噴漆機械手設(shè)計【含Creo三維及6張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip
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任務(wù)書
院（系）
指導(dǎo)教師
職稱
學(xué)生姓名
專業(yè)（班級）
學(xué) 號
設(shè)計題目
噴漆機械手設(shè)計
設(shè)
計
內(nèi)
容
、
目
標(biāo)
和
要
求
（設(shè)計內(nèi)容目標(biāo)和要求、設(shè)計進(jìn)度等）
設(shè)計內(nèi)容：
設(shè)計噴漆機械手，要求具備4?個運動關(guān)節(jié)；具有1個外接執(zhí)行器夾持接口，最大負(fù)重10kg；最大作業(yè)半徑1m。
1）熟悉噴漆機械手的工作原理，了解噴漆機械手的研究現(xiàn)狀；
2）噴漆機械手的機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)方案設(shè)計；
3）噴漆機械手的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計；
4）基于AutoCAD繪制噴漆機械手的零件圖、裝配圖和控制系統(tǒng)圖；
基于Pro/E繪制噴漆機器人的三維實體模型；
5）在以上工作的基礎(chǔ)上完成畢業(yè)設(shè)計論文。
6）翻譯一篇與論文相關(guān)的英文資料（5000字左右）。
目標(biāo)：
?1）培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析資料、編寫報告的能力； 2）進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計、繪圖和計算機軟件應(yīng)用的能力；3）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決本專業(yè)工程實際問題的初步能力。
要求：
1）設(shè)計態(tài)度認(rèn)真；2）論文結(jié)構(gòu)清晰，格式規(guī)范；3）圖紙視圖完整，技術(shù)要求標(biāo)注合理；4）設(shè)計時考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等要求。
進(jìn)度安排：
1）冬季短學(xué)期及寒假，實習(xí)調(diào)研、收集資料；2）第8學(xué)期第1-4周，完成開題報告、文獻(xiàn)翻譯；3）第8學(xué)期第5-11周，完成結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)方案設(shè)計及計算；
4）第8學(xué)期第12-15周，完成圖紙及說明書；5）第8學(xué)期第16周，答辯。
指導(dǎo)教師簽名：嚴(yán)明霞
XXX年12月12日
基層教學(xué)單位審核
院 （系）
審 核
此表由指導(dǎo)教師填寫院系審核
開題報告
課題名稱
噴漆機械手
課題來源
學(xué)校
課題類型
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
學(xué) 號
專業(yè)班級
本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義
一、研究現(xiàn)狀
（一）國內(nèi)噴漆機械手的發(fā)展現(xiàn)狀
機械手能模仿人手臂的某些動作功能，用以固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，機械手能夠?qū)崿F(xiàn)人類手臂的一系列動作，機械手是最先出現(xiàn)的一種先進(jìn)工業(yè)，它的功能就是代替人去完成繁重的工作，代替人前往危險的環(huán)境進(jìn)行作業(yè)，員工只需要在安全的操作室操作機器來完成作業(yè)。
我國第一臺噴漆機器人，1990年工業(yè)噴漆機器人PG-1。在那個年代有一臺噴漆機器人是多么的強，體現(xiàn)出了國人的智慧，工業(yè)發(fā)展智慧的結(jié)果，但那時候的技術(shù)還處于萌芽階段，當(dāng)時的機械手只能還是沒有人工噴漆的效果好，替代不了人工。再就是由于那時候的機器手的效率和質(zhì)量以及費用，都沒有人工便宜，再加上國內(nèi)的勞動力廉價，導(dǎo)致這種機器沒有廣泛使用，研發(fā)工作也進(jìn)展的緩慢。所以當(dāng)時噴漆機械手的應(yīng)用以及技術(shù)都相對其他工業(yè)發(fā)展較慢。
隨著時間的推移，信息的互相共享，技術(shù)的互相傳遞，慢慢的人工智能的話題就成為了現(xiàn)在的焦點，機械手的技術(shù)也得到了蓬勃的發(fā)展，微電子技術(shù)發(fā)展迅速，使得許多工業(yè)都向智能輕便的方向發(fā)展，回到機械手方面，這樣的國情之下，機械手的技術(shù)慢慢成熟，有許多的控制方法，例如，單片機，PLC等等，使得機械手的動作變得更加擬人化以及運動精度提升。新型的材料使得機械手臂的材質(zhì)更輕，力學(xué)性能以及鑄造性能都有很大的提升。國家主張可持續(xù)綠色發(fā)展，以人為本的理念，所以機械手發(fā)展得到了高度的重視，機械手代替人們進(jìn)入高危環(huán)境里進(jìn)行長時間作業(yè)，體現(xiàn)了以人為本的理念，新型的控制系統(tǒng)使噴漆機械手的作業(yè)比人工強好幾倍，從節(jié)約噴漆料到噴漆質(zhì)量上都碾壓人工?，F(xiàn)在人工的費用也很高，機械手顯得更經(jīng)濟(jì)，更環(huán)保。符合可持續(xù)綠色發(fā)展理念。
（二）國外噴漆機械手的發(fā)展現(xiàn)狀
國外機械手發(fā)展比我們國內(nèi)起步的要早很多，在四十年代，美國就有機械手搬運放射性的物質(zhì)，總所周知放射性的物質(zhì)對人體有極大的危害，那時候的國外的人就意識到要用機器去代替人工做些危險的工作，那時的操控是要人工用遙控器控制機械手運轉(zhuǎn)，不過在那時候已經(jīng)很先進(jìn)了。
等到了六十年代，國外研發(fā)了一種通用機器臂，他將遙控機構(gòu)與伺服機構(gòu)連接到了一起，使得機械手臂的運動精度得到了很大的提升，隨后電子計算機技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)需求的提高，機械手技術(shù)在一些國家的到了迅速發(fā)展。
進(jìn)入七十年代，機械手走向了商業(yè)化，當(dāng)時世界有兩萬臺機械手投入到工業(yè)制造中，人機模式剛剛開始，工業(yè)機械手開始在生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。
進(jìn)入20世紀(jì)九十年代，具有一般功能的機械手技術(shù)得到飽和，傳統(tǒng)的機械手已經(jīng)不能滿足當(dāng)時的形勢，許多復(fù)雜的情況需要更加智能的手臂出現(xiàn)，在這種背景下，智能機械手得到迅速發(fā)展，智能機械手可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序，按照程序的指令運動，并且可以循環(huán)工作。
噴漆機械手研究的目的：
一，噴漆環(huán)境對噴漆工人身體造成不可回復(fù)的傷害，即使帶上專業(yè)的過濾保護(hù)裝置，工人的健康還是不能保證。 例如：在奧特萊斯商場對面棟梁路3號一個工廠，兩名油漆工在一個封閉的鐵箱內(nèi)進(jìn)行噴漆作業(yè)時，突然昏迷倒地，所幸消防官兵及時趕到將兩人救出。經(jīng)醫(yī)院搶救，這兩名油漆工終于醒來，醫(yī)生診斷，兩人均為油漆中毒，目前各項生命體征回復(fù)正常，已沒有大礙。消防部門提醒：使用油漆時，要保證施工現(xiàn)場的良好通風(fēng)，并佩戴防護(hù)用具，工作半個小時以上，最好出去透透氣。所以人工噴漆是避免不了人員傷亡。
二，噴漆技術(shù)提升有限：噴漆技術(shù)要求：1漆膜表面光滑平整，無塌陷、無暗坑、無流墜、無明顯噴涂的大點，外表沒有或者極少數(shù)的小顆粒。2、角部沒有重色即噴糊的現(xiàn)象，整體表面沒有色差及花色現(xiàn)象。3、光澤均勻一致，手感光滑等。經(jīng)過這么多年的技術(shù)，人工噴漆技術(shù)已經(jīng)成熟了，但是人工還是達(dá)不到精密層次，所以研究機械噴漆手是很有必要。
我國第一臺噴漆機器人，課題類型：
（1）A—工程實踐型；B—理論研究型；C—科研裝置研制型；D—計算機軟件型；
E—綜合應(yīng)用型
（2）X—真實課題；Y—模擬課題；
