畢業(yè)論文PLC控制的機械手設(shè)計

1、 成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） （ 年 月） 廣東工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院制 題 目 學(xué) 院 專 業(yè) 年 級 姓 名 PLC控制的機械手設(shè)計 機電工程學(xué)院 機械設(shè)計制造及其自動化 2010 級 陳世威 指導(dǎo)教師 劉建陳淑玲 I PLC控制的機械手設(shè)計 作者：陳世威 指導(dǎo)老師：劉建、陳淑玲 摘要 機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。通過編程來完成 各種動作，它的準(zhǔn)確性和多自由度，保證了機械手能在各種不同的環(huán)境中工作。 機械手在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多，機械手的使用能夠顯著的提高生產(chǎn)效率， 減少人 為因素造成的廢次品率。機械手可以完成很多工作，它在自動化車間中用來運送 物料，從事多種工藝操

2、作。它的特點是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)， 在構(gòu)造 和性能上兼有人和機器人的部分優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機器人的精確 到位。 機械手是在機械自動化生產(chǎn)中逐步發(fā)展出的一種新型裝置。 現(xiàn)代生產(chǎn)過程中 機械手被廣泛的應(yīng)用到自動生產(chǎn)線中。 機械手目前雖然不如人手的靈活多變， 但 它具有重復(fù)性，無疲勞，不懼危險，有大的抓舉力量，因此越來越多的被廣泛運 用。 機械手技術(shù)涉及機械學(xué)、力學(xué)、自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)、電氣液壓技術(shù)， 計算機可編程技術(shù)等，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 本課題在執(zhí)行機構(gòu)由電動和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將 PLC 應(yīng)用于其自動控 制系統(tǒng)，完成機械手系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計。 關(guān)鍵詞：數(shù)控自動

3、裝卸機械手 PLCII PLC con trol desig n of mani pulator Author :Che nShiwei Tutor :LiuJian、ChenShuling Abstract Manipulator is developed in recent decadesas high-tech automated production equipment. Programmed to complete a variety of actions, its accuracy and multiple degrees of freedom to en sure the rob

4、ot can work in differe nt en vir onmen ts. Robots are used mostly in in dustrial producti on, the use of mecha ni cal hand can sig nifica ntly improve product ion efficie ncy and reduce waste caused by huma n factors defective rate. Robots can do a lot of work, it is used in the automated plant in t

5、he transportation of materials in a variety of process operation. It is characterized by a variety of programming to complete the desired programming operation, the structure and performanee advantages of both human and part robot, in particular, reflect the flexible coordi nati on of huma n and rob

6、ots precise place. Robot automati on in the mecha ni cal gradually developed a new type of device. Manipulator modern production process has been widely applied to automatic product ion line. Although the robot as flexible staffi ng, but it has a repetitive, no fatigue, fear dan ger, there is great

7、power sn atch, so more and more widely used. Robot tech no logy invo Ives mecha ni cs, mecha ni cs, automatic con trol tech no logy, sen sor tech no logy, electrical hydraulic tech no logy, computer programmable tech no logy, is a cross-discipli nary tech no logy. The subject of the executive body c

8、omposed by the electrical and hydraulic structure will be PLC based control system used in its complete man ipulator system hardware and software desig n. Key Words： NC Automatic loading and unloading Mechanical hand PLC III 摘要 . I Abstract . II 目錄 . Ill 1 概述 . 4 1.1 課題背景 . 1 1.2 機械手的發(fā)展 . 2 2 設(shè)計原理 .

9、 3 2.1 操作原理簡要說明 . 3 2.2 設(shè)備的控制方式 . 4 2.3 可編程控制器的選型 . 6 2.4 控制電源模塊的選型 . 7 2.5 步進電機的選型 . 7 2.5.1 步進電機工作原理 . 9 2.5.2 步進電機的選擇 . 9 2.5.3 步距角的選擇 . 9 2.5.4 靜力矩的選擇 . 9 2.5.5 力矩與功率換算 . 9 2.6 步進驅(qū)動模塊的選型 . 10 2.7 氣爪的選型 . 12 2.8 傳感器的選型 . 12 2.9 電磁閥的選型 . 13 2.10 氣缸的選型 . 13 2.11 Firstair 螺桿空壓機的選型 . 14 3 控制系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計

