畢業(yè)設(shè)計 --機床上下料機械手設(shè)計

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</b></p><p>　　設(shè)計題目： 機床上下料機械手設(shè)計</p><p>　　系 別：_________________________</p><p>　　班 級：_________________________</p><p>　　

2、姓　 　名：_______ _______</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師：_________________________</p><p>　　2012年4月13日</p><p>　　機床上下料機械手設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機械手是

3、模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運操</p><p>　　作的自動設(shè)備。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。機械手一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成，智能機械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。本篇介紹的工業(yè)機械手屬圓柱坐標(biāo)式、全液壓驅(qū)動機械手。并為這種三自由度液壓機械手設(shè)計了PLC控制

4、系統(tǒng)。提出了采用 plc實現(xiàn)液壓機械手手動、自動控制的系統(tǒng)控制方案，并給出了系統(tǒng)的控制流程圖及自動控制的程序。本篇根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計的一般程序，詳細(xì)地介紹了工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計過程，其中擬定液壓系統(tǒng)原理圖是重點。</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><

5、p>　　2確定機械手的工作要求2</p><p>　　3液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計3</p><p>　　3.1擬定液壓系統(tǒng)原理圖3</p><p>　　3.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表3</p><p>　　3.3液壓系統(tǒng)工作原理4</p><p>　　3.4液壓系統(tǒng)特點分析：7</p><

6、;p>　　4電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計——手動部分8</p><p>　　4.1電氣系統(tǒng)原理圖8</p><p>　　4.2電氣系統(tǒng)工作原理10</p><p>　　4.3電氣系統(tǒng)特點分析：11</p><p>　　5電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計——PLC部分13</p><p>　　5.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能13<

7、/p><p>　　5.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案13</p><p>　　5.3 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計14</p><p>　　5.3.1 PLC 選型設(shè)計14</p><p>　　5.3.2 Ｓ７— 226 型 PLC 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計14</p><p>　　5.4 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計17&l

8、t;/p><p><b>　　結(jié)論38</b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　參考文獻40</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　機械手是自動化生產(chǎn)設(shè)

9、備和生產(chǎn)線上的重要裝置，它可以根據(jù)各種自動化設(shè)備的工作需要，按照預(yù)定的控制程序動作。其中，液壓機械手具有結(jié)構(gòu)緊湊、運行平穩(wěn)、承載能力強、可靠性高和低噪聲等優(yōu)點。因而在機械加工、沖壓、鍛造、裝配和熱處理等生產(chǎn)過程中被廣泛用來搬運工件以及實現(xiàn)自動取料、上料、卸料等操作功能。目前，在一些工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中使用的液壓機械手，大都仍采用強電集控裝置，即繼電器一一接觸器控制系統(tǒng)。伴隨生產(chǎn)要求的不斷提高，強電集控裝置的弊端也日益突出。主要問題表現(xiàn)在：大量

10、的機械觸點電弧燒蝕和機械磨損，因此可靠性差壽命短，觸點的機械動作工作頻率低且存在抖動現(xiàn)象，控制精度低．繼電器控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，接線多而復(fù)雜，不但體積大、功耗高，而且一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，很難改變或增加功能，因此靈活性和擴展性很差。</p><p>　　隨著 P LC 技術(shù)的發(fā)展，早已在工業(yè)自動化領(lǐng)域中起到了舉足輕重的作用。由于 PLC 具有控制能力強，不僅能完成復(fù)雜的繼電器控制邏輯，而且能實現(xiàn)模擬量的控制，可靠性

11、高抗干擾能力強、可編程、易于擴展、容易實現(xiàn)工藝聯(lián)鎖和可在線修改等優(yōu)點。因此，基于對工廠控制系統(tǒng)的強抗干擾能力的要求，我們進行了液壓機械手的 PLC 控制改造，從根本上解決了上述問題。</p><p>　　工業(yè)機械手的技術(shù)參數(shù)是說明機械手規(guī)格與性能的具體指標(biāo)，一般有以下幾個方面：</p><p>　?、盼杖≈亓俊Ｎ杖≈亓繕?biāo)明了機械手的負(fù)載能力。這項參數(shù)與機械手的運動速度有關(guān)，通常指正常運行速

12、度所握取的工件重量。</p><p>　?、七\動速度。運動速度是反映機械手性能的一項重要技術(shù)參數(shù)。它與機械手握取重量、定位、精度等參數(shù)都有密切關(guān)系，同時也直接影響機械手的運動周期。</p><p>　　⑶自由度。確定工業(yè)機械手的手部在運動空間的位置和姿態(tài)的、獨立的變化參數(shù)就是工業(yè)機械手的自由度。自由度越多，其動作越靈活，適應(yīng)性越強，但結(jié)構(gòu)也相應(yīng)越復(fù)雜。一般具有3～6個自由度即滿足使用要求。