（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
開題報告(1)
1990年工業(yè)噴漆機器人PG-1。
2009年7月16日，東莞市事通達(dá)機電科技有限公司對其自行研制的噴漆機械手申請了專利。
2018年中國噴涂行業(yè)發(fā)展趨勢分析：噴涂機器人將成為涂裝行業(yè)主流
噴漆機器人的優(yōu)點：
1， 柔性大，理由是它的工作范圍大。
2， 作用大，理由是提高噴漆質(zhì)量和材料使用率。
3， 易于操作與維護(hù)，理由是可離線編程，大大的縮短了現(xiàn)場調(diào)試時間。
4， 設(shè)備利用率高，理由是噴漆機器人的利用率可以達(dá)到90%-95%
注釋：往復(fù)機：往復(fù)機擁有自動噴漆臺,產(chǎn)量大,速度快,品質(zhì)穩(wěn)定,膜厚均勻。
往復(fù)機應(yīng)用行業(yè)廣泛，目前在涂裝行業(yè)尤為突出
往復(fù)機擁有自動噴漆臺,產(chǎn)量大,速度快,品質(zhì)穩(wěn)定,膜厚均勻,設(shè)定一組程序只需要10分鐘,修改參數(shù)只需用1分鐘,可儲存100組程序,是目前市場上性價比最好的自動噴漆機.另還有多軸自動噴漆機,四軸自動噴漆臺,單盤自動噴漆臺,雙盤自動噴漆臺,兩軸自動噴漆臺.
目前市場有較多廠家在設(shè)計制作單軸，雙軸，三軸，......多軸往復(fù)機，多種往復(fù)機的使用具有很廣的范疇，目前應(yīng)用最為廣泛的在手機外殼噴涂，電腦外殼噴涂，表面處理方面都有應(yīng)用.
總結(jié)：機器人噴漆(機械噴漆手)的優(yōu)點很突出，將來機械噴漆手會慢慢代替手工和往復(fù)機的。
噴漆機械手的機構(gòu)圖
漆機械手的機構(gòu)主要由機械手部分與噴漆槍部分組成，整體機構(gòu)為6軸關(guān)節(jié)型機器人。
原理圖如下
研究內(nèi)容：
1.研究機械手如何能按操作員輸入的程序去做相應(yīng)的動作。
2.查閱資料設(shè)計噴漆頭與供漆系統(tǒng)
實施方案：
1.機構(gòu)主運動可以由液壓系統(tǒng)，或電力系統(tǒng)帶動。主流使用電力系統(tǒng)，因為電力系統(tǒng)好進(jìn)行控制，液壓系統(tǒng)接線繁雜，并且存在漏油，工作環(huán)境會更差。由于噴漆作業(yè)環(huán)境空氣容易爆炸，所以每個電機部分必須加上滅弧罩，防止電機負(fù)載產(chǎn)生電火花工作室發(fā)生爆炸。
2.噴漆機械手所有的在線操作和自動運行都是通過示教器來完成
3.如果有多個機械手噴漆，除了噴漆頭其他部位需要用尼龍布包住，防止誤噴到其他機械手。
進(jìn)度安排：
階段 應(yīng)完成的主要工作 時間
1? 收集資料、編寫開題報告 2018.2.25—2018.3.15
2? 翻譯外文資料、論證和擬定總體方案 2018.3.16—2018.3.25
3? 具體機構(gòu)的設(shè)計、計算、校核等 2018.4.1—2018.5.1
4? 繪制裝配圖、專用零件圖設(shè)計 2018.5.5—2018.5.20
5? 完成畢業(yè)設(shè)計論文 2018.5.21—2018.6.3
已查閱的主要參考文獻(xiàn)
1 鐘嵐.基于PLC的機械手設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程,2017
2 張萍萍. 基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設(shè)計[D].電子科技大學(xué),2013.
3 唐少臣,韓屹威,毛行星.機械手PLC控制設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2017
4 歐洋,高禎,李連強.工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].工業(yè)控制計算機,2017
5 趙東輝,金長虹,靳建峰,劉軍.基于液壓控制的農(nóng)業(yè)機械手的設(shè)計[J].農(nóng)機化研究,2012
6 彭堅.氣動機械手及其PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].通用機械,2004
7 蘇寧.機械手的虛擬設(shè)計與仿真設(shè)計[J].中國設(shè)備工程,2017
8 黃志平.基于PLC的工業(yè)機械手模型控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計[J].機電信息,2016
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
答辯記錄表
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué)號
設(shè)計(論文)題目
噴漆機械手設(shè)計
答辯時間
XXX.05.26
答辯地點
XXX
答辯委員會名單
問題1
提問人：
問題：墊盤的作用是什么？
回答（要點）：支撐機械臂部分
問題2
提問人：
問題：墊盤要改成旋轉(zhuǎn)平臺類型？
回答（要點）：使得，墊盤屬于滑動摩擦，發(fā)熱量大，改成轉(zhuǎn)盤軸承
問題3
提問人：
問題：套件的作用是什么？
回答（要點）：套件先套在電機軸上，再與機械臂孔連接。實現(xiàn)連接電機軸與機械臂的作用
記錄人簽名
問題4
提問人：
問題：怎么知道兩臂之間的連接可靠？
回答（要點）：對兩臂連接軸進(jìn)行彎曲度校核，以及角度的校核
問題5
提問人：
問題：
回答（要點）：
問題6
提問人：
問題：
回答（要點）：
問題7
提問人：
問題：
回答（要點）：
問題8
提問人：
問題：
回答（要點）：
記錄人簽名
噴漆機械手設(shè)計
The design of the branch grinder
摘 要
本課題的主要內(nèi)容是流水線噴漆機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先介紹國內(nèi)外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，強調(diào)一下此次設(shè)計的機械手主要用于中性或小型零件的噴漆作業(yè)，然后分析流水線噴漆機械手的目的，目的是為了減少人工的勞動強度，以及身體上的損傷。然后對機械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，本設(shè)計的機械手具有四個自由度，包括底座的旋轉(zhuǎn)，大臂小臂腕部的旋轉(zhuǎn)以及噴漆頭的旋轉(zhuǎn)。
本課題完成了三個內(nèi)容，第一：對結(jié)構(gòu)有粗略的設(shè)計，用PROE建模畫出三維圖形并且將零件裝配起來，尺寸先不管，裝配起來合理，根據(jù)圖形來大概設(shè)計零件尺寸。第二：設(shè)計出底座，大小臂，腕部的尺寸，材料以及，強度校核。第三：根據(jù)零件的質(zhì)量選合適的電機。實現(xiàn)了由PLC控制機械手的運動的功能。
關(guān)鍵詞：噴漆機械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計；三維建模。
V
Abstract
The main content of this topic is the structure of the assembly line spray-painting manipulator design, first introduced at home and abroad status of development of the manipulator, the analysis and design line spray-painting manipulator the purpose and significance of the designed spray-painting manipulator is mainly used to spray paint for small to medium sized parts, the purpose is to reduce the manual labor intensity, as well as the physical damage. The manipulator is then designed with four degrees of freedom, including the rotation of the base, the rotation of the wrist of the forearm and the up-down rotation of the spray head.
