基于PLC的数控机床上下料机械手设计（三维模型SW）（含9张CAD图纸）
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独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解沈阳工学院有关保留、使用学位论文的规定。特授权沈阳工学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要本.文.通.过.总.结.大.学.四.年.所.学.的.专.业.课.知.识，对.数.控.机.床.上.下.料.机.械.手.各.部.分.的.机.械.结.构.进.行.了.阐.述.和.分.析，设.计.了.一.种.圆.柱.坐.标.形.式.的.数.控.机.床.上.下.料.机.械.手。主.要.对.机.械.手.的.腰.部.回.转.机.构、大.臂、小.臂、夹.持.机.构.等.各.部.分.的.机.械.结.构.进.行.了.细.致.的.设.计.计.算。然.后.还.对.机.械.手.的.液.压.系.统.进.行.了.设.计.计.算。最.后.对.基.于.P.LC 的.机.床.上.下.料.机械手.的.控.制.系.统.进.行.了.详.细.的.设.计，设.计.了.机.械.手.的.硬.件.电.路，实.现.了.机.械.手.的.全.自.动.控.制。关键词：机械手；圆柱坐标；PLC；硬件电路AbstractI.n th.is. pa.per, th.e. mech.anical .struc.ture .o.f ea.ch. pa.rt o.f. t.he fe.eding. a.nd unlo.ading .manip.ulator . .of N.C mac.hine. to.ol i.s. elabo.rated a.nd. anal.yzed b.y. summa.rizing th.e .profes.sional know.ledge. o.f fo.ur .ye.ars i.n .unive.rsity, a.n.d a .cyli.ndrical coor.dinate .typ.e of .fee.ding an.d .unlo.ading manip.ulator .o.f NC mac.hine. tool is desi.gned. Th.is pa.per. mai.nly des.igns . .and calcul.ates .t.he mech.anical. struc.ture o.f .wa.ist rota.tion. mech.anism, arm, ar.m, clam.ping .mech.anism and. ot.her pa.rts .of the mani.pulator. Th.en the. hydr.aulic sys.tem. of the .manip.ulator is .desig.ned and .calcul.ated. Fina.lly, the cont.rol. sys.tem of. the mac.hine. to.ol fee.ding manip.ulator .bas.ed on. PLC is desi.gned. in det.ail, and the. hard.ware circ.uit. of the manip.ulator. is desi.gned. to real.ize. the auto.matic. cont.rol of. the manip.ulator.Key.words: Manip.ulator; Cylin.drical Coordi.nates; PLC; Hard.ware Cir.cuit目 录摘摘 要要 .I IAbstract.1 1 绪绪 论论.1 11.1 研究.的目的.和意义 .11.2 国内.外研.究现.状 .11.3 本文.的研.究内.容 .22 2 总体总体.方案方案.的设的设.计计.3 32.1 机械.手结.构类.型的选.择.32.2 腰部.回转.方案.设计 .42.3 大臂、小臂传动方案的设计 .52.4 夹持.机构.方案.设计 .53 3 腰部腰部.传动传动.系统系统.设计设计.计算计算.7 73.1 蜗轮.