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弹体自动上下料机构设计【3张图纸】【优秀】

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关键词：: 弹体自动上下料机构设计图纸自动上下料弹体自动上下料机构

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弹体自动上下料机构设计

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目　　录

摘　　要1

Abstract3

前言1

第一章自动上下机构的总体构想3

第一节机械手的机械构想3

第二节机械手的传动4

第三节机械手的控制方式6

第四节 PLC的选择原则11

第二章机械手的具体设计13

第一节机械手的具体设计13

第二节臂部的设计17

第三节导轨的设计21

第四节液压回路的设计23

第三章机械手的主电路设计24

第四章 PLC的控制电路的设计26

第一节 PLC的组成26

第二节可编程控制器的工作原理28

第三节 PLC控制系统设计31

参考文献43

致　　谢44

第二章机械手的具体设计

主要技术指标如下：

工件最大重量约为100kg。

工件尺寸（直径、长度）：132mm、400mm。

最大操作范围：提升高度500mm、转动角度90度，水平移动范围2000mm

机械手的自由度3（上升、转动、平移）

定位精度：上下料装置，本身精度不高

性能要求：抓取可靠，灵活、送放平稳，定位可靠

摘　　要

我这次毕业设计的课题是：弹体自动上下料机构。主要设计自动上下料专用机构。本次设计的自动上下料机构是利用液压系统与机械电气相配合，实现自动工作循环，液压系统设计是否合理直接影响自动线的动作性能，因此，对自动线的液压系统的设计方法和原则加以探讨是必要的。在一个工作求，而且有质的要求。因此，要使自动上下料机构实现所要求的工循环，保证所需的工作性能，方法是多种多样的，所以根据此设计题目的具体情况确定了液压系统的设计方案（见液压系统图）。一个好的上下料装置应达到：

提高装备生产率和工人劳动生产率，显著减轻工人的劳动强度。

工作稳定可靠，运转噪声小，不会损坏工件，使用寿命长。]

结构紧凑、简单，最大限度采用标准化零件通用性好，易于制造易于维修，成本低，根据理论验证，上述设计的自动上下料专用机构基本达到要求。

可编程序控制器使系统具有一定柔性，且改善了系统的稳定性，在机械行业的应用中占有重要位置，也是老设备改造和生产新一代机电一体化产品的重要手段。

PLC的应用范围非常广泛，并正在迅速扩大。而采用PLC进行控制，把传统的继电器，用无触点的电子线路来完成，用软件程序代替了继电器之间的复杂连线，既方便又灵活，又大大的提高了可靠性，使机械手的控制趋于自动化。

自动化早已成为工业生产的主流，在成批大量生产率很高，机动工时很短的情况下，上下料是一项重复而复杂的工作。为了提高生产率，减轻体力劳动，保证安全生产，所以采用自动上下料机械手来代替人类的工作。

