毕业设计（论文）-自动涂胶机械手的设计(含全套CAD图纸)

优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763毕业设计论文题目名称自动涂胶机械手设计院系名称班级学号学生姓名指导老师年月优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载I摘要汽车电子喇叭是由电子元气件组成的，因而，喇叭壳内的电子元气件需要有绝缘保护措施，所以我们要在这些电子元气件上涂上绝缘胶以免漏电。目前，涂绝缘胶的工作是由工人手动操作完成的。但是有许多弊端，例如胶量的多少由涂胶工决定，胶量的多少不能统一确定且涂胶不能保证均匀。因而，为了尽快消除这些弊端，急于寻求解决的办法，想到了用机械手来代替人手以解决问题。从而，能消除这些弊端并能保证涂胶均匀、无污染、无伤害、节省人力，提高效率，增长经济效益，实现自动化。本文中，设计一款自动涂胶机械手，本机械手具有三个自由度，采用龙门架的结构形式，三轴均采用伺服电机驱动。对自动涂胶机械手对的总体布局、床身的选材、导轨的设计、进给方式的选择做了介绍，选用燕尾型气体静压导轨，同步齿形带传动，摩擦杆进行驱动；最后完整自动涂胶机械手控制系统的设计。关键词自动涂胶机械手；伺服电机；控制系统XXXX大学本科毕业设计说明书IIABSTRACTELECTRONICHORNFORCARISCOMPOSEDOFELECTRONICCOMPONENTS,THEREFORE,ELECTRONICHORNSHELLPARTSNEEDINSULATIONPROTECTIONMEASURES,SOWEWANTTOINTHESEELECTRONICCOMPONENTSISCOATEDWITHINSULATINGRUBBERSOASTOAVOIDLEAKAGEATPRESENT,ISCOATEDWITHANINSULATINGADHESIVEWORKISDONEBYMANUALOPERATIONOFTHEWORKERSBUTTHEREAREMANYDRAWBACKS,SUCHASHOWMANYAMOUNTOFGLUEBYCOATINGTHEGLUE,GLUEQUANTITYCANNOTBEUNIFIEDANDCANNOTGUARANTEETHEUNIFORMCOATINGTHEREFORE,ASSOONASPOSSIBLEINORDERTOELIMINATETHESEDRAWBACKS,EAGERTOFINDASOLUTION,THINKOFUSINGTHEMECHANICALHANDTOREPLACEPEOPLETOSOLVETHEPROBLEMTHUS,TOELIMINATETHESEDRAWBACKSANDCANGUARANTEETHEUNIFORMCOATING,NOPOLLUTION,NODAMAGE,SAVEMANPOWER,IMPROVEEFFICIENCY,INCREASEECONOMICEFFICIENCY,REALIZETHEAUTOMATIONINTHISPAPER,THEDESIGNOFANAUTOMATICGUMMINGMANIPULATOR,THEMANIPULATORWITHTHREEDEGREESOFFREEDOM,THESTRUCTURALFORMOFLONGMENFRAME,THREESHAFTAREDRIVENBYSERVOMOTORTHEAUTOMATICGLUEMACHINEHANDONTHEOVERALLLAYOUT,BEDMATERIAL,GUIDETHEDESIGN,FEEDINGMODESELECTIONISINTRODUCED,THETAILGASSTATICPRESSUREGUIDERAIL,SYNCHRONOUSBELTTRANSMISSION,FRICTIONRODDRIVEDESIGNOFMANIPULATORCONTROLSYSTEMFINALLYCOMPLETEAUTOMATICCOATINGMACHINEKEYWORDSAUTOMATICGUMMINGMANIPULATORSERVOMOTORCONTROLSYSTEMXXXX大学本科毕业设计说明书III目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题研究的背景及意义112涂胶机械手国内外的发展1121国内的研究现状1122国外的研究现状213自动涂胶机械手的组成214本文主要设计内容及要求52自动涂胶机械手整机机构介绍621总体布局622床身材料选用723导轨的设计824进给传动方式的选择10241进给丝杠10242钢丝和钢索传动11243摩擦驱动1125本章小结123自动涂胶机械手的主要零部件的设计1331电机选型13311X方向驱动电机选择13312