【正文】 生轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設計手臂結(jié)構(gòu)時，必須采用適當?shù)膶蜓b置。目前常采用的導向裝置有單導向桿、雙導向桿、四導向桿等，在本機械手中采用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。在單桿活塞氣缸中，由于氣缸的兩腔有效工作面積不相等，所以左右兩邊的驅(qū)動力和壓力之間的關系式不一樣。04? 手臂升降和回轉(zhuǎn)部分的結(jié)構(gòu)設計其結(jié)構(gòu)如附圖所示。其中立柱回轉(zhuǎn)缸有兩個活塞，分別裝在帶齒條的活塞桿兩頭，齒條的往復運動帶動立柱上的齒輪旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)立柱的旋轉(zhuǎn)。手臂伸縮部分主要由手臂伸縮氣缸、手臂回轉(zhuǎn)氣缸、夾緊氣缸、手爪及相關的固定元件組成。 0? 活塞桿直徑的計算根據(jù)設計要求,此活塞桿為空心活塞桿，目的是桿內(nèi)將裝有3根伸縮氣管。md70?056校核如下:(按縱向彎曲極限力計算)氣缸承受縱向推力達到極限力F 以后，活塞桿會產(chǎn)生軸向彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)k定現(xiàn)象。k該極限力與氣缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關。代入有關數(shù)據(jù)，得:西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計19 21????????kLnafAFK = ??????4/1056107/305/149 232337 ????????= )(KN推力負載為: PDFzf 24???代入有關數(shù)據(jù)，得: =zf ??)( N????zf?k所以，活塞桿的直徑設計受力安全，設計符合要求。m70m56 缸筒壁厚計算根據(jù)公式： （46????2pDP?）式中P 為實驗壓力，取P == 10 Pa，材料為ZL3，則[ ]pp?6 ?=3MPa，由前面得： =100mm，則：D????2pP?= 6310.??= )(m 查手冊，取氣缸筒壁厚 。 過 濾 器 用 于 對 氣 源 的 清 潔 ， 可 過 濾 壓 縮 空 氣 中 的 水 份 ，避 免 水 份 隨 氣 體 進 入 裝 置 。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計21（ 1） 安 裝① 安 裝 時 請 注 意 清 洗 連 接 管 道 及 接 頭 ， 避 免 臟 物 帶 入 氣 路 。 ③ 過 濾 器 、 調(diào) 壓 閥 （ 調(diào) 壓 過 濾 器 ） 給 油 器 的 固 定 ； 將 固 定 支 架 的 凸 槽 與本 體 上 凹 糟 匹 配 ， 再 用 固 定 片 及 螺 絲 鎖 緊 即 可 。 （ 2） 注 意 事 項① 部 分 零 件 使 用 PC 材 質(zhì) ， 禁 止 接 近 或 在 有 機 劑 環(huán) 境 中 使 用 。 ② 使 用 壓 力 請 勿 超 過 其 使 用 范 圍 。 換向閥 電 磁 換 向 閥 是 用 電 磁 鐵 的 推 力 來 推 動 閥 芯 運 動 以 變 換 氣 體 流 動 方 向 的 控制 閥 ， 簡 稱 電 磁 閥 。 常 用 的 換 向 閥 閥 芯 在 閥 體 內(nèi) 作 往 復 滑 動 ， 成 為 滑 閥 。 （ 1） 工 作 原 理換 向 閥 滑 閥 的 工 作 置 數(shù) 稱 為 “位 ”， 于 氣 壓 系 統(tǒng) 中 氣 路 相 連 通 的 氣 口 數(shù)稱 為 “通 ”， 如 圖 51：西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計22圖 51 換 向 閥 的 工 作 原 理當 閥 工 作 在 中 位 時 ， P、 A、 B、 T， 四 個 氣 口 互 不 相 通 ， 處 于 截 止 。 當 閥 工 作 在 右 位 時 ， 氣口 P 和 B 相 通 ， A 和 T 相 通 。（ 2） 種 類電 磁 換 向 閥 的 品 種 繁 多 ， 按 其 工 作 位 置 數(shù) 和 通 路 數(shù) 的 多 少 可 分 為 二 位 三通 、 二 位 四 通 、 三 位 四 通 等 ； 按 其 復 位 和 定 位 形 式 可 分 為 彈 簧 復 位 式 、 鋼 球定 位 式 、 無 復 位 彈 簧 式 ； 按 其 閥 體 與 電 磁 鐵 的 連 接 形 式 可 分 為 法 蘭 連 接 和 螺紋 連 接 ； 按 其 所 配 電 磁 鐵 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 可 分 為 干 式 和 濕 式 ， 每 一 類 又 有 交 流 、直 流 、 本 整 等 形 式 ， 而 且 所 需 電 源 電 壓 又 有 好 多 種 ， 因 而 在 其 結(jié) 構(gòu) 上 存 在 很多 差 別 。 ① 手 動 換 向 閥 ： 手 動 換 向 閥 是 利 用 手 動 杠 桿 來 改 變 閥 芯 位 置 實 現(xiàn) 換 向 的 。② 機 動 換 向 閥 ： 又 稱 行 程 閥 ,它 主 要 用 來 控 制 液 壓 機 械 運 動 部 件 的 行 程 ，它 是 借 助 于 安 裝 在 工 作 臺 上 的 擋 鐵 或 凸 輪 來 迫 使 閥 芯 移 動 ， 從 而 控 制 油 液 的流 動 方 向 。