可编程控制器 PLC是工业自动化的主导产品。其可靠性极高，使用极方便

的巨大优越性，已广为工业技术人员所熟知。在可编程控制器中，充分应用了

大规模集成电路技术，微电子技术及通信技术，迅速的从早期的逻辑控制发展

到进入位置控制，伺服控制，过程控制的领域。用可编程控制器已经可以构成

包括逻辑控制，过程控制，数据采集与控制，图形工作站的综合控制系统。可

编程控制器在工厂当中广泛的应用。可编程控制器具有以下的显著特点：

可靠性高，适用于工业现场环境。

编程简单，使用方便。

控制程序可变，具有很好的柔性。

直接带负载能力强。

便于实现机电一体化。

通信，网络技术趋于标准化，利于实现计算机网络控制。

总之，PLC技术代表了当前电子元件程序控制的先进水平，PLC与数控技术和工业机器人已经成为机械工业自动化的三大支柱。

内容简介：: 目录摘要1Abstract3目录前言1第一章自动上下机构的总体构想3第一节机械手的机械构想3第二节机械手的传动4第三节机械手的控制方式6第四节 PLC的选择原则11第二章机械手的具体设计13第一节机械手的具体设计13第二节臂部的设计17第三节导轨的设计21第四节液压回路的设计23第三章机械手的主电路设计24第四章 PLC的控制电路的设计26第一节 PLC的组成26第二节可编程控制器的工作原理28第三节 PLC控制系统设计31参考文献43致谢44摘要我这次毕业设计的课题是：弹体自动上下料机构。主要设计自动上下料专用机构。本次设计的自动上下料机构是利用液压系统与机械电气相配合，实现自动工作循环，液压系统设计是否合理直接影响自动线的动作性能，因此，对自动线的液压系统的设计方法和原则加以探讨是必要的。在一个工作求，而且有质的要求。因此，要使自动上下料机构实现所要求的工循环，保证所需的工作性能，方法是多种多样的，所以根据此设计题目的具体情况确定了液压系统的设计方案（见液压系统图）。一个好的上下料装置应达到：（1）提高装备生产率和工人劳动生产率，显著减轻工人的劳动强度。（2）工作稳定可靠，运转噪声小，不会损坏工件，使用寿命长。（3）结构紧凑、简单，最大限度采用标准化零件通用性好，易于制造易于维修，成本低，根据理论验证，上述设计的自动上下料专用机构基本达到要求。可编程序控制器使系统具有一定柔性，且改善了系统的稳定性，在机械行业的应用中占有重要位置，也是老设备改造和生产新一代机电一体化产品的重要手段。PLC的应用范围非常广泛，并正在迅速扩大。而采用PLC进行控制，把传统的继电器，用无触点的电子线路来完成，用软件程序代替了继电器之间的复杂连线，既方便又灵活，又大大的提高了可靠性，使机械手的控制趋于自动化。自动化早已成为工业生产的主流，在成批大量生产率很高，机动工时很短的情况下，上下料是一项重复而复杂的工作。为了提高生产率，减轻体力劳动，保证安全生产，所以采用自动上下料机械手来代替人类的工作。可编程控制器 PLC是工业自动化的主导产品。其可靠性极高，使用极方便的巨大优越性，已广为工业技术人员所熟知。在可编程控制器中，充分应用了大规模集成电路技术，微电子技术及通信技术，迅速的从早期的逻辑控制发展到进入位置控制，伺服控制，过程控制的领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制，过程控制，数据采集与控制，图形工作站的综合控制系统。可编程控制器在工厂当中广泛的应用。可编程控制器具有以下的显著特点：（1）可靠性高，适用于工业现场环境。（2）编程简单，使用方便。（3）控制程序可变，具有很好的柔性。（4）直接带负载能力强。（5）便于实现机电一体化。（6）通信，网络技术趋于标准化，利于实现计算机网络控制。总之，PLC技术代表了当前电子元件程序控制的先进水平，PLC与数控技术和工业机器人已经成为机械工业自动化的三大支柱。关键词：机械手、液压系统、PLC控制AbstractThe 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 workers labor productivity, lighten workers 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 specialpurpose organization that design reach requiring basically.Programmable controller makes the system more amiable; its 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 -沈阳工业学院毕业设计（论文）目录摘要1-2Abstract3-5第一章自动上下机构的总体构想3-13第一节机械手的机械构想3第二节机械手的传动4-5 第三节机械手的控制方式6-10 第四节 PLC的选择原则.11-13第二章机械手的具体设计14-25第一节机械手的具体设计14-17 第二节臂部的设计.18-23 第三节导轨的设计.23-24 第四节液压回路的设计.25第三章机械手的主电路设计.26-27第四章 PLC的控制电路的设计.28-45第一节 PLC的组成28-29 第二节可编程控制器的工作原理30-32 第三节 PLC控制系统设计33-45.参考文献46致谢47- 0 -）前言自动装卸工件装置是自动机床不可缺少的辅助装置。当机床实现加工循环自动之后，还只是半自动机床，因为每当完成一个加工循环后必须停车，有工人装卸工件，经过两次起动才能进行下一次加工循环。在半自动机床上配备自动装卸工件装置以后由于能够自动完成装卸工作，因而自动加工循环可以连续进行，即成为全自动机床。在实现工艺过程自动化时，自动装卸工件装置也是组成自动线的不可缺少的辅助设备。用PLC控制液压系统，可编程控制器(Programmable controller) 简称PC,早期也称为PLC(Programmable Logic Computer).