Y方向驱动电机1532带的设计计算16321X轴同步带机构的设计计算16322Y同步带机构的设计计算1733本章小结184自动涂胶机械手控制系统硬件设计1941PLC控制系统结构组成1942PLC和I/O扩展模块的选型1943进给主轴限位开关选择1944三轴原点位置光电开关19XXXX大学本科毕业设计说明书IV45PLCI/0的分配1946伺服电气图2047PLC输入、输出电路2148本章小结225系统软件设计2351三菱的GXDEVELOPER编程软件简介2352系统程序设计方法2353PLC控制系统软件程序的编写及说明25531运行参数设置程序25532三轴进给手动运行程序26533上电回原点程序26534极限位置保护程序2854本章小结28结论29参考文献30致谢31XXXX大学本科毕业设计说明书VXXXX大学本科毕业设计说明书11绪论11课题研究的背景及意义汽车电子喇叭是由电子元气件组成的，因而，喇叭壳内的电子元气件需要有绝缘保护措施，所以我们要在这些电子元气件上涂上绝缘胶以免漏电。目前，涂绝缘胶的工作是由工人手动操作完成的。但是有许多弊端，例如胶量的多少由涂胶工决定，胶量的多少不能统一确定且涂胶不能保证均匀。因而，为了尽快消除这些弊端，急于寻求解决的办法，想到了用机械手来代替人手以解决问题。从而，能消除这些弊端并能保证涂胶均匀、无污染、无伤害、节省人力，提高效率，增长经济效益，实现自动化。然而，目前，内外大部分生产企业仍采用手工涂胶的方法，手工涂胶缺点很多，从而影响了产品的性能。所以一种高精度、高质量和高可靠性的涂胶机械手必将对提高生产质量和产品的生产效率具有重要的意义。涂胶机械手也正是满足未来工厂发展需要而设计的一种自动化产品。另外，现代企业管理越来越要求集中管理及远程操作，实现现场的无人化管理，所以就要求工厂内的各个生产设备都具有连网功能，这也是未来各种设备的发展趋势，所以为机械手增加网络功能也是必然的趋势所在。本设计根据以上的生产要求，设计了三自由度涂胶机械手。12涂胶机械手国内外的发展121国内的研究现状涂胶机械手的发展是随着机械手技术的发展而发展的，它属于工业机械手的一种，在近代工业领域，特别是汽车工业内，促使了工业机械手的快速发展。在这个过程中，涂胶机械手也由最初的简单机械式涂胶机发展到现在的涂胶工作站，国内外的涂胶机械手发展水平差别很大，我国目前主要单位像中科院沈阳自动化所，原机械部的北京自动化所，像哈尔滨工业大学，北京航空航天大学，清华大学，还包括中科院北京自动化所等等的一些单位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前这几年来看，我们国家在高校里边，有很多单位从事工业机械手XXXX大学本科毕业设计说明书2研究，很多研究生和博士生都在从事机械手方面的研究，总体上我们国家与发达国家相比，还存在很大的差距，主要表现在，我们国家在机械手的产业化方面。还有许多公司，如首钢莫托曼机械手有限公司、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、东莞市天豪自动化设备有限公司等，也在研制并生产涂胶机械手，这些公司存在以下特点虽然对机械手的研究已到了实际应用阶段，但所开发的涂胶机械手一般都以简单、小型机为主。但很多元部件距批量化生产还有一段距离。122国外的研究现状国外机械手技术起步较早，并取得了很大的发展。英国早在1966年，美国UNIMATION公司的尤尼曼特机械手和AMF公司的沃莎特兰机械手就已经率先进入英国市场。接着，英国HALLAUTOMATION公司研制出自己的机械手RAMP。日本政府和企业充分信任机器人，大胆使用机械手。机械手也没有辜负人们的期望，它在解决劳动力不足、提高生产率、改进产品质量和降低生产成本方面，发挥着越来越显著的作用，成为日本保持经济增长速度和产品竞争能力的一支不可缺少的队伍。法国不仅在机械手拥有量上居于世界前列，而且在机械手应用水平和应用范围上处于世界先进水平。这主要归功于法国政府一开始就比较重视机械手技术，特别是把重点放在开展机械手的应用研究上。德国工业机械手的总数占世界第三位，仅次于日本和美国。在20世纪70年代到20世纪80年代初期，工业机械手变成产品以后，得到全世界的普遍应用以后，那么很多研究机构开始研究第二代具有感知功能的机械手，出现了瑞典的ABB公司，德国的KUKA机械手公司，日本已经将这种示教再现型的机械手进行了工业化，日本出现了很多公司，现在的像ABB，MOTOMAN，还有安川公司，还有很多机械手公司像OTC等等公司。都在工业机械手方面都有很大的作为。13自动涂胶机械手的组成1，主机机械系统（X、Y、Z三轴或其它）；目前常用的涂胶机械手一般为龙门形式，其产品图如图11所示，涂胶机械手按用途可分为2个自由度，3个自由度和多个自由度。