柔性制造系统中输送单元设计(毕业设计)

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1、毕毕 业业 设设 计计 柔性制造系柔性制造系统统中中输输送送单单元元设计设计 系系 别别: 机机电电工程系工程系 专专 业业: 机机电电一体化一体化 姓姓 名名: 张发张发超超 学学 号号: 0954235 指指导导教教师师: 王周王周让让 二零一一年十一月一日二零一一年十一月一日 绪论绪论 2 2 第一章第一章 输送单元的概述输送单元的概述 3 3 1.1 课题的提出及主要任务3 1.2 输送单元的概述3 1.3 输送单元的结构组成4 第二章第二章 输送单元机械手手输送单元机械手手臂臂装置的设计方案装置的设计方案 1111 2.1 机械手的运动11 2.2 机械手的手臂结构方案设计 .11

2、2.3 机械手的主要参数11 2.4 手部要求13 2.5 机械手的技术参数列表15 第三章第三章 输送单元手臂伸缩气缸的尺寸设计输送单元手臂伸缩气缸的尺寸设计 1717 3.1 输送单元手臂伸缩气缸方案一的尺寸设计17 3.2 输送单元手臂伸缩部分方案二的尺寸设计17 3.3.导向装置.20 3.4 平衡装置 .20 3.5 气压传动系统工作原理图 .20 第四章第四章 结论结论 2222 致致 谢谢 2323 参考文献参考文献 2424 绪论 柔性制造系统(FMS)是集微电子技术、计算机技术、通信（略）控制 技术于一体的具有高自动化程度的制造系统.柔性制造系统一般是指在批 量切削加工中以先

3、进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统.与旧产 系统相比,柔性制造系统可适用于多品种产品的中小批量生产,它减少了劳 动力成本、节约了生产成本,提高了机床的利用率,缩短了中间产品库存的 时间.同时根据实际需要这种系统可以随意装拆和增加新的功能单元. 本 论文所研究的柔性制造系统属于生产实训系统,本文主要对柔性制造系统 的输送单元进行了系统的分析和研究.在调研国内外研究现状基础上,探究 了柔性制造系统的整体构架及原理.论文重点研究了柔性制造系统输送单 元各种传输形式的结构构成、功能及工作原理, 机械手手臂装置的设计， 手臂伸缩气缸的尺寸设计 第一章 输送单元的概述 1.1 课题的提出及主要任务

4、物料输送单元在整个柔性演示系统中扮演着至关重要的角色.物料输 送单元的结构设计是否合理及稳定性能好坏直接反应了整个系统的优劣. 本设计中,采用性能稳定,定位精度高的进口元部件作为物料的定位系统。 利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的 PLC 型号，根据机 械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作 时序图，并绘制了可编程序控制器的控制程序。 关键词：换向阀、 机械手、气动驱动、可编程控制器（PLC） 1.2 输送单元的概述 输送单元由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是 一种输送装置，它可自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业

5、的机电一体 化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质 量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 输送单元并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长 的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断力，又有机器 可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进 化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领 域不可缺少的自动化设备. 输送单元能按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。 在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械

6、手”。生产中应用机械手可以提高生产 的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其 在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代 替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热 处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用. 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是 附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实 现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通 用机械手能很快的改变工作程序，适应性

7、较强，所以它在不断变换生产品种的中小批 量生产中获得广泛的引用。 1.3 输送单元的结构组成 输送单元是 YL-335A 系统中最为重要同时也是承担任务最为繁重的工作单元。 该单元主要完成驱动抓取机械手装置精确定位到指定单元的物料台，在物料台上抓取 工件，把抓取到得工件输送到指定地点然后放下的功能。同时，该单元在 PPI 网络系 统中担任着主角色，它接收来自按钮指示灯模块的系统主令信号，读取网络上各从 站的状态信息，加以综合后，向各从站发送控制要求，协调整个系统的工作。 输送单元由抓取机械手装置、步进电动机传动组件、PLC 模块、按钮指示灯模 块和接线端子排等部件组成，如图 1-1 所示。 图

