【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ) 手臂應(yīng)承載能力大、剛性好、自重輕(2) 手臂的運(yùn)動(dòng)速度要適當(dāng)，慣性要小(3) 手臂動(dòng)作要靈活(4) 位置精度高(5) 通用性強(qiáng)，能適應(yīng)多種作業(yè)；工藝性好，便于維修調(diào)整2. 手部設(shè)計(jì)要求手部除了要滿足手指抓取機(jī)能的要求外，還應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：(1) 握力的大小要適宜。握力過(guò)大，則需要較大的動(dòng)力源和較大的結(jié)構(gòu)，不經(jīng)濟(jì)，并可能損壞物件；握力過(guò)小，會(huì)由于物件的自重以及傳送過(guò)程中的慣性和振動(dòng)等而抓不住物件。在通常情況下，所需的握力是物件重量的2～3倍。(2) 有足夠的加緊距離。無(wú)論哪種類型的手部，抓取物件時(shí)，要使物件能夠順利地進(jìn)入手指；而放置物件時(shí)，物件又應(yīng)易于擺脫手指的約束。3. 手腕設(shè)計(jì)要求手腕是連接手臂和手指的中間部分，所以對(duì)它的要求也很簡(jiǎn)單，只要能夠靈活的移動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)即可。液壓系統(tǒng)工作原理圖的繪制時(shí)設(shè)計(jì)液壓機(jī)械手的主要內(nèi)容之一。液壓原理圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動(dòng)作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。繪制液壓原理圖的一般順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相應(yīng)元件，以及其他輔助裝置，從而組成整個(gè)液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖圖形符號(hào)，畫出液壓原理圖。 元件的選擇1. 油泵的選擇此次設(shè)計(jì)中，機(jī)械手的動(dòng)作共有八個(gè)，即手指夾緊零件、手指松開(kāi)零件、大手臂上移、小手臂上移、大手臂下移、小手臂下移、手腕左移、手腕右移。單靠一個(gè)油泵無(wú)法達(dá)到供油的目的，所以采用雙聯(lián)泵共同控油。2. 電磁換向閥的選擇設(shè)計(jì)中，機(jī)械手的動(dòng)作都是相對(duì)的，即上下擺動(dòng)、抓緊松開(kāi)、左右橫移，鑒于此可采用一個(gè)換向閥控制手臂的相對(duì)動(dòng)作，節(jié)省財(cái)力和能源。而又因?yàn)槊總€(gè)電磁換向閥均控制兩個(gè)動(dòng)作，故采用三位四通形式。3. 調(diào)速閥的選擇調(diào)速閥的選擇首先應(yīng)該具有調(diào)速的功能，同時(shí)為了避免油泵停止工作時(shí)，液壓系統(tǒng)中的油液流空和進(jìn)入空氣，可選擇具有單向調(diào)速閥。 繪制原理圖鑒于以上所作的分析，此次八動(dòng)作機(jī)械手的原理圖的繪制如圖432所示。 圖432 機(jī)械手夾緊液壓系統(tǒng) 元件作用1. 原理圖中采用34D25B三位四通電磁換向閥來(lái)控制油缸的動(dòng)作。大、小手臂上下擺動(dòng)工作油路，采用QI25B單向調(diào)速閥分別調(diào)節(jié)大、小手臂上下擺動(dòng)的速度。大、小手臂油缸的下端進(jìn)油腔分別接入1Y25液控單向閥，以防止突然斷電時(shí)大、小手臂倒下來(lái)。在系統(tǒng)的回油路設(shè)置了單向閥I25，使系統(tǒng)在油缸停止工作時(shí)不致因油液流空而進(jìn)入空氣，以保證啟動(dòng)平穩(wěn)。手指夾緊需要一定的握力，所以單獨(dú)用一油泵控制其動(dòng)作。換向閥采用34D10B，單向閥采用型號(hào)為1Y10，避免突然斷電時(shí)手指松開(kāi)。2. 37100L為網(wǎng)式濾油器。油泵從油箱中吸進(jìn)的油液先經(jīng)過(guò)濾油器，將油液過(guò)濾，以防止碎屑等雜質(zhì)進(jìn)入工作油路而損壞工作機(jī)械。3. 單向閥用來(lái)保證該油路只能單方向工作。當(dāng)油泵停止工作時(shí)，借以防止液壓系統(tǒng)中的油液流空和進(jìn)入空氣而影響液壓驅(qū)動(dòng)的性能。4. Y25B和Y10B均為溢流閥，其調(diào)節(jié)液油壓力作用。應(yīng)當(dāng)注意的是在液壓系統(tǒng)中由于液壓要流經(jīng)溢流閥、節(jié)流閥、減壓閥和調(diào)速閥等，以及液壓元件的自身泄漏和油液流經(jīng)長(zhǎng)而曲折的管道時(shí)均有壓力損失，這些壓力損失都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽\(yùn)動(dòng)部件之間的互相摩擦也產(chǎn)生熱量，致使液壓系統(tǒng)的油液溫度升高。