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摘　　要 我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是：彈體自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)。主要設(shè)計(jì)自動(dòng)上下料專(zhuān)用機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)是利用液壓系統(tǒng)與機(jī)械電氣相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理直接影響自動(dòng)線的動(dòng)作性能，因此，對(duì)自動(dòng)線的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和原則加以探討是必要的。在一個(gè)工作求，而且有質(zhì)的要求。因此，要使自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所要求的工循環(huán)，保證所需的工作性能，方法是多種多樣的，所以根據(jù)此設(shè)計(jì)題目的具體情況確定了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案（見(jiàn)液壓系統(tǒng)圖）。一個(gè)好的上下料裝置應(yīng)達(dá)到： （1） 提高裝備生產(chǎn)率和工人勞動(dòng)生產(chǎn)率，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 （2） 工作穩(wěn)定可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小，不會(huì)損壞工件，使用壽命長(zhǎng)。 （3） 結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，最大限度采用標(biāo)準(zhǔn)化零件通用性好，易于制造易于維修，成本低，根據(jù)理論驗(yàn)證，上述設(shè)計(jì)的自動(dòng)上下料專(zhuān)用機(jī)構(gòu)基本達(dá)到要求。 可編程序控制器使系統(tǒng)具有一定柔性，且改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用中占有重要位置，也是老設(shè)備改造和生產(chǎn)新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品的重要手段。 PLC的應(yīng)用范圍非常廣泛，并正在迅速擴(kuò)大。而采用PLC進(jìn)行控制，把傳統(tǒng)的繼電器，用無(wú)觸點(diǎn)的電子線路來(lái)完成，用軟件程序代替了繼電器之間的復(fù)雜連線，既方便又靈活，又大大的提高了可靠性，使機(jī)械手的控制趨于自動(dòng)化。 自動(dòng)化早已成為工業(yè)生產(chǎn)的主流，在成批大量生產(chǎn)率很高，機(jī)動(dòng)工時(shí)很短的情況下，上下料是一項(xiàng)重復(fù)而復(fù)雜的工作。為了提高生產(chǎn)率，減輕體力勞動(dòng)，保證安全生產(chǎn)，所以采用自動(dòng)上下料機(jī)械手來(lái)代替人類(lèi)的工作。 可編程控制器 PLC是工業(yè)自動(dòng)化的主導(dǎo)產(chǎn)品。其可靠性極高，使用極方便 的巨大優(yōu)越性，已廣為工業(yè)技術(shù)人員所熟知。在可編程控制器中，充分應(yīng)用了 大規(guī)模集成電路技術(shù)，微電子技術(shù)及通信技術(shù)，迅速的從早期的邏輯控制發(fā)展 到進(jìn)入位置控制，伺服控制，過(guò)程控制的領(lǐng)域。用可編程控制器已經(jīng)可以構(gòu)成 包括邏輯控制，過(guò)程控制，數(shù)據(jù)采集與控制，圖形工作站的綜合控制系統(tǒng)。可 編程控制器在工廠當(dāng)中廣泛的應(yīng)用?？删幊炭刂破骶哂幸韵碌娘@著特點(diǎn)： （1） 可靠性高，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 （2） 編程簡(jiǎn)單，使用方便。 （3） 控制程序可變，具有很好的柔性。 （4） 直接帶負(fù)載能力強(qiáng)。 （5） 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 （6） 通信，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，利于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制。 總之，PLC技術(shù)代表了當(dāng)前電子元件程序控制的先進(jìn)水平，PLC與數(shù)控技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手、液壓系統(tǒng)、PLC控制 Abstract The subject of this graduation project of mine is: Bear seat Automatic upper and lower mechanism of materials of the shells. Design the automatic upper and lower materiel special--purpose organization electrically, realize automatic job circulation of transfer machine hydraulic pressure it is rational to influence working performance of to probe speed , the direction , these three parameters ,not only have request for quantity, but also have request for the quality . So should make automatic upper and lower mechanism of materials realize required job Circulation , guaranteeing the working performance needed, the method is varied , so has confirmed the plan of design systematic in hydraulic pressure lees the systematic picture of the hydraulic pressure according to this concrete conditions of designing the question . A good upper and lower material device should reach : 1) Improve and equip productivity and worker’s labor productivity, lighten worker’s labor intensity notably . 2) It is reliable that the work is steady , decrease the noise properly ,will not damage the work piece ,have long performance life . 3) The structure compactness is simple, it is good that the maximum adopts the standardized spare part common ability , easy to make , easy to maintain , with low costs , prove according to theory above —mentioned automatic upper and lower material special—purpose organization that design reach requiring basically. Programmable controller makes the system more amiable; it’s an important way of improving the stability of the system, reforming the old equipments and producing the new macaronis productions, which has an important in applying in the mechanical industry. The appliance of is very extensive , and extend quickly . But the adoption PLC proceeds the control ,get in touch with traditional after the