自由度越高，涂胶工件相对越复杂。XXXX大学本科毕业设计说明书3图11涂胶机械手产品图2，涂胶头；接触式点胶又按点胶工具的不同分为时间压力型点胶、计量点胶头点胶和专用点胶工具三种。非接触式点胶分为喷射式点胶和压电式点胶两种。1时间压力型点胶技术见图12A，由于时间/压力型点胶技术只采用脉动的空气压力和针管就能实现点胶，因此超过70的点胶系统采用了这种技术。本设计也采用此种点胶方法点胶。它在胶体黏度中等大小时工作最好，能够点出各种形状图案如点、线等。优点经济、操作方便，适用性好，可用于变压器、磁头、芯片等各种对象。缺点采用脉动压缩空气工作会加热胶体并改变其黏度和胶体大小；随着针筒内的胶量大小改变，点出的胶量会随着变化；这种技术在高速时难以工作。2使用计量点胶头点胶计量点胶头是时间/压力型点胶技术的进一步发展，XXXX大学本科毕业设计说明书4它采用新的设计来提高点胶性能。这种技术中有代表性的是阿基米德计量管点胶和活塞式点胶。活塞式点胶PISTONPUMP采用类似活塞气缸的机构来点胶，见图12B。首先将胶体引入到一个开口的气缸中，然后由马达驱动的活塞会将气缸密闭并产生运动，直到将腔中的流体全部从点胶头挤出。由于这种方法实际上控制的是气缸内的流体体积而非流体压力，这样就避免了胶体特性变化的影响。不管胶体的黏度如何变化，采用这种技术点出的胶量能够始终保持不变。优点点出胶量一致性较好。缺点利用机械运动来点胶，点胶速度不会很快；点胶量大小不好调节；需要专门设计的点胶头,维护性较差。3阿基米德计量管点胶是将胶体放置在计量管内点出，见图12C。螺杆旋转产生的作用力作用在胶体上，使胶体沿着螺线运动。当胶体流到针头时会由于流动面积的限制而产生流动阻力。这样最终点出的胶量大小就由螺杆的运动作用力和流体阻力决定。另外，从进料管流到计量管中的胶体进料过程由恒定的空气压力作用在试管上完成。优点可以软件编程决定点出的胶量；点出的胶量能够比时间/压力型大，可用于变压器点胶等场合；控制胶量的精确度比时间/压力型高；缺点本质上和时间/压力型点胶技术相同，点出胶量仍然和胶体黏度相关。图12涂胶头形式3，电气控制硬件系统；涂胶机械手一般的控制方式有数控装置，机器人专用控制器，PLC控制。XXXX大学本科毕业设计说明书5PLC可编程控制器是已经完成系统设计的一种控制设备，特点是具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等。只要规划好输入输出信号，再用PLC指令根据控制要求编排出PLC控制程序即可。同时，PLC指令比较汇编语言或C语言要容易掌握得多。PLC不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立各类生产机械的数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。14本文主要设计内容及要求1、完成涂胶机械手整体方案的设计。2、完成涂胶机械手整机结构的设计计算。3、完成涂胶机械手电气控制系统的设计。XXXX大学本科毕业设计说明书62自动涂胶机械手整机机构介绍21总体布局我这次设计的自动涂胶机械手总体布局如图21所示。结构整体为龙门式结构，这种结构简单、紧凑、刚度好，具有较开阔的空间。工件安装在固定的工作台上，承载能力较强，工件质量对测量仪的动态性能没有影响；工作台采用人造花岗岩材料，其主要优点是变形小、稳定性好、不生锈，易于作平面加工，易于达到比铸铁更高的平面度，适合制作超精密的平台；横梁和Z轴采用陶瓷材料，在保证所需要的刚度的同时，减少了本身的重量，保证测量仪的测量精度；X向、Y向、Z向均采用气体静压导轨，使测量仪在运动时有足够的精度；X向、Z向采用摩擦杆驱动，Y向采用刚带传动。图21自动涂胶机械手总体布局图其主要技术指标要求如下1）X轴，最大行程800MM，直线度02M/100MM，光栅反馈分辨率XXXX大学本科毕业设计说明书701M；2）Y轴，最大行程600MM，直线度02M/100MM，光栅反馈分辨率01M；3）Z轴，最大行程400MM，直线度02M/100MM，光栅反馈分辨率01M；4）驱动伺服电机驱动摩擦轮传动；5）导轨形式超精密气体静压导轨；6）承重200KG。22床身材料选用床身要支撑整机的重量，它应具有良好的刚度和强度，可以采用不同材料，比如优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩等。1）优质耐磨铸铁铸铁是制造床身的传统材料，它的优点是工艺性好。选用耐磨性好，热膨胀系数低，对振动衰减能力强，并经时效处理的优质合金铸铁作精密仪器的床身，可以得到满意的结果。近年来，虽然多数精密坐标测量仪和精密机床改用花岗岩，但美国MOORE公司和瑞士SIP公司仍使用铸铁床身，他们认为花岗岩有吸湿性，会导致微量变形，降低测量的精度，反不如铸铁好。