PLC编程控制机械手 毕业设计.doc
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1、 毕业设计(论文)题 目 PLC编程控制机械手 学 院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化年 级 姓 名 指导教师 ( 20 年 月)广东工业大学继续教育学院制PLC编程控制机械手 摘要近几十年来,自动控制技术已获得迅猛发展,并广泛应用在工农业生产、交通运输、国防建设和航空、航天事业等领域中。随着生产和科学技术的发展,自动控制技术已渗透到个学科领域,成为促进当代生产发展和科学技术进步的重要因素。在校三年时间,所学自动化课程以及应用之多,现在是时候对自己所学知识做一个系统的总结和应用。因此,在检验自己所学知识的前提下,应用自己所学的知识去实现高效精确地自动化流程。我们通过对EMCO机床
2、的改装,将机器人投入其中以实现零件的自动化掉头加工,主要包括:卡盘卡爪设计、机械手爪设计、自动门和尾座的设计及plc编程。本文针对机器人工作时夹取零件所需的机械手爪进行分析和设计,阐述了加工手电筒零部件所使用机械手爪的设计方案和加工过程。通过这次毕业课题的设计实施,让学生系统掌握零件设计的过程,培养学生综合运用所学过的基础理论、基本技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力。培养学生的设计计算、工程绘图、文字表达、文献查阅工具书使用等基本实践能力,使学生初步掌握科学研究的基本方法。关键词:机器人、机械手爪、掉头加工、自动控制。PLC programming control of manipul
3、atorTutor:Author: AbstractIn recent decades, the automatic control technology has been rapid development, and widely used in industrial and agricultural production, transportation, national defense and aviation, aerospace and other fields. With the development of science and technology, automatic co
4、ntrol technology has infiltrated into subject areas, become promote the progress of science and technology development and the important factors. In three years time, the automation course as well as the application of many, now is the time for their knowledge to do a systematic summary and applicat
5、ion.Therefore, to test their knowledge of the condition, the application of their knowledge to accurately process automation. We adopted the EMCO equipment of the machine tool, robot into them in order to achieve automation turn parts processing, mainly including: chuck claw design, mechanical gripp
6、er design, automatic doors and a tailstock design and PLC programming. The robot work clamping parts required mechanical gripper was analyzed and designed, elaborated the flashlight parts processing by using mechanical gripper design and machining process.Through this graduation project design imple
7、mentation, to let the student know parts design process, training of students integrated use of the basic theory, basic skills and professional knowledge and ability to solve practical problems. The cultivation of students design, engineering drawing, writing, literature search tool using the basic
8、ability of practice, so that students master the basic scientific research methods.Key words: robot, manipulator, turning processing, automatic control.目录摘要1Abstract2目录31.绪论11.1选题背景11.2设计目的11.3机械手的概况11.3.1机械手的应用意义21.3.2机械手的发展趋势21.4本课题各组人员的工作内容31.4.1第一组别的工作内容31.4.2第二组别的工作内容41.4.3第三组别的工作内容41.4.4第四组别的工