electric appliances machine, use the electronics circuit that have no ant orders complicated on-line of the electric appliances . Since the convenience is vivid , again and control of the machine hand tend in the automation.. The automation has become the main cutter of industry production early, in critical product , request to be very high in the rate of production .particularly, the very short circumstance in mobile man-hour is next ,anticipating up and down is a repetition ,but heavy work .Rate of production for increasing , alleviative manual labor ,guarantee the machine hand up and down to inline of human work .circuit technique .Micro-electronics technique and correspondence technique well ,develop into the position control, servo control from the logic of the earlier period control quickly, process control. Of realm .Using the programmable controller has caned constitute to include the logic control, the process controls .According to collect with control, the sketch work station synthesizes to control the system .The programmable controller is in the factory. Extensive application in inside .The programmable controller has below of show the characteristics of : (1)The dependable is high, being applicable to the industry the spot environment. (2)Plait distance simple, the usage is convenient. (3)The control procedure is variable, having good and gentle. (4)Take the ability of loading directly strong. (5)It is easy to realizes the machine electricity integral whole turns. (6)Correspondence, the network technique tends in standardize, benefit in realize calculator network control. In fine, the technique of PLC represented the advanced level that current electronics a procedure control, the PLC control with number the technique to become three major of pillar that machine industry automate with industry robot already. Key Words：: manipulator, hydraulic pressure system , programmable controller - 5 - 沈陽(yáng)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目　　錄 摘　　要 1-2 Abstract 3-5 第一章 自動(dòng)上下機(jī)構(gòu)的總體構(gòu)想 3-13 第一節(jié) 機(jī)械手的機(jī)械構(gòu)想 3 第二節(jié) 機(jī)械手的傳動(dòng) 4-5 第三節(jié) 機(jī)械手的控制方式……………………………………………6-10 第四節(jié) PLC的選擇原則………………………………………...…...11-13 第二章 機(jī)械手的具體設(shè)計(jì) 14-25 第一節(jié) 機(jī)械手的具體設(shè)計(jì) 14-17 第二節(jié) 臂部的設(shè)計(jì)…………………………………………………..18-23 第三節(jié) 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)…………………………………………………..23-24 第四節(jié) 液壓回路的設(shè)計(jì)………………………………………………...25 第三章 機(jī)械手的主電路設(shè)計(jì) .26-27 第四章 PLC的控制電路的設(shè)計(jì)……………………………………….....28-45 第一節(jié) PLC的組成 28-29 第二節(jié) 可編程控制器的工作原理…………………………………30-32 第三節(jié) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………33-45. 參 考 文 獻(xiàn) 46 致　　謝 47 - 1 - ） 前　　言 自動(dòng)裝卸工件裝置是自動(dòng)機(jī)床不可缺少的輔助裝置。當(dāng)機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工循環(huán)自動(dòng)之后，還只是半自動(dòng)機(jī)床，因?yàn)槊慨?dāng)完成一個(gè)加工循環(huán)后必須停車(chē)，有工人裝卸工件，經(jīng)過(guò)兩次起動(dòng)才能進(jìn)行下一次加工循環(huán)。在半自動(dòng)機(jī)床上配備自動(dòng)裝卸工件裝置以后由于能夠自動(dòng)完成裝卸工作，因而自動(dòng)加工循環(huán)可以 連續(xù)進(jìn)行，即成為全自動(dòng)機(jī)床。 在實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程自動(dòng)化時(shí)，自動(dòng)裝卸工件裝置也是組成自動(dòng)線的不可缺少的輔助設(shè)備。用PLC控制液壓系統(tǒng)，可編程控制器(Programmable controller) 簡(jiǎn)稱(chēng)PC,早期也稱(chēng)為PLC(Programmable Logic Computer).區(qū)別于個(gè)人計(jì)算機(jī)的“PC”(Personal Computer).可編程控制器是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)化控制裝置。最早是用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)以及順序控制等，而且只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量的控制。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC功能也將不斷增強(qiáng)，規(guī)模不斷擴(kuò)大，已超出了邏輯功能的范圍。可編程控制器(PC)是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,以微處理器為核心,把自動(dòng)化技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù),通信技術(shù)融入為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置.它具有邏輯判斷,定時(shí),記數(shù),記憶和算術(shù)運(yùn)算,數(shù)據(jù)處理,聯(lián)網(wǎng)通信,PID回路調(diào)節(jié),自適應(yīng)控制及人工智能等功能.目前以被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中. 可編程控制器 PLC是工業(yè)自動(dòng)化的主導(dǎo)產(chǎn)品。其可靠性極高，使用極方便 的巨大優(yōu)越性，已廣為工業(yè)技術(shù)人員所熟知。在可編程控制器中，充分應(yīng)用了 大規(guī)模集成電路技術(shù)，微電子技術(shù)及通信技術(shù)，迅速的從早期的邏輯控制發(fā)展 到進(jìn)入位置控制，伺服控制，過(guò)程控制的領(lǐng)域。