自動壓鑄機(jī)機(jī)械手設(shè)計(jì)
自動壓鑄機(jī)機(jī)械手設(shè)計(jì),自動壓鑄機(jī)機(jī)械手設(shè)計(jì),自動,壓鑄機(jī),機(jī)械手,設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)中的自動壓鑄機(jī)主要是用于鋁制胚件的壓鑄，主要是把兩個(gè)配料放入模具，對毛胚件用感應(yīng)爐進(jìn)行加熱熔化連接成為一體。
主要組成部件：一個(gè)帶有二獨(dú)立的單獨(dú)驅(qū)動的機(jī)械手，帶有平臺或抓爪的自動卸件裝置，沖模凈化用人工操作的清除設(shè)備，石墨粉浴浸浴室由不銹鋼用分開的浴槽與攪拌器組成熔爐，雙波道感應(yīng)電爐用３感應(yīng)器。自動壓鑄機(jī)的頂部回轉(zhuǎn)部分主要是采用蝸輪蝸桿減速和電磁離合器實(shí)現(xiàn)雙機(jī)械手的獨(dú)立控制。設(shè)備控制用自由可編程松下FP1系列的可編程控制器控制，用可控硅整流器進(jìn)行無級的控制窯爐。
關(guān)鍵詞 自動壓鑄機(jī) 機(jī)械手 可編程控制器 自動卸件裝置
Low Pressure Die Casting Machine
Abstract
Specifications：Linear portal with two independent manipulators with separate drives .Max. die dimensions: 500 400 mm,Quick die change flanges. Automatic piece removal units with removal tables or grippers.Die cleaning unit with manually operated cleaning device. Graphite bath made of stainless steel with separated basins and agitators. Furnace: Two channel induction furnaces with 3 inductors, each with Content: 1800 kg, Melting capacity: 300 kg/h. Option: Melting capacity: 500 kg/h
Control: Machine control with bus system and freely programmable PC control Beckhoff .Furnace control stepless with thyristors.
Keywords Low Pressure Die Casting Machine manipulators programmable PC control Automatic piece removal unit
51
目 錄
摘 要 1
目 錄 3
1 引言 4
1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義 4
1.2 自動壓鑄機(jī)的選題和國內(nèi)外的生產(chǎn)使用狀況 5
1.3 自動壓鑄機(jī)研究與開發(fā) 7
1.4 自動壓鑄機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)和主要特點(diǎn) 7
2 自動壓鑄機(jī)的總體布置的設(shè)計(jì) 9
2.1 自動壓鑄機(jī)的總體布置的確定 9
2.2 自動壓鑄機(jī)頂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) 12
2.3 頂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12
2.4 空軸的設(shè)計(jì)和電磁離合器的選擇 18
3 機(jī)械手部件的設(shè)計(jì) 19
3.1 上部移動導(dǎo)軌部件的設(shè)計(jì) 19
3.2 上部移動回轉(zhuǎn)部件的計(jì)算 20
3.3 直線導(dǎo)軌的選擇 22
3.4 回轉(zhuǎn)的大臂的設(shè)計(jì) 23
3.5 機(jī)械手夾緊部分的設(shè)計(jì) 24
3.6 機(jī)械手小回轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì) 24
3.7 機(jī)械手卸件機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
4 氣動控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì) 26
4.1 氣壓傳動的特點(diǎn) 26
4.2 氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27
4.3 氣壓傳動元件的選擇 26
4.4 氣源的處理和設(shè)計(jì) 31
5.電氣控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì) 32
5.1 電氣控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 32
5.2 電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 34
6 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 44
致 謝 45
參考文獻(xiàn) 46
附錄A 可編程控制器控制程序 47
附錄B 電算程序 50
1 引言
這一章主要介紹設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義，自動壓鑄機(jī)的選題和國內(nèi)外的生產(chǎn)使用狀況，我國壓鑄工業(yè)概況，自動壓鑄機(jī)研究與開發(fā)，自動壓鑄機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)和主要特點(diǎn)。
1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義
1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)的介紹
設(shè)計(jì)自動壓鑄機(jī)總布置圖，金屬模開合機(jī)械手部件圖，關(guān)鍵零件圖，單片機(jī)控制原理圖。鋁鑄件，最大工件重5kg，節(jié)拍30S。
工作量：
設(shè)計(jì)圖量A0四張，A1一張，其中
總布置圖 A0一張
機(jī)械手部件圖 A0兩張
關(guān)鍵零件圖折合 A1一張
電氣控制原理圖 A0一張
設(shè)計(jì)說明書2.5萬字
英文翻譯5000漢字
編程語句100句以上
1.1.2 設(shè)計(jì)的意義