10、 . 15 3.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 . 15 3.1.1 PLC 外圍接線圖（見附錄 1） . 15 3.1.2 Z 軸氣動、夾爪原理圖 . 15 3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 15 3.2.1 I/O 地址分配. 16 3.2.2 控制程序梯形圖 . 17 4 設(shè)計小結(jié) . 20 致 謝 . 21 參考文獻 . 22 附錄 1 . 23 附錄 2 . 231 1 概述 1.1 課題背景 機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化的生產(chǎn)設(shè)備。 機械手是機器 人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)， 在構(gòu)造 和性能上兼有人和機器的優(yōu)點。尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機械手

11、作業(yè)的準(zhǔn) 確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力， 在全國經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景， 隨 著工業(yè)自動化的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)控加工中心，它在減輕工人的勞動強度的同時， 大大提高了勞動生產(chǎn)率，但是數(shù)控加工中心加工中常見的上下料工序， 通常乃采 用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動化裝置。前者費時費工，效力低； 后者因 設(shè)計復(fù)雜，需要較多繼電器，接線復(fù)雜。容易車體震動干擾，而存在可靠性差， 故障多，維修困難等問題?？删幊炭刂破?PLC 控制的上下料機械手控制系統(tǒng)動 作簡便，線路設(shè)計合理，具有較強的抗干擾能力。保證了系統(tǒng)運行的可靠性，降 低了維修率，提高了工作效率。 機械手技術(shù)涉及到力學(xué)，機械學(xué)，電氣液壓技術(shù)，

12、自動控制技術(shù)，傳感器技 術(shù)計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器， 它有 多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 在工資水平較低的中國，分揀行業(yè)盡管仍屬于勞動密集型， 機械手的使用已 經(jīng)越來越普及，那些電子和汽車業(yè)的奧美跨國公司很早就將它們設(shè)在中國的工廠 中，引進了自動化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南， 華東沿海 地區(qū)也開始對機械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流失率高， 以及交帶來的挑戰(zhàn)。隨我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高， 實現(xiàn) 工件的裝卸，轉(zhuǎn)向，輸送或分揀流程越來越節(jié)

13、約勞動力， 可見機械手的大力發(fā)展 有著很重要的意義。2 1.2 機械手的發(fā)展 機械手一般為三類： 一是不需要人工控制的通用型機械手。 它是不屬于其他 主機的獨立裝置。 可以根據(jù)任務(wù)需要編制獨立程序完成各項規(guī)定操作。 它的特點 是具備不同裝置的性能之外還具備通用機械及記憶功能的三元型機械。 二是需要 人工操作的，起源于原子，軍事工業(yè)。先是通過操作完成特定工序，后來逐步發(fā) 展到無線遙控操作。 第三類是專用機械手，通常依附于自動生產(chǎn)線上，用于機床 的上下料和裝卸工件。這種機械手國外叫做 “ Mecha ni cal Ha nd”它由主機驅(qū)動來 服務(wù)，工作程序固定，一半是專用的。 機械手首先是在美國開

14、始研制。第一臺機械手是在 1958 年美國聯(lián)合控制公 司研究制作出來的。結(jié)構(gòu)是：主機安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，長臂頂端有電磁 抓放機 構(gòu)。 日本在工業(yè)上應(yīng)用機械手最多，發(fā)展最快的國家，自 1969 年從美國引進兩 種機械手后開始大力研發(fā)機械手。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展和應(yīng)用，自 1977 年，前蘇聯(lián)使用的機械手一半 來自國產(chǎn)一半來自進口。 現(xiàn)代工業(yè)中， 自動化在生產(chǎn)過程中已日趨突出， 機械手就是在機械工業(yè)中為 實現(xiàn)加工、裝配、搬運等工序的自動化而產(chǎn)生的。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，機械 手的出現(xiàn)大大減輕了人類的勞動， 提高了生產(chǎn)效率。 采用機械手已為目前研究的 熱重點。 目前機械手在工業(yè)上主要用于機床加工

15、、 鑄造，熱處理等方面，但是還不能 夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。3 2 設(shè)計原理 2.1 操作原理簡要說明 機械手有手動、單周期、自動循環(huán)、單步和回原點五種工作方式，機械手在 最上面、最左邊且電磁鐵線圈斷電，稱為系統(tǒng)處于原點狀態(tài)（或稱初始狀態(tài)） 。 在用戶程序中，左限位開關(guān)，上限位開關(guān)的常開觸點和表示電磁鐵線圈斷電 常閉觸點的串聯(lián)電路接通時， 原點條件”輔助繼電器變位 NO。在通過初始化執(zhí) 行程序，利用輔助繼電器來決定機械手的工作方式。在單周工作方式下， 在初始 狀態(tài)按下啟動按鈕后，機械手從初始步開始一個接一個周期地反復(fù)連續(xù)的工作。 在按下停止按鈕并不馬上停止工作， 完成最后一個周期的工作后，系

