【正文】 PLC 的組成 PLC 的構(gòu)成： PLC 的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入 /輸出接口、電源擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。機(jī)械手的工作順序、應(yīng)達(dá)到的位置，如手臂上下移動(dòng)、伸縮、回轉(zhuǎn)及擺動(dòng)、手腕上下、左右擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)、手指的開閉動(dòng)作，以及各個(gè)動(dòng)作的時(shí)間、速度等，都是在控制系統(tǒng)的指揮下，通過每一運(yùn)動(dòng)部件沿各坐標(biāo)軸的動(dòng)作按照預(yù)先整定好的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 完整的液壓原理圖如圖 所示 ： 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 圖 送料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖 電磁鐵動(dòng)作順序表如表 所示： 電磁鐵 動(dòng)作順序 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 7DT 送料機(jī)械手向后 － ＋ － － － － － 送料機(jī)械手下降 － － ＋ － － － － 送料機(jī)械手 左移 － － － － ＋ － 送料機(jī)械手 上升 － － － ＋ － － － 送料機(jī)械手 向前 ＋ － － － － － － 送料機(jī)械手 右移 － － － － － ＋ － 液壓系統(tǒng)卸荷 － － － － － － ＋ 表 電磁鐵動(dòng)作情況 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 一般的機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，大多采用定量油泵，油泵的選擇主要是根據(jù)系統(tǒng)所需要的油泵工作壓力 P 泵 和最大流量 Q 最大 來(lái)確定。 3）減壓閥 減壓閥是一種可將較高的進(jìn)口壓力 (一次壓力 )降低為所需的出口壓力 (二次壓力 )的壓力調(diào)節(jié)閥。系統(tǒng)正常工作時(shí)，閥門關(guān)閉。 2）溢流閥 溢流閥主要有以下作用：（ 1）保證液壓泵提供恒定壓力。 壓力控制閥： 1）節(jié)流閥 本機(jī)械手采用 L 型節(jié)流閥 ,其中 L10B 型 2 個(gè)， L63B 型 2 個(gè)。綜合以上考慮，選用上述緩沖回路。 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 圖 單泵供油系統(tǒng) 減速緩沖回路 在液壓缸的起動(dòng)和停止的過程中都需要緩沖。 單泵供油系統(tǒng)要以所有液壓缸中需流量最大的來(lái)選擇泵的流量。 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 圖 換向回路設(shè)計(jì) 調(diào)速方案 整個(gè)液壓系統(tǒng)只用單泵或雙泵工作，各液壓缸所需的流量相差較大，各液壓缸都用液壓泵的全流量工作是無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求的。 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定 各液壓缸的換向回路 為便于機(jī)械手的自動(dòng)控制，如采用可編程序控制器或微機(jī)進(jìn)行控制，從總體方案設(shè)計(jì)中可知系統(tǒng)系統(tǒng)的壓力和流量都不高，因此一般都選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)效益。 液壓系統(tǒng)的主要 特 點(diǎn) 液壓傳動(dòng)是用液體作為介質(zhì)來(lái)傳遞能量的，液壓傳動(dòng)與機(jī)械，電氣和氣壓等傳動(dòng)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）易于獲得較大的力或力矩； 2）功率重量比大； 3）易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 4） 易于實(shí)現(xiàn)較大 范圍的無(wú)級(jí)變速； 5）傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)； 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 6）可實(shí)現(xiàn)快速而且無(wú)沖擊的變速和換向； 7）與機(jī)械傳動(dòng)相比易于布局和操控； 8）易于防止過載事故； 9）自動(dòng)潤(rùn)滑、元件壽命長(zhǎng)； 10）易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。這些元件系統(tǒng)是保證系統(tǒng)正常工作不可缺少的組成部分。用于實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮升降以及手腕、手臂的回轉(zhuǎn)。目前，雖然在中等負(fù)載以下的機(jī)械手中有采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但在簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型，重型的工業(yè)機(jī)械手和噴涂機(jī)械手中采用液壓系統(tǒng)的仍然占有較大比例。 