注塑機(jī)專用機(jī)械手設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　注塑機(jī)專用機(jī)械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。注塑機(jī)械手是為注塑生產(chǎn)自動(dòng)化專門配備的機(jī)械，它可以在減輕繁重的體力勞動(dòng)、改善勞動(dòng)條件和安全生產(chǎn)；提高注塑成型機(jī)的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力等方面起到及其重要

2、的作用。</p><p>　　文中首先總結(jié)了注塑機(jī)機(jī)械手的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，分析了其發(fā)展前景及方向，確定了機(jī)械手的研究類型與機(jī)械設(shè)計(jì)方案。討論了該機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式和工作原理，比較了各驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最后采用PLC控制各驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本文的重點(diǎn)是平面直線位移式注塑機(jī)用機(jī)械手的水口夾機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用Solidworks三維模型，生成爆炸視圖，然后繪制機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的二維圖紙（總裝圖、零件圖）。 </p>&

3、lt;p>　　由于注塑機(jī)專用機(jī)械手能夠大幅度的提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，能夠穩(wěn)定和提高注塑產(chǎn)品的質(zhì)量，避免因人為的操作失誤而造成的損失。因此，注塑機(jī)械手在注塑生產(chǎn)中的作用變得越來(lái)越重要。目前國(guó)內(nèi)的機(jī)械手類型比較簡(jiǎn)單，且大都用于取件。隨著注塑成型工業(yè)的發(fā)展，以后將有越來(lái)越多的機(jī)械手用于上料、混合、自動(dòng)裝卸模具、回收廢料等各個(gè)工序上，而且將朝著智能化方向發(fā)展。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，水口

4、夾，PLC控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Mechanical arm of injection molding ，automated production equipment ，mimicking the part of function of human upper limb, can be controlled a

5、utomatically to transfer production or handle the tools to produce according to requirement .Injection molding production automation is specially equipped with the machinery of mechanical arm of injection molding, playin

6、g an important role in such areas: it not only can alleviate the heavy manual work, but improve working conditions and safety as well as imp</p><p>　　Firstly，this article summarizes the current situation of

7、the development of injection molding machine robot, analyzes its development prospects and direction, and determines the type of robotics research and mechanical design. At the same time, it also discusses the robot’s dr

8、iving method and how it works and compares the advantages and disadvantages of each drive, and finally PLC control system is adopted. These articles focus on the plane of linear displacement manipulator used in injectio

9、n m</p><p>　　Owing to mechanical arm of injection molding can increase productivity and reduce production costs by a wide margin, be able to stabilize and improve the quality of injection molded products and

10、 avoid losses due to human error. Therefore, mechanical arm of injection molding injection manipulator becomes more and more important in injection molding production. A domestic robot type is relatively simple, and is m

11、ostly used for picking up. With the development of the injection molding industry, in </p><p>　　Keywords：mechanical arm； Drive system； Outlet folders； PLC control</p><p><b>　　目 錄<

12、;/b></p><p><b>　　緒 論5</b></p><p>　　二 注塑機(jī)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 注塑機(jī)機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述7</p><p>　　2.2 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析7</p><p>　　2.2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容7</p&

13、gt;<p>　　2.2.2 設(shè)計(jì)要求8</p><p>　　2.2.3 總體方案的擬定8</p><p>　　2.2.4 注塑機(jī)機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)8</p><p>　　三 注塑機(jī)機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析10</p><p>　　3.2 注塑

14、機(jī)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.1 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.1.1 水口夾的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.1.2 制品夾的設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.3 注塑機(jī)機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.3.1 手臂的設(shè)計(jì)要求20<

15、/p><p>　　3.3.2 手臂結(jié)構(gòu)的建模20</p><p>　　3.3.3 磁偶式氣缸的選擇21</p><p>　　3.3.4 手臂桿強(qiáng)度校核22</p><p>　　3.4 注塑機(jī)機(jī)械手副臂的設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.4.1 副臂的設(shè)計(jì)要求23</p><p>　　3.4

16、.2 副臂的結(jié)構(gòu)分析與建模23</p><p>　　3.4.3 副臂標(biāo)準(zhǔn)伸縮氣缸活塞桿強(qiáng)度校驗(yàn)24</p><p>　　3.5 注塑機(jī)機(jī)械手主臂和底座的設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.5.1 主臂的設(shè)計(jì)要求26</p><p>　　3.5.2 主臂的設(shè)計(jì)分析與建模26</p><p>　　四 注塑機(jī)機(jī)械手的

17、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.1 PLC選型的方法30</p><p>　　4.1.1 機(jī)型選擇的原則30</p><p>　　4.1.2 PLC容量選擇31</p><p>　　4.1.3 I/O模塊的選擇32</p><p>　　4.2 I/O接口分配33</p><p&

18、gt;　　4.3 輸出電路保護(hù)措施34</p><p>　　4.4 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)34</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。</p&

19、gt;<p>　　工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他

20、的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。</p><p>　　1.1 機(jī)械手的發(fā)展前景</p><p>　　機(jī)械手在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)

21、械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。</p><p>　　國(guó)外機(jī)械數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。</p><p>　　世界高端工

22、業(yè)機(jī)械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達(dá)到6軸，負(fù)載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。</p><p>　　隨著機(jī)械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。</p><p>　　1.2 機(jī)械手的特點(diǎn)</p><

23、;p>　　總的來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)械手滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，其主要特點(diǎn)是：</p><p>　　1、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等環(huán)境中勝任工作。</p><p>　　為了謀求操作安全和徹底防止

24、公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鍛造、噴漆以及有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手或工業(yè)機(jī)械人。</p><p>　　2、機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。人在連續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能勝任長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。 </p><p>　　3、由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和

25、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)又可避免人為的操作錯(cuò)誤。</p><p>　　4、機(jī)械手特別是通用機(jī)械手的通用性、靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置能夠十分靈活快速的予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。</p><p>　　5、采用機(jī)械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。&l