2）花岗岩花岗岩现在已是制造精密测量仪和精密机床的床身的热门材料，这是因为花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度高、耐磨并且不会生锈等。用花岗岩作机架时，一般都用整体方块，钻孔埋入螺母以便和其它件连接。但花岗岩加工比较困难，而且吸湿后会产生微量变形，影响精度。3）人造花岗岩花岗岩不能铸造成形且有吸湿性。为解决这问题国外提出了人造花岗岩。人造花岗岩是由花岗岩碎粒用树脂粘结而成。用不同粒度的花岗岩组合可提高人造花岗石的体积比，使人造花岗岩有优良的性能，不仅可铸造成形，吸湿性低，并对振动的衰减能力加强。在温度特性、动态特性以及工艺特性的方面的相关参数的基础上，考虑到测量XXXX大学本科毕业设计说明书8仪当今制造业中的使用特点、使用环境、精度以及效率要求，考虑到测量仪对精度的要求是第一位的，而对速度要求一般；由于价值高，一般配备专用的工作环境，环境较好。其移动部件的选材，需要兼顾密度和刚性；而对于固定部件，则对密度/刚性比的要求比较宽松，一般通过加大截面尺寸提高刚性，故固定部件的材料可选择陶瓷或花岗石，所以本次设计的测量仪采用花岗岩为床身材料。国内的泰山青是比较优秀的花岗岩。23导轨的设计在精密加工与测量领域，进行直线运动的机械元部件的导轨主要有滑动导轨、滚动导轨、液体静压导轨和空气静压导轨。滑动导轨具有结构简单、紧凑、刚性高、停止时的稳定性高和热稳定性高及价格低等优点，缺点是由于其导轨与支承结构直接接触，摩擦力较大而且动摩擦系数和静摩擦系数的差值较大，有爬行，定位精度有限，低速时运行的平滑度较其他导轨差一些。滚动导轨结构简单，已实现标准化，是目前使用较多的一种导轨，但精度比滑动导轨和静压导轨要低。液体静压相对于气体静压导轨具有载荷量大、刚度高，阻尼高，对振动的衰减好，应用激光干涉仪的情况下，得到定位精度可以达到002M/200MM，直线运动精度为005M/200MM。缺点是目前静压导轨的大部分设计只是依赖于简单的工程计算或者实际经验，缺乏一套成熟的理论支持。采用液体静压导轨时，还存在设备复杂和油污染的问题，成本也非常高。液体静压导轨由于油的粘性剪切阻力，发热问题不可忽视，因此对液压油必须采取彻底的冷却对策。液体静压油膜厚度要保持恒定不变比较困难，调试调整费时费力。而且在运行过程中，需要一个压力或流量稳定、过滤严格的静压供油系统，才能保证导轨运动的高精度。空气静压导轨主要有如下特点1）由于空气的粘性系数为油的1/50以下，而且粘度对温度和压力的变化不敏感，空气静压导轨的摩擦力非常小且近似为常数。2）采用空气静压润滑支承，在运动过程中导轨不与支承体直接接触，基准面摩损小，因此精度高而且使用寿命长。3）分布于导轨及支承面之间的5一15M的空气膜对部件缺陷具有平均效应，XXXX大学本科毕业设计说明书9容易得到高精度。4）爬行少，机械摩损小，噪声低。5）发热量少，工作温度范围宽，热变形非常小。6）无环境污染。因此现在国内外大部分的精密测量设备都用空气静压导轨作为精密运动部件在适应参数控制模式MRAC下采用气体静压花岗岩导轨得到好于土15NM的位置控制精度。在精密测量仪中，要求摩擦发热小，载荷不需要太高，因此主要应用空气静压导轨来构成高精度的直线运动机构。所以根据以上的分析，测量仪的导轨采用空气静压导轨。凡能同时承受轴向、径向或其它方向作用力的气体支撑装置均称为气体静压组合装置。空气静压导轨是典型的气体静压组合装置。根据工作台的移动量、载荷量和精度要求等的不同，一般有如下几种形式，图22是气浮导轨的结构示意图。A平面封闭性（B）圆柱封闭性（C）重量平衡式（D）真空负压平衡式XXXX大学本科毕业设计说明书10图22气浮导轨结构形式1）平面封闭型导轨这种形式的导轨，因工作台导轨面产生的挠度较小，可取得高精度、高刚性、大负载量，最适用于作为精密加工机床和测量仪等的长导轨。2）圆柱封闭型导轨这种结构的导轨结构简单，导杆的圆度、圆柱度和导向孔的间距等精度完全由机械加工决定，全部负载由导柱承受，容易产生挠度，故除了用于立式外，常用于轻载、短导轨。3）重量平衡式导轨这种导轨结构简单，加工方便。但是轴承刚度低，适用于负载变化小的场合。4）真空负压平衡式导轨这种导轨与重量平衡式导轨是同一型式，适用于工作台重量轻或不能加重的场合，使真空负压和静压保持的同时，由维持固定的导轨间隙。根据本次测量仪的设计要求气静压导轨型式采用平面封闭式，图23为横梁的气浮分布。气浮块XXXX大学本科毕业设计说明书11图23横梁的气浮分布24进给传动方式的选择241进给丝杠这是目前较多采用的一种进给传动方式。常用的进给丝杠形式有梯形丝杠、滚珠丝杠、空气静压丝杠或液体静压丝杠和滚柱丝杠等。