区别于个人计算机的“PC”(Personal Computer).可编程控制器是20世纪60年代末发展起来的一种新型自动化控制装置。最早是用于代替传统的继电器控制装置，功能上只有逻辑运算、定时、记数以及顺序控制等，而且只能进行开关量的控制。随着微电子技术的不断发展，PLC功能也将不断增强，规模不断扩大，已超出了逻辑功能的范围。可编程控制器(PC)是继电器控制和计算机控制基础上发展起来的,以微处理器为核心,把自动化技术,计算机技术,通信技术融入为一体的新型工业自动控制装置.它具有逻辑判断,定时,记数,记忆和算术运算,数据处理,联网通信,PID回路调节,自适应控制及人工智能等功能.目前以被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中. 可编程控制器 PLC是工业自动化的主导产品。其可靠性极高，使用极方便的巨大优越性，已广为工业技术人员所熟知。在可编程控制器中，充分应用了大规模集成电路技术，微电子技术及通信技术，迅速的从早期的逻辑控制发展到进入位置控制，伺服控制，过程控制的领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制，过程控制，数据采集与控制，图形工作站的综合控制系统。可编程控制器在工厂当中广泛的应用。可编程控制器具有以下的显著特点：(1) 可靠性高，适用于工业现场环境。(2) 编程简单，使用方便。(3) 控制程序可变，具有很好的柔性。(4) 直接带负载能力强.(5) 便于实现机电一体化。(6) 通信，网络技术趋于标准化，利于实现计算机网络控制。总之，PLC技术代表了当前电子元件程序控制的先进水平，PLC与数控技术和工业机器人已经成为机械工业自动化的三大支柱。目前，PLC正朝着两个方向发展。其一是向大型化、快速化、高能化方向发展，以取代工业计算机的部分功能。其二是向小型化、专业化，成本低方向发展，以真正成为继电器的替代品。PLC总的发展趋势就是：功能越来越强，使用越来越方便。而性能价格比又不断的提高。因此说，PLC的发展方兴未艾，前景十分可观。西门子公司生产的可编程控制器在我国的应用亦相当广泛。早期，西门子公司的可编程控制器大多是跟随着欧洲的工业生产设备进入中国的。改革开放以来，在冶金、饮料生产、印刷生产线等领域引进的生产设备中，有许多西门子的可编程控制器。近年来，西门子公司大力扩展在华业务。许多国内同行也大量采用西门子的可编程控制器作为国产机械设备的核心。第一章自动上下料机械手的总体构想第一节机械手的机械构想自动装卸工件装置通常惯用自动上下料装置,它所能完成的工作包括将工件自动安装到机床上,和加工完成后从机器中卸下工件.机械手有三大类:(1) 专用机械手.这种机械与一般自动机械装置一样,是附属于机床的辅助设备.它须与机床的工作循环相配合,其动作有机床的控制系统进行控制.这类机械手的运动自由度一般较少,因而结构不太复杂.(2) 通有机械手 .它是一种独立的装置,可以应用于各种工种,用以代替工人的辅助设备.具有较多的运动自由度,具有独立的程序控制系统,这类机械手的结构和控制系统都比专用机械手复杂.(3) 架空输送机械手.这类机械手自动线输装置的一种形式.它不仅能自动线装卸工件,而担负工位间传输工作.其结构原理和装卸专用机械手并无原则区别,只是在传动和控制与自动线的传动系统和控制系有整体联系.我选择用架空机械手,两端导轨插入墙体中.机械手为了完成装卸工件的各种动作,必须具用一定的自由度.为了便于分析机械手需的自由度,以及便于设计机械手的结构方案.一般机械手分为三类:(1)手部:又称夹爪,用抓去取和夹持工件,其结构形状取决于工件的形状和大小.夹爪只有张开和收拢动作,一般不计在机械手的运动自由度之内. 第二节机械手的传动液压传动设备与机械传动，气动传动设备相比较有以下特点：（1）液压传动各执行元件机构的动作和力（力矩）是靠液体来传递的，所以液体的质量和清洁度将直接关系到液压设备的运行状况。（2）在相等功率的条件下，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，其往复回转运动可达每秒500次，往返直线运动可达每秒1000次。（3）液压设备中，液压系统与电气控制联合使用，自动化程度高。（4）液压设备由标准化程度较高，通用化较强的液压元件组成，故便于制造和推广使用。（5）液压传动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。（6）液压传动设备具有自我良好的润滑和自动防止过载的保护能力，故使用起来安全可靠。（7）由于液压传动的各执行机构所传递的力，速度，位移，可无级调速（调速范围可达1：2000 ），故能迅速适应被控制参数的变化。（8）液压元件标准化，系统化的水平高，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。（9）液压元件属于精密零件，因此元件的修理较困难。（10）液压设备的故障有隐蔽性和多变性，因此故障原因的判断比机械故障的判断难得多。机械手的升降运动大都采用液压传动。夹爪的传动则根据具体的情况而定，对尺寸小，重量轻的工件，为了简化结构，可采用弹簧式夹爪；但对于尺寸较大或较重的工件，为了保证输送过程的可靠性，夹爪应采用液压传动。对于本设计的弹体而言，液压设备传动是比较安全可靠的。由上所述，我大部分采用液压传动设备。第三节机械手的控制方式实现工业的自动化控制，可以用多种方式来控制。总体方案设计中选择何种控制系统是关键的一环。它直接关系到投资成本、耗能、可靠性、安全性和应用效果。下面分别将PLC控制与继电器控制及微机控制进行比较，作选择方案时的参考：（1）PLC与继电器控制的比较继电器控制自20年代问世以来，一直是机电顺序控制的主流。由于它的结构简单、使用方便、价格低廉，所以使用范围甚广。其缺点是动作速度慢且可靠性差。