用可編程控制器已經(jīng)可以構(gòu)成 包括邏輯控制，過(guò)程控制，數(shù)據(jù)采集與控制，圖形工作站的綜合控制系統(tǒng)。可 編程控制器在工廠當(dāng)中廣泛的應(yīng)用?？删幊炭刂破骶哂幸韵碌娘@著特點(diǎn)： (1) 可靠性高，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 (2) 編程簡(jiǎn)單，使用方便。 (3) 控制程序可變，具有很好的柔性。 (4) 直接帶負(fù)載能力強(qiáng). (5) 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 (6) 通信，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，利于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制。 總之，PLC技術(shù)代表了當(dāng)前電子元件程序控制的先進(jìn)水平，PLC與數(shù)控技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。 目前，PLC正朝著兩個(gè)方向發(fā)展。其一是向大型化、快速化、高能化方向發(fā)展，以取代工業(yè)計(jì)算機(jī)的部分功能。其二是向小型化、專(zhuān)業(yè)化，成本低方向發(fā)展，以真正成為繼電器的替代品。PLC總的發(fā)展趨勢(shì)就是：功能越來(lái)越強(qiáng)，使用越來(lái)越方便。而性能價(jià)格比又不斷的提高。因此說(shuō)，PLC的發(fā)展方興未艾，前景十分可觀。 西門(mén)子公司生產(chǎn)的可編程控制器在我國(guó)的應(yīng)用亦相當(dāng)廣泛。早期，西門(mén)子公司的可編程控制器大多是跟隨著歐洲的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)入中國(guó)的。改革開(kāi)放以來(lái)，在冶金、飲料生產(chǎn)、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域引進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備中，有許多西門(mén)子的可編程控制器。近年來(lái)，西門(mén)子公司大力擴(kuò)展在華業(yè)務(wù)。許多國(guó)內(nèi)同行也大量采用西門(mén)子的可編程控制器作為國(guó)產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的核心。 第一章 自動(dòng)上下料機(jī)械手的總體構(gòu)想 第一節(jié) 機(jī)械手的機(jī)械構(gòu)想 自動(dòng)裝卸工件裝置通常慣用自動(dòng)上下料裝置,它所能完成的工作包括將工件自動(dòng)安裝到機(jī)床上,和加工完成后從機(jī)器中卸下工件. ?機(jī)械手有三大類(lèi): (1) 專(zhuān)用機(jī)械手.這種機(jī)械與一般自動(dòng)機(jī)械裝置一樣,是附屬于機(jī)床的輔助設(shè)備.它須與機(jī)床的工作循環(huán)相配合,其動(dòng)作有機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制.這類(lèi)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度一般較少,因而結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜. (2) 通有機(jī)械手 .它是一種獨(dú)立的裝置,可以應(yīng)用于各種工種,用以代替工人的輔助設(shè)備.具有較多的運(yùn)動(dòng)自由度,具有獨(dú)立的程序控制系統(tǒng),這類(lèi)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)都比專(zhuān)用機(jī)械手復(fù)雜. (3) 架空輸送機(jī)械手.這類(lèi)機(jī)械手自動(dòng)線輸裝置的一種形式.它不僅能自動(dòng)線裝卸工件,而擔(dān)負(fù)工位間傳輸工作.其結(jié)構(gòu)原理和裝卸專(zhuān)用機(jī)械手并無(wú)原則區(qū)別,只是在傳動(dòng)和控制與自動(dòng)線的傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系有整體聯(lián)系. 我選擇用架空機(jī)械手,兩端導(dǎo)軌插入墻體中.機(jī)械手為了完成裝卸工件的各種動(dòng)作,必須具用一定的自由度.為了便于分析機(jī)械手需的自由度,以及便于設(shè)計(jì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案.一般機(jī)械手分為三類(lèi):(1)手部:又稱(chēng)夾爪,用抓去取和夾持工件,其結(jié)構(gòu)形狀取決于工件的形狀和大小.夾爪只有張開(kāi)和收攏動(dòng)作,一般不計(jì)在機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度之內(nèi). 第二節(jié) 機(jī)械手的傳動(dòng) 液壓傳動(dòng)設(shè)備與機(jī)械傳動(dòng)，氣動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備相比較有以下特點(diǎn)： （1） 液壓傳動(dòng)各執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)的動(dòng)作和力（力矩）是靠液體來(lái)傳遞的，所以液體的質(zhì)量和清潔度將直接關(guān)系到液壓設(shè)備的運(yùn)行狀況。 （2） 在相等功率的條件下，液壓傳動(dòng)設(shè)備比機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備體積小，重量輕，運(yùn)動(dòng)慣性小，動(dòng)態(tài)性能好，換向頻率高，其往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可達(dá)每秒500次，往返直線運(yùn)動(dòng)可達(dá)每秒1000次。 （3） 液壓設(shè)備中，液壓系統(tǒng)與電氣控制聯(lián)合使用，自動(dòng)化程度高。 （4） 液壓設(shè)備由標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，通用化較強(qiáng)的液壓元件組成，故便于制造和推廣使用。 （5） 液壓傳動(dòng)設(shè)備要保持良好的技術(shù)狀態(tài)就必須做到控制油液污染，控制泄露和控制溫升及吸空等。 （6） 液壓傳動(dòng)設(shè)備具有自我良好的潤(rùn)滑和自動(dòng)防止過(guò)載的保護(hù)能力，故使用起來(lái)安全可靠。 （7） 由于液壓傳動(dòng)的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)所傳遞的力，速度，位移，可無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)1：2000 ），故能迅速適應(yīng)被控制參數(shù)的變化。 （8） 液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)化的水平高，故液壓設(shè)備一般比機(jī)械設(shè)備技術(shù)改造投資少，時(shí)間短，并且容易實(shí)現(xiàn)。 （9） 液壓元件屬于精密零件，因此元件的修理較困難。 （10） 液壓設(shè)備的故障有隱蔽性和多變性，因此故障原因的判斷比機(jī)械故障的判斷難得多。 機(jī)械手的升降運(yùn)動(dòng)大都采用液壓傳動(dòng)。夾爪的傳動(dòng)則根據(jù)具體的情況而定，對(duì)尺寸小，重量輕的工件，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可采用彈簧式夾爪；但對(duì)于尺寸較大或較重的工件，為了保證輸送過(guò)程的可靠性，夾爪應(yīng)采用液壓傳動(dòng)。對(duì)于本設(shè)計(jì)的彈體而言，液壓設(shè)備傳動(dòng)是比較安全可靠的。 由上所述，我大部分采用液壓傳動(dòng)設(shè)備。 第三節(jié) 機(jī)械手的控制方式 實(shí)現(xiàn)工業(yè)的自動(dòng)化控制，可以用多種方式來(lái)控制?？傮w方案設(shè)計(jì)中選擇何種控制系統(tǒng)是關(guān)鍵的一環(huán)。它直接關(guān)系到投資成本、耗能、可靠性、安全性和應(yīng)用效果。