This topic finished three contents, the first: have a rough design on structure, draw the 3 d graphics and modeling with PROE parts were assembled, regardless of size, assembled is reasonable, according to the graphic design about parts size The second: design base, forearm, wrist size, material, and strength check Third: according to the quality of the parts to choose a suitable motor Realized by PLC to control the function of the movement of the manipulator
Key words: paint spraying manipulator; Structural design； 3d modeling.
III
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義 1
2.機械手的組成和分類 4
2.1 一般工業(yè)機械手的組成 4
2.2 機械手分類 4
3機械系統(tǒng)設(shè)計 6
3.1 旋轉(zhuǎn)臂的設(shè)計 6
3.2 零件材料的選擇 6
3.3 電機的選型 7
4.大臂的設(shè)計 9
4.1 大臂的體積 9
4.2 大臂的材料 10
4.3 電機的選型 10
4.4 電機和大臂的設(shè)計，對連接軸的設(shè)計和彎曲變形校核 10
5.小臂及旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂的設(shè)計 13
5.1 小臂的長度尺寸以及體積，材料的設(shè)計 13
5.2 電機軸的彎曲度以及許可轉(zhuǎn)角要求設(shè)計 14
5.3 電機的選型 15
5.4 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂的選材 15
5.5 機械零件選材的基本原則 16
5.6 底座，底座電機的設(shè)計 17
5.6.1 底座結(jié)構(gòu)的設(shè)計 17
5.6.2 底座的基本形狀尺寸 18
5.6.3 底座材料的選擇 18
5.7 底座電機的選擇 19
5.8機械機構(gòu)小結(jié) 19
6.噴漆手的控制部分設(shè)計 20
6.1控制系統(tǒng)的設(shè)計思路 20
6.2控制部分的詳細(xì)說明 21
6.3如何通過PLC控制步進(jìn)電機 21
6.4 PLC控制驅(qū)動器的原理 22
6.5 PLC的選擇 22
6.6控制梯形圖 22
6.6三菱PLC控制步進(jìn)電機正反轉(zhuǎn)的梯形圖 24
6.7對梯形圖的解釋 25
6.8 PLC控制步進(jìn)電機的簡單流程圖 25
6.9 梯形圖 26
6.10 控制部分小結(jié) 26
結(jié) 論 27
致 謝 28
參考文獻(xiàn) 29
1 緒論
1.1 本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義
一 研究現(xiàn)狀
（一）國內(nèi)噴漆機械手的發(fā)展現(xiàn)狀
機械手能夠?qū)崿F(xiàn)人類手臂的一系列動作，機械手是最先出現(xiàn)的一種先進(jìn)工業(yè)，它的功能就是代替人去完成繁重的工作，代替人前往危險的環(huán)境進(jìn)行作業(yè)，員工只需要在安全的操作室操作機器來完成作業(yè)。
我國第一臺噴漆機器人，1990年工業(yè)噴漆機器人PG-1。在那個年代有一臺噴漆機器人是多么的強，體現(xiàn)出了國人的智慧，工業(yè)發(fā)展智慧的結(jié)果，但那時候的技術(shù)還處于萌芽階段，當(dāng)時的機械手只能還是沒有人工噴漆的效果好，替代不了人工。再就是由于那時候的機器手的效率和質(zhì)量以及費用，都沒有人工便宜，再加上國內(nèi)的勞動力廉價，導(dǎo)致這種機器沒有廣泛使用，研發(fā)工作也進(jìn)展的緩慢。所以當(dāng)時噴漆機械手的應(yīng)用以及技術(shù)都相對其他工業(yè)發(fā)展較慢。
隨著時間的推移，信息的互相共享，技術(shù)的互相傳遞，慢慢的人工智能的話題就成為了現(xiàn)在的焦點，機械手的技術(shù)也得到了蓬勃的發(fā)展，微電子技術(shù)發(fā)展迅速，使得許多工業(yè)都向智能輕便的方向發(fā)展，回到機械手方面，這樣的國情之下，機械手的技術(shù)慢慢成熟，有許多的控制方法，例如，單片機，PLC等等，使得機械手的動作變得更加擬人化以及運動精度提升。新型的材料使得機械手臂的材質(zhì)更輕，力學(xué)性能以及鑄造性能都有很大的提升。國家主張可持續(xù)綠色發(fā)展，以人為本的理念，所以機械手發(fā)展得到了高度的重視，機械手代替人們進(jìn)入高危環(huán)境里進(jìn)行長時間作業(yè)，體現(xiàn)了以人為本的理念，新型的控制系統(tǒng)使噴漆機械手的作業(yè)比人工強好幾倍，從節(jié)約噴漆料到噴漆質(zhì)量上都碾壓人工?，F(xiàn)在人工的費用也很高，機械手顯得更經(jīng)濟(jì)，更環(huán)保。符合可持續(xù)綠色發(fā)展理念。
（二）國外噴漆機械手的發(fā)展現(xiàn)狀
國外機械手發(fā)展比我們國內(nèi)起步的要早很多，在四十年代，美國就有機械手搬運放射性的物質(zhì)，總所周知放射性的物質(zhì)對人體有極大的危害，那時候的國外的人就意識到要用機器去代替人工做些危險的工作，那時的操控是要人工用遙控器控制機械手運轉(zhuǎn)，不過在那時候已經(jīng)很先進(jìn)了。