1.控制逻辑：继电器控制采用硬件接线逻辑，所以继电器控制逻辑的灵活性和扩展性较差，而PLC采用存储逻辑。除了输入输出端要与现场连接以外，控制逻辑以程序方式存储在PLC中，所以灵活性和扩展非常好。2.控制速度：继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作（闭合或断开）来实现的，工作频率低，触点的开闭动作一般达几十毫秒级，而且使用的继电器越多，逻辑控制速度越慢，还容易出现触点抖动造成的问题。而PLC是由程序指令控制电子电路来实现控制的速度相当快，一班一条用户指令的执行时间为毫秒级。由于PLC内部有严格的同步控制方法，不会出现“抖动”问题。3.限时控制：继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制，时间继电器一般分为完全阻尼式、电磁式、电磁摆式和电子等。用时间继电器实现规定时控制会出现定时的精度不够，定时时间易受环境和温度变化的影响，时间调整困难等问题，有些特殊的时间继电器结构复杂，维护不便。PLC较长时间限时使用集成电路作为定时器，时基脉冲有晶体振荡器产生，精度相当高PLC较短时间限时和特殊限时可以根据需要在程序中设定定时值用程序实现，定时时间不受环境的影响，一日调好，不会改变PLC还能完成个各种类型的记数功能，而继电器控制一般没有高速记数功能。4.设计和施工：使用继电器控制完成一项控制工程,设计,施工,调试必须按顺序进行,周期长而且修改困难.工程越大,这一缺点越突出.用PLC完成一向控制工程时,在系统设计完成后,现场施工和控制逻辑设计(包括继电梯形图和程序计)可以同时进行,周期大大缩短,而且调试和修改都很方便.5.可靠性和可维护性:继电器控制使用了大量的机械触点,连线也多:因此可靠性和可维护性差.PLC采用微电子技术，大量的开关动作触点的电子电路来完成，寿命长，可靠性高，PLC还配备了自检和监控功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态监视控制程的执行情况，为现场调试和维修提供方便。从以上几方面比较来看，PLC在性能上均优于继电器控制，即控制可靠性高。设计施工周期短，调速方便，控制逻辑修改容易，而且体积小，功耗小，使用和维护简单。（2）PLC与微型机算计的比较采用微电子技术的PLC内也有CPUROM,I/O接口等构成的微型机算机，但是它又不同与一般的微型机算机。1) 应用范围：大量使用的微型机算机系统一般用于科学计算，数据处理及计算机通信等方面。而PLC主要用于工业控制。2) 使用环境:微型机算机对环境要求比较高，一般要求在干扰小并且具有一定温度和湿度要求的机房内使用。而PLC适应工程现场的环境。3) 程序设计：微型计算机系统具有丰的程序设计语言，例如汇编语言，BASIC语言，FORTRAN语言，COBOL语言，C语言；语句多，关系复杂，要求使用者具有一定水平的计算机程序编制能力和接口技术。PLC 可以把非常简单的编程语言提供给用户使用，编程语言数量少，逻辑简单；基本的指令有：输入输出指令，逻辑运算指令、程序结束指令等；有的PLC还提供算术运算指令，步进控制指令等，易于学习和掌握。4)系统功能：微型计算机一般配有较强的操作系统，进行设备管理、文件管理、存储器管理。 PLC只有简单的监控程序，能完成故障检查，用户程序输出和修改，用户程序的执行等功能。从以上分析可见，从微型机算计应用类别来说， PLC是工业控制的专用机，微型计算机是通用机；从工业控制来说，PLC是控制通用机，而某种类型的微型计算机可作成某一控制设备的专用机，就控制性能而言，PLC与微型计算之间的差异为：PLC的可靠性高，而微型计算机的可靠性不如它： PLC编程简单；而计算机编程复杂；PLC控制系统设计调试周期短，而微型计算机控制系统设计周期长；PLC输入/输出响应速度慢，一般为毫秒级，有较大的滞后现象，而某些种类微型计算机响应速度很快，一般为微秒级。可编程控制器(Programmable controller) 简称PC,早期也称为PLC(Programmable Logic Computer).区别于个人计算机的“PC”(Personal Computer).可编程控制器是20世纪60年代末发展起来的一种新型自动化控制装置。最早是用于代替传统的继电器控制装置，功能上只有逻辑运算、定时、记数以及顺序控制等，而且只能进行开关量的控制。随着微电子技术的不断发展，PLC功能也将不断增强，规模不断扩大，已超出了逻辑功能的范围。可编程控制器(PC)是继电器控制和计算机控制基础上发展起来的,以微处理器为核心,把自动化技术,计算机技术,通信技术融入为一体的新型工业自动控制装置.它具有逻辑判断,定时,记数,记忆和算术运算,数据处理,联网通信,PID回路调节,自适应控制及人工智能等功能.目前以被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中.PLC主要功能(1) 条件控制: PLC具有逻辑运算功能,可代替继电器进行开关量控制(2) 限时控制: PLC具有定时功能,为用户提供了定时指令设置的若干电子定时器进行限时控制和延时控制. (3) 记数控制: PLC具有记数控制功能,它为用户提供了用设置指令技术的若干个计数器.技术值可在运行中读出和修改.(4) 步进控制：PLC具有步进控制功能，只有在前道工序完成后才能转到下到工序，实现步进控制(5) A/D,D/A转换：完成对模拟量的控制和PID回路调节。(6) 通信和联网：PLC采用通信技术，进行远程I/O 控制和PLC之间的同位连接；以及与上位计算机进行上位连接，构成一台计算机与多台PLC的分布控制网络控制和通信。（7）对控制系统进行监控：操作人员可以通过监控有关部分的进行状态，进行定时，计数等设定值。（8）自诊断功能：可以在线诊断系统的软件故障状态，诊断机和生产过程的故障状态。可编程控制器 PLC是工业自动化的主导产品。