26、t;/p><p>　　1.3 機(jī)械手的分類</p><p>　　機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。</p><p>　　注塑機(jī)專用機(jī)械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自

27、動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。注塑機(jī)械手是為注塑生產(chǎn)自動(dòng)化專門配備的機(jī)械，它可以在減輕繁重的體力勞動(dòng)、改善勞動(dòng)條件和安全生產(chǎn)；提高注塑成型機(jī)的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力等方面起到及其重要的作用。</p><p>　　二 橫走式注塑機(jī)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 注塑機(jī)機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述 </p><p>　　注塑機(jī)專

28、用機(jī)械手的組成一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。執(zhí)行系統(tǒng)，機(jī)械手抓取或釋放制品、實(shí)現(xiàn)各種操作運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，由臂部、腕部和手部等部件組成。注塑機(jī)專用機(jī)械手的手部是用來(lái)直接抓取注塑制品的部件。一般可分為夾持式和吸附式兩種。夾持式手部的主要形式為夾鉗式，常用于抓取不易破碎或變形的制品，它對(duì)所抓取的制品的形狀有較大的適應(yīng)性。夾持式手部由手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為執(zhí)行系統(tǒng)的各部件提供動(dòng)力的系統(tǒng)，有氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)及機(jī)械等形式

29、。目前比較常用的是氣動(dòng)和液壓兩種形式，氣動(dòng)式速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、有較高的重復(fù)定位精度；液壓式臂力大、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制、定位精度高、但容易漏油而污染制品。注塑用機(jī)械手的所有動(dòng)作都在控制系統(tǒng)的指揮下完成，尤其是機(jī)械手與注塑機(jī)的協(xié)調(diào)工作關(guān)系，更是要依賴控制系統(tǒng)來(lái)達(dá)到?？刂葡到y(tǒng)分為PLC控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)，PLC較單片機(jī)控制系統(tǒng)而言，具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，易學(xué)易用，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便

30、，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等特點(diǎn)。各組成部分的相互之間的關(guān)系如圖1所示：</p><p>　　圖1 各組成部分的相互之間的關(guān)系</p><p>　　2.2 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析</p><p>　　2.2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 </p><p>　　要求本設(shè)計(jì)能較鮮明地體現(xiàn)機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)構(gòu)思。所謂機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械工程技術(shù)吸收微電子

31、技術(shù)、信息處理技術(shù)、傳感技術(shù)等而形成的一種新的綜合集成技術(shù)。盡管機(jī)電一體化的產(chǎn)品名目繁多，并由于它們的功能不同而有不同的形式和復(fù)雜程度，但做功的機(jī)械本體部分（包括動(dòng)力裝置）和微電子控制部分（包括信息處理）是最基本的、必不可少的要素。</p><p>　　設(shè)計(jì)要求完成以下內(nèi)容：</p><p>　　1、擬定整體方案，特別是機(jī)械本體的各零件有機(jī)結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。</p><p

32、>　　2、根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇合適的手部、腕部、臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3、各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p><b>　　4、氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.2.2 設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　對(duì)于夾持式手部，進(jìn)行設(shè)計(jì)選用時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：（1） 手部應(yīng)具有適應(yīng)的

33、夾緊力和驅(qū)動(dòng)；（2）手指應(yīng)具有足夠的開(kāi)關(guān)范圍；（3）手指對(duì)制品應(yīng)具有一定的夾持精度；（4）手部對(duì)制品應(yīng)具有一定的適應(yīng)能力，且要求手部能耐受注塑制品剛從模腔中取出時(shí)的高溫及腐蝕性。為了適應(yīng)注塑機(jī)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成吸附式手部，可以準(zhǔn)確的吸附工件。為了取出剩余廢料，還要設(shè)計(jì)一個(gè)水口夾。驅(qū)動(dòng)部分，由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，工作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢。輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易，可靠性高，使

34、用壽命長(zhǎng)，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng)合使用等優(yōu)勢(shì)，所以我們選用氣動(dòng)方式。在控制方面，考慮到機(jī)械手的專用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p>　　2.2.3 總體方案的擬定 </p><p>　　輕型橫走注塑機(jī)機(jī)械手有三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，主臂的的橫向運(yùn)動(dòng)，副臂上的橫向運(yùn)動(dòng)向豎直

35、方向的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)機(jī)械手在各方位的行程，選擇好導(dǎo)軌、主臂和副臂所用的型材以及個(gè)驅(qū)動(dòng)部位的氣缸尺寸，然后建模。建完模后根據(jù)各部位的氣缸和傳感器元件，安裝好控制器，寫出控制程序。</p><p>　　2.2.4 注塑機(jī)機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù) </p><p>　　注塑機(jī)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)，是說(shuō)明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1、抓重

36、（又稱臂力）：額定抓重量或稱額定負(fù)荷，單位為kg，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手抓重最大為3Kg。</p><p>　　2、坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)式注塑機(jī)專用機(jī)械手。</p><p>　　3、定位方式：固定機(jī)械擋塊、可調(diào)機(jī)械擋塊、行程開(kāi)關(guān)，電位器及其各種位置設(shè)定和檢測(cè)裝置；各自由度所設(shè)定的位置數(shù)目或位置信息容量；點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制。 </p><p>　　4、驅(qū)動(dòng)方式：氣動(dòng)和機(jī)械傳

37、動(dòng)。</p><p>　　5、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：手臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括伸縮、升降。當(dāng)手臂的運(yùn)動(dòng)速度很高時(shí)，手臂在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊和振動(dòng)，這會(huì)影響手臂的定位精度。因此，手臂運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間的長(zhǎng)短、生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)性和定位精度等要求來(lái)確定。</p><p>　　6、控制系統(tǒng)動(dòng)力：電、氣。</p><p>　　7、重量：整機(jī)重量（kg）。</p>