下面分別將PLC控制與繼電器控制及微機(jī)控制進(jìn)行比較，作選擇方案時(shí)的參考： （1）PLC與繼電器控制的比較 繼電器控制自20年代問(wèn)世以來(lái)，一直是機(jī)電順序控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用范圍甚廣。其缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢且可靠性差。 1.控制邏輯： 繼電器控制采用硬件接線邏輯，所以繼電器控制邏輯的靈活性和擴(kuò)展性較差，而PLC采用存儲(chǔ)邏輯。除了輸入輸出端要與現(xiàn)場(chǎng)連接以外，控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在PLC中，所以靈活性和擴(kuò)展非常好。 2.控制速度： 繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作（閉合或斷開(kāi)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低，觸點(diǎn)的開(kāi)閉動(dòng)作一般達(dá)幾十毫秒級(jí)，而且使用的繼電器越多，邏輯控制速度越慢，還容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)造成的問(wèn)題。而PLC是由程序指令控制電子電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的速度相當(dāng)快，一班一條用戶(hù)指令的執(zhí)行時(shí)間為毫秒級(jí)。由于PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步控制方法，不會(huì)出現(xiàn)“抖動(dòng)”問(wèn)題。 3.限時(shí)控制： 繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作進(jìn)行限時(shí)控制，時(shí)間繼電器一般分為完全阻尼式、電磁式、電磁擺式和電子等。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)規(guī)定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度不夠，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境和溫度變化的影響，時(shí)間調(diào)整困難等問(wèn)題，有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不便。PLC較長(zhǎng)時(shí)間限時(shí)使用集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖有晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高PLC較短時(shí)間限時(shí)和特殊限時(shí)可以根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值用程序?qū)崿F(xiàn)，定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，一日調(diào)好，不會(huì)改變PLC還能完成個(gè)各種類(lèi)型的記數(shù)功能，而繼電器控制一般沒(méi)有高速記數(shù)功能。 4.設(shè)計(jì)和施工： 使用繼電器控制完成一項(xiàng)控制工程,設(shè)計(jì),施工,調(diào)試必須按順序進(jìn)行,周期長(zhǎng)而且修改困難.工程越大,這一缺點(diǎn)越突出.用PLC完成一向控制工程時(shí),在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,現(xiàn)場(chǎng)施工和控制邏輯設(shè)計(jì)(包括繼電梯形圖和程序計(jì))可以同時(shí)進(jìn)行,周期大大縮短,而且調(diào)試和修改都很方便. 5.可靠性和可維護(hù)性: 繼電器控制使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn),連線也多:因此可靠性和可維護(hù)性差. PLC采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作觸點(diǎn)的電子電路來(lái)完成 ，壽命長(zhǎng)，可靠性高，PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)監(jiān)視控制程的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維修提供方便。從以上幾方面比較來(lái)看，PLC在性能上均優(yōu)于繼電器控制，即控制可靠性高。設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)速方便，控制邏輯修改容易，而且體積小，功耗小，使用和維護(hù)簡(jiǎn)單。 （2）PLC與微型機(jī)算計(jì)的比較 采用微電子技術(shù)的PLC內(nèi)也有CPUROM,I/O接口等構(gòu)成的微型機(jī)算機(jī)，但是它又不同與一般的微型機(jī)算機(jī)。 1) 應(yīng)用范圍： 大量使用的微型機(jī)算機(jī)系統(tǒng)一般用于科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)通信等方面。而PLC主要用于工業(yè)控制。 2) 使用環(huán)境: 微型機(jī)算機(jī)對(duì)環(huán)境要求比較高，一般要求在干擾小并且具有一定溫度和濕度要求的機(jī)房?jī)?nèi)使用。而PLC適應(yīng)工程現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。 3) 程序設(shè)計(jì)： 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有豐的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，例如匯編語(yǔ)言，BASIC語(yǔ)言，F(xiàn)ORTRAN語(yǔ)言，COBOL語(yǔ)言，C語(yǔ)言；語(yǔ)句多，關(guān)系復(fù)雜，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)程序編制能力和接口技術(shù)。PLC 可以把非常簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言提供給用戶(hù)使用，編程語(yǔ)言數(shù)量少，邏輯簡(jiǎn)單；基本的指令有：輸入輸出指令，邏輯運(yùn)算指令、程序結(jié)束指令等；有的PLC還提供算術(shù)運(yùn)算指令，步進(jìn)控制指令等，易于學(xué)習(xí)和掌握。 4)系統(tǒng)功能： 微型計(jì)算機(jī)一般配有較強(qiáng)的操作系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)器管理。 PLC只有簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查，用戶(hù)程序輸出和修改，用戶(hù)程序的執(zhí)行等功能。 從以上分析可見(jiàn)，從微型機(jī)算計(jì)應(yīng)用類(lèi)別來(lái)說(shuō)， PLC是工業(yè)控制的專(zhuān)用機(jī)，微型計(jì)算機(jī)是通用機(jī)；從工業(yè)控制來(lái)說(shuō)，PLC是控制通用機(jī)，而某種類(lèi)型的微型計(jì)算機(jī)可作成某一控制設(shè)備的專(zhuān)用機(jī)，就控制性能而言，PLC與微型計(jì)算之間的差異為：PLC的可靠性高，而微型計(jì)算機(jī)的可靠性不如它： PLC編程簡(jiǎn)單；而計(jì)算機(jī)編程復(fù)雜；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試周期短，而微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)；PLC輸入/輸出響應(yīng)速度慢，一般為毫秒級(jí)，有較大的滯后現(xiàn)象，而某些種類(lèi)微型計(jì)算機(jī)響應(yīng)速度很快，一般為微秒級(jí)。 可編程控制器(Programmable controller) 簡(jiǎn)稱(chēng)PC,早期也稱(chēng)為PLC(Programmable Logic Computer).區(qū)別于個(gè)人計(jì)算機(jī)的“PC”(Personal Computer).可編程控制器是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)化控制裝置。最早是用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)以及順序控制等，而且只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量的控制。