13、</p><p>　?、榷ㄎ痪?。定位精度即重復(fù)定位精度，是衡量機械手工作質(zhì)量的又一項重要指標(biāo)。定位精度的高低取決于位置控制方式以及運動部位本身的制造精度和剛度，與握取重量、運動速度等也有密切關(guān)系。</p><p>　　2確定機械手的工作要求</p><p>　　隨著數(shù)控機床的發(fā)展，機械加工自動化已成為機械加工行業(yè)的發(fā)展趨勢。數(shù)控加工中心的出現(xiàn)在減輕工人勞動強度的同

14、時 ,大大提高了勞動生產(chǎn)率.但數(shù)控加工中常見的上下料工序 ,通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動化裝置 ,前者費時費工、效率低 ,后者因設(shè)計復(fù)雜 ,需較多繼電器 ,接線繁雜 ,同時電氣控制部分易受車體振動干擾 ,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題.為解決以上問題 ,我將設(shè)計開發(fā)一個用PLC 控制的機床上下料機械手。該機械手將達到控制系統(tǒng)動作簡便、線路設(shè)計合理、具有較強的抗干擾能力 ,既能保證系統(tǒng)運行的可靠性 ,降低維修率 ,又

15、能提高工作效率的效果.</p><p>　　根據(jù)工況要求，執(zhí)行機構(gòu)要具有手臂升降、手臂伸縮、手臂回轉(zhuǎn)三個自由度。執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)由手臂升降機構(gòu)、手臂伸縮機構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)、手指夾緊機構(gòu)和回轉(zhuǎn)定位機構(gòu)等組成，每一部分均由液壓缸驅(qū)動與控制它完成的動作循環(huán)為：</p><p>　　插定位銷--→手臂前伸--→手指張開--→手指夾緊抓料--→手臂上升--→手臂縮回--→拔定位銷--→手臂回轉(zhuǎn)--→插定

16、位銷--→手臂前伸--→手臂中停--→手指松開--→手指閉合--→手臂縮回--→手臂下降--→拔定位銷--→手臂回轉(zhuǎn)復(fù)位→--待料，泵卸載。如圖1。</p><p><b>　　圖1：功能圖</b></p><p>　　3液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　3.1擬定液壓系統(tǒng)原理圖，如圖2.</p><p>　　圖2

17、：工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)圖</p><p>　　3.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表</p><p><b>　　如表1：</b></p><p>　　表1：電磁閥動作順序表</p><p>　　3.3液壓系統(tǒng)工作原理</p><p>　　1、插定位銷（1、10）</p><p>　

18、　按下油泵起動按鈕后，雙聯(lián)葉片泵1、2同時供油，電磁鐵1Y、2Y帶電，油液經(jīng)溢流閥3和4至油箱，機械手處于待料卸荷狀態(tài)。</p><p>　　啟動程序動作。電磁鐵1Y帶電，2Y不帶電，使泵1繼續(xù)卸荷，而泵2停止卸荷，同時10Y通電。</p><p>　　進油路：泵2→閥6→減壓閥8→閥9→閥22（右）→定位缸左腔。</p><p>　　此時，插定位銷以保證初始位置準(zhǔn)

19、確。定位缸沒有回油路，它是依靠彈簧復(fù)位的。</p><p>　　2、手臂前伸（5、10）</p><p>　　插定位銷后，此支路系統(tǒng)油壓升高，使繼電器K23發(fā)訊(PLC控制為行程開關(guān))，接通電磁鐵5Y，泵1和泵2經(jīng)相應(yīng)的單向閥匯流到電液換向閥14左位，進入手臂伸縮缸油腔。</p><p>　　進油路：泵1→單向閥5→閥14（左）→手臂伸縮缸右腔</p>

20、<p>　　泵2→閥6→閥7→↑</p><p>　　回油路：手臂伸縮缸左腔→單向調(diào)速閥15→閥14（左）→油箱</p><p>　　3、手指張開（1、9、10）</p><p>　　手臂前伸至適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵1Y、9Y帶電，泵1卸載，泵2供油，經(jīng)單向閥6電磁閥20左位，進入手指夾緊缸右腔?；赜吐窂淖笄煌ㄟ^液控單向閥21及閥20左位進入油箱

21、。</p><p>　　進油路：泵2→閥6→電磁閥20（左）→手指夾緊缸右腔</p><p>　　回油路：手指夾緊缸左腔→閥21→電磁閥20（左）→油箱</p><p>　　4、手指抓料（1、10）</p><p>　　手指張開后，出發(fā)行程開關(guān)。繼電起器發(fā)訊使9Y斷電，泵2的壓力油通過閥20的右位進入缸的左腔，使手指夾緊棒料。</p&g