此設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的自動壓鑄機(jī)主要用于鋁制零件的壓鑄， 自動壓鑄機(jī)的工作原理和機(jī)械手的工作原理相似，壓力鑄造是先進(jìn)的熱加工工藝之一。用壓鑄法可以制造很復(fù)雜的薄壁零件。壓鑄件具有表面光滑，尺寸精確，強(qiáng)度高的特點(diǎn)，一般不加工即可使用，因而可以節(jié)省大量的金屬和機(jī)械加工設(shè)備。壓鑄生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化或自動化，從而可以減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件。
壓鑄工藝已經(jīng)有九十年左右的歷史，但僅在三十年代冷室壓鑄機(jī)普及以后，才在各工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展起來。近年來，由于生產(chǎn)的需要和借助其他科學(xué)技術(shù)的新成就，使他得到了更快的發(fā)展?，F(xiàn)在壓鑄件不再局限于汽車工業(yè)和儀表工業(yè)中使用，而已擴(kuò)大到各工業(yè)部門，如農(nóng)業(yè)機(jī)械，機(jī)床，電工與電子儀器，航空，火箭，紡織機(jī)械，計(jì)算機(jī)，無線電，照相機(jī)等。壓鑄生產(chǎn)不僅在有色合金鑄造中占主導(dǎo)地位，而且已成為現(xiàn)代工業(yè)的一個(gè)重要組成部分。
1.2 自動壓鑄機(jī)的選題和國內(nèi)外的生產(chǎn)使用狀況
1.2.1 自動壓鑄機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢
目前世界上具備一定實(shí)力的壓鑄機(jī)制造工廠有60家左右，其中有影響的工廠約16家，這些國家的機(jī)器在壓射性能、設(shè)備精度、機(jī)床剛性以及電子計(jì)算機(jī)控制和自動化程度上各具特色?；钴S在中國市場上的廠家有瑞士的布勒．斯洛伐克的維霍拉特，日本的東芝、宇部、東洋，德國的富來，意大利的意特、意德拉，美國的王子、HPM 等另外，近幾年從不同國家進(jìn)口的壓鑄機(jī)，就價(jià)格來講，并不是統(tǒng)一按質(zhì)論價(jià)的；主要與各國貨幣和人民幣的比價(jià)有關(guān)，所以并不是價(jià)格愈高，壓鑄機(jī)的技術(shù)水平和質(zhì)量愈高，購買時(shí)須加以分析。
制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是創(chuàng)造社會財(cái)富的重要手段，是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要支撐。壓鑄由于它是一種少切削甚至無切屑，精度較高的鑄造技術(shù)，節(jié)約能源，環(huán)境污染較少，機(jī)械化程度高，易于實(shí)現(xiàn)自動化，因而半個(gè)世紀(jì)以來，在我國發(fā)展很快，年增長率達(dá)8％～l2％。
1.2.2 我國壓鑄工業(yè)概況
目前，國內(nèi)有專業(yè)壓鑄廠約800家，非專業(yè)廠內(nèi)壓鑄生產(chǎn)點(diǎn)約1 600家，合計(jì)2400家。擁有壓鑄機(jī)近8 000余臺，職工逾5萬名，年產(chǎn)壓鑄件已達(dá)31.2萬t，產(chǎn)值近100億元。另外，壓鑄機(jī)及輔助設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)約180余家，其中壓鑄機(jī)生產(chǎn)廠超過16家，壓鑄機(jī)年生產(chǎn)能力超過1200臺?？缮a(chǎn) 28000kN以下的所有臥式冷室壓鑄機(jī)和4 000kN以下的普通熱室壓鑄機(jī)，可提供3150kN以下全立式壓鑄機(jī)系列產(chǎn)品?？偟闹v，國產(chǎn)壓鑄機(jī)已形成較完整的系列，產(chǎn)量已太于國內(nèi)需求，除鎂合金熱室壓鑄機(jī)正在開發(fā)、擠壓鑄造機(jī)尚未開發(fā)外，可為用戶提供成套設(shè)備生產(chǎn)熔煉設(shè)備比較上規(guī)模的廠已超過6O家，我們江蘇省的生產(chǎn)能力就很強(qiáng)，特別是南京和無錫二地，就有很多生產(chǎn)廠點(diǎn)國內(nèi)壓鑄模具制造廠在100家以上，產(chǎn)值約1億元。與世界先進(jìn)水平的差距：
中國壓鑄業(yè)的發(fā)展必須以世界先進(jìn)水平為目標(biāo)，才能更好地參與國際競爭。因此，必需看到我國不少企業(yè)的素質(zhì)還不高，技術(shù)發(fā)展滯后于生產(chǎn)的發(fā)展，管理水平滯后于行業(yè)的發(fā)展，經(jīng)營方式滯后于市場競爭的需要。
1）結(jié)構(gòu)不盡合理，設(shè)備利用率偏低
我國壓鑄設(shè)備不算太少，除國產(chǎn)壓鑄機(jī)外，幾乎世界各國生產(chǎn)的壓鑄機(jī)，在中國都有。除一些與主機(jī)廠有固定配套關(guān)系和有較穩(wěn)定的壓鑄件出口業(yè)務(wù)的企業(yè)外，普遍存在設(shè)備利用率不高或閑置的問題。不少企業(yè)上壓鑄項(xiàng)目時(shí)就缺少了解，有的是低水平重復(fù)，購進(jìn)了設(shè)備沒有生產(chǎn)對象；或是沒有預(yù)期的生產(chǎn)量；或是技術(shù)不過關(guān)，產(chǎn)品出不來；也有因模具跟不上或設(shè)備故障缺少維修力量，影響生產(chǎn)；還有的是缺少評估論證，借貸購進(jìn)設(shè)備，導(dǎo)致任務(wù)不足、負(fù)債沉重，使企業(yè)陷入困境。
2） 壓鑄機(jī)質(zhì)量與國外有較大差距，具體體現(xiàn)在：
總體結(jié)構(gòu)落后。目前國產(chǎn)壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu)基本上是20世紀(jì)70年代末、80年代初的定型設(shè)計(jì)。2O余年來除電控用PLC取代繼電器系統(tǒng)外，改進(jìn)不大。
可靠性差。這是國產(chǎn)壓鑄機(jī)的致命傷。國產(chǎn)壓鑄機(jī)平均無故障運(yùn)行的時(shí)間不到3000h，甚至達(dá)不到國外2O世紀(jì)五六十年代水平。目前，國外一般超過20000h。
漏油嚴(yán)重。增加了用戶生產(chǎn)費(fèi)用，污染了環(huán)境。主要原因是密封件質(zhì)量差，加工粗糙。
品種規(guī)格不全，配套能力差。如臥式冷室壓鑄機(jī)從16 000kN到28 000kN問就無產(chǎn)品，熱室壓鑄機(jī)缺少4 O00kN以上的產(chǎn)品，鎂合金熱室壓鑄機(jī)和擠壓鑄造方面都是空白