等到了六十年代，國外研發(fā)了一種通用機器臂，他將遙控機構(gòu)與伺服機構(gòu)連接到了一起，使得機械手臂的運動精度得到了很大的提升，隨后電子計算機技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)需求的提高，機械手技術(shù)在一些國家的到了迅速發(fā)展。
進(jìn)入七十年代，機械手走向了商業(yè)化，當(dāng)時世界有兩萬臺機械手投入到工業(yè)制造中，人機模式剛剛開始，工業(yè)機械手開始在生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。
進(jìn)入20世紀(jì)九十年代，具有一般功能的機械手技術(shù)得到飽和，傳統(tǒng)的機械手已經(jīng)不能滿足當(dāng)時的形勢，許多復(fù)雜的情況需要更加智能的手臂出現(xiàn)，在這種背景下，智能機械手得到迅速發(fā)展，智能機械手可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序，按照程序的指令運動，并且可以循環(huán)工作。
二 噴漆機械手研究的目的
一 噴漆環(huán)境對噴漆工人身體造成不可回復(fù)的傷害，即使帶上專業(yè)的過濾保護(hù)裝置，工人的健康還是不能保證。 例如：在某地的一個小工廠，兩名油漆工在一個鐵箱內(nèi)對鐵箱進(jìn)行噴漆作業(yè)，由于鐵箱內(nèi)的環(huán)境是封閉的，兩人突然昏迷倒地，所幸消防官兵及時趕到將兩人救出。經(jīng)醫(yī)院搶救，這兩名油漆工終于醒來，醫(yī)生診斷，兩人均為油漆中毒，目前各項生命體征回復(fù)正常，已沒有大礙。隨后消防有關(guān)部門表示：噴漆工作時，要保證所處的環(huán)境通風(fēng)，并且?guī)舷鄳?yīng)的防護(hù)用具，同時連續(xù)作業(yè)半小時以上，最好出去透透氣。所以人工噴漆是避免不了人
員傷亡。
二 噴漆技術(shù)提升有限：噴漆技術(shù)要求：噴漆表面要光滑平整。2、邊角部分沒有重復(fù)上色現(xiàn)象，整體表面沒有色差及花色現(xiàn)象。3、光澤均勻一致，手感光滑等。經(jīng)過這么多年的技術(shù)，人工噴漆技術(shù)已經(jīng)成熟了，但是人工還是達(dá)不到精密層次，所以研究機械噴漆手是很有必要
三 噴漆機械手的發(fā)展帶動了油漆行業(yè)的發(fā)展，因為現(xiàn)在的人們要求的很高，要滿足美觀的同時還要實現(xiàn)各種功能，比如防水，防銹，耐磨?？棺矒?，防止特定物質(zhì)的腐蝕。新型噴漆材料的產(chǎn)生，加上噴漆機械手技術(shù)的提高，會使得噴漆機械手行業(yè)發(fā)展得更好。
37
2.機械手的組成和分類
2.1 一般工業(yè)機械手的組成
執(zhí)行機構(gòu)
驅(qū)動系統(tǒng)
控制系統(tǒng)
位置檢測裝置
圖2-1 工業(yè)機械手組成部分
工業(yè)機械手的組成由執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置?？刂葡到y(tǒng)輸入指令給驅(qū)動系統(tǒng)，隨后驅(qū)動系統(tǒng)做出相應(yīng)的信息識別，信息傳達(dá)給電機帶動執(zhí)行機構(gòu)，位置檢測裝備時刻監(jiān)視著機構(gòu)的動作反饋給控制系統(tǒng)
2.2 機械手分類
按驅(qū)動方式分；液壓傳動機械手，氣壓傳動機械手，機械傳動機械手
液壓傳動機械手：是由液壓系統(tǒng)控制機械手的運轉(zhuǎn)，
優(yōu)點：能夠提供較大的動力，運動平穩(wěn)，適用于大功率場合，維護(hù)簡單，費用低。。
缺點：液壓工作環(huán)境比較差，噪音也較大。
氣壓傳動機械手：是由氣壓缸系統(tǒng)控制機械手的運轉(zhuǎn)。
優(yōu)點：1 空氣來源于大氣，來源方便，排出去也不會污染到大氣
2 壓縮空氣在管道流速快，適用于完成各種復(fù)雜的動作。
3 工作環(huán)境適應(yīng)性好
缺點：1傳遞運動不夠平穩(wěn)
2不能勝任負(fù)載大的場合。
3有較大的排氣噪音。
機械傳動機械手：主要以機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)機械手的運轉(zhuǎn)。
優(yōu)點：1 傳動穩(wěn)定，效率高2 能實現(xiàn)任意角交錯軸的傳動。缺點：要求較高的安裝精度以及制造成本高。
這里根據(jù)導(dǎo)師的建議以及參考，我選擇機械傳動機械手，由電機帶動機械手臂實現(xiàn)運動。
3機械系統(tǒng)設(shè)計
此次機構(gòu)部分的設(shè)計必須從上往下設(shè)計，從不受其他部件影響的部位開始設(shè)計，這樣從上往下設(shè)計可以根據(jù)前面設(shè)計的部件的重量來對下一部件進(jìn)行設(shè)計，因為下一個零件所受到的扭矩，彎矩與上一零件的質(zhì)量息息相關(guān)。
3.1旋轉(zhuǎn)臂的設(shè)計
圖3-1旋轉(zhuǎn)臂示意圖
旋轉(zhuǎn)臂的作用是使得機械手在ZY軸上行動，綠色部分是零件的粗略圖，黃色部分是電機，中間用軸來連接。
零件的體積：V0=30×15.2×13.2＋∏×13.22×20＝16961.5㎜3
3.2零件材料的選擇：輕便，兼顧力學(xué)性能和鑄造性能兩方面的要求
第一方案選擇鋁合金，鋁合金種類中鋁鎂和鋁鋅合金都有各自的缺點：一個是鑄造性能比較差，長期使用后，合金的塑性變差，零件可能出現(xiàn)開裂的情況，同時也可能出現(xiàn)零件腐蝕產(chǎn)生小裂紋的現(xiàn)象。第二個，鋁鋅合金的缺點是耐蝕性差，有應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向，壓鑄成型時時容易熱裂變形