在高溫環(huán)境下工作的機(jī)械手（如在鍛造、熱處理和壓鑄生產(chǎn)中使用的機(jī)械手），其手部和手臂要伸入到加熱爐內(nèi)抓取工件或舀取金屬溶液，或是在爐外抓取灼熱的工件等，并將工件或金屬溶液送至工作機(jī)械處。機(jī)械手在高溫下工作，由于熱的傳導(dǎo)和輻射作用。會(huì)使機(jī)械手的手部和手臂本身溫度升高，并將熱量傳給液壓系統(tǒng)，使油液溫度升高。為使液壓機(jī)械手能正常工作，對(duì)油溫要進(jìn)行控制。首先在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮卸荷，減少功率損耗，同時(shí)油箱的容量與系統(tǒng)所需流量相匹配，使油液在油箱中有一散熱的機(jī)會(huì)（自然冷卻）。另外減少液壓元件的泄漏，提高運(yùn)動(dòng)件的加工精度和表面光潔度，以減少摩擦產(chǎn)生的熱量等。 主要電器元件 接觸器接觸器是用來(lái)接通或切斷電動(dòng)機(jī)或其它負(fù)載主電路（如電阻爐）的一種控制元件。它是利用電磁力來(lái)使開(kāi)關(guān)打開(kāi)或閉合的電器，適用于頻繁操作（高過(guò)每小時(shí)1500次），遠(yuǎn)距離控制大電流電路。接觸器的動(dòng)作過(guò)程是：當(dāng)勵(lì)磁線圈通電，在鐵心中產(chǎn)生磁通，將銜鐵吸合，主觸點(diǎn)在銜鐵的帶動(dòng)下閉合，于是接通了主電路。與此同時(shí)，輔助觸點(diǎn)的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，而動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)。當(dāng)勵(lì)磁線圈失電或電壓顯著降低時(shí)，由于反力彈簧的作用，銜鐵被釋放，所有觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài)。 熱繼電器熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的電器，廣泛用于三相異步電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到過(guò)載情況，但只要過(guò)載不嚴(yán)重、時(shí)間短，繞組不超過(guò)允許的溫升，這種過(guò)載是允許的。但如果過(guò)載情況嚴(yán)重、時(shí)間長(zhǎng)，則會(huì)加速電動(dòng)機(jī)絕緣的老化，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)，因此必須對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。但須指出的是，由于熱繼電器中發(fā)熱元件有熱慣性，在電路中不能用于瞬時(shí)過(guò)載保護(hù)，更不能用于短路保護(hù)。熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸頭組成。熱元件由發(fā)熱電阻絲做成。雙金屬片由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬碾壓而成，當(dāng)雙金屬片受熱時(shí)，會(huì)出現(xiàn)彎曲變形。使用時(shí)，把熱元件串接于電動(dòng)機(jī)的主電路中，而常閉觸頭串接于電動(dòng)機(jī)的控制電路中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但還不足以使熱繼電器的觸頭動(dòng)作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，雙金屬片彎曲位移增大，推動(dòng)導(dǎo)板使常閉觸頭斷開(kāi)，從而切斷電動(dòng)機(jī)控制電路以起保護(hù)作用。熱繼電器動(dòng)作后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的冷卻即能自動(dòng)或手動(dòng)復(fù)位。 時(shí)間繼電器從得到輸入信號(hào)（線圈的通電或斷電）開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后才輸出信號(hào)（觸頭的閉合或斷開(kāi)）的繼電器，稱為時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器可以有三種工作方式：①瞬動(dòng)觸點(diǎn)，即觸點(diǎn)不延時(shí)，當(dāng)繼電器線圈得電時(shí)，其動(dòng)合觸點(diǎn)即時(shí)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)即時(shí)打開(kāi)；繼電器線圈失電時(shí)，觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài)。