轴的.设计.计算 .73.2 蜗轮.齿轮.设计 .83.3 步进.电机.选型 .104 4 大臂和小臂传动系统设计计算大臂和小臂传动系统设计计算 .11114.1 确定.液压.系统.基本.方案 .114.2 拟定.液压.执行.元件.运.动控.制回.路 .124.3 液压.源系.统的.设计 .124.4 绘制.液压.系统.图 .124.5 确定.液压.系统.的主.要参.数 .134.5.1 计算液压缸的总机械载荷.134.5.2 液压缸主要参数的确定.154.5.3 液压.缸强.度的.较核 .164.6 计算.和选.择液.压元.件 .164.7 液压.系统.性能.的验.算 .185 5 上下上下.料机料机.械手械手.的控的控.制系制系.统统.19195.1 PLC 控.制系.统设.计的.步骤 .195.2 控制.系统.的要.求 .195.3 控制.系统.及原.理 .23结结 论论 .2626致致 谢谢 .2727参考文献参考文献 .2828 沈阳工学院毕业设计（论文）11 绪 论1.1 研究的目的和意义机.械.手.是.一.种.能.够.模.仿.人.的.手.和.手.臂.的.某.些.动.作.功.能.的.自.动.操.作.装.置，用.于.按.固.定.程.序.抓.取.和.携.带.物.体.或.操.作.工.具。它.能.代.替.繁.重.的.劳.动，实.现.生.产.的.机.械.化.和.自.动.化，并.能.在.有.害.环.境.中.作.业，保.护.人.身.安.全。目.前，在.国.内.多.家.工.厂.的.生.产.线.上，数.控机.床工.件的.装卸.仍然.是手.工完.成.的，劳.动强.度.高，生.产效.率.低。为.了.提.高.生.产.加.工.效.率，降.低.成.本，使.生产.线发.展成.为适.应现.代自.动化.大批.量生.产的.柔性.制造.系.统，设.计.了.一.种.装.卸.机.械.手，利.用.机.器.人.技.术，根.据具.体的.生产.工.艺，代.替手.工操.作，实.现了.对大.批量.生产.的快.速控.制，提.高了.劳动.生产.率。该.机械.手主.要与.数控.车.床（数.控铣.床、加.工中.心.等）组.成生.产.线，实.现.了.加. .工.过.程.的.自.动.化.和.无.人.化。从.而降.低工.人的.劳动.强.度，节.省加.工辅.助时.间，提.高生.产效.率和.生产.率。1.2 国内外研究现状机.器.人.技.术.在.我.国.起.步.较.晚。目.前，我.国.已.基.本.掌.握.了.机.器.人.的.设.计.制.造.技.术、控.制.系.统.的.软.硬.件.设.计.基.础、运.动.学.和.轨.迹.规.划.技.术，并.生.产.出.了.机.器.人.的.一.些.关.键.部.件。在.国.外.机.械.制.造.业.中，工.业.机.械.手.应.用.广.泛，发.展.迅.速。国.外机.械手.的发.展趋.势是.发展.一些.具有.一定.传感.能力.的智.能机.械.手，能.够.反.馈.外.界.条.件.的.变.化.并.做.出.相.应.的.变.化。重.点研.究视.觉和.触觉.功.能。随.着.传.感.技.术.的.发.展，机.械.手.的装.配.能.力.将.进.一.步.提.高。目.前，机.械.手.的.发.展.主.要.是.将.机.械.手.与.柔.性.制.造.系.统和.柔性.制造.单元相.结.合，从.根.本.上.改.变.当.前.机.械.制.造.系.统.的.人.工.操.作.状.态。1.3 本文的研究内容本.设计.结合.机械.设计.与制.造自.动化.专业.四年.制本.科知.识，完.成了.数控.机床.上下.料机.械手.的特.殊功.能和.特殊.要求.的设.计。能.更好.地反.映机.械设.计制.造与.自动.化专.业毕.业 沈阳工学院毕业设计（论文）2生.的理.论研.究水.平、实.践能.力和.专业.精神.和态.度。有.针对.性、明.确的.实施.目.标，可.以实.现理.论与.实践.的有.机结.合。本文研究的主要内容：1）查.阅国.内外.相关.资.料，了.解课.题背.景。2）总.体.方.案.的.设.计.，包.括：腰.部、大.臂、小.臂以.及夹.持机.构传.动方.案的.选.择。3）各.个传.动机.构的.设计.计算.与关.键零.部件.的校.核。4）基.于 PL.C 控.制.系.统的.设.计。 