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計23③ 電 磁 換 向 閥 ： 利 用 電 磁 鐵 的 通 、 斷 電 而 直 接 推 動 閥 芯 來 控 制 油 口 的 連通 狀 態(tài) 。④ 電 液 換 向 閥 ： 由 電 磁 換 向 閥 和 液 動 換 向 閥 組 合 而 成 。 由 于 操 縱 液 動 換 向 閥 的 液 壓 推 力 可 以 很 大 ， 所 以 主 閥 可 以 做 得很 大 ， 允 許 有 較 大 的 流 量 通 過 。 ⑤ 比 例 式 電 磁 換 向 閥 ： 比 例 方 向 閥 是 以 在 閥 芯 外 裝 置 的 電 磁 線 圈 所 產(chǎn) 生的 電 磁 力 ， 來 控 制 閥 芯 的 移 動 ， 依 靠 控 制 線 圈 電 流 來 控 制 方 向 閥 內(nèi) 閥 芯 的 位移 量 ， 故 可 同 時 控 制 油 流 動 的 方 向 和 流 量 。 節(jié)流閥節(jié)流閥的啟閉件大多為圓錐流線型，通過它改變通道截面積而達到調(diào)節(jié)流量和壓力。介質(zhì)在節(jié)流閥瓣和閥座之間流速很大，以致使這些零件表面很快損壞－即所謂汽蝕現(xiàn)象。（1）工作原理油液流經(jīng)小孔時，會產(chǎn)生較大的液阻，通流面積越小，油液受到的液阻越大，通過閥口的流量就越小，因此，改變節(jié)流口的通流面積，使液阻發(fā)生變化，就可以調(diào)節(jié)流量的大小。 （3）分類和安裝注意事項節(jié)流閥按通道方式可分為直通式和角式兩種。 擬定執(zhí)行元件運動控制回路執(zhí)行元件確定后，其運動速度和運動方向的控制是氣壓回路的核心問題。方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實現(xiàn)，對于一般中小流量的系統(tǒng)，通過換向閥的有機組合來實現(xiàn)所要求的動作。 本設計的速度控制主要采用節(jié)流調(diào)速，利用用比較簡單的節(jié)流閥來實現(xiàn)，而方向控制采用電磁換向閥來實現(xiàn)。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供氣，在無其他輔助氣源的情況下，氣壓泵的供氣壓要大于系統(tǒng)的所需氣壓，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定氣源壓力的作用。氣源的凈化裝置是氣壓源中不可缺的元件。 本設計的氣壓系統(tǒng)采用定量泵供氣，由溢流閥來調(diào)定系統(tǒng)壓力。 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖附錄 2 為該機械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。該裝置由五個氣壓缸組成，可在三個空間方向工作。B 缸為長臂伸縮缸，可實現(xiàn)伸出和縮回動作。西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計25 機械手運行順序及電氣控制該機械手用于沖床上下料，其工作循環(huán)為：立柱右轉(zhuǎn)—立柱下降—手臂伸出—爪抓緊—臂收縮—柱上升—柱左轉(zhuǎn)—手臂伸出—手爪松開—手臂收縮。各氣缸的行程位置均由電氣行程開關進行控制，表 51 為機械手在工作循環(huán)中各電磁鐵的動作順序表。至此完成一個工作循環(huán)。表 51 電磁鐵動作順序電磁鐵 右轉(zhuǎn) 下降 伸長 抓緊 收縮 上升 左轉(zhuǎn) 松開西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計261YA + 2YA + 3YA + 4YA + 5YA + 6YA + 7YA + 8YA +注：“+”表示電磁鐵的電， “”表示電磁鐵不得電。 可編程序控制器的選擇及工作過程 可編程序控制器的選擇目前 ，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的 FX 系列 PLC,德國西門子公司的 S7200 系列 PLC、日本 OMRON(立石)公司的 C 型、P型PC 等。 可編程序控制器的工作過程可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務的。具體的工作過程可分為 4 個階段?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機相連，CPU 對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器。開機時， CPU 首先使 I/0 狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。第二階段是處理輸入信號階段。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在I/0西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計28狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。當輸入狀態(tài)信息全部進入 I/0 狀態(tài)表后，CPU 工作進入到第三個階段。第四階段是輸出處理階段。