②得電延時(shí)，即當(dāng)線圈得電時(shí)，動(dòng)合觸點(diǎn)延時(shí)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)延時(shí)打開(kāi)；繼電器線圈失電時(shí)，觸點(diǎn)即時(shí)恢復(fù)常態(tài)。③失電延時(shí)，即當(dāng)繼電器線圈得電時(shí)，動(dòng)合觸點(diǎn)同時(shí)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，一直維持到當(dāng)繼電器線圈失電時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間觸點(diǎn)才恢復(fù)常態(tài)，即動(dòng)合觸點(diǎn)打開(kāi)，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合。電路中的延時(shí)元件是時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器有兩個(gè)作用，一是在一個(gè)工序（即延時(shí)工序）中，它是執(zhí)行此延時(shí)工序的控制元件；二是其延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作發(fā)出的信號(hào)又是下一工序繼續(xù)進(jìn)行的指令，起著如行程開(kāi)關(guān)一樣的信號(hào)元件的作用。而時(shí)間繼電器的電磁線圈帶電或失電仍然由已知的信號(hào)元件發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行控制，它何時(shí)帶電或失電便要根據(jù)工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，在元件動(dòng)作狀態(tài)表中表示時(shí)，時(shí)間繼電器的電磁線圈在得電狀態(tài)時(shí)相當(dāng)于控制元件，任務(wù)是執(zhí)行延時(shí)工序；其延時(shí)觸點(diǎn)相當(dāng)于信號(hào)元件， 機(jī)械手夾緊電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)械手夾緊采用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)程序動(dòng)作。按壓SB按鈕啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)后，選擇SA按鈕的工作位置。若將SA扳到手動(dòng)位置時(shí)，分別按下按鈕各點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)，使換向閥的電磁鐵分別得電，便可控制各個(gè)油缸的動(dòng)作；若將SA扳到自動(dòng)位置時(shí)，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手就能按順序自動(dòng)工作。其自動(dòng)控制的工藝流程如圖441所示。 圖441根據(jù)圖432和圖441，制作機(jī)械手夾緊動(dòng)作狀態(tài)表，如圖442 機(jī)械手夾緊電氣控制電路的邏輯表達(dá)式KM1：接觸器KM1是控制油泵電動(dòng)機(jī)。其啟動(dòng)信號(hào)為SB，.。則其自動(dòng)控制電路的邏輯表達(dá)式為：KM1=(SB+KM1)KA1：運(yùn)算元件。由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作狀態(tài)圖形可見(jiàn)，8線磕作為所有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的對(duì)稱中線，因而其信號(hào)設(shè)在1先，1~2~3~4~5~6~7~8區(qū)間。啟動(dòng)信號(hào)為SB12,撫慰信號(hào)為kt7。啟動(dòng)與撫慰信號(hào)沒(méi)有出現(xiàn)同時(shí)動(dòng)作。其邏輯表達(dá)式為：KA1=（SB12+KA1)換向閥的電磁鐵YA1~YA11可以從圖442中直接的找出它們與時(shí)間續(xù)電器的瞬時(shí)蓄點(diǎn)的關(guān)系。其邏輯表達(dá)式為：YA2=KT1。YA3=KT2。YA5=KT3。YA8=KT4。YA1=KT5。YA10=KT6。YA11=KT7。YA9=KT8。YA7=KT9。 YA6=KT10。YA4=KT11.從圖442中可見(jiàn)，所有的時(shí)間續(xù)電器的啟動(dòng)信號(hào)與其復(fù)位信號(hào)均不出現(xiàn)同時(shí)動(dòng)作，故都可用它們的瞬時(shí)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)“起~停~?！彪娐?。