其可靠性极高，控制器中，充分应用了大规模集成电路技术，微电子技术及通信技术，迅速的从早期的逻辑控制发展到进入位置控制，伺服控制，过程控制的领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制，过程控制数据采集与控制，图形工作站的综合控制系统。可编程控制器在工当中广泛的应用。可编程控制器具有以下的显著特点：(1) 可靠性高，适用于工业现场环境。(2) 编程简单，使用方便。(3) 控制程序可变，具有很好的柔性。(4) 直接带负载能力强.(5) 便于实现机电一体化。(6) 通信，网络技术趋于标准化，利于实现计算机网络控制。总之，PLC技术代表了当前电子元件程序控制的先进水平，PLC与数控技术和工业机器人已经成为机械工业自动化的三大支柱。目前，PLC正朝着两个方向发展。其一是向大型化、快速化、高能化方向发展，以取代工业计算机的部分功能。其二是向小型化、专业化，成本低方向发展，以真正成为继电器的替代品。PLC总的发展趋势就是：功能越来越强，使用越来越方便。而性能价格比又不断的提高。因此说，PLC的发展方兴未艾，前景十分可观。综上所述,我根据设计的要求和工件加工的环境选可编程控制器PLC.第四节 PLC的选择原则选择PLC的系统原则：选择PLC系统主机根据经济上和技术上两方面的要求。从经济上看，当然要选择性能价格比高的系统，即在同等条件下选择价格最低的系统。这一点对、大、中型的系统尤为重要。从技术上说，选择PLC系统是按被控系统的规模、方式、控制速度以及其它的特殊要求来决定控制对象，应按下列各项逐一加以考虑。1.控制系统中被控设备的I/O点数及性质（开关量、模拟量或两者兼有）。2.各I/O的具体技术要求，如额定电流值、额定电压值等信号量范围。3.根据所需点数，确定待选用PLC 的规模（大中小型），结构是单元式还是模块式，以及模块配置和扩展单元。4.是否需要采用专用智能接口模块，以满足特殊的控制要求（如定位、闭环等控制，人机对话等功能）。5.控制系统是否是分布式，个被控设备再空间的位置分布情况。被设备离主机的最远距离等。6.控制系统最短的系统响应时间（即由输入量受到至输出端被设备动作的总时间），主要由扫瞄程序时间决定。7.考虑选择CPU的容量（一般指内存RAM的储存容量）应满足所控的点数N*10：对于小型机，每个字8bit字位），对大型机，每个字16bit）。再模拟量I/O的场合，应取比此数大一倍的容量。另外，还要着重考虑到CPU 的功能，大中型系统要求有较强的指令集。8.对较大型的系统，若有数十台PLC一起工作，应考率其间的通信方式。9.对于十分重要的生产过程），应考虑是否需要采用后备系统或DPU系统。10.编程及监控要求适当编程环境，应考虑是采用继电器控制逻辑的梯形图语言，还是其它表达形式语言来编程，是否要求流程显示控制。11.在强干扰（电、磁）的场合下，PLC布置的抗干扰要特别小心。除布线方面的考虑外，有时必须采用全屏蔽设计，或用光纤传输系统。12.其它，如是否采用无线数字传输，系统日后扩展要求等都应考虑。第二章机械手的具体设计主要技术指标如下：1. 工件最大重量约为100kg。2. 工件尺寸（直径、长度）：132mm、400mm。3. 最大操作范围：提升高度500mm、转动角度90度，水平移动范围2000mm4. 机械手的自由度3（上升、转动、平移）5. 定位精度：上下料装置，本身精度不高6. 性能要求：抓取可靠，灵活、送放平稳，定位可靠第一节机械手的具体设计架空机械手，由升降油缸，夹爪油缸，转动驱动油缸及具有转动夹紧的钳口等构件所构成。升降油缸安装在支撑板上，活塞杆下端固定着支撑板。夹爪驱动油缸就安装在支撑板上，油缸的活塞上下移动时，通过铰接连接件，使夹爪张开或收拢。用销钉将杠杆和铰链平行四边形固定安装在活塞上，平行四边形的杠杆轴承上装有法兰的轴，用螺钉将可换钳口固定在法兰上。在一个杠杆上部铰接驱动转动液压缸。其活塞杆也与轴铰接。当液压缸活塞杆伸出时，轴和钳口一起转过由活塞杆行程所确定的角度，将安装好的钳口位置固定。一、手部设计（1）类型选择根据工作的形状、尺寸、重量、材料和表面状况，我选用V型块的钳口。（2）夹紧力的计算对工件的夹紧力可按照下式计算NK1*K2*K3*G式中 K1安全系数，通常取1.22，我取1.5 K2动载系数，主要考虑惯性力的影响。可按K2=1+a/g估算，a为机械手在搬运工件过程中的加速度m/s，g=9.8m/s，g为重力加速度。 K3方位系数，K3=0.5/f，粗略计算K3=5。G被夹持工件的重量kg因为再机械手搬运工件过程是相对于匀速运动，因此，认为a=0，即K2=1+0/g=1把各项数据代入公式有N1.5*1*5*100=750kgf换算为牛顿有N750*9.8=7350N取N=8000N（3）手部结构和驱动力的计算采用液压缸来驱动钳口的夹紧与放松，因此，选用连杆传动的手部比较合理，其大体结构初步定位：作用于活塞杆的驱动力为：P=2bsin *sin*N/C/sin（+）/式中 P驱动力 b夹紧力到回转支点的垂直距离c连杆连杆的倾斜角43度杠杆的倾斜角为85.5度N夹紧力N=8000N连杆的效率，取=0.8计算得 P=20000N（4）校合手部的结构的分强度1）夹爪的材料为45钢，45钢的伸长率为 5%朔性材料，其许用应力 = /s式中材料的屈服点安全系数，对材料n=1.32-3.545钢的屈服点 =360Mpa，n取1.5代入，可求出45钢的许用应力 =360/1.5=270Mpa其许用剪切应力 =（0.60.8） =162-216Mpa取 =200Mpa 许用挤压应力 =（1.72.0） =459540Mpa 取 =500Mpa夹爪的剪切应力条件=F/S =200Mpa夹爪的挤压应力条件为 =F1/S 其压力最大，受力面积最小的地方都满足要求，其他，也一定能满足强度要求，所以夹爪的材料及尺寸选择合理。