《CKA6136數(shù)控車床自動上料系統(tǒng)的設計》14000字（論文）

CKA6136數(shù)控車床自動上料系統(tǒng)的設計摘要以工業(yè)革命作為開端到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，制造業(yè)需要不斷完善的目標即提高生產(chǎn)效率和降低成本?？茖W技術(shù)的發(fā)展使得工業(yè)技術(shù)水平不斷提高，因此工業(yè)機器人的發(fā)展越來越迅速，工業(yè)領域應用的工業(yè)設備也越來越廣泛。其中就包括工業(yè)機械手的運用，它的功能趨于豐富化，被應用于各種各樣的工業(yè)操作中，其中主要是針對大、軟、薄、厚等技術(shù)裝備的裝配方向。針對數(shù)控車床自動化生產(chǎn)需求，為數(shù)控車床設計自動上料系統(tǒng)是非常必要的。本文將設計CKA6136數(shù)控車床自動上料系統(tǒng)，其中包括對機械手的結(jié)構(gòu)設計、驅(qū)動系統(tǒng)的設計以及對控制系統(tǒng)的設計。在本文的設計中第一步要確定自動上料系統(tǒng)總體設計方案，根據(jù)需要按標準確定合適的機械手結(jié)構(gòu)，并初步規(guī)劃其驅(qū)動裝置、控制功能。以自動上料系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能為出發(fā)點，設計機械手各個關(guān)鍵零部件的具體結(jié)構(gòu)，相對應地選擇合適的驅(qū)動方式，并對其工作原理做詳細闡述。再設計具體的機械結(jié)構(gòu)——自動上下料機械手，通過具體機械的結(jié)構(gòu)來進行氣動系統(tǒng)回路的設計。通過分析此系統(tǒng)的控制單元，總體設計控制模塊，利用PLC實現(xiàn)設備的自動化控制，并對PLC軟硬件進行設計。本次設計旨在為現(xiàn)代化數(shù)控車床配置自動上料機械手，利用機械手替代人工完成上料工作，可以大大減少工人的勞動量，降低人工成本，一定程度上設備利用率和生產(chǎn)效率都會得到提高，無論從理論上、技術(shù)上還是經(jīng)濟上來說，對數(shù)控制造都有著重大意義。關(guān)鍵詞：CKA6136數(shù)控車床；自動上料；機械手目錄摘要 [15]。其中可編程控制器的工作主要為以下的三個階段：（1）輸入采樣階段：機械手的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)以電信號傳給中央處理器，中央處理器會接收并掃描這些信號，然后將收集到的信息發(fā)送到輸入/輸出映像區(qū)。（2）程序執(zhí)行階段：中央處理器掃描完來自機械手的電信號后將數(shù)據(jù)存儲并計算，將計算結(jié)果同樣發(fā)送到輸出/輸入映像區(qū)。（3）輸出刷新階段：用戶程序完成執(zhí)行時，運算結(jié)果輸出驅(qū)動機械手執(zhí)行，映像區(qū)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)將會被中央處理器刷新。整個過程從PLC開始工作后，不斷地進行輸入、執(zhí)行、輸出的周期性過程。3.6.1.1PLC的選型以機械手要實現(xiàn)的工藝流程為主要參考完成PLC的選型，其次PLC的軟硬件配置規(guī)模要在節(jié)約資源的原則下與滿足需要完成的控制要求。存儲器的大致容量、PLC的功能和外部設備特性是通過估算I/O的點數(shù)來得出的。其中I/O點數(shù)實際值范圍按估算的10%-20%考慮余量，通過數(shù)字量I/O點數(shù)的10-15倍與模擬量I/O點數(shù)的100倍之和的25%考慮余量來確定存儲器容量估算值。本次設計的控制系統(tǒng)：輸入信號總共18個，其中包括：控制按鈕開關(guān)6個、觸摸屏串口通信1個、氣缸手動開關(guān)5個、接近開關(guān)1個、磁感應開關(guān)5個。在滿足控制要求的前提下，選擇PLC型號時要工作可靠、維修方便，因此特別需要所選PLC的性能適應于要完成的任務。在滿足要求的條件下，本文選擇西門子公司的S7-200CPU226型可編程控制器。它的輸入點數(shù)為24個，輸出點數(shù)為16個，I/O點總數(shù)為40個。其運算和數(shù)據(jù)處理功能較強，使用簡單方便，運行穩(wěn)定，性能-價格比極高，非常適用于中小型控制系統(tǒng)。