其邏輯表達(dá)式為：上述的邏輯表達(dá)式要考慮下面的幾點(diǎn)而進(jìn)行修改：（a） SB12在KA1與KT1都用它做啟動(dòng)信號(hào)，但又不能共用，因而增加中間繼電器KA2；（b） KT1和KT5在一個(gè)循環(huán)中出現(xiàn)兩次動(dòng)作，用中間繼電器KA1進(jìn)行邏輯組合來(lái)區(qū)分它們；（c） KT2和KT9都是由kt1作為啟動(dòng)信號(hào)，用中間繼電器KA1進(jìn)行邏輯組合來(lái)區(qū)分它們；（d） KT1和KT5瞬間觸點(diǎn)在多處使用，又不能合并使用，則分別以中間繼電器KA3與KA4來(lái)增加它們的觸點(diǎn)；（e） 增設(shè)手動(dòng)按鈕。 機(jī)械手夾緊自動(dòng)控制電路邏輯表達(dá)式經(jīng)修改后如下所示： 電路圖的描繪 根據(jù)機(jī)械手夾緊液壓系統(tǒng)的原理圖繪制其自動(dòng)控制的電路圖如圖443所示。圖444 機(jī)械手夾緊自動(dòng)控制電路圖 圖中，手動(dòng)控制各換向閥得電均由起動(dòng)按鈕直接控制。自動(dòng)控制時(shí)，換向閥的電磁鐵由時(shí)間繼電器控制，因其延時(shí)的作用，可使其動(dòng)作自動(dòng)行進(jìn)下去，直到完成。第五章 PLC控制系統(tǒng) PLC概述 PLC簡(jiǎn)介可編程序控制器(PLC) 是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)化控制置。最早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)以及順序控制等，而且只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制。此種控制器英文名為“Programmable Logic Controller”，簡(jiǎn)稱PLC，中文稱為“可編程序邏輯控制器”。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，在PLC的基礎(chǔ)上，與先進(jìn)的微機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一種嶄新的工業(yè)控制器，其控制功能己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制的范疇。如今，可編程序控制器己廣泛地應(yīng)用在自動(dòng)化領(lǐng)域。比如，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中成為了電子信息處理系統(tǒng)中的主要組成部分。在本文中所敘述組合機(jī)床系統(tǒng)中PLC就是控制系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，主要實(shí)現(xiàn)各種開(kāi)關(guān)量的控制。 可編程序控制器的工作原理PLC采用循環(huán)(巡回)掃描工作方式，而中大型PLC還增加了中斷工作方式。循環(huán)掃描既可按固定順序，也可按用戶程序所規(guī)定二級(jí)順序(高級(jí)和低級(jí)順序)或可變順序等進(jìn)行。因?yàn)橛械挠脩舫绦虿恍枰繏呙枰淮螆?zhí)行一次，也有的是在控制系統(tǒng)需要處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，通過(guò)不同的模塊組合的安排，采用分時(shí)分批掃描執(zhí)行的辦法，可縮短循環(huán)掃描周期和增加控制的實(shí)時(shí)性。用戶將用戶程序設(shè)計(jì)、調(diào)試后，用編程器鍵入PLC的存貯器中，并將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)和被驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件相應(yīng)地接在輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上，然后用PLC的控制開(kāi)關(guān)使其處于運(yùn)行工作方式，PLC就以循環(huán)掃描的工作方式進(jìn)行工作。在輸入信號(hào)、用戶程序的控制下，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，完成預(yù)期的控制任務(wù)。PLC的典型的循環(huán)順序掃描工作過(guò)程如圖512所示。從圖41可以看出，一個(gè)典型的可編程序控制器在一個(gè)掃描周期中要完成六個(gè)掃描過(guò)程。在系統(tǒng)軟件的指揮下，按下圖所示的程序流程順序地執(zhí)行，這種工作方式成為順序掃描方式。從掃描過(guò)程中的某個(gè)掃描過(guò)程開(kāi)始，順序掃描后又回到該過(guò)程成為一個(gè)掃描周期。進(jìn)行一個(gè)掃描周期所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。