高新技術(shù)的應(yīng)用落后。如數(shù)控壓鑄機(jī)、壓鑄柔性加工單元(FMC)和集成加工系統(tǒng)在國外已開始普及推廣，而我國只是試制出一個(gè)4000kN的壓鑄柔性加工單元，至今尚無更多的產(chǎn)品。
3） 模具制造跟不上壓鑄業(yè)的發(fā)展
壓鑄模的質(zhì)量直接影響到壓鑄件的質(zhì)量和成本。目前，國內(nèi)將CAD／CAM用于模具設(shè)計(jì)與制造的專業(yè)模具加工企業(yè)還不多，采用數(shù)控機(jī)床和電火花加工機(jī)床加工模具型腔，是我國模具加工的主力。鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個(gè)體經(jīng)營的模具制造企業(yè)，在我國某些地區(qū)已成為一支重要的力量，他們的特點(diǎn)是制造周期短、成本低，但在質(zhì)量上差距很大，有的較好，有的因選用的材料較差，熱處理不規(guī)范等，模具的壽命很短。因此，不少大型和復(fù)雜鑄件的模具或產(chǎn)量大的鑄件用的模具，依靠進(jìn)口。
4 ）技術(shù)管理水平不平衡
我國一些上規(guī)模的專業(yè)化廠，壓鑄分廠和車間，有較強(qiáng)的技術(shù)力量和較高的管理水平，能很快吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)。但也有不少企業(yè)管理較差，基礎(chǔ)工藝薄弱。
具體反映在：生產(chǎn)場地不文明，合金不符合標(biāo)準(zhǔn)，熔煉工藝不嚴(yán)，壓鑄工藝不穩(wěn)定，重復(fù)壓射時(shí)工藝參數(shù)變化大，檢測手段和質(zhì)量保證體系不完善等，因此直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
1.2.3 壓鑄市場情況
根據(jù)北美壓鑄協(xié)會96年初公開發(fā)表的報(bào)告。壓鑄產(chǎn)品在北美壓鑄市場中分配的比例大致地分別為:汽車工業(yè)48%,建筑工程20%、機(jī)械裝各和儀器11%、電子工業(yè)11%。汽車工業(yè)需求增長很快，建筑工程需求量在近幾年增長很快，出現(xiàn)了與電子工業(yè)和機(jī)械裝備爭搶壓鑄產(chǎn)品供應(yīng)商的局面，但96年比95年則略有下降。
機(jī)械裝備除了各種機(jī)械、設(shè)備和儀器以外還包括家用機(jī)械，如洗碗機(jī)致冷機(jī)、洗衣機(jī)、干燥機(jī)等等。96年比95年增長1.3%,97年則有大幅度增加。
電子工業(yè)，包括電子計(jì)算機(jī)、各類電子設(shè)備零件、測量儀器，還包括辦公設(shè)備、通訊裝備等，市場需求量很大，95年比94年增長7.6%,96年增10.2%,97年還繼續(xù)增加。
1.3 自動壓鑄機(jī)研究與開發(fā)
1.3.1 系統(tǒng)的研究項(xiàng)目
建立壓鑄件和壓鑄模設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)模塊，建立在鋁合金壓鑄的工藝過程中微觀組織與性能的關(guān)系，在熱處理時(shí)做到改進(jìn)機(jī)械性能和控制變形，從而延長H13鋼的模具壽命。關(guān)于對溫度，壓力和氣體含量的監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展和評估鋅合金壓鑄時(shí)對模具的焊附，等離子體表面處理技術(shù)在鋁和鋅壓鑄模上的應(yīng)用。
國際范圍的研究組織NADCA 在95年列出了世界范圍的第一批19家研究機(jī)構(gòu)的名單，按國家來分:瑞士2家、德國2家、澳大利亞3家、法國1家、美國4家、新加坡1家、加拿人3家、丹麥1家、日本1家和瑞典1家。
1.4 自動壓鑄機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)和主要特點(diǎn)
1.4.1 自動壓鑄機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)
在這個(gè)設(shè)計(jì)中的機(jī)械部分的關(guān)鍵技術(shù)主要是：
1. 機(jī)械手的設(shè)計(jì)
2. 頂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3. 氣動部分的設(shè)計(jì)
4. 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.4.2 壓鑄機(jī)的主要特點(diǎn)
這種壓鑄機(jī)和我們平時(shí)所見到壓鑄機(jī)最大的區(qū)別是：這種壓鑄機(jī)用的不是融化的金屬，而是把兩個(gè)已經(jīng)略具形狀的毛坯料放入壓鑄機(jī)內(nèi)經(jīng)過加熱熔化而成為一體的零件，壓鑄后的零件表面光亮，精度高，不需要再進(jìn)行加工。
壓鑄機(jī)主要包括兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)械手，冷卻池，熔爐，沖模凈化用人工操作的清除設(shè)備，帶有平臺或抓爪的自動卸件裝置。
此設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)低壓模鑄設(shè)備的機(jī)械手部分，壓鑄機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能是：把已經(jīng)是成形的兩個(gè)毛胚料放入模具內(nèi)用感應(yīng)加熱爐進(jìn)行加熱融化后連成一體，成為可用的工件。
主要參數(shù)規(guī)格：
1) 一個(gè)帶有二獨(dú)立的單獨(dú)驅(qū)動的機(jī)械手的入口
2) 最大模具尺寸：400- 500毫米快速沖模轉(zhuǎn)換法蘭
3) 帶有平臺或抓爪的自動卸件裝置
4) 沖模凈化用人工操作的清除設(shè)備
5) 石墨粉浴浸浴室由不銹鋼用分開的浴槽與攪拌器組成熔爐
6) 雙波道感應(yīng)電爐用３感應(yīng)器、其中每個(gè)重量1800公斤
7) 熔化能力：300公斤／Ｈ
8) 可選項(xiàng)：熔化能力：500公斤／Ｈ
9) 設(shè)備控制用總線系統(tǒng)與自由地可編程松下FP1系列的可編程控制器控制
10) 用可控硅整流器進(jìn)行無級的控制窯爐
2 自動壓鑄機(jī)的總體布置的設(shè)計(jì)
這種壓鑄機(jī)和我們平時(shí)所見到壓鑄機(jī)最大的區(qū)別是：這種壓鑄機(jī)用的不是融化的金屬，而是把兩個(gè)已經(jīng)略具形狀的毛坯料放入壓鑄機(jī)內(nèi)經(jīng)過加熱熔化而成為一體的零件，壓鑄后的零件表面光亮，精度高，不需要再進(jìn)行加工。壓鑄機(jī)主要包括兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)械手，冷卻槽，熔爐，沖模凈化用人工操作的清除設(shè)備，帶有平臺或抓爪的自動卸件裝置。