2)校核铰链的剪切强度满足其剪切应力条件为=F1/S 铰链的材料为45钢，其许用应力 =200Mpa（已计算）显然，铰链的强度足够。3)选用销轴销轴的材料一般为35钢，其许用应力 =315/1.5=210Mpa根据其材料的许用应力和挤压应力计算销轴的直径。销轴满足剪切应力条件是： =F1/S d9mm为了提高强度选择d=20mm销轴满足挤压强度条件式第二节臂部设计通过对各种条件的考虑（强度，整体结构）等，臂部的大体结构是把夹紧缸放在滑板上，其内部具体结构是拉杆通过连杆和夹紧缸的活塞杆连在一起，拉杆与连杆活塞都是螺纹连接。各部分具体结构设计和一些细节问题分析如下。一. 夹紧缸的设计1. 液压缸的主要尺寸的确定（1）液压缸工作压力的主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的压力范围也不同。夹紧缸的工作压力确定为P1 =5Mpa（2）液压缸内径D和活塞杆直径的确定液压缸内径D=1.13式中： P驱动力。即液压缸的实际工作载荷 P1系统的工作压力，P1=5Mpa机械效率，一般取 =0.9D圆整为80mm按液压缸工作效率，选取d/D=0.45因此，活塞杆直径d=80*0.45=36 （3）液压壁厚和外径的计算液压的壁厚由液压缸的强度条件来计算液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度，从材料可知随内压力的圆筒，其内就力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒液压缸的内径D与其壁厚的比值D/ 10的圆筒称为薄壁圆筒， 10的圆筒称为厚壁圆筒，我们一般所用液压缸均为厚壁圆筒，因此夹紧缸的壁厚按公式式中缸筒材料的许用应力，其值为：锻钢 =110-120Mpa；铸钢 =100-110Mpa ；无缝钢管 =100-110Mpa；高强度铸钢 =60Mpa ；灰铸铁 =25Mpa ，夹紧缸体材料为45钢；采用模锻进行锻造，其许用应为 P-实验压力，比最大工作压力20%30%。取P=4.8Mpa -液压缸的臂厚（mm）取 =1.75因此缸筒外径 D1=D+2 =80+2*1.75=115mm，为了增强液压缸缸体的强度；在缸体外壁加一材料为45的隔套取隔套的壁厚 = 27.5mm，因此隔套外径160mm。（5）夹紧缸工作行和的确定液压缸的工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。夹紧缸的工作行程等于夹紧工件到松开工件；活塞移动的距离，它的工作行程很小，即取(6)缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效按强度要求可按下面公式进行近似计算。有孔时式中 t缸盖有效厚度（mm） D2缸盖止口内径（mm） d缸盖孔的直径（mm）缸盖材料的许用应力，其材料为，夹紧缸缸盖有孔，其直径，代入公式计算得.取（6）最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动去承面中点的距离H称为最小导向长度。夹紧液压缸的最小导向长度。夹紧缸的最小导向长度/式中夹紧液压缸的最大工作行程，取液压缸的内径，代入公式计算可得：+.取活塞宽度（.）夹紧液压缸（7）缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般夹紧液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。（8）夹紧液压缸的稳定性验算据材料力学的理论，一根受压的直杆，在其轴向负载Fr超过稳定临界力时，即失去原有直线状态下的平衡称为失衡。2夹紧缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构，活塞杆与活塞的连接结构，活塞杆导向部分结构，密封装置，缓冲装置，由于工作条件的不同，结构形式就也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。(1)缸体与缸盖的连接形式在结构简单，加工装置方便的前提下，采用内六角圆柱螺钉进行连接。(2)液压缸的缓冲装置液压缸带动工作部件运动时，因运动的质量较大，动运速度较高，则在到行程终点时，会产生液压冲击，甚至活塞与缸筒端盖之间产生机械碰撞。为防止这种现象的发生，我们可采用节流调速阀来到缓冲的目的。二、伸缩缸的设计1.伸缩缸的主要尺寸的确定（1）伸缩缸的工作压力P的确定P=6.5Mpa （2）伸缩缸的内径D和活塞杆的直径d确定液压缸的内径D=109.2mm按整体结构圆整D=110mm按表取活塞杆直径d=90mm（4）缸厚和外径的计算将伸缩缸按厚壁圆筒计算伸缩缸的缸壁厚度D 伸缩缸的缸筒内径缸筒材料的许用应力P实验压力缸筒的材料为45钢，其许用应力 =115Mpa，液压缸的实验压力P=6.5Mpa 取 =30mm因此，缸的外径D1=D+2 =110+2*30=170mm其它见图所示。3.转动驱动缸的计算（）第三节导轨的设计机械手的纵向轨道采用山形导轨和平导轨组合。因此轨道刚性好，机械手在移动时平稳，到达终时虽有冲击，也不会产生震动，保证位置的准确性。轨道两端插入墙体中选用工字钢GB706-88（32a）其基本尺寸入图导轨的作用是承载和导向。为了使机械手工作时移动平稳，我选用两根导轨对称布置，把一根作成齿条的带牙导轨，另一根做成普通的光滑导轨。选用导轨的材料对导轨无特殊要求，选用最常用的钢，并做正火处理即可。导轨的材料为45钢，其许用应力 =270Mpa 说明导轨的工作安全总体分析所设计的工业机械手的各部分结构和整体结构，此机械手在完成工作要求的前提下，实现了结构紧凑，各零部件简单易制的特点，且操作简单易掌握能够投入生产。导轨的验算第四节液压回路的设计具体参看液压图元件的选择序号名称型号12345设计依据的提出液压系统的设计，必须明确掌握设计参数。