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC功能也將不斷增強(qiáng)，規(guī)模不斷擴(kuò)大，已超出了邏輯功能的范圍。可編程控制器(PC)是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,以微處理器為核心,把自動(dòng)化技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù),通信技術(shù)融入為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置.它具有邏輯判斷,定時(shí),記數(shù),記憶和算術(shù)運(yùn)算,數(shù)據(jù)處理,聯(lián)網(wǎng)通信,PID回路調(diào)節(jié),自適應(yīng)控制及人工智能等功能.目前以被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中. PLC主要功能 (1) 條件控制: PLC具有邏輯運(yùn)算功能,可代替繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制 (2) 限時(shí)控制: PLC具有定時(shí)功能,為用戶(hù)提供了定時(shí)指令設(shè)置的若干 電子定時(shí)器進(jìn)行限時(shí)控制和延時(shí)控制. (3) 記數(shù)控制: PLC具有記數(shù)控制功能,它為用戶(hù)提供了用設(shè)置指令技 術(shù)的若干個(gè)計(jì)數(shù)器.技術(shù)值可在運(yùn)行中讀出和修改. (4) 步進(jìn)控制：PLC具有步進(jìn)控制功能，只有在前道工序完成后才能 轉(zhuǎn)到下到工序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制 (5) A/D,D/A轉(zhuǎn)換：完成對(duì)模擬量的控制和PID回路調(diào)節(jié)。 (6) 通信和聯(lián)網(wǎng)：PLC采用通信技術(shù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O 控制和PLC之 間的同位連接；以及與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位連接， 構(gòu)成一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC的分布控制網(wǎng)絡(luò)控制和 通信。 （7）對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控：操作人員可以通過(guò)監(jiān)控有關(guān)部分的進(jìn)行狀態(tài)，進(jìn)行定時(shí)，計(jì)數(shù)等設(shè)定值。 （8）自診斷功能：可以在線診斷系統(tǒng)的軟件故障狀態(tài)，診斷機(jī)和 生產(chǎn)過(guò)程的故障狀態(tài) 。 可編程控制器 PLC是工業(yè)自動(dòng)化的主導(dǎo)產(chǎn)品。其可靠性極 高，控制器中，充分應(yīng)用了大規(guī)模集成電路技術(shù)，微電子技術(shù)及通 信技術(shù)，迅速的從早期的邏輯控制發(fā)展到進(jìn)入位置控制，伺服控 制，過(guò)程控制的領(lǐng)域。用可編程控制器已經(jīng)可以構(gòu)成包括邏輯控 制，過(guò)程控制數(shù)據(jù)采集與控制，圖形工作站的綜合控制系統(tǒng)。可編 程控制器在工當(dāng)中廣泛的應(yīng)用?？删幊炭刂破骶哂幸韵碌娘@著特點(diǎn)： (1) 可靠性高，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 (2) 編程簡(jiǎn)單，使用方便。 (3) 控制程序可變，具有很好的柔性。 (4) 直接帶負(fù)載能力強(qiáng). (5) 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 (6) 通信，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，利于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制。 總之，PLC技術(shù)代表了當(dāng)前電子元件程序控制的先進(jìn)水平，PLC與數(shù)控技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。 目前，PLC正朝著兩個(gè)方向發(fā)展。其一是向大型化、快速化、高能化方向發(fā)展，以取代工業(yè)計(jì)算機(jī)的部分功能。其二是向小型化、專(zhuān)業(yè)化，成本低方向發(fā)展，以真正成為繼電器的替代品。PLC總的發(fā)展趨勢(shì)就是：功能越來(lái)越強(qiáng)，使用越來(lái)越方便。而性能價(jià)格比又不斷的提高。因此說(shuō)，PLC的發(fā)展方興未艾，前景十分可觀。 綜上所述,我根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和工件加工的環(huán)境選可編程控制器PLC. 第四節(jié) PLC的選擇原則 選擇PLC的系統(tǒng)原則：選擇PLC系統(tǒng)主機(jī)根據(jù)經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上兩方面的要求。從經(jīng)濟(jì)上看，當(dāng)然要選擇性能價(jià)格比高的系統(tǒng)，即在同等條件下選擇價(jià)格最低的系統(tǒng)。這一點(diǎn)對(duì)、大、中型的系統(tǒng)尤為重要。從技術(shù)上說(shuō)，選擇PLC系統(tǒng)是按被控系統(tǒng)的規(guī)模、方式、控制速度以及其它的特殊要求來(lái)決定控制對(duì)象，應(yīng)按下列各項(xiàng)逐一加以考慮。 1.控制系統(tǒng)中被控設(shè)備的I/O點(diǎn)數(shù)及性質(zhì)（開(kāi)關(guān)量、模擬量或兩者兼有）。 2.各I/O的具體技術(shù)要求，如額定電流值、額定電壓值等信號(hào)量范圍。 3.根據(jù)所需點(diǎn)數(shù)，確定待選用PLC 的規(guī)模（大中小型），結(jié)構(gòu)是單元式還是模塊式，以及模塊配置和擴(kuò)展單元。 4.是否需要采用專(zhuān)用智能接口模塊，以滿足特殊的控制要求（如定位、閉環(huán)等控制，人機(jī)對(duì)話等功能）。 5.控制系統(tǒng)是否是分布式，個(gè)被控設(shè)備再空間的位置分布情況。被設(shè)備離主機(jī)的最遠(yuǎn)距離等。 6.控制系統(tǒng)最短的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間（即由輸入量受到至輸出端被設(shè)備動(dòng)作的總時(shí)間），主要由掃瞄程序時(shí)間決定。 7.考慮選擇CPU的容量（一般指內(nèi)存RAM的儲(chǔ)存容量）應(yīng)滿足所控的點(diǎn)數(shù)N*10：對(duì)于小型機(jī)，每個(gè)字8bit字位），對(duì)大型機(jī)，每個(gè)字16bit）。再模擬量I/O的場(chǎng)合，應(yīng)取比此數(shù)大一倍的容量。另外，還要著重考慮到CPU 的功能，大中型系統(tǒng)要求有較強(qiáng)的指令集。 8.對(duì)較大型的系統(tǒng)，若有數(shù)十臺(tái)PLC一起工作，應(yīng)考率其間的通信方式。 9.對(duì)于十分重要的生產(chǎn)過(guò)程），應(yīng)考慮是否需要采用后備系統(tǒng)或DPU系統(tǒng)。 10.編程及監(jiān)控要求適當(dāng)編程環(huán)境，應(yīng)考慮是采用繼電器控制邏輯的梯形圖語(yǔ)言，還是其它表達(dá)形式語(yǔ)言來(lái)編程，是否要求流程顯示控制。 11.在強(qiáng)干擾（電、磁）的場(chǎng)合下，PLC布置的抗干擾要特別小心。除布線方面的考慮外，有時(shí)必須采用全屏蔽設(shè)計(jì)，或用光纖傳輸系統(tǒng)。 12.其它，如是否采用無(wú)線數(shù)字傳輸，系統(tǒng)日后擴(kuò)展要求等都應(yīng)考慮。 第二章 機(jī)械手的具體設(shè)計(jì) 主要技術(shù)指標(biāo)如下： 1. 工件最大重量約為100kg。 2. 工件尺寸（直徑、長(zhǎng)度）：132mm、400mm。 3. 最大操作范圍：提升高度500mm、轉(zhuǎn)動(dòng)角度90度，水平移動(dòng)范圍2000mm 4. 機(jī)械手的自由度3（上升、轉(zhuǎn)動(dòng)、平移） 5. 定位精度：上下料裝置，本身精度不高 6. 性能要求：抓取可靠，靈活、送放平穩(wěn)，定位可靠 第一節(jié) 機(jī)械手的具體設(shè)計(jì) 架空機(jī)械手，由升降油缸，夾爪油缸，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)油缸及具有轉(zhuǎn)動(dòng)夾緊的鉗口等構(gòu)件所構(gòu)成。