38、<p>　　三 注塑機(jī)機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析</p><p><b>　　構(gòu)成圖如圖2</b></p><p>　　圖2 橫走式注塑機(jī)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖</p><p>　　其基本動(dòng)作如下圖3所示</p><p>　　圖3 制口側(cè)和水

39、口側(cè)的其本動(dòng)作圖</p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析：</b></p><p>　　制品側(cè)完成一次工作有以下動(dòng)作：</p><p>　　制品夾從原點(diǎn)在機(jī)械手臂上做下降運(yùn)動(dòng)；</p><p>　　手臂在副臂上前進(jìn)，向工件靠近，到工件位置后制品夾夾緊；</p><p><b>　　手臂

40、在副臂上后退；</b></p><p>　　制品夾在機(jī)械手臂上做上升運(yùn)動(dòng)；</p><p>　　副臂在主臂上前進(jìn)，運(yùn)動(dòng)到成品框時(shí)，制品夾的手腕向下旋轉(zhuǎn)90°；</p><p>　　制品夾在機(jī)械手臂上再做下降運(yùn)動(dòng)，下降后制品夾松開(kāi)；</p><p>　　制品夾在機(jī)械手臂上做上升運(yùn)動(dòng)，然后制品夾手腕向上旋轉(zhuǎn)90°姿

41、勢(shì)復(fù)位；</p><p>　　副臂在主臂上后退，回到原點(diǎn)，一個(gè)工作過(guò)程完成。</p><p>　　水口側(cè)完成一次動(dòng)作有如下運(yùn)動(dòng)：</p><p>　　水口夾從原點(diǎn)在機(jī)械手臂上做下降運(yùn)動(dòng)；</p><p>　　手臂在副臂上前進(jìn)，到廢料時(shí)水口夾夾緊；</p><p><b>　　手臂在副臂上后退；</b&g

42、t;</p><p>　　水口夾在機(jī)械手臂上做上升運(yùn)動(dòng)；</p><p>　　副臂在主臂上前進(jìn)，運(yùn)動(dòng)到廢料框上方時(shí)，水口夾松開(kāi)；</p><p>　　副臂在主臂上后退，回到原點(diǎn)，一個(gè)工作過(guò)程完成。</p><p>　　其主軸橫向行程與副軸橫向與縱向行程查得如表1：</p><p>　　表1 CY—600G與CY—800

43、G注塑機(jī)機(jī)械手的各方向的行程</p><p>　　3.2 注塑機(jī)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)有制口夾和水口夾，由于多數(shù)專用夾具的夾緊裝置只需工人操縱按鈕、手柄即可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊，這在很大程度上減少了工人找正和調(diào)整工件的時(shí)間與難度，或者根本不需要找正和調(diào)整，所以，這些專用夾具的使用降低了

44、對(duì)工人的技術(shù)要求并減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p>　　3.2.1.1 水口夾的設(shè)計(jì) </p><p>　?。?）水口夾的設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　1.具有足夠的握力</b></p><p>　　抓取結(jié)構(gòu)的手指握僅工件時(shí)所需要的力成為握力或夾緊力。握力的大小與被夾持工件或工具的重量、重心位置以及夾持方

45、式的方位有關(guān)。計(jì)算握力時(shí)還應(yīng)考慮傳動(dòng)和操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)力。以保證工件或工具不致松動(dòng)或脫落。</p><p><b>　　2.具有一定的開(kāi)角</b></p><p>　　抓取機(jī)構(gòu)的手指張開(kāi)與閉和時(shí)兩個(gè)極限位置所夾的角稱為手指的開(kāi)閉角θ。手指的開(kāi)閉角θ應(yīng)能保證工件順利進(jìn)入或脫落，在需要夾持不同工件尺寸時(shí)，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。</p><

46、;p>　　3.具有一定的定位精度</p><p>　　為了使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被夾持工件的形狀選擇相應(yīng)的手指結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行定位精度的計(jì)算。為了使機(jī)械手能適用多品種、小批量、工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化的生產(chǎn)中，可采用自動(dòng)定心的手部結(jié)構(gòu)，以減少對(duì)機(jī)械手的調(diào)整工作。</p><p>　　4.具有足夠的強(qiáng)度和剛度</p><p>　　機(jī)械手的抓取

47、機(jī)構(gòu)除受到被夾持工件的反作用力外，還將受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響。因此，要求防止機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)變形、彎曲和折斷。</p><p>　?。?）水口夾的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 水口夾是由主要由驅(qū)動(dòng)氣缸、連接座、圓錐銷、滾</p><p>　　輪、左右鉗板、復(fù)位彈簧等零件組成。如圖3所示：</p><p>　　圖3 1.多面安裝氣缸 2.連接座 3.

48、圓錐銷 4.滾輪 5.銷 6.復(fù)位彈簧 </p><p>　　7.左鉗板 8.右鉗板</p><p>　　水口夾的結(jié)構(gòu)工作原理：通過(guò)氣缸帶動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，活塞桿連接圓錐銷，水口夾片中部已被擋板用插銷固定，但可以以銷為軸運(yùn)動(dòng)，上部沒(méi)有被固定，可自己活動(dòng)，上部加了一個(gè)滾筒，然后圓錐擠壓滾筒，讓兩片水口夾片以各自中部的插銷為軸靠攏，這樣就夾住了廢料。松開(kāi)時(shí)，活塞桿向后運(yùn)動(dòng)，彈簧彈開(kāi)兩片水口

49、夾，使之復(fù)位。</p><p>　　經(jīng)查得型號(hào)為1615S水口夾的結(jié)構(gòu)部分尺寸為：缸徑：16，行程：15，外觀尺寸：</p><p>　　水口夾的整體模型如圖4</p><p>　　圖4 水口夾的整體模型</p><p>　　其結(jié)構(gòu)爆炸圖如圖5所示： </p><p>　　圖5 水口夾結(jié)構(gòu)爆炸圖<