工业机械手设计参数的主要内容有：1 机械手的总体设计布局及工艺要求，液呀执行机构的结构和规格等。2 机械手的工作循环，动作周期表，液压执行机构的工作范围。3 对机械手的各种部件（电气、机械、液压）的动作顺序，转换方式和互锁要求等，要有详细的说明。液压执行机构的运动速度，载荷及其变化范围（或调节范围）。对工件可靠性、平稳性以及转换精度的要求。第三章机械手的主电路设计根据机械手的设计只需一个电动机带动油泵。电机的额定电流 I=P/U=4KW/380V=10.5A1. 接触器的选择由电机的额定电流为10.5A，考虑动电流较大，固选CJ10-20型交流接触器。额定电流位20A。吸持功率为21W。2. 控制变压器的选择由于电磁阀，交流接触器，PC输入，输出等执行元件的供电电压有多种，需要控制变压器提供。控制变压器的容量P可以根据由它供的最大工作负载所需功率来考虑，并留有一定的余量。得经验方式为：P=KPI式中PI为电磁器件的吸持功率和灯负载等其他负载消耗的功率；K为变压器容量储备系数，一般取1.1-1.25虽然电磁阀线圈在启动时吸合功率较大，但变压器有短时过载能力，所以仅考虑吸持功率。（1） TC电磁阀中的电流一般为1A，共7个电磁阀。K取1.1因此TC的P1=1.1X24VX7A=184.8W KM的吸持功率为21WP2=1.1X21=23.1W P=P1+P2=207.8W故选 BK-250型 250VA（380/220）（2） TC给PLC供电，选BK-2003. 熔断器的选择（1） FU的选择 M1的额定电流为10.5A，放大2.5倍为26.25A选RC1-60型熔断器，熔体电流为30A（2） FU 选RC1-30型（3） FU 选RC1-15型熔断器，熔体电流为2A。4. 热继电器的选择由于M的额定电流均为10.5A FR选JR0-40电流等级为16A，电流调节范围为10-16A，因此可将其电流调整额定为10.5A。第四章 PLC的控制设计第一节 PLC的组成（1） PLC的硬件组成PLC是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元（模块），编程器、电源和外部设备组成。PLC的硬件设备是通用的，便于用户按需要组合。PLC的各部分都采用总线结构。1. 中央处理器（CPU）：是PLC主要的部分，是系统的核心。它通过输入模块（板）将现场的外设状态读入并按照用户程序去处理，根据处理结果通过输出模块去控制现场设备。2. 存储器：在可编程序系统中存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作数据。3. 输入/输出模块：I/O模块是CPU与现场I/O装置或其它外部设备的连接部件。它将现场信号转换成PLC机内部的信号电平与外部执行元件相匹配。4. 编程器：PLC的编程器是用来开发、调试、运行应用程序的特殊工具。5. 扩展接口：扩展接口是为PLC中心单元与扩展单元或者扩展单元之间的连接用的，以扩展PLC的规模。6. 智能I/O模板：智能模板是指自身有单独的CPU，能够完成某种专用的功能。7. 电源：电源单元负责将外部提供的交流电变为可编程序控制器内部所需要的直流电源。（2） PLC的软件组成PLC的基本软件包括系统软件和用户软件。系统软件决定PLC的功能。PLC的硬件通过基本软件实现对被控制对象的控制。系统软件包括：操作系统、语言编译系统、各功能软件等。操作系统是系统的基本部分。他统一管理PLC的各种资源，协议系统各部分之间、系统与用户之间的关系。操作系统对用户应用程序提供了一系列管理手段以使用户程序正确的进入系统，正常工作。用户应用软件大多采用梯形图（LADDER）语言，其次语句表（STATEMENT LANGUAGE）。梯形图与继电器电气控制线路图相似。另外，PLC系统程序的作用是使用户觉得PLC内部有许多“软继电器”等器件组成。梯形图是计算机程序，按照从左到右，从上到下的顺序执行扫描执行。第二节可编程控制器的工作原理 PLC采用循环（巡回）扫描方式工作，而大、中型PLC还增加了中断工作方式。循环扫描即可按照固定顺序，也可按用户程序所规定的二级（高级和低级顺序）或可变顺序等进行。因为有的用户程序不需要扫瞄一次执行一次，也为的是在控制系统需要处理的I/O点数较多时，通过不同的模块组合的安排；采用分时分批扫描执行的办法，可缩短循环扫描周期和提高控制的实时性。用户将用户程序设计、调试后，用编程器键入PLC的存储器中，并将现场的输入信号和被驱动的执行元件相应的接在输入模板的输入端和输出模板的输出端上，然后用可编程序控制器的控制开关使其处于运行工作方式。可编程序控制器就以循环顺序扫描的工作方式进行工作在输入信号用户程序的控制下，产生相应的输出信号，完成预期的控制任务。典型的可编程控制器在一个扫描周期中要完成六个扫描过程。再系统软件的指挥下，顺序的执行，这种工作过程称为扫描方式。从扫描过程中的某各扫描过程开始，顺序扫描后又回到该过程称为一个扫描周期。进行一个扫描周期所需的时间称为一个扫描周期时间。（一）扫描过程简介典型的可编程序控制器在一个扫描周期中要完成六个扫描过程，在系统软件的指挥下，顺序的执行，这种工作方式称为顺序的扫描方式。从扫描过程中的某个扫描过程开始，顺序扫描后又回到该过程称为一个扫描周期。进行一个扫描周期所需的时间称为一个扫描周期时间。（1）自诊断扫描过程：可编程控制器在加电后和完成一个周期扫描进入下一周期扫描，首先执行自诊断程序既自诊断扫描。这些诊断包括系统软件的校验和硬件RAM的测试，CPU的测试，总线的动态检测等。（2）与编程器进行信息交换扫描过程：用PLC控制开关扳向编程工作方式时，用户通过编程器键入用户程序，在用户程序调试过程中，用户也尽量通过编程器进行在线监视和修改用户程序。（3）与网络进行信息交换扫描过程：在配有网络的PLC系统中，才有通信扫描过程。用于PLC之间，或PLC与磁带机，或PLC与计算机之间的信息交换。