3.6.1.2I/O地址分配（1）控制系統(tǒng)輸入端口自動上下料裝置的控制系統(tǒng)中，觸摸屏與PLC串接，所以需要一個串口輸入端口，此外包括1個啟動開關(guān)、1個停止開關(guān)、1個復位開關(guān)，手動、半自動、全自動按鈕各需要一個，還需要1個接近開關(guān)和5個磁感應開關(guān)。（2）控制系統(tǒng)輸出端口自動上下料裝置的控制系統(tǒng)中，輸出信號包括電機的6個控制信號，1個報警器信號和1個繼電器控制信號和PLC的串行輸出地址分配端口。表7PLCI/O端口分配表輸入輸出I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1啟動(SBO)停止(SB1)復位(SB2)手動(SB3)全自動(SB4)半自動(SBS)磁感應開關(guān)(SQ1)磁感應開關(guān)(SQ2)磁感應開關(guān)(SQ3)磁感應開關(guān)(SQ4)磁感應開關(guān)(SQS)接近開關(guān)(SQ6)下料氣缸伸出限位(SQ7)分料氣缸伸出按鈕輔助氣缸伸出按鈕送料氣缸向下按鈕送料氣缸向上按鈕上料氣缸伸出按鈕Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1分料氣缸動作(YA)送料氣缸向下(YBO送料氣缸向上(YB1)上料氣缸動作(YC)輔助氣缸動作(YD)下料氣缸報警器(HL)并入車床的繼電器并入外接啟動繼電器電機(KM)3.6.2PLC軟件設計3.6.2.1主控程序設計在讓自動上料設備實現(xiàn)完全自動控制之前，需要調(diào)試自動上料裝置，以保證在以后工作中的準確性，此時需要通過手動操作進行設備調(diào)試。此外，若工作過程中出現(xiàn)故障，也需要暫時使設備停止運行并手動操作進行設備的調(diào)試。在完成設備檢測和調(diào)試之后，要使設備自動完成一個周期的運行，確保正式工作時設備平穩(wěn)、可靠地運行，這一過程是半自動的運行過程。完成了前兩步的準備工作之后，就可以讓自動上料裝置進行連續(xù)的周期性工作了，這一過程為全自動方式。因此該自動上料系統(tǒng)有手動、半自動、全自動三種工作方式。主系統(tǒng)控制流程圖，如圖10所示。圖10主系統(tǒng)控制流程圖3.6.2.2手動控制程序設計為了便于首次對設備性能進行檢測和調(diào)試以及突發(fā)故障時對設備進行調(diào)整，需要進行手動程序設計。簡言之就是通過單個按鈕的操作一步一步的實現(xiàn)對氣缸的控制，手動程序如圖11所示。手動控制需要借助觸摸屏面板實現(xiàn)。當按鈕按下時，對應的開關(guān)閉合，相應的繼電器得電，反之松開按鈕，開關(guān)斷開，繼電器失電。詳細解釋如下：按下分料氣缸按鈕，I1.5閉合，Q0.0得電，分料氣缸伸出，松開分料氣缸按鈕，I1.5斷開，Q0.0失電，分料氣缸縮回；按下送料氣缸向下按鈕，I1.7閉合，Q0.1得電，送料氣缸向下伸出；按下送料氣缸向上按鈕，I2.0閉合，Q0.2得電，送料氣缸向上縮回；按下上料氣缸伸出按鈕，I2.1閉合，Q0.3得電，上料氣缸伸出，松開按鈕，Q0.3失電，上料氣缸縮回；按下輔助氣缸伸出按鈕，I1.6閉合，Q0.4得電，輔助氣缸伸出，松開按鈕，I1.6斷開，Q0.4失電，輔助氣缸縮回。圖11手動程序3.6.2.3自動控制程序設計自動程序分為全自動和半自動兩種。當按下啟動按鈕，系統(tǒng)會開始運行，依次進行分料氣缸動作、送料氣缸伸出、上料氣缸伸出、上料氣缸伸出延時這四個動作。而且為了保證物料準確送入車床三爪卡盤，并被傳感器感應到物料被夾緊的這段時間內(nèi)上料氣缸一直處于伸出狀態(tài)，必須有上料氣缸延時這一過程。延時完成后，上料氣缸、送料氣缸縮回、分料氣缸動作，同時輔助氣缸伸出、伸出延時，這一延時是為了使分料氣缸推出底層工件，顯然分料氣缸動作時間小于延時時間，設定延時3S，延時完成后輔助氣缸縮回，是一個循環(huán)周期。一個循環(huán)周期完成后，若讓自動上料系統(tǒng)進行全自動工作模式，會連續(xù)進入下一個周期，無需人工再參與操作。圖12所示自動控制系統(tǒng)流程圖。圖12自動控制系統(tǒng)流程圖