沈阳工学院毕业设计（论文）32 总体方案的设计2.1 机械手结构类型的选择工.业机.器人.的主.要结.构形.式有.四.种：矩.形坐.标结.构、圆.柱坐.标结.构、球.面坐.标结.构和.关节.结.构。如图 2-1图图 2-1 四种机器人坐标形式四种机器人坐标形式考.虑数.控机.床的.具体.布局.和机.械手.的具.体要.求，在.满足.系统.技术.要求.的前.提.下，尽.量简.化结.构，降.低成.本，提.高可.靠.性。机.械手.在工.作中.需要.三种.运.动，一.种是.臂的.伸缩.和立.柱的.升.降，另.一种.是臂.的旋.转。综.合考.虑，机.械手.的自.由度.为 3。圆.柱坐.标以.坐标.的形.式选.择，即.一个.旋转.自由.度和.两个.运动.自由.度。其.特点.是：结.构简.单，手.臂运.动范.围.宽，定.位精.度.高准.确.性。2.2 腰部回转方案设计机.器人.腰座.是机.器人.的第.一旋.转关.节，对.机.器.人.末.端.的.运.动.精.度.影.响.最.大。考.虑到.速度.和扭.矩的.特殊.要.求，采.用大.传动.比的.传动.系统.来降.低速.度和.增大.扭.矩。由.于齿.轮传.动存.在齿.隙，影.响传.动精.度，采.用大.传动.比的.蜗杆.传.动。同.时，为.了减.小机.械手.的整.体结.构，采.用高.强.度、高.硬度 v 材料.制造.蜗.轮，加.工精.度.高，使.蜗轮.传动.误差.最.小。腰.座的.具体.结构.如.图 2-1 所.示。 沈阳工学院毕业设计（论文）4图 2-2 腰.部蜗.轮蜗.杆传.动系.统2.3 大臂、小臂传动方案的设计机.械手.的垂.直.臂（上.臂）和.水平.臂（.下臂.）都.沿直.线移.动。综.合考.虑，双.臂采.用液.压驱.动方.式，液.压缸.直接.驱.动。液.压缸.不仅.是驱.动元.件，而.且是.执行.元.件。同.时，由.于控.制和.具体.工作.的要.求，机.械手.的臂.架结.构不.能过.大。在设.计中.增加.了一.个导.杆机.构，.在臂.部增.加了.一个.导.杆，以.尽可.能增.加其.刚.度。臂.内增.加六.根导.杆，减.轻重.量，每.根导.杆采.用中.空结.构。通.过增.加导.杆，可.以显.著提.高机.械手.的运.动刚.度和.稳定.性，解.决机.械手.的结.构和.稳定.性问.题。2.4 夹持机构方案设计末.端执.行器.的使.用是.指用.于抓.取或.吸收.移动.物体.的各.种夹.紧装.置。操.纵器.的总.允许.负载.是抓.取器.的重.量、被.抓取.物体.的重.量和.操作.力。因.此，.机器.人末.端执.行器.要求.体积.小、重.量.轻、结.构紧.凑。本.设计.采用.伺.服电.机驱.动小.齿轮.通过.减速.器旋.转。小.齿轮.与大.齿轮.相啮.合。这.两个.大齿.轮互.相啮.合。它.们以.相同.的速.度旋.转并.转向.相反.的方.向。分.别驱.动平.行杠.杆机.构完.成夹.紧动.作。夹.持器.的具.体结.构如.图 2-2 所.示。 沈阳工学院毕业设计（论文）5图 2-3 夹.持机.构 沈阳工学院毕业设计（论文）63 腰部传动系统设计计算工.业机.器人.的腰.部是.圆柱.坐标.机器.人、球.面坐.标机.器人.和关.节机.器人.的旋.转基.础。它.是机.器人.的第.一个.旋转.关.节。机.器人.的运.动部.分全.部安.装在.腰座.上。它.承受.着机.器人.的全.部重.量。计.算条.件：夹.取工.件重.量 10kg 左.右，回.转角.度.为 180。3.1 蜗.轮轴.的设.计计.算设.计计.算：（1）选.择轴.的材.料轴.的材.料选.择为 45 钢，经.调质.处.理。由.机械.手册.表 6-1-3 查.得：，MPab650，MPas360MPa2701MPa1551（2）初.步确.定最.小轴.径按.表选.取115A由.机械.手册.查.得 （3.1）mmnPAd6 .1015109 .1111533322min（3）轴.的结.构设.计图 4.1 蜗轮轴结构图 沈阳工学院毕业设计（论文）7（4）键.的选.择与.校.核1、蜗.轮连.接.键选.择普.通平.键.为 2078由.机械.手册.可查.得 （3.2）MPalkDTp12125 . 33010576. 722311121由.机械.手册.可查.得MPapp100所.以ppp12、轴.端连.接键选.择普.