16、統(tǒng)才返回并 停留在原點。 在單步工作方式下， 從第一步開始， 按下啟動按鈕轉(zhuǎn)換到下一步完成該步任 務(wù)后，自動停止工作并停留在該步， 再按一下啟動按鈕才轉(zhuǎn)到下一步。 單步工作 方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。在選擇單周期，多周期和單步工作方式之前，系統(tǒng)應(yīng)處 于原點狀態(tài)，如果不滿足這一條件，可選擇回原點工作方式。 機械手的一個工作周期（動作順序）為下降、夾緊、上升、右行、下降、釋放、 上升、左行返回，如圖 2.1 （詳細流程如：附錄 2）。 圖 2.1 機械手動作流程 當(dāng)機械手在原點狀態(tài)時，按下啟動按鈕，機械手下降到為達下限位時，機械 手夾緊，然后機械手上升，上升到上限位時，機械手臂右行。當(dāng)右行到右限位時，

17、 機4 械手下降，下降到下限位時，氣爪得電，釋放工件，機械手上升，回到原點, 機械手一周期動作完成。 2.2 設(shè)備的控制方式 本設(shè)計中設(shè)計的機械手，它共有三個自由度。即：載物臺左右移動、夾爪上 下移動、夾爪抓取工件。而機械手的傳動分氣壓、電氣和機械四種，本設(shè)計采用 綜合傳動方式，即載物臺采用電氣傳動，而夾爪、夾爪上下移動都采用氣動傳動 機械手效果圖（如圖 2.2）0 圖 2.2 機械手效果圖 1、載物臺移動機構(gòu) 采用步進電機帶動絲桿，通過絲桿將步進電機的旋轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)變成左右移動， 由可編程控制器發(fā)出脈沖信號，經(jīng)步進驅(qū)動模塊驅(qū)動步進電動機旋轉(zhuǎn)， 帶動滾珠 絲桿旋轉(zhuǎn)，完成載物臺的左右運動。當(dāng)改變發(fā)出

18、脈沖的個數(shù)，可控制載物臺的 X 軸運動的距離。同時在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位，用來做超程保護。 采用 絲桿、滾珠軸承結(jié)構(gòu)傳動的特點是易于自鎖，位置精度較高，傳動效率較高。 5 2、Z 軸執(zhí)行機構(gòu) 設(shè)計采用無桿氣缸（圖 2.3）帶動夾爪上下運動，但是由于氣缸動作比較快， 因選用的是磁偶式無桿氣缸，本身帶磁性，無法使用感應(yīng)磁的傳感器。所以為無杠 氣缸設(shè)計一個機械限位擋塊（圖 2.4），使擋塊具有又能對氣缸進行防止超程又能進 行定位兩個功能。其次為了防止氣缸旋轉(zhuǎn)，加上二個定位導(dǎo)向桿，對氣缸上下運動 進行限位，并可以防止其旋轉(zhuǎn)。 圖 2.3 無桿氣缸 / 圖 2.4 機械限位擋塊 3、電氣控制方式

19、 主要是采用三菱的 FX2N-48MT 可編程控制器對設(shè)計中的步進電機、 氣缸和 夾爪進行控制。步進電機通過 PLC 發(fā)送脈沖給驅(qū)動器，使驅(qū)動器驅(qū)動步進電機 轉(zhuǎn)動。氣缸通過 PLC 控制電磁閥線圈的得電，使電磁閥改變通道控制氣缸的上 下移動。 6 2.3 可編程控制器的選型 根據(jù)被控制對象對 PLC,基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能要求，可進行 PLC 型號的選定。進行 PLC 選型時，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時要 兼顧維修、備件的通用性。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求較不高時，一 般的小型 PLC 都可以滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的目的自動 控制等。當(dāng)控制速度要求較