由于該機(jī)械手升降油缸采用 O 形密封圈，活塞桿直徑為液壓缸直徑的一半，當(dāng)油缸 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 工作壓力小于 10MPa 時(shí)，液壓缸密封處的總的摩擦力為： F 封 1+F 封 2= （ 311） ③ F 回 — 油缸回腔低壓油液所造成的阻力，一般背壓力較小，可按 F 回 = 計(jì)算， F 回 = 294= ④ F 慣 — 起動(dòng)的慣性力 (N)；可按如下近似計(jì)算： F 慣 =tg V??總G 式中， ΔV—速度變化量（ m/s） ,又 ΔV最大為 200 ㎜ /s； Δt—啟動(dòng)過程的時(shí)間（ s） ,一般為 ～ ； Δt對(duì)于輕載低速部件取小值，對(duì)于重載高速部件取大值，由于該機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)速度不高，且工作載荷不大，取 Δt=. F 慣 = NN ?? ∴ 驅(qū)動(dòng)力為： Pq=F 摩 ＋ F 封 ＋ F 回 ＋ F 慣 =+++75 解得 Pq=149N 2）橫移油缸結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 D＝ 21dp4 ＋??F （有桿腔） （ 312） 式中 F——驅(qū)動(dòng)力（ N） 。 本次設(shè)計(jì)的升降油缸工作壓力低，選用鑄鐵材料油缸，它的連接方式多用法蘭連接，優(yōu)點(diǎn)是容易加工和裝卸，缺點(diǎn)是外徑和重量較大。 按強(qiáng)度條件確定活塞桿的直徑 d，因活塞桿工作時(shí)主要承受拉力或壓力，因此可看作直桿拉壓強(qiáng)度計(jì)算問題 ? ???? ??42dF （ 36） 或 d≥ ][4??F （ 37） 式中 F― 總機(jī)械載荷（ N）； [? ]― 材料的許用應(yīng)力（ MP）； [? ]=nb? 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 碳鋼取 [? ]=100～ 120MPa； n安全系數(shù)， 一般不小于 ； ∴ d≥ ][4??F＝6101004914 ?? ??m＝ 計(jì)算出來(lái)的直徑 d 再按標(biāo)準(zhǔn)圓整。 p1——液壓缸的工作壓力（ Pa） 。 手臂設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 1）臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 ① 手臂的的截面形狀要選擇合理 ② 合理布置作用力的位置和方向，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該結(jié)合具體受力情況，使 個(gè)作用力引起的變形相互抵消。 2） 立柱式 ：立柱式機(jī)械手的機(jī)身為固定立柱，其臂部一般可繞立柱回轉(zhuǎn)，其特點(diǎn)是占地面積小，而工作范圍較大，立柱可安裝固定在主機(jī)之前或其間，有時(shí)也可以固定在主機(jī)機(jī)身上，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，主要用來(lái)為主機(jī)上、下料或傳送工件。 手臂 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 由于所設(shè)計(jì)的送料機(jī)械手的手部沒有回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，所以沒有手腕的設(shè)計(jì)。綜合本方案的設(shè)計(jì)，選用強(qiáng)度高、加工性能好，適用于小尺寸的碳素鋼彈簧 。為了保證凸輪軸的可靠定 位，在手部支撐板的中間裝有一個(gè)定位手部。對(duì)于這種手指要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，安裝維修方便，更換迅速和準(zhǔn)確，以便擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用范圍。 適應(yīng)工件被抓取部位的尺寸：工件被抓取部位的尺寸可能是不變的，若加工尺寸略有變化，那么 手指 應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求。 2）應(yīng)具有足夠的張開角 手指 為了抓取和松開工件，必須具有足夠大的張開角度 來(lái)適應(yīng)較大的直徑范圍，而且夾持工件的中心位置變化要?。炊ㄎ徽`差要小），對(duì)于移動(dòng)式 手指 要有足夠大的移動(dòng)范圍。 手部按手指的運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。 手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 手部結(jié)構(gòu) 的分類 手部機(jī)構(gòu)是機(jī)械手直接用于抓取和握緊（或吸附）或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手動(dòng)作的功能，并安裝于機(jī)械手前端。前后行走機(jī)構(gòu)安裝在橫梁上，它由 6 個(gè)滾輪和三角形支架 組成 ，其滾輪安裝在懸掛支架橫梁的滾道上，使機(jī)械手成懸掛式。如圖 所示 。 主要技術(shù)參數(shù)的確定 機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)包括抓重、自由度、定位精度、重復(fù)定位精度、工作范圍、最大速度及承載能力。 3）懸掛式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本底。 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 圖 四種機(jī)器人坐標(biāo)形式 本次設(shè)計(jì)采用的方案 具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求搬運(yùn)的加工工件為凸輪軸其形狀特殊，同時(shí)考慮到數(shù)控機(jī)床布局的具體形式及對(duì)機(jī)械手的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) ，以減小成本、提高可靠度。