機(jī)械手課程設(shè)計(jì)---氣壓傳動(dòng)兩維運(yùn)動(dòng)機(jī)械手

1、<p><b>　　課</b></p><p><b>　　程</b></p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)</b></p><p><b>　　說</b></p><p

2、><b>　　明</b></p><p><b>　　書</b></p><p>　　論文題目：氣壓傳動(dòng)兩維運(yùn)動(dòng)機(jī)械手 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué)生學(xué)號(hào)： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)：機(jī)械工程

3、及自動(dòng)化07級(jí)7班</p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)任務(wù)1</b></p><p>　　

4、2.1設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義1</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì)1</p><p>　　3 總體方案設(shè)計(jì)3</p><p><b>　　3.1 方案一3</b></p><p><b>　　3.2 方案二4</b></p><p>　　3.3 方案的比較及最終方案

5、的確定4</p><p>　　4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.1手指氣缸的設(shè)計(jì)6</p><p>　　4.2縱向氣缸的設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.3橫向氣缸的設(shè)計(jì)12</p><p>　　5電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.1控制系統(tǒng)的基本組成13

6、</p><p>　　5.2氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.3 主要元件選擇設(shè)計(jì)15</p><p>　　5.4 PLC程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　5.4.1 控制要求17</p><p>　　5.4.2 I/O分配表及I/O接線圖17</p><p>　　

7、5.4.3 流程圖19</p><p>　　5.4.4 PLC程序20</p><p><b>　　6設(shè)計(jì)小結(jié)28</b></p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　近2

8、0年來，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動(dòng)技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動(dòng)脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn)，國內(nèi)外都在

9、大力開發(fā)研究。</p><p>　　氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了一種氣壓傳動(dòng)兩維運(yùn)動(dòng)機(jī)械手，用于生產(chǎn)流水線上物料的搬運(yùn)。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義</p><p&g

10、t;　　通過課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，提高分析和解決問題能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，專業(yè)課程設(shè)計(jì)是建立在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)方向課的基礎(chǔ)的，是學(xué)生根據(jù)所學(xué)課程進(jìn)行的工程基本訓(xùn)練，課程設(shè)計(jì)的意義在于：</p><p>　　1．培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)（產(chǎn)品）的初步設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合設(shè)計(jì)或試驗(yàn)研究課題進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大知 識(shí)領(lǐng)域。</p><p>　　2．培養(yǎng)

11、學(xué)生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書籍以及編寫技術(shù)文件的能力，提高計(jì)算、繪圖等基本技能。</p><p>　　3．培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般程序方法，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)的訓(xùn)練。</p><p>　　4．樹立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì)</b></p>&

12、lt;p><b>　　1. 基本要求：</b></p><p>　?。?）方案設(shè)計(jì)：根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，在搜集、歸納、分析資料的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)的主要功能，確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案，并對(duì)各種方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，進(jìn)行方案選優(yōu)。</p><p>　?。?）總體設(shè)計(jì)：針對(duì)具體的原理方案，通過對(duì)動(dòng)力和總體參數(shù)的選擇和計(jì)算，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，最后給出機(jī)械系統(tǒng)的控制原

13、理圖或主要部件圖（A2一張）。</p><p>　?。?）根據(jù)控制功能要求，完成電氣控制設(shè)計(jì)，給處電氣控制電路原理圖（A3圖一張）。</p><p>　?。?）課程設(shè)計(jì)的成果最后集中表現(xiàn)在課程設(shè)計(jì)說明書和所繪制的設(shè)計(jì)圖紙上，每個(gè)學(xué)生應(yīng)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)說明書一份，字?jǐn)?shù)為5000字以上，設(shè)計(jì)圖紙不少于兩張。</p><p>　　(5）用計(jì)算機(jī)繪圖或手工繪圖，打印說明書。

14、</p><p>　　(6）設(shè)計(jì)選題分組進(jìn)行，每位同學(xué)采用不同方案（或參數(shù)）獨(dú)立完成；</p><p>　　2．該機(jī)械手的功能：將圓柱形物料從位置1自動(dòng)搬運(yùn)到位置2，位置1和位置2相距400mm，放下物料后返回原始位置，繼續(xù)搬運(yùn)下一個(gè)物料，然后一直循環(huán)下去，直到搬完或接到停止命令。（如圖 1 所示）</p><p><b>　　圖 1 搬運(yùn)任務(wù)</b