20、高、輸出有高速脈沖信號等情況時，要考慮輸入 /輸 出點的形式，最好采用晶體管形式輸出。 對帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)， 如 工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選擇具有所 需功能的 PLC 主機，還要根據(jù)需要選擇相應(yīng)的傳動感器、變送器和驅(qū)動裝置等。 輸入/輸出的點數(shù)可以衡量 PLC 規(guī)模的大小。準(zhǔn)確統(tǒng)計被控對向的輸入信號 和輸出信號的總點數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴充， 在實際的調(diào)整和擴充， 在實 際 I/O 點數(shù)基礎(chǔ)上， 一般應(yīng)加上 10%-20%的備用點數(shù)。 多數(shù)小型 PLC 為整體式， 具有體積小、價格便宜等優(yōu)點， 適于工藝過程比較穩(wěn)定， 控制要求比較簡單的系 統(tǒng)

21、。模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 采用主機模塊與輸入模塊、功能模塊組合使用的方法， 比整體式方便靈活，維修更換模塊、 判斷與處理故障快速方便， 適用于工藝變化 較多、控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。 此外，還應(yīng)考慮用戶存儲器的容量、 PLC 的處理速度是否能滿足實時控制 的要求、編程器與外圍設(shè)備的選擇等。 本設(shè)備控制的對象是一個開關(guān)量控制的系統(tǒng)， 同時利用脈沖控制步進電動機 的運轉(zhuǎn)，故應(yīng)采用晶體管形式的輸出。日本三菱 FX 系列的 PLC 性價比搞、功能 完善、指令豐富等優(yōu)點， 能滿足本對象各項控制性能要求，所以系統(tǒng)采用日本三 菱 FX2N 48MT 的 PLC （如圖 2.5），能輸出兩路脈沖信號進行步進電動機的

22、控 制。7 2.4 控制電源模塊的選型 采用 S-120-5 型號的開關(guān)電源，其特點是輸出功率大、體積小，重量輕、可靠 性高，適應(yīng)寬范圍的輸入電壓波動，具有完備的過電壓、過電流保護功能。 主要參數(shù)： 輸入交流電壓：110-220V/50HZ、60HZ 輸出直流電壓：24V/6.5A 最大功率：156W 工作環(huán)境：-10-40 C 圖 2.5 PLC 外型 2.5 步進電機的選型 步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)用于帶動傳輸帶輸送物料前行 ，與光電編碼器連接在 一起。可以通過控制脈沖個數(shù)，來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的。同時 可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度，達到調(diào)速的目的。采用二相四拍 混

23、合式步進電動機，主要特點：體積小，具有較高的啟動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn) 矩等優(yōu)點。本次設(shè)計選用的步進電機型號是： 110BYG260D-0602,步進電機基本 參數(shù)如表 2.1。m I X21 i旳石總巒 可引 百1聲也字1卑型 華，； 8 表 2.1 步進電機基本參數(shù) 額定電壓 110(V) 額定功率 550(KW) 相數(shù) 2 額定電流 4.0(A) 步距角 1.8 額定轉(zhuǎn)矩 8.5(NM) 外形尺寸 112*112*194mm 額定轉(zhuǎn)速 3000(rpm) 圖 2.7 電氣原理圖 快接線插頭中的紅色表示 A 相，藍色表示 B 相。使用時如果發(fā)現(xiàn)步進電動 機轉(zhuǎn)向不對時可以將 A 相或 B 相兩

24、根線對調(diào)。 此系統(tǒng)中的步進電動機作為執(zhí)行機構(gòu)用于帶動傳送帶輸送物料前行， 與旋轉(zhuǎn) 編碼器連接在一起，可以通過控制脈沖個數(shù)， 來控制角位移量，從而過到準(zhǔn)確定 位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)速，達到調(diào)速目的。 2.5.1 步進電機工作原理 9 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用， 但步進電機并不能象普通的直流電機， 交流 電機在常規(guī)下使用。 它必須由雙環(huán)形脈沖信號、 功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方 可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許 多專業(yè)知識。 2.5.2 步進電機的選擇 步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三 大要素確定，步

25、進電機的型號便確定下來了。 步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求， 將負載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到 電機軸上，每個當(dāng)量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小 于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有 0.36 度/0.72 度（五相電機）、 0.9 度/1.8 度（二、四相電機）、 1.5 度/3 度 （三相電機）等。 靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定， 我們往往先確定電機的靜力矩。 靜力 矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載， 而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。 單一 的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速） 時二種負 載均要考慮，加