通平.键.为。2055由.机械.手册.可查.得 （3.3）MPalkDTp25155 . 21610576. 722322222由.机械.手册.可查.得MPapp100所.以ppp2（5）轴.的强.度校.核其.条件.为 （3.4）22221/4/ 2() /caM WTWMTW其.中 轴.的计.算应.力，MPa；ca M 轴.所受.的弯.矩，Nmm （3.5）22HVMMM T 轴.所受.的扭.矩，Nmm； W 轴.的抗.弯截.面系.数，；3mm 对.称循.环变.应力.时轴.的许.用弯.曲应.力，其.值按.表计.算1 （3.6）222222222333.451.130.6*7.576420.20.2*10.60.1456caMTMTMTWWWd即270.MPa，故.轴.安.全。 -1ca3.2 蜗.轮齿.轮设.计计.算条.件：蜗.轮.轴. .输出.功.率为，转速为，负.载转.矩为kWP32109 .11min/15rn ，传.动比.为。工.作寿.命.为mNTL576. 750ihLh20000 沈阳工学院毕业设计（论文）8设.计计.算：1 材.料选.择蜗.杆材.料选.用 45 钢、蜗.轮材.料选.用 ZCuAl.10Fe3、加.工精.度为.7 级初.选.几.何.参.数，11z502z计.算蜗.轮蜗.杆传.动效.率和.蜗杆.输入.转.矩粗.算传.动效.率为 （3.7）753. 0)%505 . 3100()%5 . 3100(i蜗.轮输.出转.矩.为 （3.8）mNnPT576. 7159 .1155. 955. 911蜗.杆输.入转.矩.为 （3.9）mNiTTL201. 0753. 050576. 71许.用接.触应.力Hp蜗.杆输.入功.率.为 （3.10）wnTPLL78.1555. 9750201. 055. 90滑.动速.度.为、smvs/8 . 62/115mmNHbp88. 0sZ、 （3.11）72108 . 120000156060nLnN76. 0NZ （3.12）22/912.76/76. 088. 0115mmNmmNZZNsHbpHp求.载荷.系.数 K动.载荷.系数.为、啮.合质.量系.数.为、小.时载.荷率.为、小.1 . 11K96. 02K%15JC时载.荷率.系数.为、环.境温.度系.数为.、.工作.情况.系数.为68. 03K37. 14K0 . 15K由.于不.带风.扇，16K所以： （3.13）984. 010 . 137. 168. 096. 01 . 1654321KKKKKKK计算 m 和 q 值 （3.14）mmKTzqmHp87. 4576. 7984. 0)912.765015150()15150(3232223其.中.取 ，16mmqm532mq7.蜗.轮齿.面接.触强.度的.校核.验.算 （3.15）HpHdKTd35.7132576. 7984. 01001478314783122所.以接.触强.度足.够。 沈阳工学院毕业设计（论文）93.3 步.进电.机选.型腰.座电.机载.荷约.为 850.N，蜗.轮轴.转速.为min/15rn 设计计算：手.腕转.动时.的时.间约.为，90st1期.间做.功.为 （3.16）JghmghmW9 .112221蜗.轮.轴.输.出. .功率.为 （3.17）kWsJtWP31109 .1119 .11蜗轮轴转矩为 （3.18）mNnPT576. 7159 .1155. 955. 911电机轴输出转矩为 （3.19）mNiTTL201. 0753. 050576. 72电机轴输出功率为 （3.20）wnTPLL78.1555. 9750201. 055. 90步距角取。 （3.21）9 . 050018. 0i静力矩为 （3.22）mNTTLs)603. 0402. 0(201. 0)32()32(max选用型号为 57BYG450C 的永磁感应子式步进电机 沈阳工学院毕业设计（论文）104 大臂和小臂传动系统设计计算4.1 确.定液.压系.统基.本方.案机.械手.的设.计采.用柱.面坐.标的.形式，具.有三.自由.度、一.旋.转、两.移动.自由.度。同时，考.虑到.机械.手的.工作.负荷.和工.作环.境对.机械.手布.局和.定位.精度.的具.