此設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)低壓模鑄設(shè)備的機(jī)械手部分，壓鑄機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能是：把已經(jīng)是成形的兩個(gè)毛胚料放入模具內(nèi)用感應(yīng)加熱爐進(jìn)行加熱融化后連成一體，成為可用的工件。
2.1 自動壓鑄機(jī)的總體布置的確定
壓鑄機(jī)主要有鑄機(jī)主要包括機(jī)架，兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)械手，冷卻槽，熔爐，沖模凈化用人工操作的清除設(shè)備，帶有平臺或抓爪的自動卸件裝置。
圖2-1 KWC工業(yè)工程公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的自動壓鑄機(jī)
圖2-2 兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)械手，冷卻槽，感應(yīng)爐
機(jī)架主要是為了支撐兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)械手，并且兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)械手可以作360°回轉(zhuǎn)，機(jī)架主要是用矩形形鋼焊接而成，用四個(gè)支柱支撐，如圖
圖2-3 機(jī)架
在機(jī)架的旁邊還有一些輔助設(shè)備，包括控制設(shè)備，清模設(shè)備，由于本設(shè)計(jì)采用氣動控制，所以必須有氣源發(fā)生裝置，還有胚料架和成品存架，氣體管路和電氣線路。這些都要周到考慮和布置。
支撐重量的計(jì)算：
估計(jì)蝸輪蝸桿的重量為8kg，空心吊軸的重量為4kg，實(shí)心軸的重量為3kg
電磁離合器的重量為1.5kg X 2=3kg，支撐筒架和兩個(gè)推力球軸承總重量為6kg，機(jī)械手的上橫梁和吊架的重量6.25kg，機(jī)械手的下縱向移動臂的重量為2.65kg，
回轉(zhuǎn)架的重量為1.5kg，機(jī)械手的下橫梁的重量為5.5kg，機(jī)械手左右臂的總重量為15.5kg 。
所以總的重量為 ：8kg+4kg+3kg+3kg+6kg+（6.35kg+2.65kg+1.5kg+5.5kg+15.5kg）X 2 =87kg。
每個(gè)機(jī)械手的重量31.5kg，所以總體上屬于輕型機(jī)械。
圖2-4總體布置
圖2-5 總體布置圖
2.2 自動壓鑄機(jī)頂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)
這個(gè)機(jī)構(gòu)主要是用來分別帶動兩個(gè)機(jī)械手的周向轉(zhuǎn)動，由一個(gè)單相電機(jī)帶動經(jīng)過蝸輪蝸桿的減速達(dá)到要求的回轉(zhuǎn)動角速度，用空軸傳動，下面用兩個(gè)電磁離合器分別機(jī)械手相連，當(dāng)機(jī)械手需要轉(zhuǎn)動的時(shí)候電磁離合器得電，機(jī)械手轉(zhuǎn)到指定位置，位置主要由行程開關(guān)來控制，行程開關(guān)采用接近開關(guān)，主要有五個(gè)停止位置。
為降低成本和在空間進(jìn)行合理布置，兩個(gè)機(jī)械手共用一個(gè)電機(jī)，一套蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，在用兩個(gè)電磁離合器分別和它們嚙合，只要控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和電磁離合器的開合就可以完全控制兩個(gè)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，在用行程開關(guān)控制五個(gè)位置就可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
圖2-6 頂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
2.3 頂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1．蝸輪輪齒齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
（1）選材料，確定許用接觸應(yīng)力[sH]，蝸桿用45鋼，表面淬火45~50HRC；蝸輪用ZCuSn10P1（10-1錫青銅）砂型鑄造。由表8-3查得[sH]=200。
（2）選蝸桿頭數(shù)z1，確定蝸輪齒數(shù)z2，傳動比i=n1/n2=960/30=32，因傳動比不算大，為了提高傳動效率，可選z1=1，則z2=iz1=32×1=32，取z2=32。
（3）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2，因z1=1，故初步選取h=0. 80，則
T2=9.55×106×=9.55×106×
=9.55×106×=32.48 N.m
（4）確定載荷系數(shù)K，因載荷平穩(wěn)，速度較低，取K=1.1，由式（8-7）得
≥≥=3087.6 mm3
由表8-1，取m=8，d1=64mm。
（5）計(jì)算主要幾何尺寸
蝸桿分度圓直徑 d1=64 mm
蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=8×27=256 mm
中心距 a=（d1+d2）=0.5×（36+256）=160 mm
按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算蝸輪模數(shù)m及蝸桿特性系數(shù)q
蝸桿傳動的設(shè)計(jì)公式為
（mm）
蝸桿傳動總效率可根據(jù)蝸桿頭數(shù)估取近似值。當(dāng)時(shí)，，估取傳動效率。
計(jì)算蝸輪工作轉(zhuǎn)矩：
工作情況系數(shù)，由表6－6查取
蝸桿傳動的材料彈性系數(shù)和齒面接觸疲勞基本許用應(yīng)力，可由表6－7根據(jù)蝸桿材料查取。
，
將以上數(shù)值代入蝸桿傳動設(shè)計(jì)公式得：
當(dāng)時(shí)，由表6－1相應(yīng)的，，則
按強(qiáng)度條件確定蝸桿軸經(jīng)和分度圓直徑
蝸桿軸的直徑可按扭矩強(qiáng)度計(jì)算：
取。蝸桿分度圓直徑可按經(jīng)驗(yàn)公式確定。
根據(jù)按強(qiáng)度條件估算的蝸桿分度圓直徑，表明：當(dāng)時(shí)不能滿足蝸桿扭矩強(qiáng)度的要求。修正值，按照表6－1取，與相近，合用。
計(jì)算蝸桿傳動的主要幾何尺寸（表6－4）中心距
蝸桿分度圓升角由表6－2根據(jù)蝸桿頭數(shù)和蝸桿特性系數(shù)值查?。?