50、/p><p>　　1.多面安裝氣缸體 2.氣缸活塞桿 3.連接座 4.水口擋板 5.圓錐銷 </p><p>　　6.水口小插銷和滾筒 7.水口夾片 8.水口大插銷 9.水口小插銷 10.滾筒</p><p>　　水口夾部分組成的建模</p><p>　　水口夾片模型與尺寸如圖6： </p><p>

51、　　圖6 水口夾片的外觀圖尺寸</p><p>　　水口夾氣缸體部分尺寸如圖7</p><p>　　圖7 水口夾氣缸體尺寸圖</p><p>　　水口夾大小插銷、滾筒與彈黃模型如圖8</p><p>　　圖8 水口大小插銷、滾筒與彈簧外觀圖</p><p>　　連接座與擋板模型如圖9</p><

52、;p>　　圖9 連接座與檔板的部分尺寸圖</p><p>　　圓錐體模型如下圖10 （注：圓錐銷的角度應(yīng)該為20°~~45°，這里采用41°）</p><p>　　圖10 圓錐銷的部分尺寸</p><p><b>　　氣缸活塞桿如圖11</b></p><p>　　圖11

53、氣缸活塞桿部分尺寸</p><p>　?。?） 水口夾夾緊力（握緊力）的計(jì)算：</p><p>　　我們選用一種質(zhì)量較輕的自由安裝型氣缸（SMC公司CU系列），氣缸缸徑20mm,在工作氣壓0.6MP下，可以查閱相關(guān)手冊(cè)得出氣缸工作輸出力F0=94N，夾鉗力學(xué)模型如圖12所示：</p><p>　　圖12 夾鉗的力學(xué)模型</p><p>　　

54、以圓錐銷研究為對(duì)象進(jìn)行受力分析，可以求出圓錐銷對(duì)左（右）鉗板的作用力F1為：</p><p>　　以左（右）鉗板為對(duì)象進(jìn)行受力分析，可以求出鉗板夾緊工件的輸出夾緊力F3為：</p><p>　　鉗板在水平方向的夾緊工件（水口料）的有效夾緊力F4為：</p><p>　　因?yàn)樗趭A可搬動(dòng)的最大水口料的重量為3Kg,所以選擇的氣缸輸出力有足夠大了。</p>

55、<p>　　3.2.1.2 制品夾</p><p>　　制品夾是用來(lái)夾取工件的，由于工件在模腔中取出需要平放下來(lái)，所以采用了一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)，使吸盤能夠旋轉(zhuǎn)其機(jī)構(gòu)原理圖如圖13所示：</p><p>　　圖13 制品夾的機(jī)構(gòu)原理圖</p><p>　　在運(yùn)動(dòng)時(shí)，點(diǎn)1被固定，點(diǎn)2和點(diǎn)3上連接伸縮氣缸的兩端，通過(guò)正反兩個(gè)</p><p>

56、　　135°使之剛好能夠旋轉(zhuǎn)90°。其模型圖如圖14所示：</p><p>　　圖14 1.殼體支架 2.制品夾氣缸缸體 3.制品夾轉(zhuǎn)角塊 4.氣缸桿 </p><p><b>　　5.側(cè)耳連接件</b></p><p>　　制品夾的工作原理：制品夾轉(zhuǎn)角塊與側(cè)耳連接件都連接在殼體支架上，且兩者都可以繞著各自的連接軸

57、旋轉(zhuǎn)，制品夾轉(zhuǎn)角塊連接在伸縮氣缸的氣缸桿上，這樣便使制品夾轉(zhuǎn)角塊實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)角塊里安裝一個(gè)吸附式吸盤，便可以把工件從模腔中取出。</p><p>　　3.3 注塑機(jī)機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 手臂的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　機(jī)械手的手臂包括臂桿、傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、定位裝置、支承連接裝置及檢測(cè)裝置等。機(jī)械手臂是直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。<

58、/p><p><b>　　它的設(shè)計(jì)要求有：</b></p><p>　　1.手臂要有足夠的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度，而且要有足夠的剛度；</p><p>　　2.手臂上下運(yùn)動(dòng)時(shí)要定位精確，不能有左右擺動(dòng)；</p><p>　　3.驅(qū)動(dòng)氣缸要有足夠的動(dòng)力，而且氣缸桿要有足夠的剛度。</p><p>　　4.盡可能的使各

59、部分的重量輕，卻完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.3.2 手臂結(jié)構(gòu)的建模</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的手臂是由手臂桿、磁偶式氣缸、氣缸固定座和氣缸固定套等組成。其部分模型如下：</p><p>　　手臂的大致模型如圖所示</p><p><b>　　圖 機(jī)械手臂模型</b></p><

60、;p>　　在配合時(shí)，水口夾和制品夾分別安裝在機(jī)械手臂桿上，然后機(jī)械手臂桿安裝在磁偶式氣缸，磁偶式氣缸又安裝在帶燕尾槽的氣缸固定座上，然后通過(guò)氣缸固定套固定磁偶式氣缸，這樣機(jī)械手的手臂就出來(lái)了。</p><p>　　手臂桿模型如圖15所示：</p><p>　　圖15 手臂桿結(jié)構(gòu)尺寸圖</p><p>　　磁偶式氣缸模型如圖16所示：</p>&

61、lt;p>　　圖16 磁偶式氣缸</p><p>　　3.3.3 磁偶式氣缸的選擇</p><p>　　磁偶式氣缸的工作原理：在活塞上安裝一組高強(qiáng)磁性的永久磁環(huán)，磁力線通過(guò)薄壁缸筒與套在外面的另一組磁環(huán)作用，由于兩組磁環(huán)磁性相反，具有很強(qiáng)的吸力。當(dāng)活塞在缸筒內(nèi)被氣壓推動(dòng)時(shí)，則在磁力作用下，帶動(dòng)缸筒外的磁環(huán)套一起移動(dòng)，氣缸活塞的推力必須與磁環(huán)的吸力相適應(yīng)。</p>&l