体要.求，以.及计.算机.控制.的因.素，腰.部的.旋转.由电.机驱.动实.现，其.余两.个运.动为.直线.运动。因.此，机.械手.的横.臂和.纵臂.采用.单活.塞杆.液压.缸实.现直.线往.复运.动。4.2 拟.定液.压执.行元.件运.动控.制回.路液.压执.行元.件确.定.后，其.运动.方向.和运.动速.度的.控制.是液.压回.路的.核心.问题。方.向控.制由.换向.阀或.逻辑.控制.单元.实现。对.于一.般的.中、小.流量.液压.系.统，所.需的.动作.可以.通过.换向.阀的.有机.组合.来实.现。对.于高.压大.流量.系.统，主.要采.用插.装阀.和先.导控.制阀.的逻.辑组.合。通.过改.变液.压执.行器.输入.或输.出的.流量.或改.变密.封空.间的.体积.来实.现速.度控.制。相.应的.调速.方式.有节.气门.调.速、容.积调.速和.它们.的组.合。本.设计.的方.向控.制采.用电.磁换.向阀，速.度控.制主.要采.用节.流调.速，主.要采.用简.易节.流.阀。4.3 液压源系统的设计液.压系.统的.工作.介质.由液.压源.提.供，液.压源.的核.心是.液压.泵。.容.积控.制系.统采.用变.量泵.供.油，安.全阀.限制.系统.最大.压力。根.据液.压设.备的.环境.和温.升的.要求，还.应考.虑加.热和.冷却.措.施。本.文设.计的.液压.系统.采用.定量.泵供.油，减.压阀.V1 调.节系.统压.力。为.了保.证液.压油.的清.洁度，避.免液.压油.带来.的污.染，在.油泵.进口.安装.粗滤.器，在.油泵.出口.安装.细滤.器，对.循环.液压.油进.行净.化。 沈阳工学院毕业设计（论文）114.4 绘.制液.压系.统.图本.机械.手的.液压.系统.图如.图 4-1 所.示，它.拥有.垂直.手臂.的上.升、下.降，水.平伸.缩缸/的.前伸.、后.缩等.两个.执行.机构。其.中，泵.由三.相交.流异.步电.动机 M 拖.动；系.统压.力由.溢流.阀 V1 调.定；1DT 的.得失.电决.定了.动力.源的.投入.与摘.除。由.于机.械手.垂直.升降.缸的.下降.方向.与负.载的.重力.作用.方向.相.同，因.此下.降方.向有.加速.运动.速度.的趋.势。为.了使.运动.过程.稳.定，同.时减.小冲.击和.振.动，保.证系.统的.安.全，采.用由 V2 组.成的.平衡.回.路，为.提升.油缸.下腔.提供.一定.的排.油背.压，以.平衡.重力.载.荷。图 4-1 机.械手.的液.压系.统原.理.图 沈阳工学院毕业设计（论文）124.5 确定液压系统的主要参数4.5.1 计算液压缸的总机械载荷根.据机.构的.工作.情况.液.压缸.所受.的总.机械.载荷.为 （4-1）bfsfmwFFFFFF式中， -为.外加.的载.荷，因.为水.平方.无外.载.荷，故.为 0；wF-为.活塞.上所.受的.惯性.力；mF-为.密封.阻.力；sfF-为.导向.装置.的摩.擦阻.力；fF-为.回油.被压.形成.的阻.力；bF（1）的计算mF （4-2）tvgGFm式中， -为.液压.缸所.要移.动的.总重.量，取.为 100KG；G-为.重力.加速.度， ；g2/81. 9sm-为.速度.变化.量；v-启.动或.制动.时.间，一.般为 0.010.5 ，取 0.2sts带.入上.式，得：=1.02mFN（2）的计算sfF （4-3）1ApFfsf式中，-克.服液.压缸.密封.件摩.擦阻.力所.需空.载压.力，如.该液.压缸.工作.压.力fp16 ，查.相关.手册.取=0.2 ；aMPaMP-为进.油工.作腔.有效.面积； 1A启动时： 565.NsfF运动时： =283.NsfF（3）的计算fF机.械手.水平.方向.上有.一.个导.杆，内.导杆.和外.导套.之间.的摩.擦力.为 （4-4）fGFf 沈阳工学院毕业设计（论文）13式中，-为.机械.手和.所操.作工.件的.总重.量，取.为 100KG；G-为.摩擦.系数，取 f=0.1；f计.算.得： =98fFN（4）的计算bF回.油背.压形.成的.阻力.按下.式计.算 （4-5）2ApFbb式.中，-为.回.油.背.压，一.般.为 0.30.5 ，取=0.3 bpaMPaMPaMP-为.有杆.腔活.塞面.