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1、皖 西 学 院本科毕业论文（设计）论 文 题 目自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究姓名（学号）武金鹏（2009011644）系 别机械与电子工程学院专 业机械设计制造及其自动化导 师 姓 名翁志刚二 一 三 年 六 月皖西学院本科毕业论文（设计）目 录1、毕业论文正文2、皖西学院本科毕业论文（设计）任务书3、皖西学院本科毕业论文（设计）开题报告4、皖西学院本科毕业论文（设计）中期检查表5、皖西学院本科毕业论文（设计）指导教师意见表6、皖西学院本科毕业论文（设计）评阅教师意见表7、皖西学院本科毕业论文（设计）答辩记录表自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究作 者武金鹏指导教师翁志刚摘要：随着
2、数控技术的应用与发展，零件加工的辅助时间大大降低了，极大的提高了生产效率。伴随着科学技术的发展和生产力的提高，使数控机床发展成为机械加工中普遍应用的一种更先进的制造方法叫做加工中心。大多数加工中心都带有能够自动换刀装置的换刀系统，并按照程序实现自动加工。气动机械手具有简单的机构、动作灵敏、节能、环保、可靠性高、可实现无级调速等优点。为了提高机械手的应用范围，让每一个机械手拥有不同的使用特性，所以对机械手的结构进行模块化设计。特将其分为若干个模块，其包括：立柱、基座、手臂、手部、手腕等模块。为了满足不同的使用特性和功能，我们可以通过选择不同的模块进行组合。当产品的使用性能发生变化时，我们可以根据
3、需要对部分模块进行修改或从新改造，这样即节省了设计成本，又提供了设计效率。经过对机械手在结构和运动方面上的分析后，采用电气一气压伺服控制技术对机械手进行控制和驱动，气动执行元件根据电气控制信号的要求，驱动负载元件执行相应的动作。根据实际需要，本系统采用三菱 FX2N一PLC作为核心进行控制。根据机械手的工作原理制定相应的控制方案，实现机械手的精确定位和无级变速。关键词：自动换刀机械手、PLC、电气-气压伺服控制系统。Research on Structure Design and PLC Control Of Automatic tool change ManipulatorAbstract:
4、.With CNC technology application and development of auxiliary parts processing time is greatly reduced, greatly improving production efficiency. With the development of science and technology to improve productivity and make CNC machining develop into a more universal application of advanced manufac
5、turing method called machining centers. Most machining centers with automatic tool changer can ATC system, and follow the procedures for automatic processing. Pneumatic Manipulator has a simple mechanism, sensitive, energy-saving, environmental protection, high reliability, can realize stepless spee
6、d regulation and other advantages.In order to improve the application range of the robot, so that each robot has different usage characteristics, so the structure of the robot modular design. Special will be divided into several modules, including: columns, base, arms, hands, wrists and other module
7、s. In order to meet different features and capabilities, we can choose a different module combinations. When product performance changes, we may need to make changes on the part of the module or re-transformation, so that the design cost savings, but also provides a design efficiency.After the manip
8、ulator on the structure and motion analysis, the use of electric servo control technology of the pneumatic manipulator control and drive, pneumatic actuators according to the requirements of the electrical control signal to drive the load element the appropriate action. According to actual needs, th