26、速起動時主要考慮慣性負載， 恒速運行進只要考慮摩擦負載。 一 般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的 2-3 倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及 長度便能確定下來（幾何尺寸）。 力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、 其功率是變化的， 一般只用力矩來衡 量，力矩與功率換算如下： P= Q M Q=2 n n/60 P=2mM/60 10 其 P 為功率單位為瓦，Q為每秒角速度，單位為弧度，n 為每分鐘轉(zhuǎn)速，M 為力矩單位為牛頓米。 P=2n fM/400 半步工作） 其中 f 為每秒脈沖數(shù)（簡稱 PPS）。 應(yīng)用中的注意點： 1、 步進電機應(yīng)用于低速場合 - 每分鐘轉(zhuǎn)速不超過 1000

27、轉(zhuǎn)，（ 0.9 度時 6666PPS） ,最好在 1000-3000PPS （0.9 度） 間使用， 可通過減速裝置使其在此間工 作，此時電機工作效率高，噪音低。 2、 步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。 3、 可根據(jù)驅(qū)動器型號，選擇驅(qū)動電壓采用直流 80V。 4、 轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。 電機在較高速或大慣量負載時， 一般不在工作速度起動， 而采用逐漸升頻提 速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 5、 電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻 尼的解決。 6、 電機在 600PPS（0.9 度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大

28、電感、低電壓來 驅(qū)動。 7、 應(yīng)遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。 2.6 步進驅(qū)動模塊的選型 采用 2HA1180 型號的五相混合式步進電動機驅(qū)動器， 主要由電源輸入部分、 信號輸入部分、輸出部分等。信號輸入部分：信號源由 FX2N 主機提供。由于 FX2N 提供的電平為 24V，而輸入部分的電平為 5V，中間加了保護電路。輸出 部分：與步進電動機連接，注意相序。接線方式如圖 2.8。 電源輸入部分由電源模塊提供，用兩根導(dǎo)線連接，注意極性。 步進電機驅(qū)動器如圖 2.9。11 歩誑電機駆動器 圖 2.9 步進電機驅(qū)動器OPTO MK(CCV) 圖 2.8 步進驅(qū)動接線圖 CF(CT) II號At汞

29、4承 bbdd o-lcuood 畐.wg12 2.7 氣爪的選型 采用 Faytarlee 氣壓夾爪（圖 2.10）:扁薄精巧，高強度夾片，多面固定，內(nèi) 附磁石。其作動原理為利用一個薄形氣缸本體，于本體上加工定位梢孔以安裝爪 片與撥動桿，當(dāng)活塞桿受壓縮空氣向上或向下推進時，爪片或撥動桿藉由活塞桿上 端的撥動梢作張開合閉之動作。本體造型扁薄精小占用空間少。 圖 2.10 氣壓夾爪 2.8 傳感器的選型 采用LJG1A-4/OAN2型號的接近開關(guān)作為載物臺 X軸超程限位檢測用， 采 用NPN型的傳感器，如圖 2.11。 如圖 2.9 傳感器 因采用三菱 FX 系列的 FX2N 48MT 接近開關(guān)

30、有三根線，接線時注意把紅色 的13 線接電源的正極，黑色的線接電源的負極，藍色的接 PLC 的輸入端子。 電磁閥的選型 選用永利氣動元件廠生產(chǎn)的，型號 VF3130 電磁閥，正常使用 1000 萬次以 上壽命，閥體經(jīng)特殊鏡面加工及硬質(zhì)處理， 采用進口油封摩擦阻力小增長油封壽 命，使用德國線圈，低耗電量，反應(yīng)快速，能長時間工作不燒損。 氣缸的選型 在工業(yè)自動化高度發(fā)達的今天，普通簡單的機械化已完全被自動化所取代， 氣缸的使用與應(yīng)用已越來越熟悉， 它的工作效率與動作的正確性、 精確性已完全 被認可。 氣缸是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的一種執(zhí)行元件，使驅(qū)動機 構(gòu)作直線往復(fù)運動，擺動和旋轉(zhuǎn)運動。

31、1、 類型的選擇 根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達行程終端無沖擊 現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應(yīng)選輕型缸；要求安裝空間窄且 行程短，可選薄型缸；有橫向負載，可選帶導(dǎo)桿氣缸；要求制動精度高，應(yīng)選鎖 緊氣缸；不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐 熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞 桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需要選用無給油或無油潤滑氣缸等。 2、 安裝形式 根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在 需要隨工作機構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞 桿除