15、></p><p><b>　　3．任務(wù)要求：</b></p><p>　　執(zhí)行元件：氣動(dòng)氣缸；</p><p>　　運(yùn)動(dòng)方式：直角坐標(biāo)；</p><p>　　控制方式：PLC控制；</p><p>　　控制要求：速度控制；</p><p>　　4．主要設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)：

16、</p><p>　　氣缸工作行程——400 mm；</p><p>　　運(yùn)動(dòng)負(fù)載質(zhì)量——50 kg；</p><p>　　移動(dòng)速度控制——0.2 m/s。</p><p><b>　　3 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1 方案一</b></p&

17、gt;<p>　　圖 2 方案一示意圖</p><p>　　夾緊氣缸； 2-縱向氣缸 ；3-橫向氣缸； 4-常開手部 </p><p>　　5-固定支架導(dǎo)軌（2個(gè)）；6-彈簧</p><p><b>　　3.2 方案二</b></p><p><b>　　圖3 方案二示意圖</b>&l

18、t;/p><p>　　升降氣缸 2-水平移動(dòng)氣缸 3-夾緊氣缸 4-常開手部 5-彈簧</p><p>　　3.3 方案的比較及最終方案的確定</p><p>　　由以上兩個(gè)方案可以看出：方案一為懸掛式，根據(jù)場地情況制作一個(gè)固定支架，機(jī)械手的所有重量都由固定支架來支撐。支架上方是一個(gè)導(dǎo)軌，氣缸3通過固定設(shè)備固定在導(dǎo)軌上，氣缸2通過與導(dǎo)軌相連，可以在水平方向移動(dòng)。氣缸1采

19、用的是靠彈簧恢復(fù)的單作用氣缸，它與手爪構(gòu)成了一套常閉式夾緊裝置；方案二為地面固定式，氣缸3固定在地面上的固定臺(tái)上，其它氣缸重量由氣缸3支撐，氣缸1與方案一相同。</p><p>　　通過方案比較可知，在負(fù)載相同的情況下，方案二中氣缸3的尺寸將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于方案一，浪費(fèi)原材料，不經(jīng)濟(jì)，而且橫向氣缸活塞桿會(huì)承受很大的彎矩，影響裝置的使用壽命，但方案一的占地面積大些。綜合考慮后，我認(rèn)為方案一較方案二更好些，故我選擇方案一。&

20、lt;/p><p>　　4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　本方案的機(jī)械設(shè)計(jì)中重在氣缸的設(shè)計(jì)，氣缸1的作用是物品的抓緊和釋放，氣缸2的作用是實(shí)現(xiàn)物料縱向的提升與下降，氣缸3的作用是實(shí)現(xiàn)物料的橫向移動(dòng)。對(duì)氣缸結(jié)構(gòu)的要求一是重量盡量輕，以達(dá)到動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)速度高、節(jié)約材料和動(dòng)力，同時(shí)減少運(yùn)動(dòng)的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運(yùn)動(dòng)精度和定位精度</p><p>　　氣缸的

21、設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示</p><p>　　圖4 氣缸設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　氣缸按結(jié)構(gòu)特征分類如圖 5</p><p>　　單活塞桿氣缸是各類氣缸中應(yīng)用最廣的一種氣缸。由于它只在活塞的一端有活塞桿，活塞兩側(cè)承受氣壓作用 的面積不等，因而活塞桿伸出時(shí)的推力大于退回時(shí)的拉力。雙活塞桿氣缸活塞兩側(cè)都有活塞桿，兩側(cè)受氣壓作用的面積相等， 活塞桿伸出時(shí)的推力和退回時(shí)的