积，考.虑两.边差.动.比.为 2；2A将.各.值.带入.上式.有，NFb424分.析液.压缸.各工.作阶.段受.力情.况，作.用在.活塞.上的.总机.械载.荷.为。NF10884.5.2 液压缸主要参数的确定经.过认.真分.析，综.合考.虑各.种因.素，初.步确.定了.各液.压缸.的基.本参.数如.下。表 4-2 手.爪执.行柱.塞缸.参数缸内径mm壁厚mm直径mm行程mm工作压力MPa205208036表 4-3 水.平伸.缩液.压缸.参数缸内径mm壁厚mm杆直径mm行程mm工作压力MPa6010254001因.为伸.缩缸.的主.要功.能是.实现.直线.运.动，所.以它.在轴.向上.不承.受明.确.的工.作载.荷（因.为夹.持器.固定.工件，力.的方.向是.垂直.的），而.轴向.主要.是克.服摩.擦力.矩。它.所承.受的.荷载.主要.是径.向荷.载，荷.载性.质为.弯.矩，引.起其.弯曲.变.形。由.于机.械手.要求.柔.性，水.平液.压缸.的活.塞杆.需要.较大.的工.作行.程。同.时，它.具有.较大.的弯.曲力.矩和.较长.的行.程，对.液压.缸的.稳定.性和.刚度.有较.高的.要.求。因.此，在.水平.伸缩.筒的.设计.中，一.是提.高其.抗弯.承载.力，二.是通.过合.理的.结构.布置.设.计，使.其具.有尽.可能.大的.刚.度。为.了实.现这.一目.标，设.计中.采用.了导.杆，以.满足.长行.程活.塞杆.的稳.定性.和导.向问.题。 沈阳工学院毕业设计（论文）14表 4-4 垂直液压缸参数缸内径mm壁厚mm杆直径mm行程mm工作压力MPa60102510014.5.3 液压缸强度的较核（1）缸.筒壁.厚的.较.核 当 D/时，液.压缸.壁厚.的较.核公.式如.下：10 （4-10）) 13 . 14 . 0(2yyPPD式中，-为.缸筒.内.径；D-为.缸筒.试验.压.力，当.缸的.额定.压.力时，取为；yPMPapn16nypP5 . 1-为.缸筒.材料.的许.用应.力，为.材料.抗拉.强.度，经.查相.nb/b关资.料取.为 650，为.安全.系.数，此.处.取；MPan5n 带.入数.据计.算，上.式成.立。因.此液.压缸.壁厚.强度.满足.要.求。（2）活.塞杆.直径.的较.核活.塞杆.直径.的较.核公.式.为 （4-11）4Fd 式中， -为.活塞.杆上.作用.力；F-为.活塞.杆材.料的.许用.应.力，此.处；4 . 1/b带.入数.据，进.行计.算较.核得.上式.成.立，因.此活.塞杆.的强.度能.满足.工作.要.求。4.6 计.算和.选择.液压.元件1.液.压泵.的计.算（1）确.定液.压泵.的实.际工.作压.力pp （4-12）11pppp式.中，-计.算工.作压.力，前.以定.为；1pMPa4 -对.于进.油路.采用.调速.阀的.系.统，可.估.为（0.51.5），这.里取.1pMPa为 1。MPa 沈阳工学院毕业设计（论文）15因.此，可.以确.定液.压泵.的实.际工.作压.力.为 （4-13）MPapp514（2）确.定液.压泵.的流.量 （4-14）maxqKqp式中，-为.泄露.因.数，取 1.1；K-为.机械.手工.作时.最大.流.量。maxq （4-15）vAqmax经.计算.得 =3.140maxqmin/L带.入上.式.得 min/454. 3140. 31 . 1Lqp（3）确.定液.压泵.电机.的功.率 （4-16）602maxqpPp工式中，-为.最大.运动.速度.下所.需的.流.量，同.前，取.为 3.140；maxqmin/L-液.压泵.实际.工作.压力，5；ppMPa-为.液压.泵总.效.率，取.为 0.8；带.入数.据计.算.得： =。工P0.654kw2.油.管及.其他.辅助.装置.的选.择（1）查.阅设.计手.册，选.择油.管公.称通.径、外.径、壁.厚参.数液.压泵.出口.流量.以 3.140L/MIN 计，选.取；液.压泵.吸油.管稍.微粗.些，选.择；68其.余都.选.为；5（2）确.定油.箱的.容.量一.般取.泵流.量的 35 倍，这.里取.为 5 倍，有.效容积.为 （4-17）LqVp162 . 3554.7 液.压系.统性.能的.验算绘.制液.压系.统图.后，检.