空气静压丝杠或液体静压丝杠的制造误差、弯曲变形等对工作台直线方向上的运动精度影响小，因此在较长的行程上可以达到纳米级的分辨率，另外由于不存在摩擦引起的爬行和回程间隙，可以长期保持精度，但其轴向刚度和承载能力小，制造和装配难度非常大。滚珠丝杠因具有高速、节省能源、易于润滑、跟随灵敏、对周边环境适应性强等特点，应用最广泛。但滚珠丝杆存在回程影响和轴向误差。滚珠丝杠的配合直接影响了滚珠丝杠的精度，很明显，滚珠与螺母之间为点接触，其性能劣于采用面接触的传动螺杆。滚珠丝杠之间为摩擦环节，是一个二阶系统，故从控制角度来讲系统不稳定，容易产生振荡现象，导致不能够很好的定位。滚珠丝杠之间若为间隙配合，丝杠产生回程误差，但是通过双频激光检测系统对进给量的检测和反馈可以进行补偿，问题并不严重若为过盈配合，微小量的进给实现起来比较困难，容易产生爬行现象。最近一些学者的研究表明，滚珠丝杠在数微米的行程范围内呈非线性弹性现象。SHIGEOFUAKDA根据滚珠和滚道之间的接触状况分别测试了其纳米精度定位的能力。最主要的是，在进给全行程中，丝杠和螺母配合的松紧程度有变化，滚珠螺母之间产生非线性的接触变形，影响进给运动的平稳性和精度，而且不同滚珠所承受载荷的不一致性也影响了它的使用寿命。242钢丝和钢索传动这种传动方法可以获得稳定而平滑的运动方式。这种传动方式的优点是无反向间隙，但是由于钢丝等具有伸缩性，进给方向的刚性较弱，随着工作台行程的增大，其力矩和输出位移之间存在明显的非线性迟滞现象。243摩擦驱动摩擦驱动是获得平滑而无伸缩变形运动的一种较好驱动方式，在国内外的一些精密机床和坐标测量仪上有所应用，其中国防科技大学在国家自然科学基金的资助下，对小角度扭轮摩擦进行了系统的研究，并成功研制了扭轮摩擦传动精密定位系XXXX大学本科毕业设计说明书12统。图24出的是摩擦驱动示意图，摩擦传动具有定位精度高和结构简单的优点，但是在高速进给中电动机轴和摩擦杆之间容易产生滑动，进给方向的刚性较低。1、伺服电机2、减速器3、驱动轮4摩擦杆5、预紧力6、线性刻度尺7、摩擦力图24摩擦驱动示意图驱动轴和从动杆是摩擦传动系统的主要元件。驱动轴亦称滚轮，断面为圆形，由轴承（滚动轴承、液压轴承、空气轴承）支撑着，在伺服电机带动下，通过减速器做旋转运动。从动杆或称滑尺，断面为矩形或圆形，以直角或某一角度与驱动轴接触，在预压机构产生的压紧力P的作用下，接触部位产生摩擦力F，带动从动杆作直线运动。通过比较，我们最终选择摩擦驱动形式。25本章小结本章主要对自动涂胶机械手整体方案的设计，包括三个坐标上的驱动方式，传动结构的选择，导轨形式的选择等。通过本章的设计，确定自动涂胶机械手整体的方案，为后面的设计计算打下基础。XXXX大学本科毕业设计说明书133自动涂胶机械手的主要零部件的设计31电机选型驱动装置是测量仪的重要运动机构，可实现机动和程序控制伺服运劝的功能。在测量仪上一般采用的驱动装置有丝杠丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮等传动，并配以伺服马达驱动。运动控制系统是在自动控制理论的指导下，以电动机为控制对象，以人或机器的操作为控制核心，以电力电子功率变换装置为执行机构组成的电气传动控制系统。根据位置反馈形式，即有无反馈装置，运动控制系统分为开环、半闭环和全闭环三种控制方式。开环控制系统没有位置检测反馈装置，这类系统结构简单，控制方便，但位置精度不高。半闭环控制系统位置反馈装置采用直接安装在伺服电机端部的角度检测元件，这类控制系统虽有位置反馈比较，但大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，故只可获得较大的定位精度。全闭环控制系统利用安装在最后一级机械运动部件上的光栅等检测元件作为位置反馈装置，这类系统可以消除从电机到被控单元之间整个机械传动链中的传动误差，获得很高的定位精度，但系统的设计和调整较复杂。随着电力电子技术、传感器技术、自动控制技术及计算机技术的发展，全闭环运动控制系统在高精度定位系统的机电一体化产品中得到越来越广泛的应用。由于交流伺服系统与直流伺服电机相比，不仅具有动态响应好、坚固耐用，经济可靠等优点，而且克服了直流伺服电机造价高、寿命短、应用环境受限制等缺点，近年来交流伺服系统多用作全闭环运动控制系统。交流伺服系统包括交流伺服驱动器和伺服电动机，与直流伺服电机相比，交流伺服系统具有以下优点1）电机散热性好；2）功率相同时，交流伺服电机具有较小的体积和重量；3）由于转子转动惯量小；4）可靠性高，对维护保养要求不高。在本机械系统中共有三个电机X方向电机、Y方向电机，Z方向上的电机。下面通过计算分析选择这些电机的型号。311X方向驱动电机选择1）选择电机类型和结构模式选用小惯量系列GYS伺服电机，为了更好地控制停机时同步带的运动，应当选择XXXX大学本科毕业设计说明书14配有制动器的电机。