圖512：PLC掃描周期圖 三菱PLC編程語(yǔ)言的特點(diǎn)F1系列的PLC是三菱公司生產(chǎn)的一種低檔小型機(jī)，是較早進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)的PLC機(jī)型之一，在我國(guó)市場(chǎng)上占有較大的比例。三菱PLC的編程語(yǔ)言與一般計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級(jí)語(yǔ)言，也不同與一般的匯編語(yǔ)言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。其編程語(yǔ)言具有以下特點(diǎn)： (1). 圖形式指令結(jié)構(gòu)：程序由圖形方式表達(dá)，指令由不同的圖形符號(hào)組成，易于理解和記憶。系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨(dú)立運(yùn)算功能編制成象征性圖形，用戶根據(jù)自己的需要把這些圖形進(jìn)行組合，并填入適當(dāng)?shù)膮?shù)。在邏輯運(yùn)算部分，幾乎所有的廠家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門子公司還采用控制系統(tǒng)流程圖來(lái)表示，它沿用二進(jìn)制邏輯元件圖形符號(hào)來(lái)表達(dá)控制關(guān)系，很直觀易懂。較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)計(jì)數(shù)等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給于表示，雖然象征性不如邏輯運(yùn)算部分，也受用戶歡迎。 (2). 明確的變量常數(shù)：圖形符相當(dāng)于操作碼，規(guī)定了運(yùn)算功能，操作數(shù)由用戶填人，如：K400，T120等。PLC中的變量和常數(shù)以及其取值范圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號(hào)決定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊(cè)。 (3). 簡(jiǎn)化的程序結(jié)構(gòu)：PLC的程序結(jié)構(gòu)通常很簡(jiǎn)單，典型的為塊式結(jié)構(gòu)，不同塊完成不同的功能，使程序的調(diào)試者對(duì)整個(gè)程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。 (4). 簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件生成過(guò)程：使用匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個(gè)過(guò)程，而使用編程語(yǔ)言，只需要編輯一個(gè)過(guò)程，其余由系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成，整個(gè)編輯過(guò)程都在人機(jī)對(duì)話下進(jìn)行的，不要求用戶有高深的軟件設(shè)計(jì)能力。 (5). 強(qiáng)化調(diào)試手段：無(wú)論是匯編程序，還是高級(jí)語(yǔ)言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調(diào)試提供了完備的條件，使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和內(nèi)部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，診斷和調(diào)試操作都很簡(jiǎn)單。(6). F1系列PLC步進(jìn)指令STL（step ladder）：步進(jìn)接點(diǎn)指令；RET（return）：步進(jìn)返回指令。STL/RET步進(jìn)指令使用狀態(tài)繼電器S600～S647共40個(gè)，狀態(tài)繼電器均由電池支持。使用步進(jìn)指令時(shí)，用狀態(tài)轉(zhuǎn)換（移）圖設(shè)計(jì)步進(jìn)梯形圖。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中的每個(gè)狀態(tài)表示順序工作的一個(gè)操作，因此步進(jìn)指令常用于控制時(shí)間和位移等順序的操作過(guò)程。使用步進(jìn)指令不但可以直觀地表示順序操作的流程，而且可以減少指令程序的條數(shù)和容易被人們理解。步進(jìn)指令只有常開(kāi)接點(diǎn)，而沒(méi)有常閉接點(diǎn)，指令用STL表示，連接步進(jìn)接點(diǎn)的其它繼電器接點(diǎn)用LD或LDI指令表示。步進(jìn)接點(diǎn)須與梯形圖左母線連接。使用STL指令后，凡是以步進(jìn)接點(diǎn)為主體地程序，最后必須用RET