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設備進行各種相應的動作。 可編程序控制器的使用步驟在可編程序控制器與被控對象(機器、設備或生產(chǎn)過程)構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)時，通常以七個步驟進行:(1)系統(tǒng)設計即確定被控對象的動作及動作順序。哪些信號是由可編程序控制器送到被控對象的，對用到的可編程序控制器內(nèi)部的計數(shù)器、定時器等也要進行分配。(3)畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達了系統(tǒng)中全部動作的相互關系。對簡易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計29記符程序轉(zhuǎn)換過程。(5)編制程序即檢查程序中每條語法錯誤，若有則修改。(6)調(diào)試程序即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。如 IBMPC 機，只要這個機器配有相應的軟件。 機械手可編程序控制器控制方案 系統(tǒng)簡介控制對象為圓柱座標氣動機械手。另外，其末端執(zhí)行裝置—機械手，還可完成抓、放功能。其中旋轉(zhuǎn)運動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。如果欲改變機械手的動作，不需改變接線，只需將程序中動作代碼及順序稍加修改即可。西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計30 工業(yè)機械手的工作流程此機械手用于沖床的上下料，當按下啟動按鈕之后，機械手有如下動作:先右轉(zhuǎn)至右限位開關動作(1YA 通電) →下降至下限位開關(4YA 通電) →手臂伸長至限位開關(5YA 通電) →檢查有無物品，若有物品，手爪抓緊(7YA 通電) →手臂收縮至限位開關(6YA 通電) →上升至上限位開關(3YA 通電) →左轉(zhuǎn)至左限位開關動作(2YA 通電) →手臂伸長至最長(5YA 通電) →手爪松開(7YA 通電) →延時 T →手臂收縮最短(6YA 通電)。 I/0 分配根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點的數(shù)目，選用德國西門子公司的 S7200 系列 PLC，它有 14 個輸入點，標號為 ～、～。表 61 I/O 分配輸入 輸出啟動 手臂左轉(zhuǎn) 停止 手臂右轉(zhuǎn) 手抓抓緊 手臂伸長 左轉(zhuǎn)限位開關 手臂收縮 右轉(zhuǎn)限位開關 手臂上升 伸長限位開關 手臂下降 收縮限位開關 手爪抓緊 上升限位開關 手爪放松 下降限位開關 物品檢測 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計31 機械手工作時序圖圖 61 順序功能圖 梯形圖設計(如附圖所示)根據(jù)機械手的時序圖及 1/0 分配，畫出控制梯形圖，如附圖所示。(2)手臂右轉(zhuǎn)的條件:右轉(zhuǎn)不到位( 為 OFF)，上升到位( 為 ON),收縮到位( 為 ON)，手爪放松( 為 OFF),無左轉(zhuǎn)命令( 為 OFF)。 2)左轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，上升到位( 為 ON)，手爪抓西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計32緊( 為 ON)。 2)左轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，上升到位( 為 ON)，手爪抓緊( 為 ON)。(6)手臂下降的條件:下降不到位( 為 OFF)，無上升命令( 為 OFF)，右轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，收縮到位( 為 ON)，手爪放松( 為 OFF)。 2)左轉(zhuǎn)到位( 為 ON)，伸長到位( 為 ON)，上升到位( 為 ON)。 2)左轉(zhuǎn)到位( 為 ON),上升到位( 為 ON)，收縮到位(為 ON)。西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計337 結(jié)論本次設計的是氣動通用機械手，相對于專用機械手，通用機械手的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。采用氣壓驅(qū)動，動作迅速，反應靈敏，能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制，適應性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能，阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境?？梢愿鶕?jù)機械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。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。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