【文章內(nèi)容簡介】 ) 手臂應(yīng)承載能力大、剛性好、自重輕(2) 手臂的運動速度要適當(dāng)，慣性要小(3) 手臂動作要靈活(4) 位置精度高(5) 通用性強，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)計要求手部除了要滿足手指抓取機能的要求外，還應(yīng)滿足以下幾點要求：(1) 握力的大小要適宜。握力過大，則需要較大的動力源和較大的結(jié)構(gòu)，不經(jīng)濟，并可能損壞物件；握力過小，會由于物件的自重以及傳送過程中的慣性和振動等而抓不住物件。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。無論哪種類型的手部，抓取物件時，要使物件能夠順利地進入手指；而放置物件時，物件又應(yīng)易于擺脫手指的約束。3. 手腕設(shè)計要求手腕是連接手臂和手指的中間部分，所以對它的要求也很簡單，只要能夠靈活的移動及運轉(zhuǎn)即可。液壓系統(tǒng)工作原理圖的繪制時設(shè)計液壓機械手的主要內(nèi)容之一。液壓原理圖是各種液壓元件為滿足機械手動作要求的有機聯(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，從而組成整個液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖圖形符號，畫出液壓原理圖。 元件的選擇1. 油泵的選擇此次設(shè)計中，機械手的動作共有八個，即手指夾緊零件、手指松開零件、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。單靠一個油泵無法達到供油的目的，所以采用雙聯(lián)泵共同控油。2. 電磁換向閥的選擇設(shè)計中，機械手的動作都是相對的，即上下擺動、抓緊松開、左右橫移，鑒于此可采用一個換向閥控制手臂的相對動作，節(jié)省財力和能源。而又因為每個電磁換向閥均控制兩個動作，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，同時為了避免油泵停止工作時，液壓系統(tǒng)中的油液流空和進入空氣，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，此次八動作機械手的原理圖的繪制如圖432所示。 圖432 機械手夾緊液壓系統(tǒng) 元件作用1. 原理圖中采用34D25B三位四通電磁換向閥來控制油缸的動作。大、小手臂上下擺動工作油路，采用QI25B單向調(diào)速閥分別調(diào)節(jié)大、小手臂上下擺動的速度。大、小手臂油缸的下端進油腔分別接入1Y25液控單向閥，以防止突然斷電時大、小手臂倒下來。在系統(tǒng)的回油路設(shè)置了單向閥I25，使系統(tǒng)在油缸停止工作時不致因油液流空而進入空氣，以保證啟動平穩(wěn)。手指夾緊需要一定的握力，所以單獨用一油泵控制其動作。換向閥采用34D10B，單向閥采用型號為1Y10，避免突然斷電時手指松開。2. 37100L為網(wǎng)式濾油器。油泵從油箱中吸進的油液先經(jīng)過濾油器，將油液過濾，以防止碎屑等雜質(zhì)進入工作油路而損壞工作機械。3. 單向閥用來保證該油路只能單方向工作。當(dāng)油泵停止工作時，借以防止液壓系統(tǒng)中的油液流空和進入空氣而影響液壓驅(qū)動的性能。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)長而曲折的管道時均有壓力損失，這些壓力損失都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽\動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)境下工作的機械手（如在鍛造、熱處理和壓鑄生產(chǎn)中使用的機械手），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械處。機械手在高溫下工作，由于熱的傳導(dǎo)和輻射作用。會使機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。為使液壓機械手能正常工作，對油溫要進行控制。首先在液壓系統(tǒng)設(shè)計時要考慮卸荷，減少功率損耗，同時油箱的容量與系統(tǒng)所需流量相匹配，使油液在油箱中有一散熱的機會（自然冷卻）。另外減少液壓元件的泄漏，提高運動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接通或切斷電動機或其它負載主電路（如電阻爐）的一種控制元件。它是利用電磁力來使開關(guān)打開或閉合的電器，適用于頻繁操作（高過每小時1500次），遠距離控制大電流電路。接觸器的動作過程是：當(dāng)勵磁線圈通電，在鐵心中產(chǎn)生磁通，將銜鐵吸合，主觸點在銜鐵的帶動下閉合，于是接通了主電路。與此同時，輔助觸點的動合觸點閉合，而動斷觸點斷開。當(dāng)勵磁線圈失電或電壓顯著降低時，由于反力彈簧的作用，銜鐵被釋放，所有觸點恢復(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機的長期過載保護。電動機在實際運行中，常會遇到過載情況，但只要過載不嚴重、時間短，繞組不超過允許的溫升，這種過載是允許的。