分度圓直徑：
頂圓直徑：
根圓直徑：
蝸輪齒寬：
蝸桿螺旋部分長度： ，取。
求滑動速度及傳動效率。
根據(jù)，由表6－5插值取，可由式6－11計(jì)算出蝸桿傳動的嚙合摩擦損耗的效率：
在設(shè)計(jì)蝸桿傳動前，估取了蝸桿傳動總效率，當(dāng)蝸桿傳動主要尺寸及參數(shù)確定之后，近似取軸承效率攪油效率則總效率
顯然，蝸桿傳動總效率略大于估取值適用。
驗(yàn)算蝸輪齒面接觸應(yīng)力
蝸輪齒面接觸應(yīng)力：
（MPa）
式中：
－蝸桿傳動材料的彈性系數(shù)：
－蝸桿直徑校正值：
－蝸桿齒的形狀系數(shù)：由圖6－10，根據(jù)查?。?
－蝸輪中徑上的圓周力：
－蝸輪齒寬：
－蝸輪分度圓直徑：
－工作情況系數(shù)：
將以上系數(shù)分別代入求得蝸輪齒面接觸應(yīng)力為
蝸輪齒面接觸疲勞的安全系數(shù)為
式中：
－齒面接觸疲勞基本許用應(yīng)力：
－滑動速度系數(shù)，根據(jù)滑動速度由表6－8查?。?
－壽命系數(shù)，計(jì)算可求得：
－齒面接觸應(yīng)力：
－齒面接觸疲勞最小安全系數(shù)：一般取
因而有
安全。
驗(yàn)算蝸輪齒根最大彎曲應(yīng)力
蝸輪齒根最大彎曲應(yīng)力為
式中：
－蝸輪中徑上的最大圓周力為：
－蝸輪法面模數(shù)：
－蝸輪齒根弧長：
因而有
蝸輪最大的彎曲許用應(yīng)力由表6－9查?。?
（錫青銅）
因而有 ，安全。
熱平衡計(jì)算
粗估蝸桿傳動箱體尺寸：長，寬，高?？紤]箱體與空氣接觸面為前、后、左、右、上五個(gè)表面。箱體安裝基面與地基面接觸忽略不計(jì)。箱體散熱面積：
蝸桿傳動在工作條件下的油溫為
式中：
－空氣溫度，
－蝸桿輸入功率，
－蝸桿傳動總效率，
－散熱系數(shù)，
因而有
顯然，蝸桿傳動可維持熱平衡，合用。
2．熱平衡計(jì)算
由式 （8-10）得
（1）取as=15 W/（m2·℃）；
（2）取散熱面積A≈1.1m2；
（3）效率h=0.8。
=t-t0==36.36℃＜=60~70℃
故滿足熱平衡要求。
2.4 空軸的設(shè)計(jì)和電磁離合器的選擇
2.4.1 空軸的設(shè)計(jì)
在壓鑄機(jī)的設(shè)計(jì)中，因?yàn)橛泻軞饴返牟贾煤碗娖骶€路的布置，而這些線路都不能從外面進(jìn)入，只能從中間通向兩個(gè)機(jī)械手，所以中間的軸必須是空的，所以在這個(gè)設(shè)計(jì)中空軸主要考慮的是管路問題而不是通常的節(jié)省材料的問題，在這個(gè)設(shè)計(jì)中因?yàn)楣ぷ鞯妮d荷比較小，一般的設(shè)計(jì)就可以滿足強(qiáng)度和剛度的要求。在這個(gè)設(shè)計(jì)我在軸為f100的空軸。
2.4.2 電磁離合器的選擇
在這里選擇DLD系列電磁離合器，為無滑環(huán)、干式單片，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)迅速、壽命長久、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)。
電磁離合器的基本參數(shù)
名稱
額定動力矩(N、m)
80
結(jié)合時(shí)間 (ms)
200
斷開時(shí)間 (ms)
60
額定直流電壓(V)
24
額定功率(W)
35
最高轉(zhuǎn)速(rpm)
3000
單片電磁離合器屬于干式工作，安裝位置應(yīng)勿靠近帶有油污和潤滑油飛濺的地方，離合器可安裝在同軸或?qū)虞S上，當(dāng)安裝在對接軸上時(shí)，必須保證兩軸的同軸度，離合器安裝后，磁軛與動盤間不得發(fā)生摩擦，但間隙不要超過0.3～1.5。動盤與銜鐵的間隙δ應(yīng)保證規(guī)定尺寸。
在這里采用單片電磁離合器，主要是對動力和負(fù)載的綜合考慮，但是單片電磁離合器的控制電路也有比較復(fù)雜的電路，特別是要實(shí)現(xiàn)比較快的響應(yīng)時(shí)一，一定要接成比較保險(xiǎn)的特殊電路，下面就把電磁離合器的各種接法進(jìn)行簡單的介紹，在本設(shè)計(jì)中因?yàn)轫憫?yīng)速度要比較高，所以要采用特殊電路。而特殊電路要在基本的電路中在進(jìn)行擴(kuò)展。所以下面就把電磁離合器的電路都列表說明。
3 機(jī)械手部件的設(shè)計(jì)
機(jī)械手主要用導(dǎo)軌，氣缸，模具，各種支撐板構(gòu)成。在這個(gè)設(shè)計(jì)中采用成品的導(dǎo)軌，這樣可以縮短試制的過程，也加快了研發(fā)的速度。
本機(jī)械手主要用氣動實(shí)現(xiàn)，分為大的縱向移動臂，回轉(zhuǎn)手臂，橫向移動加緊機(jī)構(gòu)，小臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和卸件機(jī)構(gòu)。
圖3-1 機(jī)械手臂
3.1 上部移動導(dǎo)軌部件的設(shè)計(jì)
縱向的移動主要用氣缸和導(dǎo)軌來實(shí)現(xiàn)，由于縱向有重量，在氣缸縮回的時(shí)候有重力，所以必須用三位五通的換向閥，并且中位是鎖住，不能夠移動。這樣才能保證機(jī)械手不下滑。如下圖所示：
圖3-2 上部移動導(dǎo)軌部件
3.2 上部移動回轉(zhuǎn)部件的計(jì)算
下面是對中間的梁的計(jì)算。主要是校核以下此梁能否承受機(jī)械手的重量。
表3-1
1. 截面面積：S=BH+bh
2. 慣性矩：=
3. 抗彎截面模數(shù)：
4. 重心S到相應(yīng)邊的距離：=
5. 慣性半徑：i=
已知條件：
筋板尺寸 B = 1.5 cm
筋板尺寸 H = 5 cm
筋板尺寸 b = 1 cm
筋板尺寸 h = 1.5 cm
計(jì)算結(jié)果：
筋板截面I的面積 A = 9 cm^2
筋板截面I的慣性矩 Ix = 15.91 cm^4
抗彎截面模數(shù) Wx = 6.36 cm^3
筋板截面I的慣性半徑
ix = 1.33 cm
表3-2 力矩圖
==P,
==-Pa(1-a)，
=-，
=（3-4a）
已知條件：
簡支梁總長 l = 0.7 m
集中載荷 P = 200 N
彈性模量 E = 200 GPa
截面的軸慣性矩 I = 0.008 m^4
局部尺寸 a = 0.2 m