22、t;<p>　　進油路：泵2→閥6→閥20（右）→閥21→手指夾緊缸左腔</p><p>　　回油路：手指夾緊缸右腔→閥20（右）→油箱</p><p>　　5、手臂上升（3、10）</p><p>　　當(dāng)手指抓料后，手臂上升。此時，泵1和泵2同時供油到升降缸。主油路為：</p><p>　　進油路：泵1→單向閥5→閥10（左）

23、→閥11→閥12→手臂升降缸下腔</p><p>　　泵2→閥6→閥7→↑</p><p>　　回油路：手臂升降缸上腔→閥13→閥10（左）→油箱</p><p>　　6、手臂縮回（6、12）</p><p>　　手臂上升至預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，3Y斷電，電液換向閥10復(fù)位，6Y帶電。泵1和泵2一起供油至電液換向閥14右端，壓力油通過單向調(diào)速

24、閥15進入伸縮缸左腔，而右腔油液經(jīng)閥14右端回油箱。</p><p>　　進油路：泵1→閥5→閥14（右）→閥15→手臂伸縮缸左腔</p><p>　　泵2→閥6→閥7→↑</p><p>　　回油路：手臂伸縮缸右腔→閥14（右）→油箱</p><p><b>　　7、拔定位銷（1）</b></p><

25、;p>　　當(dāng)手臂上的碰塊碰到行程開關(guān)時，6Y斷電，閥14、22復(fù)位，定位缸油液經(jīng)閥22左端回油箱，彈簧作用拔定位銷。</p><p>　　回油路：定位缸左腔→閥22（左）→油箱</p><p>　　定位缸沒有進油路，它是在彈簧作用下前進的。</p><p>　　8、手臂回轉(zhuǎn)（1、7）</p><p>　　定位缸支路無油壓后，壓力繼電器K

26、23發(fā)訊(PLC控制為行程開關(guān))，接通7Y。泵2的壓力油進入閥6經(jīng)換向閥16左端通過單向調(diào)速閥18最后進入手臂回轉(zhuǎn)缸，使手臂回轉(zhuǎn)。</p><p>　　進油路：泵2→閥6→換向閥16（左）→單向調(diào)速閥18→手臂回轉(zhuǎn)缸</p><p>　　回油路：手臂回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥17→換向閥16（左）→行程節(jié)流閥19→油箱</p><p>　　9、插定位銷（1、10）</

27、p><p>　　當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)時，7Y斷電，10Y重又通電，插定位銷同1。</p><p>　　進油路：泵2→閥6→減壓閥8→閥9→閥22（右）→定位缸左腔。</p><p>　　此時，插定位銷以保證初始位置準(zhǔn)確。定位缸沒有回油路，它是依靠彈簧復(fù)位的。</p><p>　　10、手臂前伸（5、10）</p><p>

28、;　　插定位銷后，此支路系統(tǒng)油壓升高，使繼電器K23發(fā)訊(PLC控制為行程開關(guān))，接通電磁鐵5Y，泵1和泵2經(jīng)相應(yīng)的單向閥匯流到電液換向閥14左位，進入手臂伸縮缸油腔。</p><p>　　進油路：泵1→單向閥5→閥14（左）→手臂伸縮缸右腔</p><p>　　泵2→閥6→閥7→↑</p><p>　　回油路：手臂伸縮缸左腔→單向調(diào)速閥15→閥14（左）→油箱&l

29、t;/p><p>　　11、手指張開（1、9、10）</p><p>　　接到繼電器信號后，1Y、9Y通電，手指張開同3。并啟動時間繼電器延時，主機夾頭移走棒料后，繼電器發(fā)訊。</p><p>　　12、手指閉合（1、10）</p><p>　　接繼電器信號，9Y斷電，泵2的壓力油通過閥20的右位進入缸的左腔，使手指夾緊棒料。</p>

30、<p>　　進油路：泵2→閥6→閥20（右）→閥21→手指夾緊缸左腔</p><p>　　回油路：手指夾緊缸右腔→閥20（右）→油箱</p><p>　　13、手臂縮回（6、10）</p><p>　　當(dāng)手指閉合后，1Y斷電，使泵1和泵2一起供油，同時6Y通電，泵1和泵2一起供油至電液換向閥14右端，壓力油通過單向調(diào)速閥15進入伸縮缸左腔，而右腔油液經(jīng)

31、閥14右端回油箱。</p><p>　　進油路：泵1→閥5→閥14（右）→閥15→手臂伸縮缸左腔</p><p>　　泵2→閥6→閥7→↑</p><p>　　回油路：手臂伸縮缸右腔→閥14（右）→油箱</p><p>　　14、手臂下降（4、10）</p><p>　　手臂縮回碰到行程開關(guān)，6Y斷電，4Y通電。此時，