所以我們選擇鋁合金家族里的鋁硅合金，下面介紹一下鋁硅合金
Al-Si 合金
從結(jié)晶溫度間隔上看，Al-Si鋁合金的間隔小，從凝固潛熱和比熱容上考慮，它都是很大的，從線收縮系數(shù)上看，它具備比較小的特點。因此從鑄造性能方面看，它要比其他鋁合金要好一些，在充滿型腔的能力以及抗熱裂變，縮松的能力上它都是優(yōu)等，實驗還表明Al-Si共晶體在尼姑點附近的溫度時，它的塑性是非常良好的，這種能力是其他鋁合金不具備的。由于它的良好特性中，塑性，良好的力學(xué)性能以及鑄造性能突出。所以Al-Si合金是目前應(yīng)用最為廣泛的壓鑄鋁合金。
通過網(wǎng)上的金屬密度表得知Al-Si 合金的密度ρ=2.66×10 3㎏/m3
所以零件的總質(zhì)量M0=VO×ρ=0.045Kg
3.3電機的選型
機械手總的動力來源是來自電機，動作都是由電機來完成的，可供選擇的電機有步進(jìn)電機、直流電機和無刷直流電機。
1.步進(jìn)電機
步進(jìn)電機中的優(yōu)點有：大轉(zhuǎn)矩，小慣性，高響應(yīng)頻率，能快的啟動和停止。它的反饋機制也就是位置反饋機制有著高精度的控制能力，包括基本的速度，位移，由于控制結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)起來很方便。
2. 直流電機的優(yōu)點中啟動和制動性能優(yōu)異，具有很寬的調(diào)速范圍，可以實現(xiàn)很大范圍的速度調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)過程是平滑的。它具有控制特性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，而且低速時平穩(wěn)性好，;起動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強。但是傳統(tǒng)的直流電機的換相方式采用換相器和電刷這種機械式換相，存在機械摩擦，加快內(nèi)部零件的磨損，由此帶來噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等問題，需要經(jīng)常維護(hù)。
3.無刷直流電機
無刷直流電機采用電子換相電路取代了機械換相裝置，不僅繼承了直流電機的優(yōu)點，且具有無噪音、不用維護(hù)、可靠性高的特性。
噴漆過程緩慢且手臂需要慣性小響應(yīng)頻率高的優(yōu)點，綜合考慮我選用步進(jìn)電機。
電機型號：28HBP34BL4-TFO
表3-1 電機參數(shù)圖
電機重量為0.1Kg
4.大臂的設(shè)計
圖4-1 大臂示意圖
透明部分為大臂部分，大臂起到支撐小電機和旋轉(zhuǎn)臂的作用，同時是噴漆頭在ZX坐標(biāo)系上運動。帶動大臂旋轉(zhuǎn)的電機也運用步進(jìn)電機。
4.1大臂的體積 V1=（∏×50×24×1/4×1 /2＋50×12×1/2）×140＋17 2×∏×12 =118829.52㎜3
4.2大臂的材料：依舊采用旋轉(zhuǎn)臂的材料鋁硅合金，原因是鋁硅合金材料的力學(xué)性能和鑄造性能良好。因為大臂的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，良好的鑄造性更容易加工出形狀，具有良好的塑性也能為加工節(jié)省時間，良好的力學(xué)性能可以使其滿足基本的運動且經(jīng)受小波動時系統(tǒng)依舊保持穩(wěn)定。鋁硅合金的密度ρ=2.66×10 3㎏/?
大臂的質(zhì)量M1=V1×ρ=0.32kg
4.3電機的選型
我們先把所有零件的總質(zhì)量加起來M=0.32＋0.045＋0.1 =0.465Kg
型號35YF22GN030R-TEO
圖4-2 電機參數(shù)圖
電機的靜轉(zhuǎn)矩為0.3N /m
重量為0.13Kg
4.4電機和大臂的設(shè)計，對連接軸的設(shè)計和彎曲變形校核
根據(jù)三維建模圖，初步確立軸的長度為36mm，半徑為5mm。軸的材質(zhì)需要較高的抗彎曲強度還有抗扭曲強度。
選材分析：軸類零件在工作時主要承受來自扭轉(zhuǎn)力以及變形的反復(fù)，以及承受一定的沖擊載荷。根據(jù)軸的工作條件和失效方式，對軸用材料提出如下要求。
1， 良好的綜合力學(xué)性能，為減少應(yīng)力集中和缺口敏感性，防止軸在工作中突然斷裂，需要軸的強度和塑性有良好的配合。
2， 高的疲勞強度，防止疲勞斷裂。
3， 良好的耐磨性，防止軸頸磨損。
因此為了兼顧強度和韌度，同時考慮疲勞抗力，軸一般用中碳合金調(diào)質(zhì)鋼（主要有45鋼及40Cr，40MnB。。。。。。）制造。具體來說，選材的一般原則如下：
1， 受力較小，不重要的軸一般選擇用普通碳素鋼
2， 受彎扭交變載荷的一般軸廣泛使用中碳鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理或正火處理。要求軸頸等處耐磨時，可局部表面淬火
3， 同時承受軸向載荷以及彎載荷和扭交變載荷，同時承受一定沖擊的軸，我們可以選用合金調(diào)質(zhì)鋼，比如常見材料40Cr，40MB等鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火。
4， 承受較重交變載荷，沖擊載荷和強烈摩擦的軸，可選用低合金滲碳鋼，如20Cr，20CrMnVB等鋼，并經(jīng)滲碳，淬火回火。
5， 如果我們的軸的位置比較重要，同時又要承受較重的交變載荷以及沖擊載荷，我們可以鋼的表面滲氮，工藝路線是先調(diào)質(zhì)處理后進(jìn)行滲氮。
6， 如果我們的軸是要經(jīng)受交變扭轉(zhuǎn)載荷，但是沖擊小，又要耐磨性好的話，我們可以選用球墨鑄鐵這種材料，對于大型低速軸我們可以采用鑄鋼。
參考上面的數(shù)據(jù)以及我們的軸的工作環(huán)境，40Cr這種材料可以勝任。
查金屬表得知這種材料的密度為ρ=7.85×10 3㎏/?