計(jì)算結(jié)果：
簡支梁的危險(xiǎn)截面B處的:
支座反力 Ra = 200 N
支座反力 Rb = 200 N
固定端反力矩 Ma = -3.57 N·m
固定端反力矩 Mb = -3.57 N·m
最大反力矩 Mmax = 11.43 N·m
最大剪力 Qc = 200 N
最大撓度 fmax = 2.708E-10 m
表3-3 強(qiáng)度校核
已知條件：
計(jì)算截面的扭矩Mw = 11.43 N·m
抗彎截面模數(shù) Wx1 = 0.000063 m^3
抗彎截面模數(shù) Wx2 = 0.000063 m^3
計(jì)算結(jié)果：
受拉一邊最大拉應(yīng)力
σl =0 .18 MPa < σs\Mpa=235
受壓一邊最大壓應(yīng)力
σy = 0.18 MPa < σs\Mpa=235
都能滿足強(qiáng)度要求。
3.3 直線導(dǎo)軌的選擇
圖3-4 直線導(dǎo)軌
滾動直線導(dǎo)軌副滾動直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成（見下 圖）。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊 ... 優(yōu)點(diǎn)·滾動直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉颍够?塊與導(dǎo)軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動摩擦阻力。
直線導(dǎo)軌由于采用了獨(dú)特的偏移哥特式溝槽，所以能根據(jù)使用目的和用途對槽進(jìn)行設(shè)計(jì)。
由于能夠精確測試軌道，所以能夠穩(wěn)定的生產(chǎn)高精度直線導(dǎo)軌和具有互換性的直線導(dǎo)軌。
利用這些技術(shù)生產(chǎn)的直線導(dǎo)軌具有以下特點(diǎn)：
（1）品種齊全，可以滿足各種用途的要求。
（2）高精度、高質(zhì)量
（3）高可靠性和長壽命
（4）通過開發(fā)可互換的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了短周期交貨
通過采用哥特式溝槽，即使在超高負(fù)載的情況下，也能將負(fù)載轉(zhuǎn)移到非接觸表面。為此，大幅度地提高了產(chǎn)品本身的耐沖擊性。
直線導(dǎo)軌的選用方法：
>>機(jī)械結(jié)構(gòu) >>導(dǎo)軌部安裝空間 >>安裝方式 >>行程長度 >>負(fù)載大小 >>速度 >>要求壽命、剛性、精度 >>使用頻度（負(fù)載循環(huán)） >>使用環(huán)境（在特殊環(huán)境下，首先要考慮材料、潤滑及表面處理等條件）
由于在此設(shè)計(jì)中導(dǎo)軌只有導(dǎo)向作用，沒有負(fù)重.所以不用較核承載能力。
3.4 回轉(zhuǎn)的大臂的設(shè)計(jì)
大的回轉(zhuǎn)手臂是用普通的氣缸通過鉸軸來實(shí)現(xiàn)的。如下圖所示：
圖3-5 回轉(zhuǎn)大臂
3.5 機(jī)械手夾緊部分的設(shè)計(jì)
夾緊的主要事用雙導(dǎo)軌和氣缸來實(shí)現(xiàn)。
圖3-7 導(dǎo)軌氣缸的正面
圖3-8 雙導(dǎo)軌
3.6 機(jī)械手小回轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì)
機(jī)械手小臂回轉(zhuǎn)主要是用擺動氣缸來實(shí)現(xiàn)的。
圖3-9 回轉(zhuǎn)小臂
3.7 機(jī)械手卸件機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在這個(gè)這設(shè)計(jì)中因?yàn)槟＞叩目臻g有限，所以采用了體積很小的螺紋氣缸來作為頂件氣缸，圖如下所示：
圖3-10 卸件機(jī)構(gòu)
4 氣動控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)
4.1 氣壓傳動的特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)中采用各關(guān)節(jié)均采用氣動驅(qū)動，采用氣動的原因主要有下面幾點(diǎn)：
4.1.1 氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn)
(1)工作介質(zhì)是空氣,與液壓油相比可節(jié)約能源,而且取之不盡,用之不竭.氣體不易堵塞流動通道,用之后可將其隨時(shí)排人大氣中,不污染環(huán)境;
(2)空氣的特性受溫度影響小.在高溫下能可靠地工作,不會發(fā)生燃燒或爆炸.且溫度變化時(shí),對空氣的粘度影響極小,故不會影響傳動性
(3)空氣的粘度很小(約為液壓油的萬分之一),所以流動阻力小,在管道中流動的壓力損失較小,所以便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送;
(4)相對液壓傳動而言,氣動動作迅速,反應(yīng)快,一般只需0.02～0.3s就可達(dá)到工作壓力和速度.液壓油在管路中流動速度一般為1～5m/s,而氣體的流速最小也大于10m/s,有時(shí)甚至達(dá)到音速,排氣時(shí)還達(dá)到超音速;
(5)氣體壓力具有較強(qiáng)的自保持能力,即使壓縮機(jī)停機(jī),關(guān)閉氣閥,但裝置中仍然可以維持一個(gè)穩(wěn)定的壓力.液壓系統(tǒng)要保持壓力,一般需要能源泵繼續(xù)工作或另加蓄能器,而氣體通過自身的膨脹性來維持承載缸的壓力不變;
(6)氣動元件可靠性高,壽命長.電氣元件可運(yùn)行百萬次,而氣動元件可運(yùn)行2000～4000萬次;
(7)工作環(huán)境適應(yīng)性好,特別是在易燃,易爆,多塵埃,強(qiáng)磁,輻射,振動等惡劣環(huán)境中,比液壓,電子,電氣傳動和控制優(yōu)越;
(8)氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單,成本低,維護(hù)方便,過載能自動保護(hù).