62、t;p>　　磁偶式氣缸的優(yōu)點(diǎn)：特有的穩(wěn)定性缸筒和活塞的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛性可承受大的定向載荷，從而使氣缸能變成機(jī)器內(nèi)的一個(gè)結(jié)構(gòu)元件，簡(jiǎn)化了制造工藝和外部支承。自行導(dǎo)向活塞及移動(dòng)工作臺(tái)的負(fù)載牽引架支承面有助于保證整個(gè)行程長(zhǎng)度的良好導(dǎo)向，常可省去二次支承裝置。節(jié)省空間無(wú)桿氣缸沒(méi)有活塞桿，故節(jié)省直線安裝空間達(dá)50%以上，省去了常規(guī)長(zhǎng)行程缸所需支架的設(shè)計(jì)。相等的力和速度無(wú)桿活塞兩側(cè)具有相同面積，故可提供雙向等值的推力和速度。</p>

63、<p>　　磁偶式氣缸尺寸的選擇：由于設(shè)計(jì)的機(jī)械手的手臂豎直方向的行程為500mm,所抓重的最大重量為3Kg，查閱相關(guān)資料，我們選擇缸徑為20，最大行程為500的磁偶式氣缸。既可滿足行程要求，也可滿足抓重要求。其缸徑選擇如下表2：</p><p>　　表2 搬送質(zhì)量對(duì)應(yīng)的缸徑</p><p>　　3.3.4 手臂桿強(qiáng)度校核</p><p>　　已知手

64、臂桿直徑d為10mm，長(zhǎng)為500mm,選用的材料是38CrMoAlA。</p><p><b>　　先可求出其慣性矩：</b></p><p><b>　　平面圖形面積S：</b></p><p><b>　　慣性半徑:</b></p><p><b>　　柔度：&l

65、t;/b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)</b></p><p>　　因?yàn)榉€(wěn)定系數(shù)大于許用值12，故安全。</p><p>　　3.4 注塑機(jī)機(jī)械手副臂的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 副臂的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　副臂上要安裝兩個(gè)手臂（水口夾手臂、制口夾手臂），而且兩手

66、臂在橫向位置還可以移動(dòng)，所以它們可以通過(guò)一個(gè)燕尾槽相互嚙合在一起。這樣就同時(shí)滿足了兩個(gè)要求。</p><p>　　1.副臂在設(shè)計(jì)時(shí)還需滿足的要求有：</p><p>　　2.副臂的選材，選擇型材，確保滿足其剛度的同時(shí)，盡量使副臂輕一些；</p><p>　　3.副臂的長(zhǎng)度要求，要滿足兩手臂的橫向運(yùn)動(dòng)行程；</p><p>　　4.副臂上的燕尾

67、槽要有足夠的寬度，滿足夾工件時(shí)可以承受兩手臂和工件的重力；</p><p>　　5.燕尾槽要有足夠的光滑度，使手臂在橫向移動(dòng)時(shí)阻力很??；</p><p>　　6.氣缸要有足夠的驅(qū)動(dòng)力，且可以安全運(yùn)行。</p><p>　　3.4.2 副臂的結(jié)構(gòu)分析與建模</p><p>　　副臂是由型材、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣缸等組成。副臂上安裝手臂，手臂套在軸上經(jīng)過(guò)燕

68、尾槽嚙合在一起，通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)使之能夠上橫向發(fā)生位移。安裝時(shí)，氣缸缸體被固定在軸上，它的運(yùn)動(dòng)是經(jīng)過(guò)缸桿（活塞桿）來(lái)傳遞的。左右分別一個(gè)，分別驅(qū)動(dòng)水口夾手臂和制品夾手臂。而副臂在滿足剛度需求下，盡量讓其重量輕一點(diǎn)，所以選擇了型材。選擇型材的優(yōu)點(diǎn)如下：</p><p>　　1.材料的穩(wěn)定性：型材的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，符合力學(xué)中的一切原理。</p><p>　　2.鋁型材硬度好，拉伸強(qiáng)度高</p>

69、;<p>　　3.型材的易加工性。</p><p>　　4.只需簡(jiǎn)便的維修和保養(yǎng)。</p><p>　　5.經(jīng)濟(jì)性：鋁型材密度小，重量輕，同一長(zhǎng)度同一斷面的型材僅為鋼的1/3，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　副臂的部分結(jié)構(gòu)建模：</p><p>　　副臂型材的截面圖如如所示</p><p><

70、;b>　　圖</b></p><p>　　副臂型材模型如圖18所示：</p><p><b>　　圖18 副臂模型</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)氣缸模型圖19所示：</p><p><b>　　圖19 標(biāo)準(zhǔn)氣缸</b></p><p>　　配合后副臂

71、的模型如圖20所示：</p><p>　　圖20 副臂的運(yùn)動(dòng)模型</p><p>　　3.4.3 副臂標(biāo)準(zhǔn)伸縮氣缸活塞桿強(qiáng)度校驗(yàn)</p><p>　　活塞桿的直徑d=10mm，氣缸的直徑D=30mm,長(zhǎng)度，采用45號(hào)鋼。氣缸承受橫向推力達(dá)到極限值后，活塞桿會(huì)發(fā)生軸向變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此，必須使推力負(fù)載（氣缸工作負(fù)載F1與工作總阻力負(fù)載F2之和）小于極限力。該

72、氣缸極限力與氣缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)，有關(guān)公式為：</p><p>　　—— 活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度</p><p>　　—— 活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑， </p><p>　　A1 —— 活塞桿橫截面面積， </p><p>　　—— 材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取</p><p><b>　　—— 系數(shù)，對(duì)鋼取&

73、lt;/b></p><p><b>　　代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　1030.3（KN）</p><p><b>　　推力負(fù)載為：</b></p><p><b>　　4239(N)</b></p><p>　　其中：P為氣缸工