9、作内容52 正文62.1机器人的操作与机床信号查询62.1.1机器人的操作62.1.2机床信号的查询82.2 辅助元器件的使用与选型82.2.1检测元器件的使用82.2.2检测元器件的选型92.2.3继电器的使用与选型122.3 PLC的选型与编程122.3.1 PLC的概述122.3.2 PLC的选型172.3.3 PLC的编程183总结19致谢20参考文献21附录A22附录B233 1.绪论1.1选题背景 由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高,对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求,因此,必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动,满足工业自动化的需求
10、。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一,它不仅提高了劳动生产的效率,还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作,减轻人类劳动强度,可以说是一举两得。在机械行业中,机械手越来越广泛的得到应用,它可用于零部件的组装,加工工件的搬运、装卸,特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前,机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元,可以节省庞大的工件输送装置,结构紧凑,而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,应用规模和产业化水平低,机械手的研究和开发直接影响到我
11、国机械行业自动化生产水平的提高,从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此,进行机械手的研究设计具有重要意义。1.2设计目的 目前,我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成,其劳动强度大、生产效率低,而且具有一定的危险性,已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合机床的实际结构,利用机械手技术,设计用一台上下料机械手代替人工工作,以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线,实现加工过程的自动化和无人化。1.3机械手的概况在现代工业中,生产过程的机械化、自动化已成
12、为突出的主题。在机械工业中,加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法,程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外,还有大量的装卸、搬运、装配等作业,有待进一步实现机械化。工业机械手就是为了实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体,动作灵活多样,适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产,广泛应用于柔性自动线。1.3.1机械手的应用意义在机械工业中,机械手的应用意义可以概括如下:1. 可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手,有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等自动化程度,从而可
13、以提高劳动生存率,降低生产成本,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。2. 可以改善劳动条件 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪音、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中,用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业,大大地改善了工人的劳动条件。3. 可以减少人力,便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作,这是直接减少人力的一个侧面,同时由于应用机械手可以连续地工作,这是减少人力的另一个侧面。因此,在自动化机床和综合加工自动化生产线上,目前几乎都设有机械手,以减少人力和更准确地控制生产的节拍,便于有节奏地进行生产。1.3.2机械手的发
14、展趋势 目前国内工业机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面,数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。因此,国内主要是逐步扩大机械手应用范围,重点发展铸锻、热处理方面的机械手,以减轻劳动强度,改善作业条件。在应用专业机械手的同时,相应地发展通用机械手,有条件的还要研制示教机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。 在国外机械制造业中,工业机械手应用较多,发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料,以及点焊、喷漆等作业中,它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作,但是还不具备任何传感反馈能力,不能应付外界的变化。如发生某些偏离时,就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此,国外机械
15、手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手,使其拥有一定的传感能力,能反馈外界条件的变化,做出相应的变更。总之,随着传感技术的发展,机械手的装配作业的能力将进一步提高。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合,从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.4本课题各组人员的工作内容在本次设计中,主要是通过应用所学到的知识,将现有的机械手应用到emco机床的自动掉头加工生产中。各个组别分别负责该过程中的一部分内容,并对该部分的机械手运动或加工内容所需要的元器件进行选购,部分零件自己设计加工。1.4.1第一组别的工作内容整个工作流程分为四组负责。第一组是负责对加工零