4.1.2 氣壓傳動的缺點(diǎn)
(1)由于空氣的可壓縮性較大,氣動裝置的動作穩(wěn)定性較差,外載變化時(shí),對工作速度的影響較大;
(2)由于工作壓力低,氣動裝置的輸出力或力矩受到限制.在結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下,氣壓傳動裝置比液壓傳動裝置輸出的力要小得多.氣壓傳動裝置的輸出力不宜大于10—40kN;
(3)氣動裝置中的信號傳動速度比光,電控制速度慢,所以不宜用于信號傳遞速度要求十分高的復(fù)雜線路中.
4.2 氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
在這個(gè)設(shè)計(jì)中有兩各機(jī)械手，要獨(dú)立進(jìn)行控制。下面是氣壓傳動系統(tǒng)圖：
圖4-1 氣壓傳動系統(tǒng)
4.3 氣壓傳動元件的選擇
設(shè)計(jì)中主要用的執(zhí)行和控制元件為：QGBQ系列系列輕型氣缸；兩位五通雙電控滑柱式換向閥，MB型葉片式擺動氣缸，卸件螺紋氣缸，氣源處理系統(tǒng)。
4.3.1 QGBQ系列系列輕型氣缸
特點(diǎn)：
1、ＱＧＢＱ系列氣缸，有標(biāo)準(zhǔn)型、帶開關(guān)型、帶閥型、帶閥帶開關(guān)型，均為單桿雙作用，兩側(cè)緩沖無給油的氣缸，還有三種形式的變型氣缸。
2、ＱＧＢＱ－Ｆ為帶閥型氣缸，由于缸閥一體化，節(jié)省接管時(shí)間和連接管道，所以安裝快速，維護(hù)操作方便，體積小，占用系統(tǒng)空間小。
雙電控帶閥氣缸為自己保持式，電磁換向閥有記憶作用，當(dāng)切斷電信號后，閥位不變，氣缸活塞位置保持不變，系統(tǒng)不受突然斷電的干擾。帶閥氣缸采用了小型低功率的電磁先導(dǎo)閥，線圈全塑包覆，安全可靠，密封良好。
3、ＱＧＢＱ－ＦＫ為帶閥帶開關(guān)型氣缸，它是帶閥型和帶開關(guān)型氣缸的組合。已構(gòu)成氣動自動控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化和復(fù)合集成化。
圖4-2 氣缸
基本技術(shù)參數(shù)
氣缸型號 QGBQ-FK（帶閥帶開關(guān)型）
氣缸內(nèi)徑D(?mm) 40 50
最大行程S(mm) 800 500
使用壓力范圍 0.05～0.8MPa 0.15～0.8MPa
使用溫度范圍 5～60°C 5耐壓性 1.2MPa
使用速度范圍 50～70mm/sec 50～500mm/sec
～50°C
使用介質(zhì) 空氣、干燥空氣
給油 不需要（也可給油）
螺紋等級 GB197-81 6g.6H
緩沖 兩側(cè)可調(diào)緩沖
行程長度允差（mm) S≤500mm ?40；?50：
緩沖行程(mm) 20
理論傳遞力(N)壓力為0.5MPa 推力 960 1519
拉力 774 1333
表4-1 開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)
型號
CK－J1A.CK-J1B
使用電壓范圍
AC.DC：24～220V
使用電流范圍
10～300mA
最在觸點(diǎn)容量
16W
漏電流
0
耐壓
1500V
指示燈
發(fā)光二級管（ON時(shí)亮）
動作時(shí)間
1msec以下
回復(fù)時(shí)間
1msec以下
耐沖擊
30G
絕緣電阻
≥1.5MΩ
適用氣缸品種
CK－J1：QGBQ32－50 CK－J1B：QGBQ63－100
使用溫度范圍
-10～+70°C（在不凍結(jié)條件下）
環(huán)境相對濕度
≤90%
適用負(fù)載
超小型繼電器、定序器、一般繼電器、電磁線圈、指示燈
4.3.2 QGAL系列螺紋氣缸的選擇
這個(gè)設(shè)計(jì)中采用螺紋氣缸主要是因?yàn)闄C(jī)械手卸件時(shí)的行程比較短，而且模具中的空間非常有限，所以就采用體積小的螺紋氣缸，并且容易安裝和使用，下面是螺紋氣缸的各個(gè)參數(shù)：
QGAL系列螺紋氣缸，有雙和單用式兩種。規(guī)格有Φ6、Φ10、Φ16。這是一種超小型氣缸，適合于機(jī)械裝置的小形化。
表4-2 基本技術(shù)參數(shù)
缸徑Φ（mm）
16
動作方式
雙作用
工作介質(zhì)