32、電液換向閥10右端動作，壓力油經(jīng)閥10和單向調(diào)速閥13進入升降缸上腔。</p><p>　　進油路：泵1→單向閥5→閥10（右）→閥13→手臂升降缸上腔</p><p>　　泵2→閥6→閥7→↑</p><p>　　回油路：手臂升降缸下腔→閥12→閥11→閥10（右）→油箱</p><p>　　15、拔定位銷（1）</p>&l

33、t;p>　　手腕反轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)后，11Y、10Y斷電。泵2的壓力油進入閥6經(jīng)換向閥16左端通過單向調(diào)速閥18最后進入手臂回轉(zhuǎn)缸，使手臂回轉(zhuǎn)。</p><p>　　進油路：泵2→閥6→換向閥16（左）→單向調(diào)速閥18→手臂回轉(zhuǎn)缸</p><p>　　回油路：手臂回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥17→換向閥16（左）→行程節(jié)流閥19→油箱</p><p>　　16、手臂反轉(zhuǎn)（

34、1、8）</p><p>　　拔定位銷，壓力繼電器發(fā)信號，8Y接通。換向閥16右端動作，壓力油進入手臂回轉(zhuǎn)缸的另一腔，手臂反轉(zhuǎn)，機械手復(fù)位。</p><p>　　進油路：泵2→閥6→換向閥16（右）→單向調(diào)速閥17→手臂回轉(zhuǎn)缸</p><p>　　回油路：手臂回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥18→換向閥16（右）→行程節(jié)流閥19→油箱</p><p>　　

35、17、待料卸載（1、2）</p><p>　　手臂反轉(zhuǎn)到位后，啟動行程開關(guān)，8Y斷電，2Y接通。此時，兩油泵同時卸荷。機械手動作循環(huán)結(jié)束，等待下一個循環(huán)。</p><p>　　機械手的動作也可由微機程序控制，與相關(guān)主機聯(lián)為一體，其動作順序相同。</p><p>　　3.4液壓系統(tǒng)特點分析：</p><p>　　⑴系統(tǒng)采用雙聯(lián)泵供油，手臂升降及

36、伸縮時由兩個泵同時供油；手臂回轉(zhuǎn)、手指松緊及定位缸工作時，只有小流量泵2供油，大流量泵1自動卸載。由于定位缸和控制油路所需壓力較低，在定位缸支路上串聯(lián)有減壓閥8，使之獲得穩(wěn)定的壓力。</p><p>　?、剖直鄣纳炜s和升降采用單桿雙作用液壓缸驅(qū)動，手臂的升降和伸縮速度分別由單向調(diào)速閥15、13、11實現(xiàn)回油節(jié)流調(diào)速；手臂的回轉(zhuǎn)由擺動液壓缸驅(qū)動，其正反向運動亦采用單向閥17和18。</p><p

37、>　　⑶執(zhí)行機構(gòu)的定位和緩沖是機械手工作平穩(wěn)可靠的關(guān)鍵。從提高生產(chǎn)率來說，希望機械手正常工作速度越快越好，但工作速度越快，起動和停止時的慣性就越大，振動和沖擊就越大，這不僅會影響到機械手的定位精度，嚴(yán)重時還會損傷機件。因此機械手的定位精度和運動平穩(wěn)性的要求，一般在定位前要采取緩沖措施。</p><p>　　該機械手手臂伸出由死擋鐵定位保證精度，端點到達前發(fā)信號切斷油路，滑動緩沖；手臂縮回和手臂上升由行程開關(guān)

38、適時發(fā)信號，提前切斷油路，滑行緩沖并定位。此外，手臂伸縮缸和升降缸采用了電液換向閥換向，調(diào)節(jié)換向時間，亦增加緩沖效果。由于手臂的回轉(zhuǎn)部分質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)速較高，運動慣性矩較大，系統(tǒng)手臂回轉(zhuǎn)缸除采用單向調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速外，還在回油路上安裝行程節(jié)流閥19進行減速緩沖，最后由定位缸插定位銷定位，滿足定位精度要求。</p><p>　?、葹槭故种笂A緊缸夾緊工件后不受系統(tǒng)壓力波動的影響，保證牢固地夾緊工件，采用了液控單向閥2

39、1的鎖緊回路。</p><p>　?、墒直凵蹈诪榱⑹揭簤焊祝瑸橹С衅胶膺\動部件的自重，采用了單向順序閥12的平衡回路。</p><p>　　4電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計——手動部分</p><p>　　4.1電氣系統(tǒng)原理圖 </p><p><b>　　如圖3：</b></p><p>　　圖3：機械手

40、電氣系統(tǒng)圖</p><p>　　各執(zhí)行機構(gòu)的動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信號控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進動作。</p><p>　　4.2電氣系統(tǒng)工作原理</p><p>　　插定位銷（1、10）</p><p>　　放下閘刀開關(guān)QG，按下起動按鈕SB2，中間繼電器10K得電，其常開觸點閉合，使電磁鐵1Y、2Y同時得電，兩泵同時卸載，機械手處于