9、e system uses a Mitsubishi FX2N PLC as the core control. According to the working principle of the robot to develop appropriate control programs to achieve precise positioning of the manipulator and CVT.Key Words:Automatic tool change manipulator、Programmable Logic Controller、Electro-pneumatic servo
10、 orientation system.目录第1章 绪论11.1、换刀械手概述11.2、选题背景11.3、设计目的1第2章 机械手总体设计方案32.1、机械手类型32.1.1、根据机械手的应用范围分类32.1.2、按机械手手臂的运动坐标型式分类32.1.3、按机械手的驱动方式分类42.2、机械手的坐标形式与自由度52.3、机械手工作过程及工步时间分配72.3.1、确定完成动作及顺序72.3.2、工步时间分配82.4、机械手的结构设计方案82.5、机械手的驱动方案9第3章 机械手的机械系统设计123.1、机械手伺服系统设计123.1.1、气动伺服系统设计123.1.2、电气伺服阀143.2、机械
11、手执行机构设计163.2.1、机械手手部设计163.2.2、手臂结构设计173.2.3、基座结构设计20第4章 PLC控制系统设计224.1、机械手控制系统PLC的选择224.2、机械手的PLC控制系统的基本结构图234.3、机械手自动换刀系统的工作流程234.4、机械手自动换刀系统的原理244.5、PLC的硬件I/O接口原理图254.6、自动换刀系统PLC程序的设计264.6.1、编程软件264.6.2、PLC的控制流程图264.6.3、梯形图284.6.4、指令表29致谢30参 考 文 献31I皖西学院本科毕业论文（设计）第1章 绪论1.1、换刀械手概述换刀机械手是由集控制器、传感器和伺服
12、驱动系统为一体的机电一体化产品，它模仿人的操作，可实现自动控制、重复编程、能够完成各种复杂的动作。它能在提高生产效率的同时，提高产品质量，对改善劳动条件，促进产品的更新换代起着促进作用。机械手的使用情况，标志着一个国家工业自动化水平的高低。机械手并不是简单的代替人的体力的劳动，而是将人的智慧体现在机器上。是机械人具有人的快速反应和分析判断能力，又有具有高精度、高强度持续工作的能力，并且能够适应比较差的环境，我们可以说机械手是工具进化的产物。随着自动化技术的发展，机械手已经广泛的应用在机械加工、自动换刀、流水线上生产及装配、上下料等。但是大多数机械手的专用型比较强，莫台机器上的机械手在不改造的情
13、况下，很难在其他机器上使用。由于机械手能很大程度上提高生产效率，简化机械加工的程序，所以它在机械加工中得到广泛的应用。1.2、选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中产生的一种新型装置。机械手之所以更好的结合机械和自动化技术，得力于电子计算机的快速发展，使得机械手的生产与设计已经成为一门新兴技术产业。我们可以把一些高危险、机械式重复而枯燥的工作交给机械手，这样既减轻我们的体力劳动，又提高了生产效率。机械手在以下行业得到广泛的应用，比如，零件的装配、工件的搬运与拆卸、以及在数控机床上的自动换刀系统。为了把机械手和机床的有机结合
14、在一起，机械手随着科学技术的发展，已经发展成为柔性制造系统和柔性制造单元中一个重要组成部分。它主要应用在中小批量的生产，它可以省去工件运输工具。而柔性生产系统比较适用于产品更新换代比较快的品种，这样既可以保证产品质量的稳定性，又能更好的适用于市场发展的需求。而目前我国的工业机器人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国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是非常有意义的。1.3、设计目的本设计通过对大学四年所学的知识进行整合，完成一个通用形式的普通圆棒料搬运的机械手的设计，能够比较好地体
15、现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。目前，在国内很多工厂的生产中圆棒料的搬运摆放仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术。为了提高生产率，我们特意设计了应用性比较广泛的自动换刀机械手，从减轻工人的机械式体力劳动。在现在的机械加工中，机械手手的普遍应用具有十分重要的意义。具体概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度机械手的应用可以实现材料自动运输、工件的安装与拆卸、自动换刀以及零件的装配，从而节省大量不必要的时间。二、以改善工作条件，提高人身安全比如，一些高温、高压、噪声比较大、高污染的工作环境、以及对人体有大量伤害的有毒气体和放射线，一般这样的环境不适合工人长时间在里面工作，所以机器人的使用无疑是比较好的选择。机器人基本上可以代替人的大量机械式重复劳动，这样不仅可以减轻工人的劳动强度，还可以改善劳动条件，提高工人的安全性。有一些简单的工作总是机械式的重复操作，