升降油缸安裝在支撐板上，活塞桿下端固定著支撐板。夾爪驅(qū)動(dòng)油缸就安裝在支撐板上，油缸的活塞上下移動(dòng)時(shí)，通過(guò)鉸接連接件，使夾爪張開(kāi)或收攏。 用銷(xiāo)釘將杠桿和鉸鏈平行四邊形固定安裝在活塞上，平行四邊形的杠桿軸承上裝有法蘭的軸，用螺釘將可換鉗口固定在法蘭上。在一個(gè)杠桿上部鉸接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)液壓缸。其活塞桿也與軸鉸接。當(dāng)液壓缸活塞桿伸出時(shí)，軸和鉗口一起轉(zhuǎn)過(guò)由活塞桿行程所確定的角度，將安裝好的鉗口位置固定。 一、 手部設(shè)計(jì) （1） 類(lèi)型選擇 根據(jù)工作的形狀、尺寸、重量、材料和表面狀況，我選用V型塊的鉗口。 （2） 夾緊力的計(jì)算 對(duì)工件的夾緊力可按照下式計(jì)算 N》K1*K2*K3*G 式中 K1——安全系數(shù)，通常取1.2~2，我取1.5 K2——?jiǎng)虞d系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？砂碖2=1+a/g估算，a為機(jī)械手在搬運(yùn)工件過(guò)程中的加速度m/s，g=9.8m/s，g為重力加速度。 K3——方位系數(shù)，K3=0.5/f，粗略計(jì)算K3=5。 G——被夾持工件的重量kg 因?yàn)樵贆C(jī)械手搬運(yùn)工件過(guò)程是相對(duì)于勻速運(yùn)動(dòng)，因此，認(rèn)為a=0，即K2=1+0/g=1 把各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入公式有 N》1.5*1*5*100=750kgf 換算為牛頓有 N》750*9.8=7350N 取N=8000N （3） 手部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 采用液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)鉗口的夾緊與放松，因此，選用連桿傳動(dòng)的手部比較合理，其大體結(jié)構(gòu)初步定位： 作用于活塞桿的驅(qū)動(dòng)力為： P=2bsin ?*sinα*N/C/sin（α+?）/η 式中 P——驅(qū)動(dòng)力 b——夾緊力到回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的垂直距離 c——連桿 α——連桿的傾斜角43度 ?——杠桿的傾斜角為85.5度 N——夾緊力N=8000N η——連桿的效率，取η=0.8 計(jì)算得 P=20000N （4） 校合手部的結(jié)構(gòu)的分強(qiáng)度 1） 夾爪的材料為45鋼，45鋼的伸長(zhǎng)率為 5%朔性材料，其許用應(yīng)力[ ]= /s 式中 ——材料的屈服點(diǎn) η ——安全系數(shù)，對(duì)材料n=1..32--3.5 45鋼的屈服點(diǎn) =360Mpa，n取1.5 代入，可求出45鋼的許用應(yīng)力 =360/1.5=270Mpa 其許用剪切應(yīng)力 [ ] =（0.6~0.8）[ ] =162--216Mpa 取 [ ] =200Mpa 許用擠壓應(yīng)力[ ] =（1.7~2.0）[ ] =459~540Mpa 取 [ ]=500Mpa 夾爪的剪切應(yīng)力條件τ=F/S <[τ] <[τ]=200Mpa 夾爪的擠壓應(yīng)力條件為 =F1/S〈[ ] 其壓力最大，受力面積最小的地方都滿足要求，其他，也一定能滿足強(qiáng)度要求，所以?shī)A爪的材料及尺寸選擇合理。 2)校核鉸鏈的剪切強(qiáng)度 滿足其剪切應(yīng)力條件為 τ=F1/S〈[ ] 鉸鏈的材料為45鋼，其許用應(yīng)力 =200Mpa（已計(jì)算） 顯然，鉸鏈的強(qiáng)度足夠。 3)選用銷(xiāo)軸 銷(xiāo)軸的材料一般為35鋼，其許用應(yīng)力 [ ] =315/1.5=210Mpa 根據(jù)其材料的許用應(yīng)力和擠壓應(yīng)力計(jì)算銷(xiāo)軸的直徑。 銷(xiāo)軸滿足剪切應(yīng)力條件是： =F1/S d》9mm 為了提高強(qiáng)度選擇d=20mm 銷(xiāo)軸滿足擠壓強(qiáng)度條件式 第二節(jié) 臂部設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)各種條件的考慮（強(qiáng)度，整體結(jié)構(gòu)）等，臂部的大體結(jié)構(gòu)是把夾緊缸放在滑板上，其內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)是拉桿通過(guò)連桿和夾緊缸的活塞桿連在一起，拉桿與連桿活塞都是螺紋連接。各部分具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和一些細(xì)節(jié)問(wèn)題分析如下。 一. 夾緊缸的設(shè)計(jì) 1. 液壓缸的主要尺寸的確定 （1）液壓缸工作壓力的主要根據(jù)液壓設(shè)備的類(lèi)型來(lái)確定，對(duì)不同用途的壓力范圍也不同。夾緊缸的工作壓力確定為P1 =5Mpa （2）液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑的確定 液壓缸內(nèi)徑 D=1.13 式中 ： P——驅(qū)動(dòng)力。即液壓缸的實(shí)際工作載荷 P1——系統(tǒng)的工作壓力，P1=5Mpa ——機(jī)械效率，一般取 =0.9 D圓整為80mm 按液壓缸工作效率，選取d/D=0.45 因此，活塞桿直徑d=80*0.45=36 （3）液壓壁厚和外徑的計(jì)算 液壓的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料可知隨內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)就力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。 一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒 液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚δ的比值D/δ 10的圓筒稱(chēng)為薄壁圓筒， 10的圓筒稱(chēng)為厚壁圓筒，我們一般所用液壓缸均為厚壁圓筒，因此夾緊缸的壁厚 按公式 式中[ ]——缸筒材料的許用應(yīng)力，其值為：鍛鋼[ ]=110-120Mpa；鑄鋼[ ]=100-110Mpa ；無(wú)縫鋼管[ ]=100-110Mpa；高強(qiáng)度鑄鋼 [ ]=60Mpa ；灰鑄鐵 [ ]=25Mpa ，夾緊缸體材料為45鋼；采用模鍛進(jìn)行鍛造，其許用應(yīng)為 P-----實(shí)驗(yàn)壓力，比最大工作壓力20%~30%。取P=4.8Mpa -----液壓缸的臂厚（mm） 取 =1.75 因此缸筒外徑 D1=D+2 =80+2*1.75=115mm，為了增強(qiáng)液壓缸缸體的強(qiáng)度；在缸體外壁加一材料為45的隔套取隔套的壁厚 = 27.5mm，因此隔套外徑160mm。 （5） 夾緊缸工作行和的確定 液壓缸的工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定。 夾緊缸的工作行程等于夾緊工件到松開(kāi)工件；活塞移動(dòng)的距離，它的工作行程很小，即取 (6)缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效 按強(qiáng)度要求可按下面公式進(jìn)行近似計(jì)算。 有孔時(shí) 式中 t——缸蓋有效厚度（mm） D2——缸蓋止口內(nèi)徑（mm） d——缸蓋孔的直徑（mm） ——缸蓋材料的許用應(yīng)力，其材料為ＨＴ２００， 夾緊缸缸蓋有孔，其直徑ｄ＝１６ｍｍ，Ｄ２＝８０ｍｍ，Ｄ 代入公式計(jì)算得ｔ》０.４３３＊８０＊ 　?。裕剑保? （6） 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)去承面中點(diǎn)的距離H稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。夾緊液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 夾緊缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 Ｈ》Ｄ／２＋Ｌ/２０ 式中?。蹋瓓A緊液壓缸的最大工作行程，取Ｌ＝５０ｍｍ 　　?。摹簤焊椎膬?nèi)徑，Ｄ＝８０ｍｍ　 代入公式計(jì)算可得： 　　　Ｈ》５０／２０+８０／２＝４２.５ｍｍ 　?。龋剑罚埃恚? 活塞寬度Ｂ＝（０.６～１.