41、待料卸載狀態(tài)。同時繼電器KM得電，其常開觸點閉合，電機M運轉(zhuǎn)，運輸棒料。</p><p>　　當(dāng)棒料到達待上料位置時，撞上行程開關(guān)10ST, 10ST閉合，使中間繼電器12K斷電，電磁鐵2Y斷電，小泵停止卸載，大泵仍卸載，同時使中間繼電器11K得電，其常開觸點自鎖，使另外的常開觸點閉合，電磁鐵12Y得電，實現(xiàn)插定位銷。</p><p>　　手臂前伸（5、10）</p><

42、;p>　　當(dāng)定位缸的油壓達到一定值時，壓力繼電器KP發(fā)訊，使行程開關(guān)6ST閉合，中間繼電器5K得電，其常開觸點閉合，電磁鐵5Y得電，實現(xiàn)手臂前伸。</p><p>　　手指張開（1、9、10）</p><p>　　經(jīng)一定時間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關(guān)4ST,4ST閉合，中間繼電器4K得電，其常開觸點閉合，電磁鐵9Y得電，實現(xiàn)手指張開。</p><p>　

43、　手指抓料（1、10）</p><p>　　經(jīng)一定時間，手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關(guān)5ST,5ST閉合，中間繼電器4K斷電，其常開觸點斷開，電磁鐵9Y斷電，實現(xiàn)手指抓料。</p><p>　　手臂上升（3、10）</p><p>　　經(jīng)一定時間，手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關(guān)2ST,2ST閉合，中間繼電器2K得電，其常開觸點閉合，電磁鐵3Y得電，實現(xiàn)手臂上升。&l

44、t;/p><p>　　手臂縮回（6、10）</p><p>　　經(jīng)一定時間，手臂升降缸上的碰塊碰到行程開關(guān)7ST,7ST閉合，中間繼電器6K得電，其常開觸點閉合，電磁鐵6Y斷電，實現(xiàn)手臂縮回。</p><p><b>　　拔定位銷（1）</b></p><p>　　經(jīng)一定時間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關(guān)9ST,9ST閉合

45、，中間繼電器10K得電，其常閉觸點斷開，電磁鐵12Y斷電，同時7ST斷開后，中間繼電器6K斷電，其常開觸點斷開，電磁鐵6Y斷電，實現(xiàn)拔定位銷。</p><p><b>　　手臂回轉(zhuǎn)（1、7）</b></p><p>　　經(jīng)一定時間，定位缸支路上無油壓后，壓力繼電器KP發(fā)訊，使行程開關(guān)8ST閉合，中間繼電器7K得電，其常開觸點閉合，電磁鐵7Y得電，實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)。<

46、/p><p>　　插定位銷（1、10）</p><p><b>　　其過程同1。</b></p><p>　　手臂前伸（5、10）</p><p><b>　　其過程同7。</b></p><p>　　手指張開（1、9、10）</p><p><b&

47、gt;　　其過程同3。</b></p><p>　　手指閉合（1、10）</p><p><b>　　其過程同4。</b></p><p>　　手臂縮回（6、10）</p><p><b>　　其過程同6。</b></p><p>　　手臂下降（4、10）<

48、/p><p>　　經(jīng)一定時間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到使行程開關(guān)3ST，3ST閉合，中間繼電器8K得電，其常開觸點閉合，電磁鐵4Y得電，實現(xiàn)手臂下降。</p><p><b>　　拔定位銷（1）</b></p><p><b>　　其過程同8。</b></p><p><b>　　手臂反轉(zhuǎn)（1、

49、8）</b></p><p>　　拔定位銷銷后，壓力繼電器KP發(fā)訊，行程開關(guān)9ST閉合，中間繼電器8K得電，其常開觸點閉合，電磁鐵8Y得電，實現(xiàn)手臂反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　待料卸載（1、2）</b></p><p>　　經(jīng)一定時間，手臂回轉(zhuǎn)缸上的碰塊碰斷行程開關(guān)11ST,中間繼電器10K斷電，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合

50、，電磁鐵8Y斷電，電磁鐵2Y得電，兩泵同時卸荷，實現(xiàn)待料卸載。</p><p>　　4.3電氣系統(tǒng)特點分析：</p><p>　?、趴刂品绞綖辄c位程序控制。程序設(shè)計采用開關(guān)預(yù)選方式，機械手的自動循環(huán)采用步進繼電器控制。步進動作是由每一個動作完成后，使行程開關(guān)ST的觸點閉合而發(fā)出信號或依據(jù)每一步的動作預(yù)設(shè)停留時間。</p><p>　?、瓢l(fā)信指令完成由相應(yīng)的中間繼電器