查压.力损.失。由.于液.压系.统比.较简.单，故.省略.了验.算。本.系统.采用.液压.回路.简.单，效.率.高，功.率.低，热.量.少，实.现了.油箱.容积.大，因.此不.再检.查温.升。 沈阳工学院毕业设计（论文）165 上下料机械手的控制系统5.1 PLC.控制.系统.设计.的步.骤1）分. .析被.控对.象并.提出.控制.要.求2）确.定输.入输.出设.备3）选择 PLC4）分.配 I/O 点.并设.计 PLC 外.围硬.件线.路5.2 控制系统的要求首.先，当.系统.启动.时，系.统首.先清.除本.程序.中的.所有.计时.器和.计数.器，并.启.动 t0计.数.器 0.5s，在 t0 计.时器.的作.用.下，蜂.鸣.器和 c0 每 0.5d 连.接一.次，当 c0 计.数器.计数.三.次，蜂.鸣器.呼叫.三次.时，复.位 c0 和 t0 连.接，finAlly 启.动初.始程.序。在.运行.初始.操作.程序.后，将.根据.程序.执行.初始.操作.程.序。操.纵器.将向.各个.方向.快速.移.动。首.先，上.臂上.下移.动，直.到上.位移.传感.器连.接，然.后上.下气.缸向.下移.动，直.到下.位移.传感.器连.接，然.后上.下气.缸再.次向.上移.动，直.到上.下气.缸的.中间.位移.传感.器连.接。然.后停.在上.下缸.的中.间，下.一步.是在.腰部.转动.转盘.的左.侧，直.到转.盘的.左侧.位移.传感.器连.接.好，然.后再.向右.向后.转.动，直.到转.盘的.右侧.位移.传感.器连.接.好，转.盘再.向左.转.动 unt。l 旋.转台.中间.传感.器连.接在.旋转.台中.间位.置，最.后一.步是.肘.伸。伸.缩缸.向前.移.动，直.到伸.缩缸.的前.位移.传感.器连.接，然.后向.后移.动，直.到伸.缩缸.的后.位移.传感.器连.接，然.后伸.缩缸.再次.向前.移.动，直.到伸.缩缸.的中.间传.感器.连接.并保.持在.中间.位置。伸.缩缸.的位.置。上.述初.始程.序使.用户.能够. .确定.操纵.器是.否正.确运.行，并.帮助.用户.减少.操纵.器故.障的.可能.性。程.序第.一步.完成.后，进.入运.行模.式选.择状.态。本.设计.中有.两种.操作.方式。第.一种.模式.为自.动模.式，第.二种.模式.为手.动模.式。在.初始.操作.程序.完成.后，自.动模.式满.足机.械手.的整.体操.作模.式，没.有其.他不.良操.作模.式。此.模式.是操.纵器.的正.常操.作模.式。当.初始.程序.运行.且发.现操.纵器.运行.或维.护不.良.时，使.用手.动模.式。根.据操.作面.板，操.作器.可以.进行.上、下、左.转弯 90 度、右.转.弯 90 度、左.转弯 180 度、右转.弯 180 度、夹. 沈阳工学院毕业设计（论文）17持夹.持、松.开夹.持器.和复.位操.作。维.护、检.修等.操作.非常.方.便。同.时，当.自动.化程.序出.现故.障或.不应.用自.动化.程序.时，可.以起.到替.代人.工操.作的.作用。在.手.动模.式.下，按.下操.作按.钮.后，操.纵器.将执.行所.需的.程.序，包.括：向.上、向.下、向.左 90 度、向.右 90 度、向.左 180 度、向.右 180 度、夹.持器拧.紧、夹.持器.停止.和复.位功.能按.钮。每.次按.下后，操.纵器.将自.动执.行相.应的.程序。执.行操.作后，操.纵器.将等.待下.一个.指.令。在.自动.模式.下，上.下气.缸向.上移.动，直.到上.位移.传感.器连.接好，然.后向.右旋.转 90度，直.到转.盘的.右位.移传.感器.连接.好，然.后上.下气.缸向.下移.动，直.到下.位移.传感.器连.接好，然.后是.上下.气缸.的夹.持.器。操.纵器.被激.活，延.时 1 秒.使抓.取器.完全.抓取.物料，然.后上.下气.缸再.次向.上移.动。在.上下.缸上.位移.传感.器连.接好.之前，下.一步.是将.转盘.向左.旋.转 180 度，直.到转.盘左.位移.传感.器连.接好，然.后上.下缸.向下.移.动，直.到下.位移 v传感.器连.接.好，最.后进.行执.行操.纵器.夹持.器。上.面是.自动.化程.序一.次性.完成.的步.骤。重.复程.序后，可.自动.