【正文】 連續(xù)運行狀態(tài)，故不需要用 PLC 控制。 機械手 及傳送帶 C 順序動作的要求是： 1) 按下起動按鈕 SB1 時 機械手系統(tǒng)工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關動作； 2) 左轉電磁閥通電，手臂左轉，至左轉限位開關動作； 3) 下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關動作； 4) 啟動傳送帶 A 運行，由光電開關 SP 檢測傳送帶 A 上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機械手抓緊，至抓緊限位開關動作； 5) 手臂再次上升，至上升限位開關再次動作； 6) 右轉電磁閥通電，手臂右轉，至右轉限位開關動作； 7) 手臂再次下降，至下降限位開關再次動作； 8) 放松電磁閥通電，機械手松開手爪，經(jīng)延時 2 秒后，完成一次搬運任務，然后重復循環(huán)以上過程。 9) 按下停止按鈕 SB2 或斷電時，機械手停止在現(xiàn)行工步上，重新起動時，機械手按停止前的動作繼續(xù)工作。 根據(jù)對機械手的順序動作要求，可以畫出時序圖如圖 2 所示。由時序圖可作出圖 3 所示的機械手動作流程圖。 圖 2 機械手佛那故作布序圖 圖 3 機械手動作流程圖 整機框架的導軌上安裝有一個單桿雙作用液壓缸，缸體固定。與活塞桿連接的滑塊上剛性地吊裝著 13 個機械手，當活塞桿運動時，可使 13 個 機械手同步完成左右橫移動，機械手的手臂是一個伸縮式復合液壓缸，手臂缸的活塞桿是夾緊缸的缸體，夾緊缸的活塞桿作為傳力機構驅動以銷軸為鉸鏈的內卡鉗式 4 指抓手，完成工件的抓取和釋放。為了防止手臂在上升和下降運動中，由于受力不均產(chǎn)生的扭轉影響工件的定位精度，在手臂活塞桿上裝有導向螺釘，螺釘與端蓋上的彎板滑槽配合進行軸向導向。夾緊缸的下端蓋的止口端面和外徑分別作為工件加工時的第一和第二基準， 13 個機械手同時完成工件的自定位，夾緊，一起搬運工件進行工序間轉換，生產(chǎn)率大為提高。 機械手的精度設計 機械手的精 度設計要求工件定位準確，抓取精度高，重復定位精度和運動穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能力。 由殼體零件的設計要求知道，階梯徑向孔系與殼體端面和定位止口中心線的平行度、垂直度和同軸度均有嚴格的精度要求 ( mm)。設計中我們取動力頭回轉中心線與夾具中心線之間的同軸度為 mm，動力頭回轉中心線與機械手中心線之間的垂直度為 mm，同時還對機械手的定位準確性提出了較高的要求。 遵循基準重合原則，加工中以夾緊缸下端蓋上的止口端面和外徑作為第一和第二基準面分別清除工件的三個自由度和兩個自由度，由殼體外 端面凸臺在夾具中清除第六個自由度。設計中選取夾具的定位元件為錐體結構，保證工件有較高的對中性，并確保工件在夾緊時能很好地進行自定位 (工件外面類似球形 )。工件徑向階梯孔的周向位置精度由轉位夾具予以保證。 工件安裝在框架下工作臺面的夾具中，機械手吊裝在框架上面的滑軌上，每個工件都要經(jīng)過機械手 12 次搬運才能完成全部工藝過程，所以機械手的抓取精度在設計中十分重要。影響機械手抓取精度的因素很多，例如：框架上導軌面對框架下部工作臺面的平行度 T1，夾具中定位元件中心線對工作臺面的垂直度 T2，機械手的手部中心線對導軌安裝 面的垂直度 T3，機械手的手部中心線和夾具定位元件 (略去工件中心線與定位元件中心線之間的同軸度誤差 )中心線的同軸度即抓手的抓取精度為封閉環(huán) T∑， 設計中我們取抓手抓取精度 T∑ = mm，則分配給各組成環(huán)的公差為： T1=， T2=， T3=，同時取夾緊缸下端止口定位端面與止口外徑的垂直度為 ，取止口定位外徑與工件止口內徑的配合44A11／ g8，即：孔的尺寸為 44A11(++)，外徑即相當于軸的尺寸為 44g8(0.）則可以計算出最大配合間隙為 ，最小配合間隙為 ，均能滿足抓取精度要求。機械手臂部復合液壓缸中配合精度的設計，全部參照液壓缸的設計要求確定。 由于 12 個機械手固定吊裝在橫移缸活塞桿的滑塊上，各機械手之間的設計精度取177。 mm，橫移缸采用傳感器和機械擋塊作為定位系統(tǒng)，機械手的運動速度不高 (30 cm/s)，所以重復定位精度可達177。 mm，另外橫移液壓缸端部由于采用緩沖裝置，使機械手運動平穩(wěn)性也得到了可靠的保證。 機械手的抓取能力可參照鉗爪式手部的有關公式，結合機械手的幾 何參數(shù)進行計算。由于殼體重量較輕 (≤ 2 kg)，夾緊缸內徑 d=40 mm，所以在液壓驅動系統(tǒng)中有足夠大的夾緊力。 