51、K來實現(xiàn)，受發(fā)指令的完成方式為機械手相應(yīng)動作結(jié)束的同時使步進繼電器再動作，復(fù)位指令完成是給相應(yīng)的中間繼電器通電，使機械手回到工作準(zhǔn)備狀態(tài)。</p><p>　?、菣C械手除能實現(xiàn)自動循環(huán)外，還設(shè)有調(diào)整電路，可通過手動按鈕SB進行單個動作調(diào)試。</p><p>　?、纫簤罕玫墓┯团c卸載和每步動作之間的對應(yīng)關(guān)系由控制電器保證：只有在2K、3K、4K、5K、6K、7K、8K、等九個中間繼電器全部不

52、通電（所有液壓缸不動作）時，中間繼電器12K才通電，使電磁鐵1Y、2Y得電，大、小泵同時卸載；中間繼電器中任意一個通電（即任一液壓缸動作），12K則斷電，小泵停止卸載；中間繼電器2K、3K、5K、6K中任意一個通電（即手臂升降，手臂伸縮），大泵則停止卸載。</p><p>　?、墒直鄱ㄎ慌c手臂回轉(zhuǎn)由繼電器互鎖。在插定位銷后，定位缸壓力上升，壓力繼電器K升壓發(fā)令，一方面由常開觸點接通手臂升降、手臂伸縮、手指松夾、手

53、腕回轉(zhuǎn)等部分的自動循環(huán)電氣線路；另一方面由常閉觸點斷開手臂回轉(zhuǎn)的電氣線路。同時在定位缸用電磁鐵10Y的線圈兩邊串聯(lián)有中間繼電器7K和8K（手臂回轉(zhuǎn)）的常閉觸頭和9K（定位插銷）的常開觸頭，這些互鎖措施保證了任何情況下手臂回轉(zhuǎn)只在拔定位銷之后進行。</p><p>　?、室驒C械手工作環(huán)境存在金屬粉塵，在電磁鐵Y的線圈兩邊各串聯(lián)了一個中間繼電器的常開觸頭，用以保證繼電器斷電之后常開觸頭可靠脫開，液壓缸即時停止工作。&

54、lt;/p><p>　　5電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計——PLC部分</p><p>　　5.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能</p><p>　　本機械手為機床設(shè)備上用于搬運工件的三自由度液壓機械手的工作和結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)要求利用機械手將工件從 A 點搬運到 加工機床上。在工作過程中，機械手要在三個坐標(biāo)平面內(nèi)完成升降、 回轉(zhuǎn)、左右平移、和手指的夾緊與松放動作。為了滿足生產(chǎn)的需要，系統(tǒng)要求設(shè)置

55、手動和自動（包括連續(xù)、單周期、單步、自動返回初始狀態(tài)等）工作方式。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)要求，為使液壓機械手自動完成升降、 回轉(zhuǎn)、左右平移、和手指的夾緊與松放動作，我們確定了選用目前企業(yè)上應(yīng)用較多的德國 SIEMENS 公司生產(chǎn)的S7 一266 型 PLC 作為系統(tǒng)控制核心的設(shè)計方案。同時為了滿足企業(yè)不斷變化的生產(chǎn)的需要，便于控制系

56、統(tǒng)的擴展和柔性化控制，在系統(tǒng)設(shè)計上采用了模塊化結(jié)構(gòu)。主要包括控制模塊、執(zhí)行模塊和檢測模塊。其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 所示。</p><p><b>　　圖4：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　控制模塊由計算機、電氣和液壓三部分組成，它是系統(tǒng)的核心。計算機通過 RS232C 與 PLC 進行通訊，實現(xiàn)對 PLC 的編程和在線修改，以及過程顯示和故障診斷。電氣部分主

57、要由 PLC 、電源、控制開關(guān)和指示燈等組成。通過控制開關(guān)可以選擇機械手的工作方式，如手動、連續(xù)、單周期、單步方式等。 PLC 根據(jù)不同程序?qū)C械手的每一個動作進行控制。指示燈顯示每一個動作的執(zhí)行情況，便于實現(xiàn)故障診斷。電源的作用是為 PLC 和電磁閥提供 22OV 的交流電源。液動部分由電磁閥組成，通過 PLC 來控制其吸合，實現(xiàn)機械手執(zhí)行部件的換向、壓力和調(diào)速等。</p><p>　　執(zhí)行模塊用來實現(xiàn)機械手的

58、上下、左右、回轉(zhuǎn)、定位、及手爪的松放動作。主要由液壓泵、左右水平移動液壓缸、上下垂直移動液壓缸、間轉(zhuǎn)液壓馬達、定位液壓缸、手爪液壓缸及各種控制閥組成的液壓系統(tǒng)。檢測模塊主要由上下、左右、回轉(zhuǎn)等 8 個限位開關(guān)組成。其作用是對機械手的行程進行判斷和檢測。</p><p>　　5.3 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　5.3.1 PLC 選型設(shè)計</p><p