32、直線運動外，還需作圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應(yīng)選 擇相應(yīng)的特殊氣缸。 3、作用力的大小 即缸徑的選擇。根據(jù)負載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按 外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，根據(jù)不同速度選擇不同的負載率，使氣缸 輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設(shè)備笨重，成本提高， 又增加耗氣量，浪費能源。在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采用擴力機構(gòu)，以減小氣缸的 外形尺寸。 14 4、活塞行程 與使用的場合和機構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相 碰。如用于夾緊機構(gòu)等，應(yīng)按計算所需的行程增加 1020 伽的余量。 5、活塞的運動速度 主要取決于氣缸輸入壓縮

33、空氣流量、氣缸進排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。 要求高速運動應(yīng)取大值。氣缸運動速度一般為 50800 伽/s。對高速運動氣缸， 應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進氣管道；對于負載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運動 速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣 液阻尼缸，則較易實現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控 制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動負載時，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安 裝的氣缸舉升負載時，推薦用進氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運動平穩(wěn)避免沖擊 時，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。 選用亞德客公司生產(chǎn)的 SDAS50X50B 系列-復(fù)動型,薄且輕性：在保持既有動 作精度及產(chǎn)品使用壽命下，其全長僅為一般氣缸的 1 2 1 3 。發(fā)揮既薄且輕

34、 的特性 ;使用埋入式的安裝方式，不需任何配件達到節(jié)省空間的要求。易安裝性 ; 磁性開關(guān)：在本體外圍預(yù)留裝配槽， 使磁性開關(guān)在安裝固定及位置調(diào)整時， 均極 其簡單。 Firstair 螺桿空壓機的選型 高性能配置空壓機的核心由空壓機主機、 驅(qū)動系統(tǒng)、油氣控制系統(tǒng)、冷卻系 統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)組成。 高可靠性， 采用世界頂級空壓機主機和高精密空壓機配件， 結(jié)合復(fù)盛空壓機 精湛的技術(shù)、嚴格的工藝和 ISO9001 質(zhì)保體系。 高度智能化， 菜單操作模式、空壓機智能故障診斷和保護系統(tǒng)，使空壓機組 無人職守成為現(xiàn)實；采用先進的通訊接口，利用互連網(wǎng)便可管理多臺空壓機。 低安裝費用， 工業(yè)造型前衛(wèi)，空壓機機器

35、不需要安裝基礎(chǔ)，只要接上電源就 可投入使用。 低運行費用， 空壓機智能控制系統(tǒng)可以按照壓縮空氣消耗狀況， 控制空壓機 減荷或停機，實現(xiàn)節(jié)能和延長空壓機機器的使用壽命。 3 控制系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計 3.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 15 PLC 硬件設(shè)計是指 PLC 外部設(shè)備的設(shè)計。在硬件設(shè)計中要進行輸入設(shè)備的 選擇（如控制按鈕、開關(guān)及計量保護裝置的輸入信號等），還有執(zhí)行元件的選擇 以及控制臺、柜的設(shè)計等。硬件設(shè)計還包括 PLC 輸入/輸出通道的分配，為便于 程序設(shè)計和閱讀，常作出 I/O 通道分配表，表中包含 I/O 編號、設(shè)備代號、名稱 及功能等。 PLC 外圍接線圖（見附錄 1） Z 軸氣動、夾爪

36、原理圖 圖 3.1 Z 軸、夾爪氣動原理圖 3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計主要是指編寫工藝流程圖，即將整個流程分解為若干步，確定每 步的控制要求及轉(zhuǎn)換條件，配合定時、計數(shù)、分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及某些特殊功能 指令便可完成梯形圖的設(shè)計。16 3.2.1 I/O 地址分配 I/O 地址分配如表 3.1、表 3.2 所示。 表 3.1 輸入分配 輸入分配: 序號 地址 名稱 序號 地址 名稱 1 X0 復(fù)位 13 X14 載物臺后退 2 X1 左限位 14 X15 手動上升 3 X2 右限位 15 X16 手動下降 4 X3 電磁閥 YV2 16 X17 載物臺脈沖 5 X4 電磁閥 YV3 17 X20 手動模式 6 X5 手動上升 18 X21 回原點 7 X6 手動左移 19 X22 單步模式 8 X7 放松 20 X23 單周模式 9 X10 手動下降 21 X24 自動模式 10 X11 手動右移 22 X25 回原點啟動 11 X12 夾緊 23 X26 啟