但如果過載情況嚴重、時間長，則會加速電動機絕緣的老化，甚至燒毀電動機，因此必須對電動機進行長期過載保護。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過載保護，更不能用于短路保護。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，會出現(xiàn)彎曲變形。使用時，把熱元件串接于電動機的主電路中，而常閉觸頭串接于電動機的控制電路中。當(dāng)電動機正常運行時，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作。當(dāng)電動機過載時，雙金屬片彎曲位移增大，推動導(dǎo)板使常閉觸頭斷開，從而切斷電動機控制電路以起保護作用。熱繼電器動作后，經(jīng)過一段時間的冷卻即能自動或手動復(fù)位。 時間繼電器從得到輸入信號（線圈的通電或斷電）開始，經(jīng)過一定的延時后才輸出信號（觸頭的閉合或斷開）的繼電器，稱為時間繼電器。時間繼電器可以有三種工作方式：①瞬動觸點，即觸點不延時，當(dāng)繼電器線圈得電時，其動合觸點即時閉合，動斷觸點即時打開；繼電器線圈失電時，觸點恢復(fù)常態(tài)。②得電延時，即當(dāng)線圈得電時，動合觸點延時閉合，動斷觸點延時打開；繼電器線圈失電時，觸點即時恢復(fù)常態(tài)。③失電延時，即當(dāng)繼電器線圈得電時，動合觸點同時閉合，動斷觸點斷開，一直維持到當(dāng)繼電器線圈失電時，延時一段時間觸點才恢復(fù)常態(tài)，即動合觸點打開，動斷觸點閉合。電路中的延時元件是時間繼電器。時間繼電器有兩個作用，一是在一個工序（即延時工序）中，它是執(zhí)行此延時工序的控制元件；二是其延時觸點動作發(fā)出的信號又是下一工序繼續(xù)進行的指令，起著如行程開關(guān)一樣的信號元件的作用。而時間繼電器的電磁線圈帶電或失電仍然由已知的信號元件發(fā)出的信號進行控制，它何時帶電或失電便要根據(jù)工藝要求進行設(shè)計。因此，在元件動作狀態(tài)表中表示時，時間繼電器的電磁線圈在得電狀態(tài)時相當(dāng)于控制元件，任務(wù)是執(zhí)行延時工序；其延時觸點相當(dāng)于信號元件， 機械手夾緊電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計機械手夾緊采用時間繼電器實現(xiàn)自動程序動作。按壓SB按鈕啟動油泵電動機后，選擇SA按鈕的工作位置。若將SA扳到手動位置時，分別按下按鈕各點動開關(guān)，使換向閥的電磁鐵分別得電，便可控制各個油缸的動作；若將SA扳到自動位置時，按一下啟動按鈕，機械手就能按順序自動工作。其自動控制的工藝流程如圖441所示。 圖441根據(jù)圖432和圖441，制作機械手夾緊動作狀態(tài)表，如圖442 機械手夾緊電氣控制電路的邏輯表達式KM1：接觸器KM1是控制油泵電動機。其啟動信號為SB，.。則其自動控制電路的邏輯表達式為：KM1=(SB+KM1)KA1：運算元件。由執(zhí)行機構(gòu)的動作狀態(tài)圖形可見，8線磕作為所有的執(zhí)行機構(gòu)的對稱中線，因而其信號設(shè)在1先，1~2~3~4~5~6~7~8區(qū)間。啟動信號為SB12,撫慰信號為kt7。啟動與撫慰信號沒有出現(xiàn)同時動作。其邏輯表達式為：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間續(xù)電器的瞬時蓄點的關(guān)系。其邏輯表達式為：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，所有的時間續(xù)電器的啟動信號與其復(fù)位信號均不出現(xiàn)同時動作，故都可用它們的瞬時觸點實現(xiàn)“起~停~保”電路。其邏輯表達式為：上述的邏輯表達式要考慮下面的幾點而進行修改：（a） SB12在KA1與KT1都用它做啟動信號，但又不能共用，因而增加中間繼電器KA2；（b） KT1和KT5在一個循環(huán)中出現(xiàn)兩次動作，用中間繼電器KA1進行邏輯組合來區(qū)分它們；（c） KT2和KT9都是由kt1作為啟動信號，用中間繼電器KA1進行邏輯組合來區(qū)分它們；（d） KT1和KT5瞬間觸點在多處使用，又不能合并使用，則分別以中間繼電器KA3與KA4來增加它們的觸點；（e） 增設(shè)手動按鈕。 機械手夾緊自動控制電路邏輯表達式經(jīng)修改后如下所示： 電路圖的描繪 根據(jù)機械手夾緊液壓系統(tǒng)的原理圖繪制其自動控制的電路圖如圖443所示。圖444 機械手夾緊自動控制電路圖 圖中，手動控制各換向閥得電均由起動按鈕直接控制。自動控制時，換向閥的電磁鐵由時間繼電器控制，因其延時的作用，可使其動作自動行進下去，直到完成。第五章 PLC控制系統(tǒng) PLC概述 PLC簡介可編程序控制器(PLC) 是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型自動化控制置。最早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯運算、定時、計數(shù)以及順序控制等，而且只能進行開關(guān)量控制。此種控制器英文名為“Programmable Logic Controller”，簡稱PLC，中文稱為“可編程序邏輯控制器”。