網(wǎng)上搜得40Cr的彈性模量E=211GPa,I=∏D 3D /32
計算得：EI=12.94
F
圖4-3 軸受力圖
/計算得w=0.0000055，同時求得w /L＝0.000155
在各類工程設(shè)計中，對構(gòu)建彎曲變形的許可值有不同的規(guī)定。對于軸的撓度，其許可值通常用許可的撓度與跨長之比值w /L作為標(biāo)準(zhǔn)。例如，在土建工程中，它的值通常限制在250分之一到1000分之一，在機械制造中，對重要的軸，它的值限制在5000分之一到10000分之一范圍內(nèi)，對傳動軸在支座處的許可轉(zhuǎn)角?一般限制在0.001到0.005rad范圍內(nèi)
經(jīng)過比對在w /L的值在0.0001-0.0002之間，滿足彎曲度要求。
同時計算得該軸的轉(zhuǎn)角?=FL2/2EI=0.000232，也滿足許可轉(zhuǎn)角要求。
5.小臂及旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂的設(shè)計
圖5-1 部裝示意圖
小臂是使機構(gòu)在ZX軸上做旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂是使機構(gòu)在XY軸上做旋轉(zhuǎn)運動。我主要是要對小臂的選材求質(zhì)量，和電機軸的彎曲度以及許可轉(zhuǎn)角要求的校核，還有對旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂材料的選擇。
5.1小臂的長度尺寸以及體積，材料的設(shè)計
V=（（152-52）∏+80×30）×16=48448㎜3
材料選擇
第一:機械手臂在運轉(zhuǎn)的過程中會承受一點的載荷，在受到載荷的時候，手臂不能產(chǎn)生斷裂的情況，這種情況很嚴(yán)重，我們要避免，所以它要具備足夠的強度才可以，所以應(yīng)該選擇“高強度的材料”
第二：機械手臂是要運動，旋轉(zhuǎn)的，是要受電機控制的，所以它不能過于笨重，所以它要具備“密度小，強度大，轉(zhuǎn)動慣量小”的優(yōu)點
在選材時根據(jù)上述的幾個優(yōu)點，然后根據(jù)機械手臂的工作情況已經(jīng)考慮經(jīng)濟(jì)方面，從而取舍，選出滿足的材料。
通常情況下，可以從以下大類材料中選取:
“合金鋼”，“經(jīng)過熱處理的優(yōu)質(zhì)鋼”，“輕型合金 如鋁合金”
我選擇鋁硅合金它的密度在上面有提到過，ρ=2.66×10 3㎏/?
小臂的質(zhì)量為：M=V×ρ=0.129Kg
5．2電機軸的彎曲度以及許可轉(zhuǎn)角要求設(shè)計
F
圖5-2 軸受力示意圖
這個電機軸的彎曲度以及許可轉(zhuǎn)角校核
選擇材料的話還是選擇選擇40Cr。
查金屬表得知這種材料的密度為ρ=7.85×10 3㎏/?
從網(wǎng)上查得40Cr的彈性模量E=211GPa,I=∏D 3D /32
計算得：EI=12.94
長度為L 為36mm 力F為5.94N
撓度w=﹣FL 3/3EI
求得w=0.0000071，同時求得w /L=0.000198
在機械制造中，對重要的軸，它的值限制在5000分之一到10000分之一的數(shù)值范圍內(nèi)，也就是0.0001-0.0002之間，對傳動軸在支座處的許可轉(zhuǎn)角?一般限制在0.001到0.005rad的數(shù)值范圍內(nèi)
經(jīng)過之前設(shè)計比對在w /L的值在0.0001-0.0002之間，滿足彎曲度要求。
同時計算得該軸的轉(zhuǎn)角?=FL2/2EI=0.000297，也滿足許可轉(zhuǎn)角要求。
5.3電機的選型
電機還是與大臂的電機選擇一樣的規(guī)格
型號35YF22GN030R-TEO
圖5-3 電機參數(shù)圖
電機的靜轉(zhuǎn)矩為0.3N /m
重量為0.13Kg
5.4旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂的選材
旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂是使機構(gòu)在XY軸上做旋轉(zhuǎn)運動。承重以及改變機構(gòu)在XY軸上的位置。
旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂，這個部件承受著機械手全部部件的重量，強度要求，塑性要求，抗彎強度，抗剪切強度能力，抗沖擊能力，都需要很高的要求。
旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂比較特殊，它位于底座之上，而且本身結(jié)構(gòu)上就是起到一個支撐的角色，所以它的材料可以根據(jù)底座的選材上選擇。
5.5機械零件選材的基本原則
1使用性能原則
一 選材應(yīng)滿足使用性能：是指零件在使用時，具備的力學(xué)性能物理性能和化學(xué)性能，對于大量的機器零件和工程構(gòu)建，則主要是力學(xué)性能。一些零件需要在特殊的環(huán)境下工作，比如酸堿性環(huán)境，水，則需要考慮材料的物理，化學(xué)性能。材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。
二 考慮工作情況條件。
受力狀況，主要是載荷的類型（如動載荷，靜載荷，循環(huán)載荷和單調(diào)載荷等）和大小，載荷的形式，載荷的特點等。
環(huán)境狀況，主要是溫度惡性，介質(zhì)情況等。
特殊要求，如對導(dǎo)電性，磁性，熱膨脹性，密度，外觀等的要求。
2工藝性能原則
材料選擇必須考慮零件加工的難易程度，一種材料能滿足使用性能，但加工非常困難，則這種材料是不可取的。
3經(jīng)濟(jì)性原則
零件的經(jīng)濟(jì)性是指材料成本低，供應(yīng)，供應(yīng)充分，加工工藝過程簡單，成品率低等。零件的經(jīng)濟(jì)性主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
1 材料的價格
2 零件的總成本
3 資源消耗：我們國家實行能源再生，不可再生能源要節(jié)省，我們用的材料盡量選用耗能低的材料
總的來說，在我國目前情況下，以鋼代鐵，以鑄造代鍛造，以焊造代鍛造是經(jīng)濟(jì)的。盡量選擇價格低廉，加工性能好的鑄鐵或碳鋼，在必要時才選用合金鋼。有些零件只要求表面性能滿足要求，中心可以選用價格低廉的鋼種，然后進(jìn)行表面強化處理如滲氮滲碳，就可以達(dá)到性能要求。
另外，在考慮材料經(jīng)濟(jì)性時，切忌單純以單價比較材料的優(yōu)劣，而應(yīng)當(dāng)以綜合效益（包括材料單價，加工費用，使用壽命，美觀程度等）來評價材料的經(jīng)濟(jì)性的好與差。
查閱工程材料課本，確立旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂的材料
表5-1 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)臂的選材表
代表性零件
材料種類和牌號
使用性能要求
處理及其他
承力支架
鑄鋼ZG270-500
剛度，強度，耐沖擊性
正火
5.6底座，底座電機的設(shè)計
5.6.1 底座結(jié)構(gòu)的設(shè)計
圖5-4 底座示意圖
5.6.2底座的基本形狀尺寸
上圓柱圓半徑為100mm
高度為80mm
下底盤為邊長240mm的正方形，倒圓角半徑為16mm的圓角
高度為20mm
中間挖了一個放電機的槽。并且挖了安裝孔，固定孔。
5.6.3底座材料的選擇