22、拉力相等。</p><p>　　單作用氣缸是由一側(cè)氣口供給氣壓驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，依靠彈簧力、外力或自重等作用返回；而雙作用氣缸是由兩側(cè)供氣口交替供給氣壓使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。結(jié)合課程設(shè)計(jì)的方案，夾緊氣缸1選擇單作用氣缸，依靠彈簧力恢復(fù)；縱向氣缸2選擇單作用氣缸，靠重力恢復(fù)；橫向氣缸3選擇雙作用氣缸</p><p><b>　　圖5 氣缸結(jié)構(gòu)分類</b></p>

23、<p>　　4.1手指氣缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖6 手指氣缸結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　夾緊力 的計(jì)算</b></p><p>　　手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)其大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷(慣性力或慣性力矩)，

24、以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。</p><p>　　手指對(duì)工件的夾緊力可按下式計(jì)算：</p><p>　　式中 ——安全系數(shù)，通常取1.2-2.0；</p><p>　　——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可用下式估算</p><p>　　其中 a——運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大升加速度</p><p>　　g——

25、重力加速度 </p><p>　　——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定。</p><p><b>　　f——摩擦系數(shù)</b></p><p>　　G——選取工件所受的重力（N）</p><p><b>　　設(shè) 為1.5，</b></p><p>

26、<b>　　將已知條件代入得：</b></p><p><b>　　氣缸的內(nèi)徑</b></p><p>　　根據(jù)手指的幾何關(guān)系得：</p><p>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)可以知道，要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載大小位100Kg，考慮到氣缸未加載時(shí)實(shí)際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響。在研究氣缸性能和確定氣缸

27、缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率β：</p><p>　　由《液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)》表11-1：取β=0.45</p><p><b>　　根據(jù)氣缸的結(jié)構(gòu)得：</b></p><p>　　估算時(shí)取d=0.3D, =40N, P=0.5 。代入上式得：</p><p>　　按照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=80 mm&

28、lt;/p><p><b>　　活塞桿直徑</b></p><p>　　由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=25 mm</p><p>　　(4) 缸筒長度的確定：</p><p>　　缸筒長度S=L+B+20</p><p>　　L為活塞行程；B為活塞厚度</p><p>　

29、　活塞厚度B=(0.20 0.25)D= 0.20 80=16mm</p><p>　　由于氣缸的行程L=200mm ,所以S=L+B+20=236 mm</p><p>　　氣缸筒的壁厚的確定:</p><p>　　由《液壓氣動(dòng)技術(shù)速查手冊(cè)》知：一般氣缸缸筒與內(nèi)徑之比 ，其壁厚通常按薄壁筒公式計(jì)算：</p><p>　　通常計(jì)算出的壁厚往往

30、很薄，考慮機(jī)械加工工藝性，往往將缸筒壁厚適當(dāng)加厚，且盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管與鋁合金管。下圖所列缸筒壁厚可供參考。</p><p>　　假設(shè)所選材料為無縫鋼管，則由表知</p><p>　　(6)氣缸耗氣量的計(jì)算：</p><p>　　氣缸的耗氣量是指氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所消耗的壓縮空氣量。耗氣量大小與氣缸的性能無關(guān)， 但它是選擇空壓機(jī)排氣量的重要依據(jù)。</p&

31、gt;<p>　　(7)氣缸的進(jìn)、排氣口計(jì)算</p><p>　　通常氣缸的進(jìn)、排氣口的直徑大小與氣缸速度有關(guān)，根據(jù)ISO-15552、ISO-7180。氣缸的進(jìn)、排氣口的直徑見下表（ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）</p><p>　　查此表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為 </p><p>　　4.2縱向氣缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　由設(shè)計(jì)

32、方案可以知道，縱向氣缸1不僅要承受負(fù)載50kg的重量，還要承受氣缸3及手指部分的重量，假設(shè)此重量為負(fù)載的十分之一，即5kg。則縱向氣缸實(shí)際的負(fù)載F=539N。進(jìn)一步求的理論負(fù)載 </p><p><b>　　氣缸的內(nèi)徑</b></p><p><b>　　由公式 得：</b></p><p>　　查表后得：D=63mm。&

33、lt;/p><p><b>　　活塞桿直徑</b></p><p>　　由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=18.9 mm</p><p>　　查表后得：d=20mm</p><p>　　(3) 缸筒長度的確定：</p><p>　　缸筒長度S=L+B+20</p><p>　