74、作壓力，其取值為Pa。</p><p>　　由于F1+F2<<Fk，所以安全。 </p><p>　　3.4.4 副臂鋁型材的強(qiáng)度校核</p><p>　　在solidworks軟件里選擇選擇材質(zhì)為6061合金鋁型材，經(jīng)查得，6061鋁型材的抗拉許用應(yīng)力，抗壓許用應(yīng)力。經(jīng)過(guò)測(cè)量，副臂上所有零件的重量約為20kg，外加最大抓重為3kg，所以副臂要承受23

75、0N的力。副臂總長(zhǎng)為1250mm,橫截面的長(zhǎng)度b為80mm，寬度h為80mm，其模型類似于一個(gè)橫臂梁。</p><p>　　先畫出其彎矩圖如圖21</p><p>　　圖21 副臂的截面彎矩圖</p><p>　　從圖中可以看出在端點(diǎn)處橫截面上的彎矩最大，其數(shù)值為：</p><p>　　計(jì)算出其慣性矩，根據(jù)《工程力學(xué)》書P168的公式7-1

76、4的第2式可得，梁橫截面對(duì)軸的慣性矩為</p><p>　　副臂橫截面的水平對(duì)稱軸就是其中性軸，由于橫截面具有一對(duì)相互垂直的對(duì)稱軸，并且加載方向與其中一根對(duì)稱軸一致，此時(shí)最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力絕對(duì)值相等，最大拉壓應(yīng)力作用點(diǎn)到中性軸的距離為</p><p>　　于是彎矩截面上的最大拉應(yīng)力為</p><p><b>　　最大壓應(yīng)力 </b><

77、/p><p><b>　　因?yàn)?， </b></p><p>　　所以副臂的強(qiáng)度可以滿足要求。</p><p>　　3.5 注塑機(jī)機(jī)械手主臂和底座的建模</p><p>　　3.5.1 主臂的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　主臂承受著本機(jī)械手的大部分力，所以其剛度要求也非常高，主臂的作用是支撐副臂，且

78、副臂在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下可以在主臂上自由活動(dòng)。其設(shè)計(jì)要求有如下：</p><p>　　1.主臂在滿足設(shè)計(jì)的剛度要求同時(shí)使質(zhì)量較輕些；</p><p>　　2.主臂要有足夠的長(zhǎng)度，確保副臂上主臂上的行程；</p><p>　　3.主臂上為節(jié)省空間，要選擇好氣缸；</p><p>　　4.主臂的燕尾槽要有足夠的光滑，減少運(yùn)動(dòng)的摩擦。</p&g

79、t;<p>　　3.5.2 主臂的設(shè)計(jì)分析與建模</p><p>　　由于副臂在主臂上的橫向位移達(dá)到了1400，所以我們不能選用普通的氣缸來(lái)做驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如果用普通的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，我們?cè)诖_保副軸行程的同時(shí)，主臂就要在長(zhǎng)度上加大一倍，這樣浪費(fèi)了材料，所以我們還是選擇了磁偶式氣缸。為使氣缸承受的副軸上的重力有所減小，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)專門支撐副軸且可以連接氣缸的連接塊，這樣就可以使氣缸受力減小，提高氣缸的使用壽命

80、。為了便于生產(chǎn)，主軸上的燕尾槽設(shè)計(jì)為活動(dòng)式的，可以取下來(lái)。氣缸要固定，還要設(shè)計(jì)一個(gè)擋板。主臂的整體圖如圖所示：</p><p>　　圖25 配合后的主臂結(jié)構(gòu)模型</p><p>　　1.氣缸連接座 2.磁偶式氣缸 3.主臂型材 4.燕尾槽 5.氣缸擋板</p><p>　?。ㄗⅲ鹤⑺軝C(jī)機(jī)械手的副臂接在氣缸連接體上）</p><p>

81、<b>　　部分建模</b></p><p>　　主臂型材的結(jié)構(gòu)如圖21</p><p>　　圖21 主臂型材尺寸圖</p><p>　　主臂活動(dòng)燕尾槽導(dǎo)軌如圖22</p><p>　　圖22 燕尾槽導(dǎo)軌</p><p>　　主臂磁偶式氣缸如圖23</p><p>　　

82、圖23 主臂磁偶式氣缸</p><p><b>　　氣缸連接塊如圖24</b></p><p>　　圖24 氣缸連接塊</p><p>　　底座的設(shè)計(jì)：底座承受了機(jī)械手上的所有力，所以它一定要有足夠的剛度要求。而且底座只是起到支撐力的作用，所以在設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)可以相對(duì)簡(jiǎn)單，易于加工。其模型如圖26所示：</p><p>

83、;　　圖26 注塑機(jī)機(jī)械手的底座</p><p>　　四 注塑機(jī)機(jī)械手的控制系統(tǒng)</p><p>　　注塑機(jī)控制系統(tǒng)是整機(jī)的一個(gè)重要部分，其性能的優(yōu)劣對(duì)整機(jī)有著至關(guān)重要的影響，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC（可編程控制器）不僅用邏輯編程取代了硬接線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理的功能，真正成為一種計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置。PLC的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，所以在工

84、業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，PLC在其自動(dòng)化設(shè)備中的比例占首位。近年來(lái)，我國(guó)的PLC技術(shù)也從初期的引進(jìn)、消化走向吸收和推廣應(yīng)用階段，并且在許多工業(yè)領(lǐng)域取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　在以往國(guó)內(nèi)的注塑機(jī)控制系統(tǒng)中，主要存在三種控制類型：</p><p><b>　?。?）繼電器控制</b></p><p><b>　?。?）單片機(jī)

85、控制</b></p><p><b>　?。?）PLC控制</b></p><p>　　在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，前兩種方法因其自身的局限性，多不采用。而多是采用PLC控制系統(tǒng)，這是一種工業(yè)控制機(jī)，具有抗干擾能力強(qiáng)，工作可行性高，平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)，可在惡劣環(huán)境下正常工作，并可與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。此外，PLC系統(tǒng)還可大大縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，加快工作進(jìn)度。在本次設(shè)計(jì)中我們采