選材分析：底座支撐件是機器中的基礎(chǔ)零件。機器上各個部件的重量都底座承擔(dān)，因此主要受壓應(yīng)力。此外，底座還要承受個零件工作時產(chǎn)生的動載作用以及穩(wěn)定在底座上的緊固力。
鑄鐵的彈性模量高，價格便宜，鑄造工藝性能又很好，還有吸收振動，耐磨，自潤滑等優(yōu)點故被廣泛應(yīng)用制造底座以及箱體類零件。
底座支撐零件尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造或焊接后容易形成較大的內(nèi)應(yīng)力，使其在使用期間產(chǎn)生緩慢變形。因此，底座支撐件毛坯，在加工前要長期放置也就是時效處理或進(jìn)行去應(yīng)力退火也叫人工時效處理。對精度要求很高的或形狀特別復(fù)雜的底座，在粗加工以后，精加工之前要增加一次人工時效處理，來消除粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力影響。
去應(yīng)力退火溫度一般在550℃，然后隨爐冷卻至200攝氏度以下出爐。
表5-2 底座材料表
代表零件
材料種類及牌號
使用性能要求
處理及其他
機座，底座
灰鑄鐵HT150
剛度，強度，尺寸穩(wěn)定性
時效處理
5.7底座電機的選擇
圖5-5 電機型號圖
依舊是選擇步進(jìn)電機，根據(jù)之前的其他部件設(shè)計的重量，最終選擇型號為：110HCY137AL3S，靜轉(zhuǎn)矩8Nm，重量為5.5Kg
5.8機械機構(gòu)小結(jié)
通過三維模型來確立機構(gòu)的尺寸，通過查閱工程材料課本選材原則并結(jié)合網(wǎng)上的選材表選擇合適的材料，查閱材料力學(xué)課本來校核機構(gòu)的強度彎曲度，使得所設(shè)計的尺寸與材質(zhì)能滿足運動要求
6.噴漆手的控制部分設(shè)計
6.1控制系統(tǒng)的設(shè)計思路
因為本文研究的是流水線噴漆機械手臂，既然是流水線，所以機械手的工作是重復(fù)性的，因為人工對于重復(fù)性的工作會產(chǎn)生疲勞感二期噴漆環(huán)境的有毒性，機械手是最好的勞動力。
通過查閱了有關(guān)步進(jìn)電機的控制方法，都比較復(fù)雜難懂，我經(jīng)過綜合考慮想到一種簡單實用的控制方案：比如現(xiàn)在有一個零件給我，我要對它進(jìn)行噴漆，想把機械手臂固定好，零件也固定在噴漆臺上，只要是要機械手能夠按照人工的指定的路徑去走就行了，速度可以用驅(qū)動器控制，主要就是解決機械手的行走路徑問題。
重點問題找到了后，對問題進(jìn)行分析。如果用路徑轉(zhuǎn)化為程序，再由程序轉(zhuǎn)化為機械手的動作，中間的難度很高，由于對這方面的不熟悉，又想原創(chuàng)性。所有我的大致想法是：機械手和零件固定好了，因為機構(gòu)的運動與電機的旋轉(zhuǎn)是息息相關(guān)的，所以我想在每個電機處安裝一個轉(zhuǎn)動記錄傳感器，然后開始用手動幫助機械手模擬運動路徑，手動幫助機械手完成一遍運動后，轉(zhuǎn)動記錄傳感器記錄每個電機的轉(zhuǎn)動情況，主要是記錄下來電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，時間，正反轉(zhuǎn)。有了這些數(shù)據(jù)我們就知道機構(gòu)完成這一整個路徑電機的運轉(zhuǎn)情況，之后將數(shù)據(jù)推入到PLC控制中，使得PLC控制電機完成這些數(shù)據(jù)的重現(xiàn)，便是完成了路徑的重演。再設(shè)定一個位置傳感器，以便于機械手完成一次噴漆作業(yè)后回到原位，繼續(xù)進(jìn)行下一個零件的噴漆作業(yè)。
6.2控制部分的詳細(xì)說明
轉(zhuǎn)動記錄傳感器就是旋轉(zhuǎn)計數(shù)器，記錄完成整個路徑時，機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)情況。通過記錄的情況就可以通過控制器控制步進(jìn)電機運動完成路徑的重演，達(dá)到自行噴漆的效果?？刂撇糠郑豪肞LC的功能來控制電機的驅(qū)動器，驅(qū)動器發(fā)出的脈沖信號來使電機轉(zhuǎn)動以及正反轉(zhuǎn)。
6.3如何通過PLC控制步進(jìn)電機
步進(jìn)電機是一種大轉(zhuǎn)矩，高定位精度、小誤差、控制簡單的電機，是電機運動控制領(lǐng)域很火熱的一種。PLC可以叫做工業(yè)控制計算機，可以靈活地運用，高速的處理速度以及數(shù)據(jù)處理能力，而且性價比高，是目前廣泛應(yīng)用的控制裝置之一。PLC有著很好的對步進(jìn)電機的控制能力，它具有高速脈沖輸出功能，以及可以添加脈沖計數(shù)元件來控制步進(jìn)電機的停止）即可實現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制，即可實現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制。
步進(jìn)電機的控制是通過電脈沖信號的，電脈沖信號通過轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移或線位移。因為受到脈沖信號的控制，通過控制脈沖頻率就可以控制電機的速度以及加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。）通過改變通電順序，就可以改變電機旋轉(zhuǎn)方向的目的;通過改變通電順序，就可以改變電機旋轉(zhuǎn)方向的目的。
步進(jìn)電機種類很多，這里我們介紹主要從結(jié)構(gòu)上分：反應(yīng)式，混合步進(jìn)電機及永磁式，步進(jìn)電機有單相，兩相以及多相。步進(jìn)電機的控制方式也有許多種，比如：普通集成電路，單片機，PLC控制等幾種;
因為步進(jìn)電機的優(yōu)點中：無累計誤差，跟蹤性能好，步進(jìn)電機的主要控制系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件的組成有：控制面板，PLC控制器，驅(qū)動器，步進(jìn)電機組成。
步進(jìn)電機能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動頻率”; 步進(jìn)電機的停止頻率是指系統(tǒng)控制信號突然關(guān)閉，步進(jìn)電機不沖過設(shè)定位置的最高步進(jìn)頻率。
有了這些數(shù)據(jù)，就能有效地對步進(jìn)電機進(jìn)行變速控制。采用PLC 控制步進(jìn)電機，應(yīng)根據(jù)下式計算系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量，進(jìn)而選擇PLC 及其相應(yīng)的功能模塊。根據(jù)脈沖頻率可以確定PLC 高速脈沖輸出時需要的頻率，根據(jù)脈沖數(shù)量可以確定PLC 的位寬：
這樣一來就可以實現(xiàn)PLC控制步進(jìn)電機了。
6.4 PLC控制驅(qū)動器的原理
步進(jìn)電機都是由驅(qū)動器來控制的，步進(jìn)電機都有自己的步距角，比如步進(jìn)電機的歩距角為1.8°，驅(qū)動器給一個200個脈沖，電機就轉(zhuǎn)了一圈，驅(qū)動器還有細(xì)分制，如果步進(jìn)電機的驅(qū)動器為1000step /re，說明驅(qū)動器為5細(xì)分，給1000個脈沖就是電機轉(zhuǎn)一圈。這里我們主要是了解原理，設(shè)定我們四個電機驅(qū)動器都為1000step/re。