（4）用户程序扫描过程：由采集现场信号、执行用户程序和输出服务三个流程组成。1. 采集现场信号：又称输入信息采样。2. 执行用户程序：PLC在执行用户程序时是按一定规律扫描用户程序的通常是按梯形图的先左后右，先上后下的顺序，对没条指令进行扫描3. 输出服务：在用户执行完毕后，进入输出服务扫描过程。CPU将内存中的输出状态暂存区要输出的状态值（即对应输出端点的状态值）按顺序的传送到输出数据寄存器，再通过输出模板送到输出端，去控制现场的执行原件。总而言之，可编程序控制器用循环扫描方式进行用户程序的扫描过程。使用户程序得以执行，而且用户程序如何被执行，它取决于输入/输出状态暂存区中的数据。即受现场信号的控制。由于设置了输入/输出状态暂存区，在用户程序中一个扫描周期中，具有如下的特点：（1）在一个扫描周期内，某个输入/输出状态对整个用户是一致的。（2）对某个输出点的状态，用户程序应只赋值一次，如果赋值多次，则最后一次赋值又有效。（3）输出端点的值也可当作逻辑运算的条件使用。为了调试方便，有的PLC具有输入输出控制功能，用户可通过编程封锁或开放输入输出，即封锁或开放输入信息采样和输出服务的扫描过程。（5）超时检查扫描过程：PLC的超时检查是PLC的自监视功能。超时检查是时间监视器WDT（WATCHDOG TIMER）完成的，若扫描周期时间不超过WDT的设走时间，则进行下一扫描周期；若超时了，CPU将停止运行，复位输入输出，并给出报警信号，即转入出错停机扫描过程，超时可能由CPU硬件引起，也可能由于用户程序执行时间太长所致。（6）出错显示、停机扫描过程：若自诊断PLC的硬件与软件不正常或超时的时候，进入出错显示、停机扫描过程，编程器上显示出相映错误信息，发出报警信号，CPU停止运行，复位输入输出。通过上述的六个扫描过程可以看出，循环的扫描方式，才能保证PLC可靠的工作，才能周期的（由于扫描周期时间很短，可近似认为实时地）将输入端上输入信号的变化采集到输入状态暂存区，通过执行用户程序，产生相应的输出信号，使控制系统的执行元件的状态发生相应的变化，也就是说PLC控制系统及时的做出反应，来完成预期的控制任务。若改变被控任务，只要改变一下PLC内存中的用户程序和输入端/输出端上信号和执行元件即可，PLC的柔性好。输入采样阶段程序执行阶段输出阶段输出接口输出印象寄存器输入印象寄存器输入接口第三节弹体上下料PLC的控制液压系统设计一、分析工艺过程，明确控制要求(1) 工艺过程：机械手把弹体从输料机上拿到喷沙机上喷沙，完成后把弹体从喷沙机上取下，拿回输料机上。(2) 控制要求：机械手一个循环周期分十五步。第一步是当输料机上有弹体出现时，（可由光电耦合器VLC检查到时，I0.5=1），机械手开始下降。当机械手下降到位时（可由限位开关检查到，当下降到位时，I0.1=1），机械手停止下降，第一步结束。第二步机械手在低位开始抓紧弹体，约10S抓住抓紧，第二步结束。第三步机械手夹紧弹体开始上升，当上升到位时（可由限位开关检查到，当上升到位时，I0.2=1），机械手停止上升，第三步结束。第四步机械手带弹体右移，当机械手到达右位时，（可由限位开关检查到，当到右位时，I0.2=1），机械手停止右移，第四步结束。第五步是机械手到达右位将弹体旋转90度，使弹体翻转，口向下。当旋转到位时，（可由压力继电器检查到，当旋转到位，I0.6=1），机械手停止转动，第五步结束。第六步是机械手开始下降。当机械手下降到喷沙机到位时，（可由限位开关检查到，当下降到为时，I0.1=1），机械手停止下降，第六步结束。第七步是机械手开始放松弹体。所需时间约为10S。10S后放开弹体，第七步结束。第八步是机械手等待喷沙结束，所需时间为10分钟。10分后喷沙结束，第八步结束。第九步是机械手开始夹紧弹体，约10S抓住、抓紧，第九步结束，第十步是机械手夹紧弹体上升。当机械手上升到位时（可限位开关检查到，当上升到时，I0.2=1），机械手停止上升，第十步结束。第十一步是机械手将工顺旋转回原位。当旋转到位时，（可由压力继电器检查到，当旋转到位，I0.7=1），机械手停止旋转工件。第十一步结束。第十二步是机械手夹紧工件左移。当机械手左移到位时，（可由限位开关检查到，当左移到位时I0.4=1）机械手停止左移，第十二步结束。第十三步是机械手在最左位下降。当机械手下降到位，（可由限位开关检查到，当下降到位时，I0.1=1），机械手停止下降，第十三步结束。第十四步是机械手开始放松工件，所需时间为10秒。10秒之后放开工件，第十四步结束。第十五步是机械手开始上升。机械手上升到位时，（可由限位开关检查到，当上升到位时，I0.2=1），机械手停止上升，第十五步结束。机械手工作一个周期完成。等待弹体在输料机上出现转到第一步。工艺要求有三种控制方式：自动，单动和手动。程序控制流程图二、确定输入，输出点数并选择PLC型号1、输入信号：一个急停按钮I0.0，用来处理在任何情况下的停止运行，机械手的限位开关有4个，高位开关I0.2，低位开关I0.1，左位开关I0.4和右位开关I0.3，工作台上有无工件检测耦合器VLC的输入信号I0.5，和电机驱动信号Q0.7等。其它，均由触摸屏，故输入为检测信号。 2、输出信号：输出信号有机械手下降驱动信号Q0.1，上升信号Q0.0，右移驱动信号Q0.2，左移驱动信号Q0.3，机械手松开信号Q0.5，机械手夹紧驱动信号Q0.6，机械手转动信号Q0.4和电机驱动信号Q0.7 共8个输出信号。由于给定机械手功能未提出特殊要求：因此任何型号的小型PC均能满足要求。根据所需点数的I/O点点数并留有一定的备用备量，可选用西门子公司的S7-200型PLC。西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小型可编程控制器，可用来代替继电器的简单的控制场合，也可用于复杂的自动化场合的控制系统。由于它有极

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