59、>　　根據(jù)系統(tǒng)的工作流程，需要 27 個數(shù)字量輸入和 20 個數(shù)字量輸出，交流電磁閥的控制電壓為 A C 22OV 。為使指示燈顯示狀態(tài)與電磁閥的狀態(tài)相對應(yīng)，將其與電磁閥并聯(lián)輸出，可以減少 10 個輸出點。作為系統(tǒng)控制核心，選用西門子 S7— 200 小型 PLC 系列，其中 CPU 選用 模塊，掃描速度可達 0 . 37 ｓ／指令。因為Ｓ７—226 只有24個數(shù)字輸入，所以需要加一個數(shù)字?jǐn)U展模塊，選用EM223型數(shù)字?jǐn)U展模塊，外

60、部接線圖如圖5所示。Ｓ７— 200 采用模塊化緊湊設(shè)計，可按積木式結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)配置，功能擴展非常靈活方便。Ｓ７— 200 有很強的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可用多個 PLC 按照工藝或控制方式建設(shè)集成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成完整的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)總線聯(lián)網(wǎng)也可實現(xiàn)點到點通訊，在軟件方面，使用普通計算機或筆記本電腦。在 WINDOWS 操作平臺下，可使用 C + ＋等高級語言環(huán)境，編程工具更為開放，人機界面十分友好</p><p&g

61、t;　　5.3.2 Ｓ７— 226 型 PLC 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計</p><p>　　為實現(xiàn)系統(tǒng)功能，通過設(shè)置上下、左右限位、定位缸限位、及左、右回轉(zhuǎn)限位等八個限位開關(guān)來控制機械手的升、降，左、右行，插、拔定位銷，左、右回轉(zhuǎn)及手爪的夾緊和松放等五個運動輸出。同時，為了滿足生產(chǎn)的需要，設(shè)置了手動和自動（包括連續(xù)、單周期、單步、自動返回初始狀態(tài)等）等多種工作方式。</p><p>　　在

62、控制面板中，工作方式選擇開關(guān)的 4 個位置（ I 1.4 —I1 . 7 ,）分別對應(yīng)于 4 種工作方式，同時加了一個手動控制與自動控制并列，由開關(guān)轉(zhuǎn)換。并在控制面板下部設(shè)置了 10 個手動按鈕。其中為了保證在緊急情況下（包括可編程序控制器發(fā)生故障時）能可靠地切斷可編程序控制器的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器 KM 和“緊急停車”按鈕。在可編程序控制器開始運行時按下“負(fù)載電源”按鈕，使 K 城線圈得電并自鎖， KM 的主觸點接通，給外部負(fù)載

63、提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負(fù)載電源。</p><p>　　滿足上述要求的 S7—226 型 PLC 的 I / 0 端口分配和外部接線如圖 所示。輸出 Q0.0 — Q1.2 分別通過控制液壓回路中相應(yīng)的電磁閥線圈的通斷電來控制機械手的上升、下降，左行、右行，插定位銷、拔定位銷，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和手爪的夾緊、松開等動作。 Ｉ０.１——Ｉ０.６，Ｉ１.０——Ｉ１.３ 為檢測模塊中 10 個限位開關(guān)

64、的輸人；Ｉ1.4 為系統(tǒng)選擇單步工作方式的按鈕輸人；Ｉ1.4——Ｉ2.1 為控制面板上組合開關(guān)的 5 檔輸入； Ｉ2.0和Ｉ2.1 為起動和停止按鈕輸入。</p><p>　　圖5：PLC外部接線圖</p><p>　　5.4 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　為實現(xiàn)系統(tǒng)的手動、單周期、單步、連續(xù)和回原點等多種控制功能，在 PLC 的軟件設(shè)計上，我們采

65、用模塊化的編程方法。分為手動租序模塊，自動程序模塊（包括單周期、單步、連續(xù)、）．自動回原點程序模塊和用于手動與自動程序模塊相互切換的公用程序模塊四部分。并設(shè)定機械手在最下面和手臂縮回且為夾緊狀態(tài)時，為系統(tǒng)處于原點狀態(tài)。</p><p>　　公用程序模塊用于自動程序模塊和手動程序模塊相互轉(zhuǎn)換的處理，自動回原點程序模塊的作用是為進入連續(xù)（單周期、連續(xù)和單步）工作方式作好準(zhǔn)備，手動程序模塊是為系統(tǒng)的調(diào)試而設(shè)計的，通過

66、Ｉ１.４——Ｉ２.４對應(yīng)的10 個按鈕控制機械手的升、降，左、右行，插拔定位銷，左、右回轉(zhuǎn)及手爪的夾緊和松放等動作。</p><p>　　公用程序模塊的程序， PLC 上電后，S M 0 . 0 的常開觸點一直閉合，系統(tǒng)無條件執(zhí)行公用子程序。在公用程序中，左轉(zhuǎn)限位開關(guān) 1 0 . 6 、上限位開關(guān) 10 . 2 的常開觸點和表示機械手松開的 Q 0 . 5 的常開觸點的串聯(lián)電路接通時，原點狀態(tài)控制位存儲器 M0