4標準化審查報告CKA6136數(shù)控車床自動上料系統(tǒng)的設計已經(jīng)基本完成，根據(jù)有關(guān)規(guī)定對本文的設計進行了標準化審查，其結(jié)果如下：（1）設計文件和圖紙圖紙和文件所用的編號原則符合以下標準的規(guī)定：JB/T8823—1998機械工業(yè)企業(yè)計算輔助管理信息分類編碼導則；GB/T17710—1999數(shù)據(jù)處理校驗系統(tǒng)；JB/T5054.4—2000c產(chǎn)品圖樣及設計文件編號原則；JB/T5054.8—1991產(chǎn)品圖樣涉及文件和通用借用件管理辦法；（2）產(chǎn)品圖樣及設計文件符合有關(guān)規(guī)定和以下的標準：GB/T10609.1—1989技術(shù)制圖標題欄；GB/T14689—1993技術(shù)制圖圖紙幅面和格式；GB/T17825.10—1999CAD文件管理基本格式；JB/T5054.6—2000產(chǎn)品圖樣及設計文件編號原則；JB/T5054.6—2000產(chǎn)品圖樣及設計文件更改辦法。GB/T10609.2—1989技術(shù)制圖明細欄；GB/T17825.2—1999技術(shù)制圖比例；GB/T17825.10—1999CAD文件管理基本格式；5結(jié)論工業(yè)的自動化水平不斷的更新，科學技術(shù)隨著社會發(fā)展不斷進步。為實現(xiàn)工作效率的提高、也為了降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，用自動化設備代替人工時大勢所趨。本文設計了一種適用于CKA6136數(shù)控車床的自動上料系統(tǒng)。通過對機械結(jié)構(gòu)的設計、驅(qū)動系統(tǒng)的設計、控制系統(tǒng)的設計來實現(xiàn)對自動上料系統(tǒng)的設計。本文通過對控車床的結(jié)構(gòu)參數(shù)、加工流程和活塞桿的機構(gòu)特點來對上料的工作機理進行研究。并且結(jié)合自動化上料系統(tǒng)的動作要求，綜合考慮自動上下料裝置的占地、安裝，以及工件既定位置和姿態(tài)的實現(xiàn)，設計了一套數(shù)控車床自動上下料的實現(xiàn)方案，并據(jù)此設計了相對應的自動上下料裝置。詳細介紹了自動上下料裝置的具體設計方案，論述了機械機構(gòu)的組成和各部分功能，并對其關(guān)鍵部件進行了設計計算，最后根據(jù)工業(yè)控制要求，對以PLC為核心的控制系統(tǒng)進行了軟硬件的設計，可以實現(xiàn)手動調(diào)整，手動和自動控制。PLC靈活性高適應性強，將I/O點的接線方式稍作修改對I/O重新進行分配，對控制程序做一些必要的修改或補充拓展即可完成不同的機械手工藝流程。本次設計的CKA6136車床自動上料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠性強，在較短期內(nèi)設計完成，且符合經(jīng)濟原則，并且與特定的數(shù)控機床相配合，有利于進一步實現(xiàn)車間作業(yè)自動化。而且，只要將替換合適的機械手手爪，就可以實現(xiàn)多種不同工件的自動上下料。有效減輕工作人員的勞動強度的同時能節(jié)約能源，促進工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，具有很好的經(jīng)濟效益。參考文獻張憲民.機器人技術(shù)及其應用機械工業(yè)出版社高連興，姬長英，史巖.液壓與氣壓傳動中國農(nóng)業(yè)出版社許恒偉.數(shù)控車床機械手機械結(jié)構(gòu)設計[J].南方農(nóng)機,2019,50(03):29.鄭萍萍.教學用SV-18T型臺式數(shù)控車床自動送料系統(tǒng)設計哈爾濱理工大學.2019，06（01）沈鉆科.一種數(shù)控車床自動上下料系統(tǒng)的設計常州工學院學報.2020,33(03)吳堅,度國旭,唐運周.基于視覺的數(shù)控車床上下料機械手系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代信息科技,2019,3(19):181-182.黃力剛,朱文琦,劉志剛.基于輪廓圖元邊緣檢測的新式秸稈上料機械手設計[J].農(nóng)機化研究,2016,38(07):15-19.王莉莉,胡冬梅.智能自動化上料設備的開發(fā)和研制[J].科技經(jīng)濟導刊,2017(21):15-16.趙鋒,鄭蘇北,高雪晴,王榮榮,劉成,劉鳳國.基于液壓驅(qū)動的注塑機上料機械手的設計與研究[J].科技視界,2016(16):262-263.張凌峰,胡道春.基于機械手送料的級進沖壓技術(shù)及其應用[J].機械設計與制造,2019(05):186-188.滕玉彬.電工電子學中國林業(yè)出版社張森森,任曉平,談士力.基于機械手的卡子裝配設備控制系統(tǒng)設計[J].工業(yè)控制計算機,2017,30(08):141-142.韓斌慧,武欣竹,白鈺枝,原彩霞.自動上料機械手橫梁固有動特性研究[J].制造技術(shù)與車床,2019(08):37-41.韓東迅.基于軟PLC的機械手系統(tǒng)設計[J].自動化技術(shù)與應用,2019,3