數(shù)控機床上下料機械手設計-資料下載頁

　　

【正文】 方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅動力要求是輕而易舉的，要解決的關鍵問題仍然是它的結構設計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導向桿機構，圍繞垂直升降缸設置四根導桿，較好的解決了這一問題。（1）活塞桿直徑的較核 計算和選擇液壓元件1. 控制元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標準元件的產(chǎn)品樣本中選取各控制元件。2. 液壓泵的計算第 4 章 機械手控制系統(tǒng)的設計 硬件設計 操作面板布置操作面板布置如圖 42 所示：機械手的操作方式分為手動操作和自動操作兩種。：就是用按鈕作機械手的每一步運動進行單獨的控制。當選擇升／降按鈕時，按下啟動按鈕，機械手上升；按下停止按鈕時，機械手上升。當選擇正轉/逆轉按鈕時，按下啟動按鈕，機械手順時針轉動，而按下停止按鈕時，機械手逆時針轉動。同理，當選擇夾緊/放松按鈕時，按下啟動按鈕，機械手爪夾緊，而按下停止按鈕時，手爪松開。：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手的動作將自動的、連續(xù)的周期性循環(huán)。在工作中若按下停止按鈕，機械手將繼續(xù)完成一個周期動作后，回到原點位置。 工藝過程與控制要求機械手的動作有腰座的旋轉，垂直手臂的升降，水平手臂的伸縮及手爪的夾緊與松開。手臂垂直升降和水平伸縮由液壓實現(xiàn)驅動；手爪的夾緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實現(xiàn)；腰座旋轉通過步進電動機與齒輪來實現(xiàn)。其中，液壓缸由相應的電磁閥控制，升降分別由雙線圈的兩位電磁閥控制，當下降電磁閥通電時，機械手下降；斷電時，機械手下降停止；當上升電磁閥通電時，機械手上升；斷電時，機械手上升停止。而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、伺服驅動器、感應式位移傳感器構成的回路進行調節(jié)控制。實現(xiàn)執(zhí)行手爪夾緊與放松的柱塞缸，由單線圈的電磁閥（夾緊電磁閥）來控制，當線圈不通電時，柱塞缸不工作，當線圈通電時，柱塞缸工作沖程，手爪張開，柱塞缸工作回程，手爪閉合。當機械手旋轉到機床上方，并準備下降進行上下料工作時，為了確保安全，必須在機床停止工作并發(fā)出上下料命令時，才允許機械手下降進行作業(yè)。同時，從工件料架上抓取工件時，也要先判斷料架上有無工件可取。 作業(yè)流程機械手工作流程如圖 41 所示： 從原點開始，按下啟動鍵，且有上下料命令，則水平液壓缸開始前伸并進行伺服定位，前伸到位后，停止前伸；→ 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，同時手爪夾緊，抓住工件；→ 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；→ PLC 開始輸出高速脈沖，驅動機械手逆時針轉動，當轉過 90 度到位后，PLC 停止輸出脈沖，機械手停止轉動；→ 接著下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，機械手到達卡盤中心高度；→ 機械手開始水平定位后縮，將工件裝入機床卡盤；→ 當工件裝入到位后，卡盤收緊；→ 機械手松開手爪，準備離開；→ 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；→ PLC 啟動高速脈沖驅動機械手作順時針轉動，當轉過 90 度到位后，PLC 停止輸出脈沖，機械手停止轉動，機械手回到原點待命；→ 機床進行加工。當數(shù)控機床加工完一個工件時，發(fā)送下料命令給機械手，機械手接到命令后，PLC 馬上輸出脈沖驅動機械手逆時針轉動，當轉過 90 度到位后，PLC 停止輸出脈沖，機械手停止轉動；→ 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降且張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止且手爪夾緊，夾緊已加工好的工件；→機床卡盤松開；→ 機械手開始前伸，將工件從機床上取出，準備運走；→ 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；→ PLC 輸出高速脈沖，驅動機械手順時針轉動，當轉過 90 度到位后，PLC 停止輸出脈沖，機械手停止轉動；→ 下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止；→ 接著手爪柱塞缸電磁閥通電，手爪張開，放下工件準備離開；→ 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止同時手爪也閉合復原；→ 接著機械手水平手臂開始后縮，準備回原點，當后縮到位時，后縮停止，機械手回到原點，一個上下料過程結束；→ 機械手在原點等待命令，準備下一個工作循環(huán)。機械手的每次循環(huán)都從原點位置開始動作。 控制器的選型機械手控制系統(tǒng)的硬件設計上考慮到機械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元件連接的靈活性和方便性，控制器應選擇有極高可靠性、專門面向惡劣的工業(yè)環(huán)境設計開發(fā)的工業(yè)控制器PLC，故選擇在國內(nèi)應用較多的西門子 S7200 型 PLC。具體型號為 SIMATIC S7200 CPU224。該 PLC 集成 14，輸入/10，輸出共 24 個數(shù)字量 I/O 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 168 路數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點，具有 16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6 個獨立的 30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的 20KHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。