2）选择电机容量DP电机工作功率计算公式，KWW10/FVPWMF承同承联承同承联2A参数确定估算出同步带1所需驱动的质量。最快移动速度为01M/SKG10M考虑到滑块在移动过程中还将要克服直线导轨的摩擦力，查直线导轨的说明书可知，摩擦力，由于工作载荷超过了导轨基本额定静载荷的1/10，所以摩刮油FGFFG擦系数001，而滑动件总重，N980G/10GM。又V01M/SN923804F。KW98310S/M1/FVPW承带承联承带承联2A9210980502958计算结果K103PAWD3）确定电机转速DN计算公式。初步选取同步带轮的节圆直径。带轮带DV16M10D带轮。MIN/R190143S/0ND带轮带以上述数据为依据，综合考虑本机械系统在工作过程中经常需要急加速的要求和富士公司现有标准产品，最终选定表31所示型号的伺服电机作为X方向电机。电机型号如下XXXX大学本科毕业设计说明书15表31X方向驱动电机型号型号额定转速编码器保护等级带油封/键制动额定功率重量GYS1501DC2T2AB3000R/MIN17位INCIP67无油封/带键带制动15KW42KG312Y方向驱动电机1）选择电机类型和结构模式选用小惯量系列GYS伺服电机，为了更好地控制停机时同步带的运动，应当选择配有制动器的电机。2）选择电机容量DP电机工作功率计算公式，KWWD10/FVPWMAF。承同承联A参数确定假设测量头的质量。最快运行速度为01M/S,加速度为G25M，即。考虑到Y轴在移动过2S/M102S/10N52S/10KAF程中还将要克服4导轨的摩擦力，查文献136页表112得动摩擦因数，而30滑动件总重，即摩擦力245G/N8925GMG，。又V01M/S730FFN763F。KW011S/M6/VPW承带承联A96350985082计算结果K01263PAWD3）确定电机转速DNXXXX大学本科毕业设计说明书16计算公式带轮带DVND106参数确定初步选取同步带轮的节圆直径。M10D带轮计算结果。IN/R943S/60160ND带轮带以上述数据为依据，综合考虑本机械系统在工作过程中经常需要急加速的工作要求和富士公司现有标准产品，电机型号如下表32Y方向驱动电机型号型号额定转速编码器保护等级带油封/键制动额定功率重量GYS201DC2T2AB3000R/MIN17位INCIP67无油封/带键带制动02KW17KG32带的设计计算321X轴同步带机构的设计计算1）确定设计功率KWPD/计算公式。由311可知，；由文献13294页表725查AKW1P得，。3AK4311D2）选择带型（节距）BP根据设计功率和同带轮1转速，查文献13295页图74得，选取L或H型同DP步带，由于运行比较平稳，所以选择H型为佳。再查文献13296页表730得，。712BP3）带轮节圆直径计算公式。根据转速191R/MIN和带型H，查文献13295页表7/21ZPDB26及表727得,。M04）确定带长LP/由于所用同步带传动机构两轮大小相同，所以带长计算公式XXXX大学本科毕业设计说明书17。其中，这里的按机构需要的长度确定为100；计算结果ADLP2/1AM按文献13295页表728圆整成225。最终结果。带的长度代号为M215LP105。5）确定带宽SB计算公式根据设计要求，设计功率。而，PD0PKWZ140SB。14/0PKBZDS参数确定由于我们设计的同步带机构两带轮大小不相等，所以；查文献1Z13296页表729得，；查文献13298页表732得，；M150BS60PKW31PD计算结果，按文献13297页表730圆12461350PB/14/0ZDS整成，带的宽度代号为100。425BS综上述，X轴同步带机构的型号选择如下表33大带轮型号型号长度代号宽度代号H105（215）100（254MM）322Y同步带机构的设计计算1）确定设计功率KWPD/计算公式。A参数确定由312可知，；由文献13294页表725查得。0131AK计算结果。K331PD2）选择带型（节距）BP根据设计功率和同带轮Y转速191R/MIN，查文献13295页图74得，选取L型DXXXX大学本科毕业设计说明书18同步带。再查文献13296页表730得，。529BP3）带轮节圆直径计算公式。/21ZPDB参数确定根据转速191R/MIN和带型L，查文献13295页表726及表727得,12，。MINZ0Z计算结果。760143/25921MD4）确定带长MLP/计算公式由于所用同步带传动机构两轮大小相同，所以带长计算公式。ADLP2/1参数确定这里的按机自动涂胶机械手的的宽度度确定为1295；M。最终结果。带的长度M390125/76043P390LP代号为1700，带的齿数选择为420。5）确定带宽SB计算公式根据设计要求，设计功率。而，PD0PKWZ140SB。