０）Ｄ 夾緊液壓缸 （7） 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般夾緊液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20~30倍。 （8） 夾緊液壓缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算 據(jù)材料力學(xué)的理論，一根受壓的直桿，在其軸向負(fù)載Fr超過(guò)穩(wěn)定臨界力 時(shí)，即失去原有直線狀態(tài)下的平衡稱(chēng)為失衡。 2．夾緊缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)，活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)，活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)，密封裝置，緩沖裝置，由于工作條件的不同，結(jié)構(gòu)形式就也各不相同。 設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 (1)缸體與缸蓋的連接形式 在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工裝置方便的前提下，采用內(nèi)六角圓柱螺釘進(jìn)行連接。 (2)液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量較大，動(dòng)運(yùn)速度較高，則在到行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至活塞與缸筒端蓋之間產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們可采用節(jié)流調(diào)速閥來(lái)到緩沖的目的。 二、 伸縮缸的設(shè)計(jì) 1.伸縮缸的主要尺寸的確定 （1）伸縮缸的工作壓力P的確定 P=6.5Mpa （2）伸縮缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d確定 液壓缸的內(nèi)徑D=109.2mm 按整體結(jié)構(gòu)圓整D=110mm 按表取活塞桿直徑d=90mm （4） 缸厚和外徑的計(jì)算 將伸縮缸按厚壁圓筒計(jì)算 ——伸縮缸的缸壁厚度 D ——伸縮缸的缸筒內(nèi)徑 [ ]——缸筒材料的許用應(yīng)力 P——實(shí)驗(yàn)壓力 缸筒的材料為45鋼，其許用應(yīng)力[ ]=115Mpa，液壓缸的實(shí)驗(yàn)壓力P=6.5Mpa 取 =30mm 因此，缸的外徑D1=D+2 =110+2*30=170mm 其它見(jiàn)圖所示。 3.轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)缸的計(jì)算（ ） 第三節(jié) 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的縱向軌道采用山形導(dǎo)軌和平導(dǎo)軌組合。因此軌道剛性好，機(jī)械手在移動(dòng)時(shí)平穩(wěn)，到達(dá)終時(shí)雖有沖擊，也不會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，保證位置的準(zhǔn)確性。軌道兩端插入墻體中 選用工字鋼GB706-88（32a）其基本尺寸入圖 導(dǎo)軌的作用是承載和導(dǎo)向。為了使機(jī)械手工作時(shí)移動(dòng)平穩(wěn)，我選用兩根導(dǎo)軌對(duì)稱(chēng)布置，把一根作成齒條的帶牙導(dǎo)軌，另一根做成普通的光滑導(dǎo)軌。 選用導(dǎo)軌的材料 對(duì)導(dǎo)軌無(wú)特殊要求，選用最常用的鋼，并做正火處理即可。 導(dǎo)軌的材料為45鋼，其許用應(yīng)力[ ]=270Mpa 〈[ ] 說(shuō)明導(dǎo)軌的工作安全 總體分析所設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手的各部分結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)，此機(jī)械手在完成工作要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊，各零部件簡(jiǎn)單易制的特點(diǎn)，且操作簡(jiǎn)單易掌握能夠投入生產(chǎn)。 導(dǎo)軌的驗(yàn)算 第四節(jié) 液壓回路的設(shè)計(jì) 具體參看液壓圖 元件的選擇 序號(hào) 名稱(chēng) 型號(hào) 1 2 3 4 5 設(shè)計(jì)依據(jù)的提出 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須明確掌握設(shè)計(jì)參數(shù)。工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù)的主要內(nèi)容有： 1． 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)布局及工藝要求，液呀執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和規(guī)格等。 2． 機(jī)械手的工作循環(huán)，動(dòng)作周期表，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作范圍。 3． 對(duì)機(jī)械手的各種部件（電氣、機(jī)械、液壓）的動(dòng)作順序，轉(zhuǎn)換方式和互鎖要求等，要有詳細(xì)的說(shuō)明。液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度，載荷及其變化范圍（或調(diào)節(jié)范圍）。 對(duì)工件可靠性、平穩(wěn)性以及轉(zhuǎn)換精度的要求。 第三章 機(jī)械手的主電路設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械手的設(shè)計(jì)只需一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵。電機(jī)的額定電流 I=P/U=4KW/380V=10.5A 1. 接觸器的選擇 由電機(jī)的額定電流為10.5A，考慮動(dòng)電流較大，固選CJ10-20型交流接觸器。額定電流位20A。吸持功率為21W。 2. 控制變壓器的選擇 由于電磁閥，交流接觸器，PC輸入，輸出等執(zhí)行元件的供電電壓有多種，需要控制變壓器提供?？刂谱儔浩鞯娜萘縋可以根據(jù)由它供的最大工作負(fù)載所需功率來(lái)考慮，并留有一定的余量。 得經(jīng)驗(yàn)方式為：P=KΣPI 式中PI為電磁器件的吸持功率和燈負(fù)載等其他負(fù)載消耗的功率；K為變壓器容量?jī)?chǔ)備系數(shù)，一般取1.1-1.25雖然電磁閥線圈在啟動(dòng)時(shí)吸合功率較大，但變壓器有短時(shí)過(guò)載能力，所以?xún)H考慮吸持功率。 （1） TC電磁閥中的電流一般為1A，共7個(gè)電磁閥。K取1.1因此TC的 P1=1.1X24VX7A=184.8W KM的吸持功率為21W P2=1.1X21=23.1W P=P1+P2=207.8W 故選 BK-250型 250VA（380/220） （2） TC給PLC供電，選BK-200 3. 熔斷器的選擇 （1） FU的選擇 M1的額定電流為10.5A，放大2.5倍為26.25A 選RC1-60型熔斷器，熔體電流為30A （2） FU 選RC1-30型 （3） FU 選RC1-15型熔斷器，熔體電流為2A。 4. 熱繼電器的選擇 由于M的額定電流均為10.5A FR選JR0-40電流等級(jí)為16A，電流調(diào)節(jié)范圍為10-16A，因此可將其電流調(diào)整額定為10.5A。 第四章 PLC的控制設(shè)計(jì) 第一節(jié) PLC的組成 （1） PLC的硬件組成 PLC是由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元（模塊），編程器、電源和外部設(shè)備組成。PLC的硬件設(shè)備是通用的，便于用戶(hù)按需要組合。PLC的各部分都采用總線結(jié)構(gòu)。 1. 中央處理器（CPU）：是PLC主要的部分，是系統(tǒng)的核心。它通過(guò)輸入模塊（板）將現(xiàn)場(chǎng)的外設(shè)狀態(tài)讀入并按照用戶(hù)程序去處理，根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)輸出模塊去控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 2. 存儲(chǔ)器：在可編程序系統(tǒng)中存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序和工作數(shù)據(jù)。 3. 輸入/輸出模塊：I/O模塊是CPU與現(xiàn)場(chǎng)I/O裝置或其它外部設(shè)備的連接部件。