6.5 PLC的選擇
PLC采用三菱，產(chǎn)生符合要求的控制脈沖是控制步進(jìn)電機最重要的要求。三菱PLC具備能發(fā)出高速脈沖的特性，能夠發(fā)出10KHz的頻率，能夠滿足步進(jìn)電動機的要求
6.6控制梯形圖
步進(jìn)電機的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應(yīng)的控制。在控制軟件部位設(shè)定一個脈沖總數(shù)以及頻率可口病的脈沖發(fā)生器；對于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時器構(gòu)成，如圖所示。 脈沖頻率可以通過定時器常熟控制脈沖周期，脈沖總數(shù)控制則可以設(shè)置為脈沖計數(shù)器C10，比如脈沖設(shè)定值為1000，計數(shù)器C10達(dá)到設(shè)定值，就可以切斷脈沖發(fā)生器回路，從而使電機停止工作。
圖6-2 脈沖計數(shù)器控制梯形圖
也就是說C10可以設(shè)定一個值，比如旋轉(zhuǎn)計數(shù)器記錄到該1號電機完成一次路徑轉(zhuǎn)了2圈，所以此時C10的值要設(shè)定為2000，電機驅(qū)動器接受的脈沖都通過脈沖發(fā)生器與脈沖計數(shù)器C10和. 當(dāng)計數(shù)器判定達(dá)到了設(shè)定值時，C10可以自動切斷脈沖發(fā)生器回路，使得電機沒有接受脈沖信號停止工作。
6.6三菱PLC控制步進(jìn)電機正反轉(zhuǎn)的梯形圖
圖6-3 梯形圖
6.7對梯形圖的解釋
X000與X001分別是起動以及停止按鈕，MO起動，MO電機運行開始的標(biāo)志，MO有自鎖開關(guān)與X000并聯(lián)。當(dāng)可以運行時，DO XO部分判斷脈沖信號的正反，準(zhǔn)備正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。YOO0接收正反轉(zhuǎn)的信號與Y002實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，比如Y000接收的是正轉(zhuǎn)信號，則Y002實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)。隨后由M8029判斷執(zhí)行動作是否完畢，完畢后，TO實現(xiàn)延時反轉(zhuǎn)。隨后循環(huán)之前的步驟。
6.8 PLC控制步進(jìn)電機的簡單流程圖
機構(gòu)的運轉(zhuǎn)動作取決于步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率：脈沖頻率等同于機構(gòu)的運轉(zhuǎn)的加減速。進(jìn)給方向的控制就是改變步進(jìn)電機的繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向。、
表6-1 PLC功能介紹表
名稱
符號
作用
起動按鈕
X000
起動脈沖接收器
停止按鈕
X001
停止脈沖接收器
脈沖接收器
Y000
接受脈沖信號
脈沖調(diào)頻器
Y001
增大/減小脈沖頻率
調(diào)頻器開關(guān)
X002
開啟調(diào)頻器
正轉(zhuǎn)脈沖輸出器
Y003
輸出正轉(zhuǎn)脈沖信號
反轉(zhuǎn)脈沖輸出器
Y004
輸出反轉(zhuǎn)脈沖
延時繼電器
T0
延時正反轉(zhuǎn)
脈沖計數(shù)器
C10
定總脈沖量
正轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)器
C11
定正轉(zhuǎn)脈沖量
反轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)器
C12
定反轉(zhuǎn)脈沖量
6.9 梯形圖
圖6-4 梯形圖
解釋：按下X000,脈沖接收器接受信號，隨后與Y000的開關(guān)閉合，使Y003得電，正轉(zhuǎn)脈沖輸出器工作，電機正轉(zhuǎn)。當(dāng)設(shè)計的正轉(zhuǎn)脈沖量達(dá)到時C11斷開停止正轉(zhuǎn)，延時器工作，延時后，使得反轉(zhuǎn)信號輸出器工作，電機反轉(zhuǎn)，當(dāng)反轉(zhuǎn)脈沖達(dá)到設(shè)定值時，C12斷開，電機停止X002是控制Y001脈沖調(diào)頻器工作的。C10可以設(shè)置電機接受的總脈沖量，當(dāng)達(dá)到時，電機停止
6.10 控制部分小結(jié)
這次的設(shè)計控制電路對我們來說有點困難，雖然我只是寫出了部分電路，全部電路還是有些難的，對PLC控制步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)有了初步的了解，對控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動圈數(shù)也有很大的認(rèn)識，所以這次的設(shè)計控制電路學(xué)會的東西也是挺多的。
結(jié) 論
此次的設(shè)計內(nèi)容有：三維建模，零件的設(shè)計與校核，控制部分的設(shè)計。
1 運用到了Creo2.0繪圖軟件，這個之前學(xué)過，現(xiàn)在用起來有點生疏，所以這次設(shè)計有利于我加深對繪圖軟件的熟練度
2 零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核，讓我能夠認(rèn)識整個零件的生產(chǎn)過程：從建模，到確定尺寸，到選材，然后校核零件的強度。這些我是通過查閱材料力學(xué)課本以及工程材料課本解決的，讓我知道理論與實際的結(jié)合的重要性。
3 控制部分的設(shè)計，讓我回顧和熟悉了PLC的控制，梯形圖的建立，以及PLC的強大應(yīng)用功能。
4 零件的裝配圖的繪制，零件圖的繪制，讓我重新溫習(xí)了一下工程圖學(xué)，細(xì)節(jié)部分很多，比如部分需要剖視圖，圖的的標(biāo)注，零件的公差標(biāo)注，以及表面粗糙度的標(biāo)注等等。CAD圖細(xì)節(jié)部分很多，還需要大量的訓(xùn)練才能掌握好。
致 謝
感謝這次學(xué)校提供的一次畢業(yè)設(shè)計的機會，這次設(shè)計的內(nèi)容有：三維建模，零件的設(shè)計與校核，控制部分的設(shè)計。運用到了Creo2.0繪圖軟件，這個之前學(xué)過，現(xiàn)在用起來有點生疏，所以這次設(shè)計有利于我加深對繪圖軟件的熟練度零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核，讓我能夠認(rèn)識整個零件的生產(chǎn)過程：從建模，到確定尺寸，到選材，然后校核零件的強度。這些我是通過查閱材料力學(xué)課本以及工程材料課本解決的，讓我知道理論與實際的結(jié)合的重要性。控制部分的設(shè)計，讓我回顧和熟悉了PLC的控制，梯形圖的建立，以及PLC的強大應(yīng)用功能。
感謝導(dǎo)師在做設(shè)計的時候提出的建議，有助于我們解決不懂的問題，規(guī)范我們的論文格式。
感謝同學(xué)在我做設(shè)計的時候給的建議以及有用性的知道，讓我明白團(tuán)結(jié)就是力量
感謝父母送我來到XXXX，這里的學(xué)習(xí)氛圍濃厚，老師的教學(xué)水平高，學(xué)校的教育背景雄厚。
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