組合機(jī)床上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)的畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ㈠夾緊液壓缸的參數(shù)計(jì)算夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算：式中：K——安全系數(shù)。 ——軸向力 a——v形手爪的開(kāi)合角 ——工件和手爪間的摩擦系數(shù)計(jì)算：設(shè)K=，=mg，=1．根據(jù)公式，將已知條件帶入： 2．根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： 由于實(shí)際采用的液壓缸驅(qū)動(dòng)力大于計(jì)算，把手抓的機(jī)械效率考慮在內(nèi)，一般取=3．取= 液壓缸工作壓力的確定由資料取液壓缸工作壓力P=液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定確定液壓缸的內(nèi)徑DF實(shí)際=()預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=,液壓缸工作壓力P=所以=根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)分冊(cè)，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=40mm，則活塞桿內(nèi)徑為d==20mm，選取d=18mm㈡伸縮液壓缸的參數(shù)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸，采用單活塞缸雙作用液壓缸，初定內(nèi)徑為，可得活塞桿直徑：圓整后，取活塞桿直徑d=18mm由液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，取液壓缸工作壓力P=由公式： ㈢升降液壓缸的參數(shù)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸以及升降液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，采用但活塞桿雙作用液壓缸，初定內(nèi)徑為可得活塞桿直徑圓整后，取活塞桿直徑d=32mm查手冊(cè)取液壓缸工作壓力p=由公式： 計(jì)入載荷率就能保證液壓缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高,且工作頻率高，其載荷率一般取，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷率可取。得F1=2198N,F2=㈣回轉(zhuǎn)液壓缸的參數(shù)計(jì)算設(shè)b=60mm，工作壓力p=4Mpa，d=50mm則由得m取液壓缸內(nèi)徑40mm②液壓泵的選型由于回轉(zhuǎn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差，則液壓泵最高工作壓力可按式算出因此泵的額定壓力可取Pr升降時(shí)所需流量最小是3L/min,，則小流量泵的流量應(yīng)為，回轉(zhuǎn)時(shí)液壓缸所需的最大流量是129L/min，則泵的總流量為即大流量泵的流量。根據(jù)計(jì)算出的壓力和流量，可選用CBZ型的液壓泵：大泵的額定流量為125L/min。小泵的額定流量為18L/min,，,轉(zhuǎn)速為1450r/min。 ③電動(dòng)機(jī)的選擇查表選用J02514型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)，采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，,額定電壓380v，額定功率50Hz，如表Y90S—4電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)所示表21 型號(hào)額定功率kw滿載時(shí)堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩J025142．71400790．786．52．22．2④其它元件的選型表22 其它液壓元件的選型型號(hào)名稱數(shù)量DBDH6G10/1溢流閥1行程開(kāi)關(guān)8KF3E6L壓力表4QLAL3單向節(jié)流閥5Q22DX1二位三通電磁閥1Q25DC3二位五通電磁閥4TK10平衡閥1液壓泵1XU1380100過(guò)濾器1油箱13 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3．1 電氣控制系統(tǒng)的拖動(dòng)控制要求機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)選用一臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)M拖動(dòng)，3．2 主電路的設(shè)計(jì)與元件的選用①設(shè)計(jì)過(guò)程選用組合開(kāi)關(guān)將三相電源引入，F(xiàn)U為電動(dòng)機(jī)M的短路保護(hù)熔斷器，KR為M電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器,接觸器KM為M電動(dòng)機(jī)起動(dòng)用接觸器，并接地線保護(hù)電動(dòng)機(jī)。②主電路元件的選用開(kāi)關(guān)選擇用組合開(kāi)關(guān)，組合開(kāi)關(guān)主要是作為電源引入開(kāi)關(guān)，它也可以啟停5KW以下的異步電動(dòng)機(jī)，適合該電路的應(yīng)用。接觸器KM主要控制對(duì)象就是電動(dòng)機(jī)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并具有欠電壓保護(hù)。熱繼電器KR是專門(mén)用來(lái)對(duì)連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載及斷相保護(hù)，以防止電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而燒毀的保護(hù)電器。熔斷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉的保護(hù)電器，廣泛用于電氣設(shè)備的短路保護(hù)。表31 機(jī)械手電氣元件表符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量QF組合開(kāi)關(guān)HZ1025/133極 55V 25A1KM交流接觸器CJ104040A 線圈電壓127V1FU熔斷器RL115500V 熔體10A1KR熱繼電器JR1010熱元件1號(hào) 1 PLC簡(jiǎn)介可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱PLC或PC，是從早期的繼電器邏輯控制 系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，它不斷吸收微計(jì)算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù) 。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的 能力、編程安裝使用簡(jiǎn)便、低價(jià)格長(zhǎng)壽命。比之單片機(jī)，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門(mén)培訓(xùn)，就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程。用來(lái)完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。PLC是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng)化(FA)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)內(nèi)占重要地位。今天的PLC功能，遠(yuǎn)不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 1. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)確定被控對(duì)象的工作原理，控制要求，動(dòng)作及動(dòng)作對(duì)象。2. I/O分配確定哪些信號(hào)是送到可編程控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號(hào)；哪些信號(hào)是由可編程控制器送到被控對(duì)象的，并分配相應(yīng)的輸出端口。