【正文】 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。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。因此，通過畢業(yè)設計實現了預期目標。經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。系統(tǒng)結構緊湊、工作可靠，設計周期短且造價較低。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、滿足特殊要求的數控機床上下料機械手的設計，比較好地體現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，實現了理論和實踐的有機結合。 PLC 外部接線設計為實現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。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。 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。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。6 個獨立的 30kHz 高速計數器，2 路獨立的 20KHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。具體型號為 SIMATIC S7200 CPU224。機械手的每次循環(huán)都從原點位置開始動作。 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)。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。手臂垂直升降和水平伸縮由液壓實現驅動；手爪的夾緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實現；腰座旋轉通過步進電動機與齒輪來實現。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。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。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。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。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。因為垂直液壓缸所承受的載荷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）。為了達到這個目的，設計中采用了兩個導向桿，以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導向問題。同時具有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩(wěn)定性和剛度有較高的要求。經過仔細分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數如下； 因為伸縮缸的作用主要是實現直線運動，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷（因為手爪夾持工件，受力方向為垂直方向），軸向主要是克服摩擦力矩，其所受的載荷主要是徑向載荷，載荷性質為彎矩，使其產生彎曲變形。因此，先從剛度角度進行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優(yōu)先保證機械手的結構和運動的穩(wěn)定性和安全性。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結構尺寸。另外，由于機械手垂直升降缸在工作時其下降方向與負荷重力作用方向一致，下降時有使運動速度加快的趨勢，為使運動過程的平穩(wěn)，同時盡量減小沖擊、振動，保證系統(tǒng)的安全性，采用 V2 構成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負載。 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個單向節(jié)流閥。 繪制液壓系統(tǒng)圖 本機械手的液壓系統(tǒng)圖如圖 32 所示（詳見圖紙第四頁），它擁有垂直手臂的上升、下降，水平手臂的前伸、后縮，以及執(zhí)行手爪的夾緊、張開三個執(zhí)行機構。 本設計的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油，由溢流閥 V1 來調定系統(tǒng)壓力。為防止系統(tǒng)中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁過濾器。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。節(jié)流調速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。 本設計的速度的控制主要采用節(jié)流調速，利用用比較簡單的節(jié)流閥來實現，而方向控制采用電磁換向閥來實現。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，通過換向閥的有機組合來實現所要求的動作。速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現。同時考慮機械手的工作環(huán)境和載荷對其布局和定位精度的要求，以及計算機的控制的因素，腰部的回轉用電機驅動實現，機械手的水平手臂和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實現直線往復運動。 液壓傳動系統(tǒng)設計計算 確定液壓系統(tǒng)基本方案液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達，液壓缸實現直線運動，液壓馬達實現回轉運動。如圖 33 所示驅動方式為升頻升壓 ，步距角為 176。 因為腰部回轉運動只存在摩擦力矩，在回轉圓周方向上不存在其他的轉矩，則在回轉軸上有； 電機型號的選擇根據以上計算結果，并綜合考慮各方面因素，決定選擇北京和利時電機技術有限公司（原北京四通電機公司）的步進電機，具體型號為：110BYG550BSAKRMA0301 或 110BYG550BSAKRMT0301 或 110BYG550BBAKRMT0301，該步進電機高轉矩，低振動，綜合性能很好，各項參數如表 32。第 3 章 理論分析和設計計算 電機選型有關參數計算 有關參數的計算（通過滾珠絲杠）則有具體到本設計，因為步進電機是驅動腰部的回轉，傳遞運動形式屬于第二種。 具體設計方案因為本機械手采用圓柱坐標型的結構，而且在手臂的結構設計以及整個機械手的設計和布局中都重點考慮了機械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優(yōu)化設計結構，使得手臂本身盡可能達到平衡?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動裝置，系統(tǒng)復雜，因此造價高，設計、安裝和調試都增加了難度，但是平衡效果好?；钊狡胶庀到y(tǒng)分為兩種，一是液壓平衡系統(tǒng)，二是氣動平衡系統(tǒng)。一般在機械手手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機構。關節(jié)機械手手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅動器的負荷，同時縮短啟動時間。而手爪的張開和夾緊通過液壓柱塞缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來實現，即手爪在柱塞缸推力作用下通過活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。由于手臂采用液壓缸，故用液壓驅動。這類驅動系統(tǒng)不需要能量轉換，但大多數電機后面需安裝精密的傳動機構。但是因難于實現伺服控制，多用于程序控制的機械手中。具有速度快，系統(tǒng)結構簡單，維修方便、價格低等特點。具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應高、易于實現直接驅動、精度高等特點。根據需要也可將這三種基本類型組合成復合式的驅動系統(tǒng)。這里只采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于 100），齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。而其腰座的回轉采用步進電動機驅動，而電動機不能作為直接驅動元件，因此為取得較大的轉矩，經分析比較，選擇圓柱齒輪傳動。其特點是傳動比準確、傳動效率高（可達 98%）、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要潤滑；傳動平穩(wěn)，能高速傳動（可達 40m/s）、傳動比可達 10，結構緊湊、維護方便等優(yōu)點，故在機械手中使用很多。同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的一種新型傳動。在機械手中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機械手末端的重量，一般都將腕關節(jié)驅動電機安裝在小臂后端或大臂關節(jié)處。同時，為保證在同一驅動功率時，其加速度響應最大，還要求其轉動慣量盡量小。齒輪傳動部件是轉矩、轉速和轉向的變換器，用于伺服系統(tǒng)的齒輪減速器是一個力矩變換器。有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機、千斤頂等；有以傳遞運動為主的，如機床工作臺的進給絲杠。 常用的傳動機構形式常用的機械傳動機構主要有螺旋傳動、齒輪傳動、鏈傳動、同步帶傳動等。但大的阻尼會使系統(tǒng)誤差增大，精度降低。５、適當的阻尼比。３、盡量縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度。并在傳動鏈及運動副中采用間隙調整機構，以減小反向空回所造成的運動誤差。由于齒輪傳動存在著齒側間隙，影響傳動精度，故僅采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于 100），同時為了減小傳動誤差，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。因為電動方式控制的精度高，結構緊湊，不用額外設計液壓系統(tǒng)及其輔助元件。 具體設計方案腰座回轉的驅動形式主要有兩種，一是電機通過減速機構來實現，二是通過擺動液壓缸或液壓馬達來實現。驅動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。且腰