34、　L為活塞行程；B為活塞厚度</p><p>　　活塞厚度B=(0.20 0.25)D= 0.20 63=13mm</p><p>　　由于氣缸的行程L=400mm ,所以S=L+B+20=433 mm</p><p><b>　　氣缸筒的壁厚的確定</b></p><p>　　選用無縫鋼管為材料，查表得：</p&

35、gt;<p>　　(5)氣缸耗氣量的計(jì)算</p><p>　　(6)氣缸的進(jìn)、排氣口計(jì)算</p><p>　　查表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為 </p><p>　　4.3橫向氣缸的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　氣缸的內(nèi)徑</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系得：&l

36、t;/p><p><b>　　?。?， </b></p><p><b>　　得： (近似)</b></p><p><b>　　根據(jù)氣缸的結(jié)構(gòu)得：</b></p><p>　　估算時(shí)取d=0.3D, P=0.5 。代入上式得：</p><p>　　按照GB

37、/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=50 mm</p><p><b>　　活塞桿直徑</b></p><p>　　由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=15 mm</p><p>　　查表得：d=16mm</p><p><b>　　缸筒長度的確定：</b></p><p&

38、gt;　　缸筒長度S=L+B+20</p><p>　　L為活塞行程；B為活塞厚度</p><p>　　活塞厚度B=(0.20 0.25)D= 0.20 0=10mm</p><p>　　由于氣缸的行程L=400mm ,所以S=L+B+20=430 mm</p><p>　　氣缸筒的壁厚的確定:</p><p>　　假

39、設(shè)所選材料為無縫鋼管，則由表知</p><p><b>　　氣缸耗氣量的計(jì)算：</b></p><p>　　氣缸的進(jìn)、排氣口計(jì)算</p><p>　　查表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為 </p><p><b>　　5電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1控制系

40、統(tǒng)的基本組成</p><p>　　一個(gè)完整的控制系統(tǒng)應(yīng)該包括被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測裝置、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(包括硬件和軟件)。圖6所示是其基本框圖。在本系統(tǒng)中各個(gè)部分的組成如下: </p><p>　　圖7 控制系統(tǒng)的組成</p><p><b>　　被控參數(shù)</b></p><p&

41、gt;　　由設(shè)計(jì)任務(wù)可知，此系統(tǒng)中的控制參數(shù)為速度，即氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度</p><p><b>　?。?）執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)控制回路中的氣缸，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥來控制進(jìn)入和排除氣缸的流量，來控制活塞的運(yùn)動(dòng)速度。</p><p><b>　?。?）控制器</b></p>

42、<p>　　本系統(tǒng)采用的控制方式是PLC程序控制。因通用性好，變更程序方便，PLC程序控制是線路復(fù)雜時(shí)程序控制的典型代表。它不僅可使控制部分小型化，容易實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖信號(hào)處理，同時(shí)各種邏輯及附加運(yùn)算和D/A與A/D轉(zhuǎn)換均可在PLC內(nèi)部進(jìn)行，使整個(gè)傳動(dòng)控制回路中的氣動(dòng)回路部分非常簡單。其缺點(diǎn)是維修人員應(yīng)具備一定的微機(jī)知識(shí)，能及時(shí)進(jìn)行工作異常時(shí)的事故處理及復(fù)位啟動(dòng)等問題。</p><p>　　5.2氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)

43、</p><p>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)知，系統(tǒng)控制要求是速度控制，即物料在運(yùn)輸過程中的速度保持在一定數(shù)值，所以設(shè)計(jì)的氣動(dòng)回路為調(diào)速回路。整個(gè)控制原理回路圖將在大圖中展示。</p><p>　　單作用氣缸的調(diào)速回路</p><p>　　設(shè)計(jì)方案中，升降氣缸2和夾緊氣缸1均為單作用氣缸，氣缸2通過重力恢復(fù)，而氣缸1通過彈簧力恢復(fù)。對(duì)于單作用氣缸，調(diào)速回路該回路由左右兩個(gè)單向節(jié)