86、用了可編程控制系統(tǒng)。 </p><p>　　4.1 PLC選型的方法</p><p>　　隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類越來(lái)越多，而且功能也日趨完善。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各不相同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。</p><p>　　4.1.1 機(jī)型

87、選擇的原則</p><p>　　機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、</p><p>　　維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述：</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)合理</b></p><p>　　對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)&l

88、t;/p><p>　　構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。</p><p>　?。?）功能強(qiáng)、弱適當(dāng)</p><p>　　對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用抵擋的PLC。</p><p>　　對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用含有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加

89、減乘除運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔機(jī)的PLC。</p><p>　　對(duì)于控制比較復(fù)雜、控制要求比較高的工程項(xiàng)目，如要實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可根據(jù)控制規(guī)模及復(fù)雜程度的程度，選用中檔機(jī)或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)和整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)的各個(gè)控制對(duì)象分布在不同地域時(shí)，應(yīng)根據(jù)各個(gè)部分的具體要求來(lái)選擇PLC，以組成一個(gè)分

90、布式的控制系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）機(jī)型統(tǒng)一</b></p><p>　　PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價(jià)格便宜。但由于整體式結(jié)構(gòu)的PLC功能有限，只適合于控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活

91、。 </p><p><b>　?。?）是否在線編程</b></p><p>　　PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí)，只需用編程器</p><p>　　重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。</p><p>　　（5）PLC的環(huán)境適應(yīng)性</p><p>　　

92、由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。</p><p>　　一般PLC及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：</p><p>　　溫度： 工作溫度0～55℃</p>

93、<p>　　儲(chǔ)存溫度： -40℃～+85℃</p><p>　　溫度： 相對(duì)濕度5%～95%（無(wú)凝結(jié)霜）</p><p>　　振動(dòng)和沖擊： 滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　電源： 交流220V，允許變化范圍為-15%～+15%，頻率為47～53Hz，</p><p>　　瞬間停

94、電保持10ms</p><p>　　環(huán)境： 周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體</p><p>　　對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。</p><p>　　4.1.2 PLC容量選擇</p><p>　　PLC容量包括兩個(gè)方面：一是I/O的點(diǎn)數(shù)；二是用戶存儲(chǔ)器的容量（字?jǐn)?shù)）。</p

95、><p>　　PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚宰鰝溆?。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的10%～25%考慮裕量。對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開(kāi)關(guān)量乘以8；對(duì)于有模擬量控制功能的PLC，所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。通常，一條邏輯指令占用存儲(chǔ)器一個(gè)字。計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊(cè)。</p

96、><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格較高，若備用的I/O的點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%～15%考慮備用量。</p><p>　　4.1.3 I/O模塊的選擇</p><p>　　PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，他的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)

97、生產(chǎn)過(guò)程他的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。他與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)I/O接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　通過(guò)I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí)控制器又通過(guò)I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC的CPU所處理信息

98、只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離。為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的I/O模塊用于同傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控

99、制（開(kāi)/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O信號(hào)為24～240V（AC），直流I/O信號(hào)為0～10V（DC）。</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便的對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O所用的點(diǎn)數(shù)就可能有所不同，現(xiàn)具體分析如下：</p><p>　?。?）開(kāi)關(guān)量輸入模塊輸入電壓的選擇&

100、lt;/p><p>　　輸入模塊的輸入電壓一般為DC24V 和 AC220V。直流輸入電路的延遲時(shí)間較短，可以直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點(diǎn)接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。</p><p>　　（2）開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇</p><p>　　繼電器型輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)

101、，但是動(dòng)作速度較慢，壽命有一定的限制。如果系統(tǒng)的輸出信號(hào)變化不是很頻繁，選用繼電器型。</p><p>　　選擇時(shí)應(yīng)考慮負(fù)載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對(duì)延遲時(shí)間的要求、負(fù)載狀態(tài)變化是否頻繁等，還應(yīng)注意同一輸出模塊對(duì)電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載和白熾燈的驅(qū)動(dòng)能力的差異。輸出模塊的輸出電流額定值應(yīng)大于負(fù)載電流的最大值。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際選用的是AC220V開(kāi)關(guān)量輸入模塊和繼電器型

102、輸出模塊。</p><p>　　以此為依據(jù)，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用三菱公司的FX2N系列（見(jiàn)表3.1）可編程序控制器。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型可編程序控制器，完全符合此設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　表3.1 FX2N 系列基本單元</p><p>　　4.2 I/O接口分配</p><p>　　注塑機(jī)專用機(jī)械手一般使用專用的

103、微處理機(jī)加接口組成的最小控制系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建其控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用了PLC，它是專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性很高。PLC是一種以微處理器為核心，并綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它的最大特點(diǎn)就是體積小，功能強(qiáng)，響應(yīng)速度快，可靠性高。不需要對(duì)硬件環(huán)境做大的改變，隨時(shí)可依生產(chǎn)工藝的不同要求而修改，并具有可擴(kuò)展性。</p><p>　　控制器選

104、擇了三菱PLC的FX2N系列。對(duì)于三菱公司FX2N系列，基本單元、外接特殊單元和特殊模塊的數(shù)量最多不超過(guò)8臺(tái)。FX2N---48MR系列PLC共有24點(diǎn)輸入，24點(diǎn)輸出。此裝置檢測(cè)位置信號(hào)，PI C控制其動(dòng)作順序，其I／O點(diǎn)分配及接線圖見(jiàn)圖下所示。</p><p>　　4.3 輸出電路保護(hù)措施</p><p>　　在注塑機(jī)PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮到輸出端接有直流電感性負(fù)載，因