它將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC機(jī)內(nèi)部的信號(hào)電平與外部執(zhí)行元件相匹配。 4. 編程器：PLC的編程器是用來(lái)開(kāi)發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行應(yīng)用程序的特殊工具。 5. 擴(kuò)展接口：擴(kuò)展接口是為PLC中心單元與擴(kuò)展單元或者擴(kuò)展單元之間的連接用的，以擴(kuò)展PLC的規(guī)模。 6. 智能I/O模板：智能模板是指自身有單獨(dú)的CPU，能夠完成某種專(zhuān)用的功能。 7. 電源：電源單元負(fù)責(zé)將外部提供的交流電變?yōu)榭删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部所需要的直流電源。 （2） PLC的軟件組成 PLC的基本軟件包括系統(tǒng)軟件和用戶(hù)軟件。系統(tǒng)軟件決定PLC的功能。PLC的硬件通過(guò)基本軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制對(duì)象的控制。系統(tǒng)軟件包括：操作系統(tǒng)、語(yǔ)言編譯系統(tǒng)、各功能軟件等。 操作系統(tǒng)是系統(tǒng)的基本部分。他統(tǒng)一管理PLC的各種資源，協(xié)議系統(tǒng)各部分之間、系統(tǒng)與用戶(hù)之間的關(guān)系。操作系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)應(yīng)用程序提供了一系列管理手段以使用戶(hù)程序正確的進(jìn)入系統(tǒng)，正常工作。 用戶(hù)應(yīng)用軟件大多采用梯形圖（LADDER）語(yǔ)言，其次語(yǔ)句表（STATEMENT LANGUAGE）。梯形圖與繼電器電氣控制線路圖相似。另外，PLC系統(tǒng)程序的作用是使用戶(hù)覺(jué)得PLC內(nèi)部有許多“軟繼電器”等器件組成。梯形圖是計(jì)算機(jī)程序，按照從左到右，從上到下的順序執(zhí)行掃描執(zhí)行。 第二節(jié) 可編程控制器的工作原理 PLC采用循環(huán)（巡回）掃描方式工作，而大、中型PLC還增加了中斷工作方式。循環(huán)掃描即可按照固定順序，也可按用戶(hù)程序所規(guī)定的二級(jí)（高級(jí)和低級(jí)順序）或可變順序等進(jìn)行。因?yàn)橛械挠脩?hù)程序不需要掃瞄一次執(zhí)行一次，也為的是在控制系統(tǒng)需要處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，通過(guò)不同的模塊組合的安排；采用分時(shí)分批掃描執(zhí)行的辦法，可縮短循環(huán)掃描周期和提高控制的實(shí)時(shí)性。用戶(hù)將用戶(hù)程序設(shè)計(jì)、調(diào)試后，用編程器鍵入PLC的存儲(chǔ)器中，并將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)和被驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件相應(yīng)的接在輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上，然后用可編程序控制器的控制開(kāi)關(guān)使其處于運(yùn)行工作方式。可編程序控制器就以循環(huán)順序掃描的工作方式進(jìn)行工作在輸入信號(hào)用戶(hù)程序的控制下，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，完成預(yù)期的控制任務(wù)。 典型的可編程控制器在一個(gè)掃描周期中要完成六個(gè)掃描過(guò)程。再系統(tǒng)軟件的指揮下，順序的執(zhí)行，這種工作過(guò)程稱(chēng)為掃描方式。從掃描過(guò)程中的某各掃描過(guò)程開(kāi)始，順序掃描后又回到該過(guò)程稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。進(jìn)行一個(gè)掃描周期所需的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)掃描周期時(shí)間。 （一）掃描過(guò)程簡(jiǎn)介 典型的可編程序控制器在一個(gè)掃描周期中要完成六個(gè)掃描過(guò)程，在系統(tǒng)軟件的指揮下，順序的執(zhí)行，這種工作方式稱(chēng)為順序的掃描方式。從掃描過(guò)程中的某個(gè)掃描過(guò)程開(kāi)始，順序掃描后又回到該過(guò)程稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。進(jìn)行一個(gè)掃描周期所需的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)掃描周期時(shí)間。 （1） 自診斷掃描過(guò)程：可編程控制器在加電后和完成一個(gè)周期掃描進(jìn)入下一周期掃描，首先執(zhí)行自診斷程序既自診斷掃描。這些診斷包括系統(tǒng)軟件的校驗(yàn)和硬件RAM的測(cè)試，CPU的測(cè)試，總線的動(dòng)態(tài)檢測(cè)等。 （2） 與編程器進(jìn)行信息交換掃描過(guò)程：用PLC控制開(kāi)關(guān)扳向編程工作方式時(shí)，用戶(hù)通過(guò)編程器鍵入用戶(hù)程序，在用戶(hù)程序調(diào)試過(guò)程中，用戶(hù)也盡量通過(guò)編程器進(jìn)行在線監(jiān)視和修改用戶(hù)程序。 （3） 與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換掃描過(guò)程：在配有網(wǎng)絡(luò)的PLC系統(tǒng)中，才有通信掃描過(guò)程。用于PLC之間，或PLC與磁帶機(jī)，或PLC與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。 （4） 用戶(hù)程序掃描過(guò)程：由采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、執(zhí)行用戶(hù)程序和輸出服務(wù)三個(gè)流程組成。 1. 采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)：又稱(chēng)輸入信息采樣。 2. 執(zhí)行用戶(hù)程序：PLC在執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)是按一定規(guī)律掃描用戶(hù)程序的通常是按梯形圖的先左后右，先上后下的順序，對(duì)沒(méi)條指令進(jìn)行掃描 3. 輸出服務(wù)：在用戶(hù)執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出服務(wù)掃描過(guò)程。CPU將內(nèi)存中的輸出狀態(tài)暫存區(qū)要輸出的狀態(tài)值（即對(duì)應(yīng)輸出端點(diǎn)的狀態(tài)值）按順序的傳送到輸出數(shù)據(jù)寄存器，再通過(guò)輸出模板送到輸出端，去控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行原件。 總而言之，可編程序控制器用循環(huán)掃描方式進(jìn)行用戶(hù)程序的掃描過(guò)程。使用戶(hù)程序得以執(zhí)行，而且用戶(hù)程序如何被執(zhí)行，它取決于輸入/輸出狀態(tài)暫存區(qū)中的數(shù)據(jù)。即受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的控制。由于設(shè)置了輸入/輸出狀態(tài)暫存區(qū)，在用戶(hù)程序中一個(gè)掃描周期中，具有如下的特點(diǎn)：（1）在一個(gè)掃描周期內(nèi)，某個(gè)輸入/輸出狀態(tài)對(duì)整個(gè)用戶(hù)是一致的。（2）對(duì)某個(gè)輸出點(diǎn)的狀態(tài)，用戶(hù)程序應(yīng)只賦值一次，如果賦值多次，則最后一次賦值又有效。（3）輸出端點(diǎn)的值也可當(dāng)作邏輯運(yùn)算的條件使用。為了調(diào)試方便，有的PLC具有輸入輸出控制功能，用戶(hù)可通過(guò)編程封鎖或開(kāi)放輸入輸出，即封鎖或開(kāi)放輸入信息采樣和輸出服務(wù)的掃描過(guò)程。 （5） 超時(shí)檢查掃描過(guò)程：PLC的超時(shí)檢查是PLC的自監(jiān)視功能。 超時(shí)檢查是時(shí)間監(jiān)視器WDT（WATCHDOG TIMER）完成的，若掃描周期時(shí)間不超過(guò)WDT的設(shè)走時(shí)間，則進(jìn)行下一掃描周期；若超時(shí)了，CPU將停止運(yùn)行，復(fù)位輸入輸出，并給出報(bào)警信號(hào)