67、. 1 變?yōu)?ON ?！霸c條件”滿足，在開始執(zhí)行用戶程序（ SMO . l 為 ON ）時，初始步對應(yīng)的 M0 . 0 將被置位，為進入單步、單周期和連續(xù)工作方式作好準(zhǔn)備。</p><p>　　位存儲器 M0.1 為 ON 時，表示機械手處于原點狀態(tài)，位存儲器 M0.3 為連續(xù)工作控制位， M0 . 2 為各步間的轉(zhuǎn)換允許控制位。</p><p>　　單步工作方式， I2 . 3 （單周

68、期）常開觸點閉合， I2 . 2 （單步）常閉觸點斷開，轉(zhuǎn)換允許控制位 M 0 . 2 為 0 ，步之間的轉(zhuǎn)換被禁止。從初始步開始，按一下起動按鈕 I 2 . 5 , 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動停止工作并停在該步，再按一下起動按鈕 I 2 . 5 ，系統(tǒng)再往前走一步。</p><p>　　單周期工作方式，I2 . 2 （單步）常閉觸點閉合，轉(zhuǎn)換允許控制位 M0 . 2 接通并自鎖。按下起動按鈕 I2

69、 . 5 后，從初始步 M0 . 0 開始，機械手按程序流程圖的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。</p><p>　　連續(xù)工作方式， I2 . 4 （連續(xù)）常開觸點閉合，連續(xù)工作控制位 M0 . 3 接通為 1 并自鎖。在初始狀態(tài)按下起動按鈕 I2 . 5 后，機械手從初始步開始一個周期一個周期地反復(fù)連續(xù)工作。按下停止按鈕I2 . 6 ，機械手完成最后一個周期的工作后返回并停留在初始步順序功能圖、梯

70、形圖如圖6、7所示。</p><p><b>　　圖6：順序功能圖</b></p><p><b>　　圖7：梯形圖</b></p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過兩個多月的不懈努力，機床上下料機械手設(shè)計終于完成了。通過為這次設(shè)計所做的所有工作，總結(jié)

71、出了如下若干結(jié)論：</p><p>　?。?通過對工業(yè)機械手全面的深入的學(xué)習(xí)了解，感覺到機械手的智能化、功能化是其發(fā)展的組要方向。</p><p>　　２.在對機械手液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，了解到液壓系統(tǒng)在機械自動化控制中應(yīng)用的重要性和廣泛性。</p><p>　?。?機械手的電氣控制分為手動和自動（ＰＬＣ控制）兩部分，其中手動部分能分步對機械手進行操作，從而達到

72、檢驗的目的。</p><p>　?。?機械手的自動化控制部分由ＰＬＣ來完成，由于采用了 PLC 對機械手進行自動控制，不僅大大提高了系統(tǒng)的可靠性、控制精度和工作效率，而且其控制的靈活性和可擴展性也為學(xué)生進行專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)帶來了很大的開發(fā)空間。</p><p>　?。?機械手的實體部分設(shè)計分為液壓缸的計算選型和手部、機架及支撐桿的設(shè)計校核。在選擇液壓缸的過程中，我發(fā)現(xiàn)由于標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的外形尺寸、

73、機械性能比較固定，以至于對機械手的設(shè)計產(chǎn)生了很大的制約。在機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，既要考慮它的功能性、簡約化，同時又要受到液壓缸固定形式的限制。我認(rèn)為在機械手設(shè)計的過程中，如果能在保證液壓缸性能的前提下對其進行適當(dāng)?shù)母脑?，那將對機械手的最優(yōu)化設(shè)計達到一個更高的層次。</p><p>　?。?在對機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，通過ＰＲＯ/E對一部分零件進行了實體建模。通過對部分零件進行三維的設(shè)計，能夠更直觀的觀察設(shè)計效果

74、，從而達到優(yōu)化設(shè)計的目的。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經(jīng)過近半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 </p><p>　　在這里首先要感謝我的導(dǎo)師王老師。王老師

75、平日里教學(xué)工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出調(diào)研到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是王老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯誤。他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 </p><p>　　其次要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)；最后感謝機械學(xué)院和我的母?！粕?/p>

76、學(xué)院四年來對我的培養(yǎng)，愿母校的明天會更好！要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)，在本次設(shè)計中，他們承擔(dān)了大量的工作。如果沒有他們的幫助，此次設(shè)計的完成將變得非常困難。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　耿文學(xué)，華熔.微機可編程序控制器原理、使用及應(yīng)用實例.北京：電子工業(yè)出版社.1992,121-124</p><p>

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