移动、抓.取和.释放.操.作。机.械手.的功.能图.如图 5-1 所.示。图 5-1 机.械手.功能.图示 机.械手.的控.制系.统 I/O 点.分配.表见.表 5-1 与.表 5-2。表 5-1 机.械手.的控.制系.统 I 点.分配.表 沈阳工学院毕业设计（论文）18输入口元件编号动作解析输入口元件编号动作解析X001SB1启动X024SQ1上.位位.移传.感器X002SB2复位X025SQ2下.位位移.传感.器X003SB3急停X026SQ3左.转位.移传.感器X004SB4自动X027SQ4右.转位.移传.感器X005SB5手动X030SQ5前.行位.移传.感器X006SB6上行X031SQ6后.行位.移传.感器X007SB7下行X032SQ7旋.转台.中位.位移.传感.器X010SB8左转90度X033SQ8上.下缸.中位.位移.传感.器X011SB9右转90度X034SQ9伸.缩缸.中位.位移.传感.器X012SB10左转180度X035SQ10上.位超.程位.移传.感器X013SB11右转180度X036SQ11下.位超.程位.移传.感器X014SB12手爪夹紧X037SQ12左.转超.程位.移传.感器X015SB13手爪松开X040SQ13右.位超.程位.移传.感器X016SB14关机X041SQ14前.行超.程位.移传.感器X017SB15确认X042SQ15后.行超.程位.移传.感器X020SB16前行X043SQ16前.行超.程位.移传.感器X021SB17后行X044SQ17后.行超.程位.移传.感器X046Q1夹.紧压.力传.感器X047Q2松.开压.力传.感器X050SQ18转.动向.前位.移传.感器X054SQ19转.动向.前后.中位.移传.感器X051SQ20转.动向.后位移.传感.器X055SQ21转.动向.前X052SQ22转.动向.前超.程位.移传.感器X056SB18转.动向.后 沈阳工学院毕业设计（论文）19X053SB19转.动向.后超.程位.移传.感器表 5-2 机.械手.的控.制系.统 O 点.分配.表输出口元件编号动作解析Y000YA1上.下缸.上行Y001YA2上.下缸.下行Y002KM1旋.转台.左转Y003KM2旋.转台.右转Y004YA3伸.缩缸.前行Y005YA4伸.缩缸.后行Y006KA5手.爪夹.紧Y007KM3手.爪松.开Y010KM4蜂鸣.器Y011LED 灯Y012KM5向.前旋.转Y013KM6向.后旋.转5.3 控制系统及原理 根.据机.械手.传动.系统.的 I/O 点.分配.表，选.用日.本三.菱公.司的.可编.程控.制.器。型.号为.FX2N-128.MR-001，继.电器.输出，80 个.输入.点，80 个.输出.点。F.X2N 是 F.X 系.列.中.最.强.大、最.快. . PLC。基.本单.元有.两个.独立.轴和.最.高 20kHz 定.位功.能（晶.体管.输出.型）。它.可以.连接.在 fx2n 系.列中.使用.的扩.展模.块和.fx2n 系列.中使用.的扩.展单.元。它.有 27 个.实时.时钟.基本.指.令，2 个.阶梯.图指.令和 132 个.应用.指令。它.有输.入和.输出.刷新.指.令，输.入和.过滤.调.整.。指.令、输.入中.断、定.时中.断、计.数中.断、脉.冲捕.获功.能、最.大输.入和.输出.点 256、辅.助继.电.器、定.时器.辅助.继电.器：3072 点、定.时.器：256 点、计.数器. 沈阳工学院毕业设计（论文）20一般.采用 16 位.递增计数.器：200 点、32 位.递增.和递.减计.数.器：35 点、高.速 32 位.递增.和减.法计.数.器，通.过通.信扩.展板.或专.用适.配器.可以.实现.多种.通信.和数.据链.路。PLC 的.外部.硬件.接线.图如.图 5-2。图 5-2 PLC 的.外部.硬件.接线.图 沈阳工学院毕业设计（论文）21系.统原.理图.如.图 5-3。.图 5-3 系.统原.理.图PCPLCFX2N-128MR-001机械手到位检测、升降限位检测、夹紧/放松检测、机械手自动控制等开关量输
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