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高。 2） 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖21b。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)講，是比較小的。 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 2 總體設(shè)計(jì)方案的論證 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。采用球坐標(biāo)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。 研究意義 自動(dòng)送、取料技術(shù)幾乎滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，從作為支柱產(chǎn)業(yè)之一的汽車制造業(yè)到注塑業(yè)，化工業(yè)，鑄件業(yè)等等，直到航空航天、軍事兵器各個(gè)門類，都占據(jù)著相當(dāng)重要的地位。隨著氣動(dòng)技術(shù)的高速發(fā)展，又由于氣壓驅(qū)動(dòng)具有其他驅(qū)動(dòng)凡是所沒有的一些優(yōu)點(diǎn)，如成本低、高性價(jià)比、無(wú)污染、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、抗干擾能力強(qiáng)等，使得越來(lái)越多的工業(yè)機(jī)械手采用氣動(dòng)控制。通用機(jī)械手具有定位精度高、工作范圍大、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而該類型的機(jī)械手可以適用于要求不斷變換生產(chǎn)品種且要求高精度和高效率的中小型批量生產(chǎn)線。專用機(jī)械手的特點(diǎn)是：動(dòng)作較少、工作對(duì)象比較單一、結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單、造價(jià)低、使用可靠。 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 4) 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如凸輪、齒輪和齒條、連桿、間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一類機(jī)械手。這類機(jī)械手的主要特點(diǎn)是 :動(dòng)作迅速、成本較低、抓取力較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、介質(zhì)來(lái)源非常方便且無(wú)污染。這類機(jī)械手的特點(diǎn)是：運(yùn)行平穩(wěn)、抓取力大、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是工業(yè)機(jī)械手的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)，作用是完成工件的取送工作，當(dāng)前市場(chǎng)上大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為手抓、夾鉗和吸盤。 控制系統(tǒng)，是機(jī)械手系統(tǒng)的核心部分，其主要作用是使得工業(yè)機(jī)械手能夠按照預(yù)定的動(dòng)作正確地完成每一個(gè)動(dòng)作。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等 ，應(yīng)用非常廣泛。機(jī)械手廣泛地用于鍛壓、沖壓、鑄造、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。 最 后 ， 通 過 對(duì) 機(jī) 械 手 的 動(dòng)作行程分析，設(shè)計(jì)了可滿足機(jī)械手循環(huán)動(dòng)作要求的液壓系統(tǒng)原理圖。本文主要針對(duì)用于油泵凸輪軸自動(dòng)線上，在相鄰工位間搬運(yùn)工件的機(jī)械手即油泵凸輪軸加工自動(dòng)線送料機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)。遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 課題名稱 6135 柴油機(jī)油泵凸輪軸自動(dòng)生產(chǎn)線送料機(jī)械手設(shè)計(jì) 課題類別 設(shè)計(jì)類 論文類 課題來(lái)源 生產(chǎn)實(shí)際 科研實(shí)際 社會(huì)實(shí)際 其它來(lái)源 √ √ 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )要求、設(shè)計(jì)參數(shù)、各階段實(shí)踐安排、應(yīng)完成的主要工作等 1．設(shè)計(jì)要求 (1) 機(jī)械手裝配圖一張 (2) 機(jī)械手零件圖三張～五張 (3) 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份 (4) 全部設(shè)計(jì)圖紙用 CAD 完成 2．設(shè)計(jì)參數(shù) (1) 抓重 3kg (2) 自由度數(shù) 3 個(gè) (3) 手臂前后移動(dòng) 1800mm。首先，簡(jiǎn)要介紹了機(jī)械手的基本概念、機(jī)械手的組成和分類，以及工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史和發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖和梯形圖，并編制了可編程 序控制器的控制程序。特別是在笨重、高溫、