8、 11 输送单元的组成 13.1 气动手指 气动手指由一个二位五通双向电磁阀控制，带状态保持功能用于各个工作站抓取 搬运。双向电控阀工作原理和双稳态触发器类似，即输出状态由输入状态决定，如果 输出状态确认了，即使无输入状态双向电控阀一样保持被触发前的状态。 132 双杆气缸 双杆气缸由一个二位五通单向电控阀控制，用于控制手爪伸出缩回。 13.3 回转气缸 回转气缸由一个二位五通单向电控阀控制，用于控制手臂回转 90旋转，气缸旋 转角度可以任意调节，调节范围 0180，调节通过节流阀下方两颗固定缓冲器调 整。 13.4 提升气缸 提升气缸由一个二位五通单向电控阀控制，用于整个机械手的提升下降。以

9、上气 缸运行速度快慢由出气口节流阀调整进气量进行速度调节。 135 步进电动机 步进电动机传动组件用以拖动抓取机械手装置作往复直线运动，完成精确定位的 功能。 136 按钮指示灯模块 该模块放置在抽屉式模块放置架上，模块上安装的所有元器件的引出线均连线到 面板上的安全插孔。 按钮指示灯模块内安装了按钮开关，指示灯蜂鸣器和开关稳压电源等三类 元器件，具体如下： （1）按钮开关：急停按钮一只，转换开关二只，复位按钮黄、绿、红各一只， 自锁按钮黄、绿、红各一只。 （2）指示灯蜂鸣器：24指示灯黄、绿、红各二只，蜂鸣器一只。 （3）开关稳压电源：DC246A，122A 各一组。一)施行机构 包括手部

10、、伎俩、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、手部 即与物件接触的部件。由于与物件接触的方式差别，可分为夹持式和吸附式手部。 夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所组成。手指是与物件直接接触的构件，常 用的手指运动方式有回转型和平移 2、手腕 是连接手部和手臂的部件，可以调整和改变工件方位 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物 件，并按预定要求将其搬运到指定的位置. 工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连 杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手 臂的各种运动。 图 2 机

11、械手的手臂运动示意图 手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置， 以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力 矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件 受力状态简单。 导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和 V 形槽、燕尾槽等导向 型式。 4、立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或 俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立往通常为固定不动的，但因工作需要， 有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 5、行走机构 当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范

12、围时，可在机座上安 装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚滚轮轮式式布行走机构 可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。 6、机座 机座是机械手的基础部分。执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，起支 承和连接的作用。 有时为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。 驱动系统： 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节 装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。 控制系统： 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制 系统一般由程序控制系统和电气

13、定位(或机械挡块定位)系统组成。 控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记 忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其 控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有 错误或发生故障时即发出报警信号。 位置检测装置： 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统， 并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精 度达到设定位置。 1.37 机械手的分类 1.机械手的分类 机械手按不同的标准可有不同的分类方法，如按用途可分为通用机械手和专用机 械手；按

14、驱动方式可分为液压驱动机械手、气压驱动机械手、电力驱动机械手和机械 驱动机械手；按控制方式可分为点位控制机械手和连续轨迹控制机械手两种。工业机 械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准， 在实际应用中，大多按运动坐标形式将机械手分为直角坐标式、圆柱坐标式、球 坐标式和关节坐标式四种，在此暂按使用范围、控制系统和坐标式等进行分类 (一) 按坐标系分类 其坐标型式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。 (二)按用途分 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种: 1、专用机械手 它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械 手具有动作少、工作对象单一

15、、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大 批量的自动化生产，如自动机床、自动线的上、下料机械手和“加口工中心”附属的 自动换刀机械手。 2、通用机械手 它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在规格性 能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和 控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于 不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。 通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以 “开 一关”式控制定位，只能是点位控制: 伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以是点 位的，也可实现连续轨迹控制，一般的伺服

16、型通用机械手属于数控类型。 (三)按控制方式分 1、点位控制 它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控 制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的 专用和通用工业机械手均属于此类。 2、连续轨迹控制 它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程 处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。 这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。 第二章 输送单元机械手手臂装置的设计方案 对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾一放和搬运物件，这就要求它们具 有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位 置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技 术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的 结形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等， 从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求，尽量选用定型