44、流閥來分別控制活塞桿的升降速度。</p><p>　　圖8為單作用氣缸調(diào)速回路的示意圖:</p><p>　　圖8 單作用氣缸的調(diào)速回路</p><p>　　圖9 雙作用氣缸的調(diào)速回路</p><p>　　雙作用氣缸的調(diào)速回路</p><p>　　設(shè)計(jì)方案中，氣缸3為雙活塞桿雙作用氣缸，氣缸3的作用是使物料水平移動(dòng)。雙

45、作用氣缸的調(diào)速回路主要有進(jìn)氣節(jié)流和排氣節(jié)流方法，一般多采用排氣節(jié)流，如圖9（a）所示。圖9（b）也是排氣節(jié)流回路，在換向閥的排氣口安裝排氣節(jié)流閥，實(shí)現(xiàn)速度控制。這種方法比較簡單，也較常用。但是要注意所選用的二位五通換向閥是否允許后接排氣節(jié)流閥，以免引起動(dòng)作失常。圖9（c）是進(jìn)氣節(jié)流回路。由于進(jìn)氣流量小而排氣流量大，進(jìn)氣腔壓力上升緩慢，當(dāng)進(jìn)氣和排氣兩腔壓差達(dá)到剛好克服各種反力時(shí)，活塞就突然前進(jìn)，使進(jìn)氣腔容積突然增大，進(jìn)氣腔壓力下降，活塞就

46、停止前進(jìn)。氣缸活塞這種“忽走忽停”的現(xiàn)象稱為氣缸的爬行，故較少采用這種調(diào)速方法。</p><p>　　5.3 主要元件選擇設(shè)計(jì)</p><p><b>　　節(jié)流閥</b></p><p>　　節(jié)流閥是依靠改變閥的流通面積來調(diào)節(jié)流量的。要求節(jié)流閥流量的調(diào)節(jié)范圍 較寬，能進(jìn)行微小流量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精確，性能穩(wěn)定，閥芯開度與通過的流量成正比。為使節(jié)流閥適

47、用于不同的使用 場合，節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)有多種，圖10為常用的典型節(jié)流結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖10 常用的節(jié)流閥結(jié)構(gòu)</p><p>　　平板閥；（b）針閥；（c）球閥</p><p>　　由方案可知，系統(tǒng)中的速度調(diào)節(jié)靠普通的節(jié)流閥無法實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該使用單向節(jié)流閥，它是由單向閥和節(jié)流閥組合而成的流量控制閥，常用作氣缸的速度控制，又稱為速度控制閥。這種閥僅對(duì)一個(gè)方向的氣流

48、進(jìn)行節(jié)流控制，旁路的單向閥關(guān)閉； 在相反方向上氣流可以通過開啟的單向閥自由流過（滿流）。</p><p>　　一般，單向節(jié)流閥的流量調(diào)節(jié)范圍為管道流量的２０％～３０％。對(duì)于要求能在較寬范圍里進(jìn)行速度控制的場合，可采用單向 閥開度可調(diào)的速度控制閥。</p><p>　　圖11為單向節(jié)流閥和雙單向節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)圖：</p><p><b>　?。╞）</b

49、></p><p><b>　　圖11 節(jié)流閥</b></p><p>　　單向節(jié)流閥；（b）雙單向節(jié)流閥</p><p><b>　　換向閥</b></p><p>　　按控制方式分類，常用的有氣壓控制、電磁控制、人力控制和機(jī)械控制四類。根據(jù)方案，我選擇電磁控制方式。PLC控制利用繼電器KM

50、，進(jìn)而控制電磁線圈中電流的通斷，達(dá)到換向的目的</p><p>　　按方案要求，此系統(tǒng)中需二個(gè)三位三通電磁換向閥和一個(gè)三位五通電磁換向閥。（具體圖將在控制原理圖中表示）。</p><p><b>　　壓差流量計(jì)</b></p><p>　　壓差流量計(jì)，壓差流量計(jì)是一種測定流量的儀器。它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)所產(chǎn)生的壓力差與流量之間存在一定關(guān)系