16、件的毛坯选取及处理,选取过程中,负责人员应充分考虑到机械手装夹的位置预留,以及工件加工掉头装夹位置的大小,所以长度的尺寸要跟机械手辅助手爪设计相协调。充分考虑到图1-1 加工的工件图纸实际的加工时可能会出现的情况,因此还要对装夹毛坯工件的三爪液压卡盘的卡爪进行再处理调整,以达到实际生产过程中的装夹便捷。因为工件的材料是铝材,所以还要考虑到卡爪的夹紧力,避免在装夹过程中夹伤或夹坏工件。1.4.2第二组别的工作内容由于在加工的过程中,为避免工件残料飞出机床外,伤及工作人员。故在加工过程中,设计机床的保护门,实现在未加工时间段时,自动处于开启状态,让机械手进入作业;在加工开始前,自动处于关闭状态,使
17、机床处于完全封闭状态,以保护旁边加工人员。这就是第二组的人员所要做的任务,找到机床输出的空闲信号,譬如像冷却液自动供给跟停止一样的M指令,然后配合编程,实现在这个过程中的适当时间段自动开门或关门。其次,由于机械手的运动范围限制,因此无法实现机械手夹取工件然后直接装夹到机床上,这样子定位难以控制工件的装夹到位。所以,在这个过程中,充分利用到机床的尾座。在机械手装夹工件到位后,让机床的尾座自动伸出,顶住工件,然后再让液压卡盘夹紧。这样,可以方便机械手在装夹工件到位后的退出,而不影响到工件的夹紧与定位。因此,第二组的人员还需再找一组机床空闲的M指令,如上所诉,配合编程。而且,考虑到加工的工件是铝材,
18、要控制尾座的顶紧力,防止将工件顶变形。这就需要工作人员去对铝材受力进行分析,然后经过计算得到最后尾座的顶紧力。1.4.3第三组别的工作内容现有的机械手,仅仅只是可实现几个自由度的运动,不能直接投入到实际的生产应用中去。所以需要对机械手的各个情况进行分析,设计一部分执行机构,配合到机械手上,从而达到一定的实际应用功能。因此,第三组是在考虑工件的总加工长度以及现有机械手的条件基础上,设计配合现有机械手装夹用的手爪,以及选购驱动手爪运动的驱动元器件。其中,手爪的设计,要考虑到工件的总长度的基础上,可以装夹的位置长度,以及进行掉头加工时,反向工件的装夹位置长度的预留。同时,因为工件的材料是铝材,所以在
19、设计手爪过程中,还应考虑到工件的各个受力分析,达到既能夹紧工件,又不会因为夹紧力的过大,夹伤或夹坏工件。所以在驱动元器件的选择时,要充分考虑到这个夹紧力。由于现有机械手的末端连接处是个圆形的凸台,所以在设计机械手与手爪的连接件时,要考虑到连接的可靠性与稳定性,以及安装定位的方便。1.4.4第四组别的工作内容第四组是在前三组的基础上,了解整个自动加工的流程,运用PLC进行编程,协调机床跟机械手之间的作业。以及,对现有的机械手进行示教演示,将整个运用到机械手的工作动作进行协调与记录保存,供PLC调用到生产中。该过程中,负责人员还应考虑到机床运动跟机械手运动的时间上的差异,以及各个运动之间的顺序,避
20、免动作的顺序不正确,致使生产事故的发生。自动加工的流程图:机器人把工件送至卡盘处 尾座顶紧工件 卡盘收紧 机器人退出 尾座缩回(必要时可顶紧加工) 自动关门 加工 自动开门 机器人将工件夹紧 卡盘松开 将机器人将工件移开掉头 重复以上步骤 加工完成机器人将工件移走在这整个的应用现有机械手投入到自动化生产的设计中,我们组是第四组,主要负责调试现有机械手完成要求动作,并汇编程序使用PLC协调整个自动化生产的各个动作。我组的整个设计方案及实际加工与分析情况如下文所述。2 正文整个自动化加工的流程如下图所示。第一步驱动机器人把加工的毛坯件夹紧送至卡盘处、第四步机器人退出机床加工区域、第九步机器人夹紧机
21、床上的半成品工件、第十一步机器人将工件掉头再送回卡盘处和最后一步机器人将工件取走等这几个步骤,应用到的是现有机器人。所以我们首先要先了解现有机器人的操作以及控制机器人完成所需动作。机器人把工件送至卡盘处 尾座顶紧工件 卡盘收紧 机器人退出 尾座缩回(必要时可顶紧加工) 自动关门 加工 自动开门 机器人将工件夹紧 卡盘松开 机器人将工件移开掉头 重复以上步骤 完成加工机器人将工件移走图2-1 自动加工的流程图2.1机器人的操作与机床信号查询2.1.1机器人的操作通过按动示教编程器上的每个轴操作键,使机器人的每个轴产生所需的作。下图表明了每个轴在关节坐标系下的示意动作。 图2-2 轴的示意动作1、
22、动作模式NX100控制柜有示教模式、再现模式、远程模式三种动作模式。a 示教模式从事程序编辑或者对已登录的程序进行修改时,要在示教模式下进行。另外,进行各种特性文件和各种参数的设定也要在该模式下进行。b 再现模式再现示教程序时使用的模式。c 远程模式伺服电源投入、开始、调用程序、启动循环等相关操作需要通过外部输入信号的指定、在远程模式下进行。远程模式时,通过外部输入信号的操作有效。此时,示教编程器上的 开始按钮无效。数据传输功能 (选项)在远程摸式下有效。表2-1 机器人动作模式模式操作示教模式再现模式远程模式伺服准备示教编程器示教编程器外部输入信号启动无效示教编程器外部输入信号循环变更示教编
23、程器示教编程器外部输入信号调用主程序示教编程器示教编程器外部输入信号在安川机器人的实际操作后,我们主要利用的是机器人的示教模式,通过我们人工地控制机器人各个关节的运动,然后让电脑自动记录各个关节实际运动到位的各轴位置参数,并以此存档,供以后我们在实际应用的时候调用。在实际加工过程中,我们根据图2-1加工流程图可以知道,机器人在加工过程中所要执行的动作有:1、加工开始的时候,机器人将毛坯夹紧并送到机床卡爪位置;2、待机床卡爪夹紧工件的时候,机器人离开机床加工的危险范围;3、在机床对毛坯的一端加工完毕后,机器人移动到机床卡爪下将工件夹紧;4、待机床卡爪松开工件时候,机器人将工件夹到安全位置进行掉头
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