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，在PLC的基礎(chǔ)上，與先進的微機控制技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的一種嶄新的工業(yè)控制器，其控制功能己遠遠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)用在自動化領(lǐng)域。比如，在機電一體化系統(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床系統(tǒng)中PLC就是控制系統(tǒng)中的一個組成部分，主要實現(xiàn)各種開關(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)定二級順序(高級和低級順序)或可變順序等進行。因為有的用戶程序不需要每掃描一次執(zhí)行一次，也有的是在控制系統(tǒng)需要處理的I/O點數(shù)較多時，通過不同的模塊組合的安排，采用分時分批掃描執(zhí)行的辦法，可縮短循環(huán)掃描周期和增加控制的實時性。用戶將用戶程序設(shè)計、調(diào)試后，用編程器鍵入PLC的存貯器中，并將現(xiàn)場的輸入信號和被驅(qū)動的執(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的控制開關(guān)使其處于運行工作方式，PLC就以循環(huán)掃描的工作方式進行工作。在輸入信號、用戶程序的控制下，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號，完成預(yù)期的控制任務(wù)。PLC的典型的循環(huán)順序掃描工作過程如圖512所示。從圖41可以看出，一個典型的可編程序控制器在一個掃描周期中要完成六個掃描過程。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。從掃描過程中的某個掃描過程開始，順序掃描后又回到該過程成為一個掃描周期。進行一個掃描周期所需的時間稱為一個掃描周期。圖512：PLC掃描周期圖 三菱PLC編程語言的特點F1系列的PLC是三菱公司生產(chǎn)的一種低檔小型機，是較早進入我國市場的PLC機型之一，在我國市場上占有較大的比例。三菱PLC的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。其編程語言具有以下特點： (1). 圖形式指令結(jié)構(gòu)：程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統(tǒng)的軟件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨立運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行組合，并填入適當(dāng)?shù)膮?shù)。在邏輯運算部分，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)流程圖來表示，它沿用二進制邏輯元件圖形符號來表達控制關(guān)系，很直觀易懂。較復(fù)雜的算術(shù)運算、定時計數(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)品型號決定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊。 (3). 簡化的程序結(jié)構(gòu)：PLC的程序結(jié)構(gòu)通常很簡單，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)試者對整個程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。 (4). 簡化應(yīng)用軟件生成過程：使用匯編語言和高級語言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個過程，而使用編程語言，只需要編輯一個過程，其余由系統(tǒng)軟件自動完成，整個編輯過程都在人機對話下進行的，不要求用戶有高深的軟件設(shè)計能力。 (5). 強化調(diào)試手段：無論是匯編程序，還是高級語言程序調(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)試操作都很簡單。(6). F1系列PLC步進指令STL（step ladder）：步進接點指令；RET（return）：步進返回指令。STL/RET步進指令使用狀態(tài)繼電器S600～S647共40個，狀態(tài)繼電器均由電池支持。使用步進指令時，用狀態(tài)轉(zhuǎn)換（移）圖設(shè)計步進梯形圖。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中的每個狀態(tài)表示順序工作的一個操作，因此步進指令常用于控制時間和位移等順序的操作過程。使用步進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。步進指令只有常開接點，而沒有常閉接點，指令用STL表示，連接步進接點的其它繼電器接點用LD或LDI指令表示。步進接點須與梯形圖左母線連接。使用STL指令后，凡是以步進接點為主體地程序，最后必須用RET