0.1。 0.311aafuFuMg N （1） 12sinbNfuFuF （2） 根据连接滑块 Y 方向的力衡，可知2cosabffF （3） 联立（1） （2） （3）解得 F= 0.340 N 根据要求，四连杆关节气缸选用笔型气缸（ISO6432 标准） ，理论出力计算公式是： F=PA+0F 自动化车床的供料及出料装置设计 式中：F气缸理论输出力（N） P工作压力(MPa) A活塞受力面积（2mm） 0F弹簧复位力（N） 系统压力为 0.30.5MPa，选用复动型气缸时，0F=0 N，取系统压力极小值时，可得： 20.51.6670.3FAmmP?= 气缸活塞面积大于 6.2882mm即可。 1.667221.4573.14Admmp= 即气缸缸径大于 1.457mm就行。 参照（ISO6432 标准） ，选用缸径为 12mm，行程为 40mm 的笔型气缸足够满足要求。选用亚德客气缸，代号为 PB-1240。 自动化车床的供料及出料装置设计 33 7 气动原理设计 气动原理图如图 4-1 所示。整个气动系统就是要对供料气缸、摆动气缸、四连杆气缸动作进行控制。 图 4-1 气动原理图 气路元件表如图 4-1 所示： 图 4-1 气路元件表 序号 型号规格 名称 数量 1 L1-25 单向节流阀 6 2 24D2H-10-S1 三位四通电磁滑阀 3 3 QF-44 手动截止阀 1 4 QSL-26S1QTY-20-S1 压力组件 1 5 YJ-1 压力继电器 1 6 Q24DH-10-S1 两位三通电磁滑阀 1 各执行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩自动化车床的供料及出料装置设计 气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快起动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。 自动化车床的供料及出料装置设计 35 8 PLC 控制部分设计 考虑到气缸的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对气缸进行控制.当气缸的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。 8.1 可编程序控制器的选择及工作过程 8.1.1 可编程序控制器的选择 目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考虑到本气缸的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了OMRON公司的C28P型可编程序控制器。 8.1.2 可编程序控制器的工作过程 可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为四个阶段。 第一阶段是初始化处理。 可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表.该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时，CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。 第二阶段是处理输入信号阶段。 在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。 第三阶段是程序处理阶段。 当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关指令进行运自动化车床的供料及出料装置设计 算和处理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。 第四阶段是输出处理阶段。 CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出， 送到输出锁存电路， 驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期。 8.2 可编程序控制器的使用步骤 在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系统时，通常以七个步骤进行: (1)系统设计 即确定被控对象的工作原理，控制要求，动作及动作顺序。 (2)I/0分配 即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号.此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。 (3)画梯形图 它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。 (4)助记符机器程序 相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。 (5)编制程序 即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。 (6)调试程序 即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如IBM-PC机，只要这个机器配有相应的软件。 自动化车床的供料及出料装置设计 37 (7)保存程序 调试通过的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盘上备用。 8.3 可编程序控制器控制方案 8.3.1 控制系统的工作原理及控制要求 以上各动作均采用气动方式驱动，即用五个二位五通电磁阀(每个阀有两个线圈，对应两个相反动作)分别控制五个气缸，使气缸完成伸、缩、上、下、旋转及气缸抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使气缸的直线运动转化为旋转运动。这样，可用PLC的8个输出端与电磁阀的8个线圈相连，通过编程，使电磁阀各线圈按一定序列激励，从而使气缸按预先安排的动作序列工作.如果欲改变气缸的动作，不需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六个动作末端均放置一限位开关，以检测动作是否到位，如果某动作没有到位，则出错指示灯亮。 8.3.2.控制要求 为了满足生产需要，气缸应设置手动工作方式、单动工作方式和自动工作方式。 （1）手动工作方式 便于对设备进行调整和检修，设置手动工作方式。用按钮对气缸每一动作单独进行控制。 （2）单动工作方式 从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按下一次起动按钮，气缸完成一步的工作后，自动停止。 （3）自动工作方式 按下起动按钮，气缸从原点开始，按工序自动反复连续工作，直到按下停止按钮，气缸在完成最后一个周期的动作后，返回原点自动停机。 自动化车床的供料及出料装置设计 8.4 PLC 控制原理图设计 PLC 时专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是工厂广大电器技术人员，为了适应他们的传统习惯和装我能力，通常 PLC 不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程，连线问题的自然语言编程。国际电动委员会详细地说明了语法，语义和下述 5 种编程语言：功能图，梯形图，功能快图，指令表，结构文本。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和结构文本为文字语言，功能表图是一种结构块控制流程图。 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符合来描述程序的一种程序设计语言。 采用梯形图程序设计语言，这种程序设计语言采用因果关系来描述时间繁盛的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯级种，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在右面。 梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉。因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到欢迎，并得到广泛的应用。 梯形图程序设计语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习； 与原有的继电器逻辑控制技术的不同是：梯形图中的电流不是实际意义的电流，内自动化车床的供料及出料装置设计 39 部的继电器也不是实际存在的继电器，因此应用时需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。 梯形图是使用得最多的梯形编程语言，被称为 PLC 的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的有点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为编程 自动化车床的供料及出料装置设计 总结与展望 总结本文对供料及出料结构系统进行了设计。 由于作者的水平有限，而且对有些相关学科，如传感器技术、控制技术等并不是很了解， 仍有许多问题需要解决， 还有许多问题值得进一步讨论和更加深入的研究与展望： (1)机械结构优化问题 在供料及出料设计过程中，包括机械臂，采用模块化设计，不同功能结构分别进行设计，各模块之间连接采用最优方式。但是在模块各零件设计过程中，各参数计算选择主要从结构强度和刚度要求出发，很多零件为了匹配，比实际需求尺寸大很多。包括一些非关键零件设计，均是根据前人经验设计，选择尺寸。这种设计不仅增加了整个系统质量，同时增加了电机负载，造成了资源浪费。 （2）计算机的有限元的分析没有做。通过对计算机有限元软件的更深层次挖掘，对零件的强度和刚度和臂部的力学分析，会得到最优的结构。这个以后可以作为后续学习的方向。 (3) 机械臂自主控制系统的建立有待于进一步研究，以及它的运动控制技术，路径规划技术，实时视觉技术，定位和导航技术，多传感集成和数据融合技术，高性能计算技术，无线通信与因特网技术问题也是多个有待研究的方面。 供料及出料在未来生活中，包括消防、探测等危险作业中的应用将会越来越广。包括在军事领域中的应用将是发展的必然趋势，也是我国国防科技行业重点支持的方向之一。通过对供料及出料机械臂系统设计，在整体系统的各各方面积累了比较丰富的设计经验，相信经过不断的发展和改进供料及出料将走向成熟和实用化。 自动化车床的供料及出料装置设计 41 参 考 文 献 1 张永学. 双足供料及出料步态规划及控制研究D. 哈尔滨工业大学博士学位论文. 2001. 160. 2 Mae GeerT. Passive Dynamie Walking of Roboties ResearehD. 1990， 9(2): 6282. 3 刘志远. 供料及出料动态研究D. 哈尔滨工业大学博士论文. 1991. 4 刘志远，戴绍安，裴润，张栓，傅佩深. 零力矩点与供料及出料动态稳 定性的关系J. 哈尔滨工业大学学报. 1994，vol.26(1):3842. 5 纪军红. HIT-I 供料及出料步态规划研究D. 哈尔滨工业大学博士论 文，2000:1571. 6 麻亮，纪军红，强文义，傅佩深.