此外，對(duì)用到的可編程序控制器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等也要進(jìn)行分配。可編程序控制器是通過(guò)編號(hào)來(lái)識(shí)別信號(hào)的。3. 畫(huà)梯形圖它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動(dòng)作的相互關(guān)系。如果使用圖形編輯器，則畫(huà)出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。4． 編制程序 PLC控制系統(tǒng)的控制要求為了滿足生產(chǎn)需要，機(jī)械手應(yīng)設(shè)置手動(dòng)工作方式、單動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式。(1)手動(dòng)工作方式便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和檢修，設(shè)置手動(dòng)工作方式。用按鈕對(duì)機(jī)械手每一動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制。（2）單動(dòng)工作方式從原點(diǎn)開(kāi)始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序，每按下一次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步的工作后，自動(dòng)停止。（3）自動(dòng)工作方式按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始，按工序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)工作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手在完成最后一個(gè)周期的動(dòng)作后，返回原點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)。 PLC的選型PLC的選型包括對(duì)PLC的機(jī)型，容量、I/O模塊、電源等的選擇。⑴I/O點(diǎn)的計(jì)算根據(jù)工作流程可以了解到，該設(shè)計(jì)的PLC的輸入信號(hào)有22個(gè)，均為開(kāi)關(guān)量。其中操作按鈕12個(gè)，行程開(kāi)關(guān)8個(gè)，自動(dòng)手動(dòng)選擇兩個(gè)（占兩個(gè)輸入接點(diǎn)）。該設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有10個(gè)，其中9個(gè)用于動(dòng)作輸出，一個(gè)用于指示燈的照明。也就是說(shuō)，在該機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中統(tǒng)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入點(diǎn)數(shù)22個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)10個(gè)。通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，在加上10%15%的裕度來(lái)確定的。 ⑵PLC容量選擇用戶程序所需的存儲(chǔ)容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、程序編寫(xiě)水平有關(guān)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員和一個(gè)初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時(shí)，其程序量可能相差25%之多，所以對(duì)于初學(xué)者應(yīng)該在存儲(chǔ)容量估算時(shí)多留裕量。PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在I/O點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加20%30%的裕量。存儲(chǔ)容量（字節(jié)）=開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)*10+模擬量I/O通道數(shù)*100。⑶PLC機(jī)型的選擇PLC的選擇在PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)中十分關(guān)鍵，目前市場(chǎng)上的PLC種類很多，選擇適合的PLC應(yīng)當(dāng)考慮一下幾點(diǎn)：①功能、結(jié)構(gòu)要合理對(duì)于以開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)，一般的低檔機(jī)就可以滿足需要。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬控制的系統(tǒng)，應(yīng)選擇帶A/D，D/A轉(zhuǎn)換，加減運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蜋n機(jī)。對(duì)于控制復(fù)雜，控制性能較高的系統(tǒng)，選擇中高檔的機(jī)器。②規(guī)模要適當(dāng)要有足夠多的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，并留有一定的裕量。若只需要實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化，則可選用小型的PLC。若控制系統(tǒng)較大，輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多，則可選擇大中型的PLC.根據(jù)以上各項(xiàng)要求，再對(duì)照本機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求分析，可選用三菱公司FX系列FX2N64MR。三菱FX系列FX2N64MR PLC型號(hào)特性：　　1. 主機(jī)點(diǎn)數(shù)： 32　　2. 最大I/O點(diǎn)數(shù)：256點(diǎn) 　　3. 程序容量：4K Steps 　　4. 通訊端口：內(nèi)置RS232與RS485，兼容MODBUS ASCII / RTU通訊協(xié)議。 　　5. 高速脈沖輸出：支持2點(diǎn)(Y0, Y1)獨(dú)立高速脈沖輸出功能，最高可達(dá)10kHz。 6. 內(nèi)置四點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器：三菱FX2N64MR系列PLC⑷確定I/O分配表序號(hào)輸入代號(hào)功能序號(hào)輸出代號(hào)功能1X10SA方式選擇23Y1YA1夾緊2X1124Y2YA2機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn)3X0SQ0機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)25Y3YA3機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)4X1SQ1手臂左行開(kāi)關(guān)26Y4YA4手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)5X2SQ2手臂右行開(kāi)關(guān)27Y5YA5手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)6X3SQ3腰部上升開(kāi)關(guān)28Y6YA6腰部上升7X4SQ4腰部下降開(kāi)關(guān)29Y7YA7腰部下降8X5SQ5手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)30Y9YA9手臂右行9X6SQ6手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)31Y10YA10手臂左行10X7SQ7機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)32Y11L1指示燈11X15SB1啟動(dòng)12X17SB2停止13X20SB3腰部上升按鈕14X21SB4腰部下降按鈕15X22SB5手臂右行按鈕16X23SB6手臂左行按鈕17X2