51、的原理，通過測量壓差來實(shí)現(xiàn)流量測定。節(jié)流裝置是在管道中安裝的一個(gè)局部收縮元件，最常用的有孔板、噴嘴和文丘里管。流量Q的計(jì)算公式為：</p><p>　　式中： 為流量系數(shù)； 為氣體膨脹修正系數(shù)； 為節(jié)流部的截面積； 為流體密度；P1和P2分別為節(jié)流前后的壓力。對(duì)于不可壓縮的氣體，可不考慮氣體膨脹修正系數(shù)，即流量公式為： 和 一般由實(shí)驗(yàn)方法確定。目前，壓差流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度已相當(dāng)高，它的構(gòu)造、尺寸嚴(yán)格按照規(guī)定制作

52、時(shí)，則可查出C和ε無需通過實(shí)驗(yàn)方法確定。圖12為其外形結(jié)構(gòu)圖：</p><p><b>　　圖12 壓差流量計(jì)</b></p><p>　　通過測得管道的流量，求得氣缸運(yùn)動(dòng)速度，并與規(guī)定值比較，通過誤差來調(diào)節(jié)節(jié)流閥控制流量，進(jìn)而達(dá)到控制速度的目的。</p><p>　　5.4 PLC程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　

53、5.4.1 控制要求</p><p>　　該系統(tǒng)要求該氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作邏輯順序?yàn)椋?夾緊物料——上升——水平移動(dòng)——下降——松開物料——返回初始位置，完成一次物料的搬運(yùn)，并循環(huán)下去。具體動(dòng)作如下：</p><p>　　按下啟動(dòng)按鈕，夾緊氣缸1夾緊物料（2s）；</p><p>　　升降氣缸2動(dòng)作，向上提升物料，到達(dá)上極限位置后停止動(dòng)作；</p><

54、;p>　　水平氣缸3使物料水平向右移動(dòng)，到達(dá)右極限位置后停止；</p><p>　　升降氣缸2使物料下降，至到達(dá)下極限位置后停止；</p><p>　　松開物料。并原路返回進(jìn)行下一次搬運(yùn)。</p><p>　　5.4.2 I/O分配表及I/O接線圖</p><p><b>　　I/O分配表</b></p&g

55、t;<p>　　在作分配表前，首先應(yīng)該確定PLC的輸入和輸出。本系統(tǒng)中，輸入有：啟動(dòng)按鈕SB1,停止按鈕SB2，上下限位開關(guān)SB3和SB4，左右限位開關(guān)SB5和SB6；輸出有：夾緊KM1和松開KM2，上升KM3和下降KM4，左移KM5，右移KM6。即有六個(gè)數(shù)字量輸入和四個(gè)數(shù)字量輸出，故選擇西門子公司的S7-200中的CPU222模塊，此型號(hào)為8入/6出，足夠系統(tǒng)使用，并且其可以擴(kuò)展兩個(gè)模塊數(shù)量，在以后中如果有需要，完全可以

56、滿足要求。I/O分配表如下所示</p><p><b>　　I/O分配表</b></p><p><b>　　I/O接線圖</b></p><p>　　圖10為PLC的I/O接線圖：</p><p>　　圖10 I/O接線圖</p><p><b>　　5.4.3

57、流程圖</b></p><p>　　5.4.4 PLC程序</p><p><b>　　梯形圖</b></p><p><b>　　語句表</b></p><p><b>　　Network 1</b></p><p><b>　　

58、// 啟動(dòng)</b></p><p>　　LD I0.1</p><p>　　O M0.0</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　= M0.0</p><p><b>　　Network 2</b></p><p&

59、gt;　　LD M0.0</p><p>　　= S0.1</p><p><b>　　Network 3</b></p><p><b>　　// 夾緊工件</b></p><p>　　LSCR S0.1</p><p><b>　　Netw

60、ork 4</b></p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　= Q0.1</p><p>　　TON T37, 30</p><p><b>　　Network 5</b></p><p>　　LD T37</p><

61、;p>　　SCRT S0.2</p><p><b>　　Network 6</b></p><p><b>　　SCRE</b></p><p><b>　　Network 7</b></p><p><b>　　// 上升</b></p