1 個 RS485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。 控制系統(tǒng)原理分析由于機械手作業(yè)時，取、放工件和裝、卸工件都有較高的定位精度要求，所以在機械手控制中，除了要對垂直手臂、執(zhí)行手爪液壓缸和腰部步進驅動進行開環(huán)控制外，還要對水平手臂進行閉環(huán)伺服控制。為了減少 PLC 的 I/O 點數(shù)，以伺服放大器作為閉環(huán)的比較點。伺服放大器具有傳感器反饋輸入端，給定的輸入信號和反饋信號進行比較后形成的控制信號經(jīng)過 PID 調節(jié)和功率放大后，驅動電液伺服閥對液壓缸進行伺服定位。PLC 將上位機輸入的給定信號轉換為電壓信號，輸出至伺服放大器，由伺服放大器作為閉環(huán)比較點，組成模擬控制系統(tǒng)，如圖 44 所示：這種方案使得 PLC 控制量少（尤其是模擬量），節(jié)省了系統(tǒng)資源，而且編程簡單，不必過多考慮控制算法等優(yōu)點，也是完全能滿足工作要求的。 PLC 外部接線設計為實現(xiàn)水平手臂液壓缸伺服定位的控制要求，利用西門子 SIMATIC S7200 （CPU224）PLC，考慮到位移傳感器和伺服放大器工作采用的都為模擬量，因此增加一個模擬量輸出模塊 EM232。鑒于伺服放大器和位移傳感器對輸入的要求，PLC 的模擬量采用10V~ +10V 輸入輸出，各輸入輸出點及其接線如圖 45 所示。PLC 的具體硬件接線圖如下圖所示（詳細的硬件設計見圖紙） I/O 地址分配詳細參見表 442： 軟件設計 控制主程序流程圖機械手控制主程序流程圖如圖 46 所示：結 論本設計通過對機械設計制造及其自動化專業(yè)大學本科四年所學知識進行整合，完成一個特定功能、滿足特殊要求的數(shù)控機床上下料機械手的設計，比較好地體現(xiàn)機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平、實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標，實現(xiàn)了理論和實踐的有機結合。機械手采用可編程序控制器控制,可以實行手動調整、手動及自動控制。系統(tǒng)結構緊湊、工作可靠，設計周期短且造價較低。PLC 有較高的靈活性，當機械手工藝流程改變時，只要對 I/O 點的接線稍作修改，或對 I/O 重新分配，在控制程序中作簡單修改，補充擴展即可。經(jīng)過重新編制相應的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。綜上，經(jīng)過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計算，再到工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設計論文的撰寫等各個環(huán)節(jié)，我對大學四本科階段的知識有了一個整體的深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻和準確。因此，通過畢業(yè)設計實現(xiàn)了預期目標。致 謝經(jīng)過一段時間的努力，本次畢業(yè)設計終于完成。在這段時間里，我運用大學所學知識，通過對本設計的論證、計算以及圖紙的繪制，對大學所學知識進行了一次系統(tǒng)的整合，使自己的理論和實際動手能力有了很大提高。此次畢業(yè)設計能夠順利完成，我得到了很多老師和同學的幫助和支持，在此向他們表示感謝。在此畢業(yè)設計過程中，尤其要感謝我的指導老師，他給我很多專業(yè)方面的幫助，讓我少走很多彎路。還有在大學里所有的任課老師和圖書館的管理老師，也謝謝你們，是你們給我知識，謝謝！此外，由于個人知識能力水平有限，論文中難免有紕漏錯誤指出，懇請各位老師批評指正，謝謝！ 參考文獻1．付永領, 王巖, 裴忠才. 基于 CAN 總線液壓噴漆機器人控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn). 機床與液壓. 2022, (6): 90~922．劉劍雄, 韓建華 . 物流自動化搬運機械手機電系統(tǒng)研究. 機床與液壓. 2022, (1): 126~1283．徐軼, 楊征瑞 , 朱敏華, 溫齊全. PLC 在電液比例與伺服控制系統(tǒng)中的應用 . 機床與液壓. 2022, (5): 143~1444．胡學林. 可編程控制器(基礎篇). 北京: 電子工業(yè)出版社, 2022.5．胡學林. 可編程控制器(實訓篇). 北京: 電子工業(yè)出版社, 2022.6．孫兵, 趙斌, 施永康. 基于 PLC 的機械手混合驅動控制. 液壓與氣動. 2022, (3): 37~397．孫兵, 趙斌, 施永康. 物料搬運機械手的研制. 機電一體化. 2022, (2): 43~458．王田苗, 丑武勝. 機電控制基礎理論及應用. 北京: 清華大學出版社, 2022.9．陳鐵鳴, 王連明, 王黎欽. 機械設計(修訂版). 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 2022.10．李建勇. 機電一體化技術. 北京: 科學出版社, 2022.11．王孫安, 杜海峰, 任華. 機械電子工程. 北京: 科學出版社,2022.12．張啟玲, 何玉安. PLC 在氣動控制稱量包裝裝置中的應用. 液壓與氣動. 2022, (1): 31~3313．趙文. 數(shù)字控制技術在龍門刨床電控系統(tǒng)中的應用. 電氣傳動. 2022. 35 卷(3): 55~5714．徐灝等. 機械設計手冊. 第 5 卷. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2022