機械手的驅動系統(tǒng)設計 機械手的驅動系統(tǒng)采用液壓方式，它具有在同等輸出功率下傳動裝置體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、動態(tài)性能好等特點， 13 個機械手的左右橫移，上升和下降及夾緊和松開等動作及 4 個自動轉位夾具的回轉運動，分別采用由方向閥和節(jié)流閥控制的 18 個液壓缸驅動，全部執(zhí)行元件由一個 4 kW 的 6 級電動機帶動一個流量為 24 l/min 的單級葉片泵供油，使驅動系統(tǒng)的造價大幅度降低。 在多工步 搬運機械手的控制系統(tǒng)中，我們采用了 PLC 技術，選用霍爾傳感器作為主令檢測信號，使用日本立石公司生產(chǎn)的 C40P 作為控制器主體。 常用 PLC 梯形圖邏輯設計方法較多 ，設計中我們采用流程圖法，按照零件加工過程設計出控制系統(tǒng)流程圖。 一般控制系統(tǒng)都是由若干個穩(wěn)定工作狀態(tài)組成，每個工作狀態(tài)是由于接受了某個切換主令信號而建立的。各個工作狀態(tài)用一個輔助繼電器進行區(qū)分，輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號來控制，這些切換主令信號分別來自按鈕、傳感器、定時器和計數(shù)器。輔助繼電器同時又是執(zhí)行元件的輸入變量。當控制系統(tǒng)的輸入主令信號和執(zhí) 行元件確定以后，將主令信號與各自工作狀態(tài)的約束條件，分別代入相應的輔助繼電器邏輯方程和執(zhí)行元件的邏輯方程，即可完成自動工作循環(huán)的邏輯控制。最后再考慮手動控制系統(tǒng)及自動循環(huán)與手動控制之間的互鎖要求，即完成了全部控制系統(tǒng)的邏輯設計。 三菱 PLC 控制系統(tǒng)設計范例 機械手示意圖 如 上圖 所示是一臺工件傳送的氣動機械手的動作示意圖，其作用是將工件從Ａ點傳遞到Ｂ點。氣動機械手的升降和左右移行作分別由兩個具有雙線圈的兩位電磁閥驅動氣缸來完成，其中上升與下降對應電磁閥的線圈分別為 YV1 與 YV2，左行、右行對應電磁閥 的線圈分別為 YV3 與 YV4。一旦電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的動作，直到相對的另一線圈通電為止。氣動機械手的夾緊、松開的動作由只有一個線圈的兩位電磁閥驅動的氣缸完成，線圈(YV5)斷電夾住工件，線圈 (YV5)通電，松開工件，以防止停電時的工件跌落。機械手的工作臂都設有上、下限位和左、右限位的位置開關 SQ SQ2 和 SQ SQ4，夾持裝置不帶限位開關，它是通過一定的延時來表示其夾持動作的完成。機械手在最上面、最左邊且除松開的電磁線圈 (YV5)通電外其它線圈全部斷電的狀態(tài)為機械手的原位。 機械手操作面板示意 圖 .機械手具有手動、單步、單周期、連續(xù)和回原位五種工作方式，用開關 SA 進行選擇。手動工作方式時，用各操作按鈕 SB SB SB SB SB SBSB11 來點動執(zhí)行相應的各動作；單步工作方式時，每按一次起動按鈕（ SB3），向前執(zhí)行一步動作；單周期工作方式時，機械手在原位，按下起動按鈕 SB3，自動地執(zhí)行一個工作周期的動作，最后返回原位（如果在動作過程中按下停止按鈕 SB4，機械手停在該工序上，再按下起動按鈕 SB3，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位）；連續(xù)工作方式時，機械手在原位，按下起動按鈕（ SB3），機械手就連續(xù)重復進行工作（如果按下停止按鈕 SB4，機械手運行到原位后停止）；返回原位工作方式時時，按下“回原位”按鈕 SB11，機械手自動回到原位狀態(tài)。 機械手控制系統(tǒng) PLC 的 I/O 接線圖 如上圖所示為 PLC 的 I/O 接線圖，選用 FX2N48MR 的 PLC，系統(tǒng)共有 18 個輸入設備和 5個輸出設備分別占用 PLC 的 18 個輸入點和 5 個輸出點，請讀者考慮是否可以用本章第四節(jié)介紹的方法來減少占用 PLC 的 I/O 點數(shù)。為了保證在緊急情況下（包括 PLC 發(fā)生故障時），能可靠地切斷 PLC 的負載電源，設置了交流接觸器 KM。在 PLC 開始運行時按下“電源”按鈕 SB1，使 KM 線圈得電并自鎖， KM 的主觸點接通，給輸出設備提供電源；出現(xiàn)緊急情況時，按下“急?！卑粹o SB2， KM 觸點斷開電源。 機械手系統(tǒng) PLC 梯形圖的總體結構