14/0PKBZDS参数确定由于我们设计的同步带机构两带轮大小相等，所以；查文献131ZK296页表729得，；查文献13298页表732得，；MBS4250720PKWPD150计算结果，按文献13297页表732670154214/1/0PBZDS30以及实际工作情况需要，254，带的宽度代号为100。S综上述，Y同步带机构的型号如下表34小带轮型号XXXX大学本科毕业设计说明书19长度宽度代号3900MM（420齿）100（254MM）33本章小结本章主要对自动涂胶机械手主要零部件的设计计算，主要对XY轴伺服电机的进行计算选型，通过本章设计，确认了各种主要零部件的型号。4自动涂胶机械手控制系统硬件设计41PLC控制系统结构组成本设计的自动涂胶机械手控制系统硬件主要由PLC、伺服电机、伺服控制器、三相电机，行程开关，光电开关等组成。42PLC和I/O扩展模块的选型选择能满足本自动涂胶机械手控制要求的适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要作用。PLC的选择包括机型，容量，I/O模块的选择等几个方面。本自动涂胶机械手输入分配13个点，输出分配8个点。其中本系统有三个伺服电机，需要三个脉冲输出点，在三菱PLC中只有FX3G和FX3U能够达到设计要求。本系统选取的是三菱公司生产的可编程控制器FX3G32MT001系列，输入端子选择16点，输出端子选择16点，满足控制要求，它的性能价格比很高，在小规模控制中获得广泛应用。三菱FX3G32MT001的CPU单元规格是输入16点，输出16点，输入、输出为晶体管形式，电源AC220V。43进给主轴限位开关选择自动涂胶机械手，三个进给轴需要通过行程开关来确认三个进给轴的极限位置。在本设计中，三个轴的极限位置开关选用在进给轴极限位置安装接近开关来实现。相比于传统的限位开关，接近开关具有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高等特点。接近开关感元件安装在载车板上随载车板运动，将接近开关触点安装在车库制动点上固定。本设计选用的光电开关为，上海坤氏RDQF118，动作距离20MM，输出电流200MA。XXXX大学本科毕业设计说明书2044三轴原点位置光电开关自动涂胶机械手中，在每次上电或者加工结束指令发出之后需要执行回原点操作，因此三个轴需要设定机械原点，通过采用光电开关实现。在此采用红外光电开关，本设计选用个光电开关为，上海坤式GBL41X系列，NPN型，作用距离5M，直流24V，2线输出电流1000MA。45PLCI/0的分配分配输入/输出点信号、输出点与输出控制是一一对应的。分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。FX3G型PLC的输入/输出通道号采用自由配置、固定通道方式。输入输出继电器可自由选择，与输入点对应的即为输入继电器，与输出点对应的即为输出继电器。由上述控制要求可得到。自动涂胶机械手控制系统输入输出接口如表31所示。表31I/O接口分配输入分配输出分配名称地址名称地址X轴原点X0X轴控制Y0Y轴原点X1Y轴控制Y1Z轴原点X2Z轴控制Y2X轴反转限位X3X轴方向Y3X轴正转限位X4Y轴方向Y4Y轴正转限位X5Z轴方向Y5Y轴反转限位X6涂胶电磁阀Y6Z轴正转限位X7蜂鸣报警Y7Z轴反转限位X101报警X112报警X123报警X13急停X14XXXX大学本科毕业设计说明书2146伺服电气图本系统需要三个伺服驱动器，伺服驱动器的供电是三相220V，其电气原理图如图41所示。图41伺服电路如图41所示，X、Y、Z轴伺服驱动器L1、L2、L3端口输入为三相220V交流电，通过空气开关QF控制其上电与否。三菱MRJ2S伺服驱动器的控制端为SP1和ST1，分别控制脉冲的输入和脉冲的方向。B和B接伺服电机制动器，U、V、W接伺服电机。47PLC输入、输出电路图42为PLC输入输出信号电气图，输出接口功能在图中上方已经标明，维修时根据其功能来查找所对应的输入信号。例如如果机床无法停机，分析时首先依据电气图，找到急停按钮的分配输入点，输入点为Y014，然后利用PLCI/O状态或梯形图查看PLC是否已经输入，或利用万用表检测常闭触点两个点是否导通。XXXX大学本科毕业设计说明书22图42PLC输入输出电路48本章小结本章是本文的重点，主要介绍了自动涂胶机械手控制系统的硬件设计部分，包括PLC点的分、PLC的选型、接线等。思路清晰，目的明确。XXXX大学本科毕业设计说明书235系统软件设计51三菱的GXDEVELOPER编程软件简介进入GXDEVELOPER初始界面后，在【文件】下拉菜单中，单击“新建”菜单项，选择创建一个新文件。在【设备名称】中填写设备名称，设备类型选择PLC的类型，然后单击设定按钮选择CPU的类型，单击确定后，即可进入梯形图编程界面，开始编程，如图51所示界面。