105、此在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，續(xù)流二極管的額定工作電壓大于電源電壓2 ～3 倍。為了防止負(fù)載短路時(shí)，PLC 內(nèi)部輸出元件的損壞，在輸出負(fù)載回路中加熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。</p><p>　　4.4 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　注塑機(jī)機(jī)械手有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，手動(dòng)模式下，按下相應(yīng)的功能按鈕時(shí)，便能完成相應(yīng)的操作；自動(dòng)模式下，只需按下啟動(dòng)按鈕，注塑機(jī)機(jī)械手就能按照調(diào)定的動(dòng)作進(jìn)

106、行到底。 </p><p>　　注塑機(jī)機(jī)械手主要包括以下幾種工作程序；</p><p>　　a)初始化程序：用狀態(tài)初始化指令I(lǐng)ST來(lái)設(shè)置具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)，IST指令執(zhí)行條件滿足時(shí)，初始狀態(tài)繼電器So—s3和下列特殊輔助繼電器被自動(dòng)指定為以下功能：</p><p>　　M8040：禁止轉(zhuǎn)移，其線圈接通時(shí)，禁止所有的狀態(tài)轉(zhuǎn)化；</p>

107、<p>　　M8041：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，其線圈接通時(shí)，允許從初始狀態(tài)的轉(zhuǎn)化；</p><p>　　M8042：?jiǎn)?dòng)脈沖，僅在按啟動(dòng)按鈕時(shí)瞬時(shí)動(dòng)作；</p><p>　　M8043：回原點(diǎn)完成；</p><p>　　M8044：原點(diǎn)條件，即系統(tǒng)處于原點(diǎn)位置時(shí)，其線圈接通；</p><p>　　S0：手動(dòng)操作的初始狀態(tài)繼電器；</p&g

108、t;<p>　　Sl：回原點(diǎn)操作的初始狀態(tài)繼電器；</p><p>　　S2：自動(dòng)操作的初始狀態(tài)繼電器；</p><p>　　S3：?jiǎn)尾讲僮鞯某跏紶顟B(tài)繼電器。</p><p>　　b)手動(dòng)運(yùn)行程序：手動(dòng)程序見(jiàn)下圖，手動(dòng)程序用初始狀態(tài)繼電器So控制，由于手動(dòng)程序、自動(dòng)運(yùn)行程序和回原點(diǎn)程序均采用STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，這三部分程序不會(huì)同時(shí)被驅(qū)動(dòng)。</p>

109、;<p>　　c)回原點(diǎn)程序：自動(dòng)回原點(diǎn)的順序功能圖，如下圖所示，當(dāng)原點(diǎn)條件滿足時(shí)，特殊輔助繼電器M8044(原點(diǎn)條件)為ON。自動(dòng)返回原點(diǎn)結(jié)束后。用SET指令將M8043(回原點(diǎn)完成)置為ON，并用RST指令將回原點(diǎn)的最后一步S12復(fù)位。</p><p>　　d)自動(dòng)運(yùn)行程序：自動(dòng)運(yùn)行、單周期運(yùn)行程序如圖3.7.2所示。</p><p><b>　　手動(dòng)程序圖&l

110、t;/b></p><p><b>　　回原點(diǎn)程序</b></p><p>　　自動(dòng)單周期運(yùn)行程序圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　注塑機(jī)機(jī)械手越來(lái)越受到一些企業(yè)的歡迎，所以我選擇了一個(gè)關(guān)于機(jī)械手的課題設(shè)計(jì)。在此次設(shè)計(jì)中，應(yīng)先對(duì)注塑機(jī)機(jī)械手有個(gè)大概的模型了解，知

111、道它是如何工作的，是通過(guò)何種方式驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力的大小是多少都要有了解。清楚注塑機(jī)機(jī)械手上各零部件的作用，各零件之間的配合以及配合后的干涉。整個(gè)注塑機(jī)的大小尺寸先定好，然后選擇合適的支架，查閱相關(guān)書籍資料，找到各零部件的合適尺寸以及質(zhì)材，然后通過(guò)solidworks三維建模，把各零部件的模型逐一畫出來(lái)，再通過(guò)各種配合，機(jī)械手的大致模型就出來(lái)了。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的注塑機(jī)機(jī)械手在主臂和手臂上的運(yùn)動(dòng)都是通過(guò)磁

112、偶式氣缸驅(qū)動(dòng)的，與通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪傳動(dòng)相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約運(yùn)動(dòng)空間等優(yōu)點(diǎn)。主臂和副臂所用的材料是鋁型材，它能滿足機(jī)械手各方向?qū)αΦ男枨?，并且整機(jī)的重量大大的減小，具有很高有的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　在注塑行業(yè)中，機(jī)械手可以使每一模的產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間固定化，同樣的塑化時(shí)間、射出時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間、開(kāi)關(guān)模時(shí)間，容易使產(chǎn)品的成品率提高，便利部署生產(chǎn)。其次，通過(guò)使用機(jī)械手，可以大大減少工人成本。工人會(huì)由

113、于工作情感、節(jié)假日、身材狀態(tài)造成缺勤，特殊是春節(jié)前后，各注塑工廠人員最緊缺，而用了注塑機(jī)機(jī)械手，該類情況就不會(huì)干擾到工廠的正常生產(chǎn)。由于使用了注塑機(jī)機(jī)械手，工人的工作安全性有了保障，不會(huì)呈現(xiàn)由于工作忽視或者疲勞造成的工傷事故，所以設(shè)計(jì)出注塑機(jī)機(jī)械手是非常有必要的。 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)

114、接近尾聲，作為一個(gè)工科類本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有很多考慮不周的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及在一起工作的同學(xué)的支持，想要完成這個(gè)注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計(jì)是難以想象的。</p><p>　　在這里我首先要感謝我的指導(dǎo)老師余宏濤老師。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的第一個(gè)階段，從查閱資料，設(shè)計(jì)草圖的確定和修改，中期檢查，后期的詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程都給予了我細(xì)心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜繁瑣，但