62、><p>　　LSCR S0.2</p><p><b>　　Network 8</b></p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　= Q0.3</p><p><b>　　Network 9</b></p><p>

63、　　LD I0.3</p><p>　　SCRT S0.3</p><p>　　Network 10</p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 11</p><p><b>　　// 右移</b></p>&l

64、t;p>　　LSCR S0.3</p><p>　　Network 12</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　= Q0.6</p><p>　　Network 13</p><p>　　LD I0.6</p><p>　　SCRT S

65、0.4</p><p>　　Network 14</p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 15</p><p><b>　　// 下降</b></p><p>　　LSCR S0.4</p><p>　　N

66、etwork 16</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　= Q0.4</p><p>　　Network 17</p><p>　　LD I0.4</p><p>　　SCRT S0.5</p><p>　　Network 18</p&g

67、t;<p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 19</p><p><b>　　// 松開</b></p><p>　　LSCR S0.5</p><p>　　Network 20</p><p>　　LD SM0.0

68、</p><p>　　R Q0.1, 1</p><p>　　S Q0.2, 1</p><p>　　TON T38, 30</p><p>　　Network 21</p><p>　　LD T38</p><p>　　SCRT S0.6</p>

69、;<p>　　Network 22</p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 23</p><p><b>　　// 上升</b></p><p>　　LSCR S0.6</p><p>　　Network 24<

70、;/p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　= Q0.3</p><p>　　Network 25</p><p>　　LD I0.3</p><p>　　SCRT S0.7</p><p>　　Network 26</p><p>

71、;<b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 27</p><p><b>　　// 左移</b></p><p>　　LSCR S0.7</p><p>　　Network 28</p><p>　　LD SM0.0</p>

72、<p>　　= Q0.5</p><p>　　Network 29</p><p>　　LD I0.5</p><p>　　SCRT S1.0</p><p>　　Network 30</p><p><b>　　SCRE</b></p><p&

73、gt;　　Network 31</p><p><b>　　// 下降</b></p><p>　　LSCR S1.0</p><p>　　Network 32</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　= Q0.4</p><p>　

74、　Network 33</p><p>　　LD I0.4</p><p>　　SCRT S0.1</p><p>　　Network 34</p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 35</p><p><b>

75、;　　// 停止</b></p><p>　　LD I0.2</p><p>　　R Q0.1, 6</p><p><b>　　6設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　通過此次課程設(shè)計(jì),暴露出了平時(shí)學(xué)習(xí)當(dāng)中存在的問題:學(xué)習(xí)不夠深入,了解不透徹,導(dǎo)致在做課程設(shè)計(jì)的過程中,經(jīng)常對(duì)一些基本的知識(shí)

76、點(diǎn)弄混.這次課程設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)前最后的一次練兵,對(duì)我來說非常有意義。通過了這次課程設(shè)計(jì),我對(duì)古人的一句話有了更深的理解”學(xué)而時(shí)習(xí)之,不亦悅乎”,是的,只有經(jīng)常復(fù)習(xí),經(jīng)常鞏固,才能不知識(shí)真正的扎根在你的腦海中。</p><p>　　最后,我要感謝我的同學(xué),其實(shí)他們也是我的老師。由于這次課程設(shè)計(jì)中有一部分PLC控制部分，雖然在前面的機(jī)電綜合實(shí)踐也接觸過PLC，但那只是皮毛而已，所以這次機(jī)械電子的同學(xué)幫了我很大的忙。同

77、時(shí)我也感覺到控制的重要性，我會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)控制知識(shí)。</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].郭柏林,胡正義.氣動(dòng)取模機(jī)械手夾具的PLC控制.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)</p><p>　　[2].張州，張廣義基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng).機(jī)電產(chǎn)品與開發(fā)</p><p>　　[3].成大先.機(jī)械設(shè)

78、計(jì)手冊(cè)氣壓傳動(dòng)單行本. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2010</p><p>　　[4].張利平.液壓與氣壓設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007</p><p>　　[5].王啟義.中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典·電子版. 北京：中國機(jī)械工業(yè)學(xué)會(huì).2008</p><p>　　[6].肖興明.機(jī)電控制及自動(dòng)化. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2003</p>

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