图51编程界面程序编写完成后，下一步就可进行编译、链接和调试了。如果编译没有错误，就可以进行在线运行。在编译过程中，如果出现错误要进行修改时，我们既可以在梯形图编程下修改，也可在助记符方式下修改。编译完成，没有语法错误，可加载程序到PLC，进行在线运行。52系统程序设计方法工程设计中，可编程控制器应用程序的设计大体上有三种方法，也是使用最多的方法。这些方法的应用，也因不同设计人员有着不同的技术水平和习惯存在着差异。下面介绍一下常用的几种应用程序的设计方法，以便对下面的设计更有一个清晰的认识，也使读者更加明白可编程控制器的设计方法和技巧。1、经验设计法XXXX大学本科毕业设计说明书24经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。但是它没有一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随意性，最后得到的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验的多少有关。经验设计法的具体步骤如下（1）确定输入/输出电器；（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；（3）做出系统动作工程流程图；（4）选择PLC指令并编写程序；（5）编写其它控制控制要求的程序；（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。2逻辑设计法工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器组件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。因此用逻辑设计法也可以适用于PLC应用程序的设计。顺序控制法对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下（1）步与步之间必须用转移隔开；XXXX大学本科毕业设计说明书25（2）转移与转移之间必须用步隔开；（3）转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。（4）一个顺序功能图中至少有一个初始步。可编程控制器设计语言也有多种形式，因其在继电器的基础上研制而成，所以大部分都是以开关量为主的控制方式。很多表达形式也都是电气符号的沿用，或直接使用。这样，PLC的语言就有所不同。梯形图语言是设计中使用最多的，还有流程图，语句表，这些都为程序的阅读提供了不同形式的方法，适合电气方面的工程人员阅读，也适合电子方面的工程人员进行参考使用。本控制系统是典型的逻辑控制，因此我们逻辑控制。53PLC控制系统软件程序的编写及说明531运行参数设置程序自动涂胶机械手整个系统能够正常运行，必须对每个轴的运行参数进行设置，其梯形图如图52所示XXXX大学本科毕业设计说明书26图52运行参数设置程序由图52梯形图所示，整个参数的设置是在上位机触摸屏上进行。在PLC上电之后，M8002在一个扫描周期内接通，上位机设定的参数值自动写入数据寄存器D中，在每次加工时，如果需要改变运行的速度和距离，在上位机中改变D200等的输入值，按下M8，数据自动通过传送质量MOV传送到D2000等中。532三轴进给手动运行程序自动涂胶机械手上电后，需要手动检修和手动定位执行，因此需要手动控制三轴进给伺服电机，其程序如下图53所示图53进给轴手动程序由上诉程序可以看出，三轴手动运行程序是通过上位机发出每个轴的手动正反转运行信号。如程序第71步和91步可以看出，M100接通执行X轴正转信号，M102接通执行X轴反转信号。DDRVIK999999999D1000Y000Y003这条指令的含义是DDRVI是绝对定位质量K999999999是脉冲数和脉冲反向，此时为正方向，脉冲数是无穷个。D1000是每秒发出的脉冲格式。Y000为X轴脉冲输出，Y003为脉冲方向。为了防止误操作，X轴正转和反转采用互锁回路。XXXX大学本科毕业设计说明书27533上电回原点程序系统每次上电和自动加工结束后需要执行上电回原点操作，其部分梯形图如下图54所示图54上电会原点操作XXXX大学本科毕业设计说明书28M8002和C1是上电回原点操作的发出信号，当PLC上电后，M213置位，首先上电延时，执行221步程序，延时到后X轴开始回原点，然后依次Y轴Z轴回原点。ZRN为PLC内置的回原点指令。534极限位置保护程序在系统执行过程中，如果系统原因到达极限位置，需要使得主轴停止，其程序如下图45所示图55极限位置保护上诉程序的辅助继电器M8343和M8344针对的是X轴的正反转限位，到M8343和M8344接