潔凈壓縮空氣
給油
不要（給油也可）
使用壓力范圍（MPa）
Φ16：0.1-0.7
Φ16：0.15-0.7
1.0
耐壓（MPa）
5-60
使用溫度范圍（℃）
無緩沖
緩沖
15
行程（mm）
理論作用力 單位：N
缸徑Φ（mm）
使用壓力（MPa）
0.8
16
推力 N
140.7
拉力 N
120.9
4.3.3 MB型葉片式擺動馬達(dá) ?
圖4-3 MB型葉片式擺動氣缸
MB型葉片式擺動馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率高，體積小，重量輕等特點(diǎn)。
主要性能參數(shù)
型號 MB-90-X80-T1
內(nèi)部容積(立方厘米) 133
內(nèi)徑(mm) 80
葉片數(shù) 2
擺動角度 90°±3°
擺動起點(diǎn) 45°(以過二氣口之間中點(diǎn)的中心線為0°線)
工作壓力1.0MPa時(shí)理論輸出扭矩(N·m) 85
最高使用頻率(次/分) 50(120)
最低工作壓力(MPa) 0.1
公稱壓力(MPa) 1.0
環(huán)境和介質(zhì)溫度(℃) 5～60
本設(shè)計(jì)中才采用 K35D2系列三位五通雙電控滑柱式換向閥，該系列閥是由兩個(gè)串通電磁先導(dǎo)閥和一個(gè)主閥組合而成。當(dāng)某一先導(dǎo)閥接受信號后，主閥相應(yīng)端的控制閥即換向、信號消除后閥芯自動復(fù)位導(dǎo)中間位置。該系列閥主要用做氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)有中間停頓狀態(tài)等場合的控制元件。按閥芯在中間位置時(shí)，各腔互不相通，A，B腔保壓。
技術(shù)參數(shù)表：
性能參數(shù)\型號規(guī)格 K35D2－10
工作介質(zhì) 壓縮空氣
工作壓力范圍(MPa) 0.2-0.8
環(huán)境介質(zhì)溫度(℃) 5-50
換向時(shí)間≤(S) 0.06
換向頻率≥(HZ) 8
泄漏量≤(cm3/min) 10
有效截面積≥(mm2) 10 20
電磁先導(dǎo)閥通徑(mm) 1.2
工作電壓(V) AC:220、36、50HZ； DC:24、12
電壓波動(%) +10－-15
耗電功率(W) AC:12; DC:6 AC:28 DC:10
耐久性≥(萬次） 200
4.4 氣源的處理和設(shè)計(jì)
氣源裝置及氣動輔助元件
1．氣源裝置
2．氣源凈化裝置：空氣過濾器、除油器、空氣干燥器、后冷卻器、儲氣罐
3．其它輔助元件：油霧器、消聲器、轉(zhuǎn)換器
氣源裝置是獲得壓縮空氣的裝置.其主體部分是空氣壓縮機(jī),它將原動機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能;
5 電氣控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)
自動壓鑄機(jī)早期的控制電器采用繼電器。如今都采用PLC控制，可根據(jù)意向進(jìn)行編程，許多繼電器難已實(shí)現(xiàn)的程序，它都能解決。另外其穩(wěn)定性也好，一般程序不會出問題。但壓鑄機(jī)工作環(huán)境較差，有時(shí)外界原因引起一些故障，通常是按鈕、行程開關(guān)、按線板等引起。故只要了解壓鑄機(jī)的程序與PLC的接口就能解決一般問題。機(jī)床的每一動作，就給PLC一個(gè)接口信號，每一個(gè)接口也就有一個(gè)號碼，每—號碼就是一個(gè)程序點(diǎn)，所以只要外部的元件正常，設(shè)備就基本正常。如果要快速檢查電器故障，則需要一個(gè)編程器，它就象一臺故障顯示器，能根據(jù)程序圖隨機(jī)檢查每一步信號。同時(shí)，根據(jù)梯型圖及信號很快了解故障原因。
5.1 電氣控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
本機(jī)械手是典型的邏輯順序控制機(jī)械，有較多的檢測元件，邏輯關(guān)系復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)動作難度較大。采用松下FP1 －C72構(gòu)成的遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)來完成控制方案，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：
上位機(jī)位機(jī)
PLC位機(jī)
輸入
輸出位機(jī)
圖5-1 電氣控制系統(tǒng)圖
本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)有如下功能：
(1)自動運(yùn)行；
(2)兩個(gè)機(jī)械手獨(dú)立自動運(yùn)行；
(3)兩個(gè)機(jī)械手均設(shè)有特殊急停按鈕。
控制系統(tǒng)由四個(gè)工位工作的完成情況來控制的。在本系統(tǒng)上電初始時(shí)，機(jī)械手先回原點(diǎn)，由于此時(shí)三個(gè)工位上都沒有工件，因此必須由上料口開始，機(jī)械手一個(gè)工位一個(gè)工位的前進(jìn)。當(dāng)上料完成后機(jī)械手就執(zhí)行程序，上完毛胚后轉(zhuǎn)到加熱爐進(jìn)行加熱，加熱完成之后卸件，卸件后冷卻模具，冷卻完成后進(jìn)入第二次的循環(huán)。如果模具有損壞或者有積屑可以到第五號位置進(jìn)行清理。
圖5-2 操作工序圖
本控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，使用軟件用梯形圖直接編程，并進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試和程序監(jiān)控。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試使本系統(tǒng)能夠符合現(xiàn)場的各種工作條件而且操作極為簡單，能夠?qū)收虾腿藶榈母蓴_進(jìn)行判斷，分析，實(shí)現(xiàn)簡單智能化功能。本程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，分工段可獨(dú)立操作完成本工段的工作，模塊之間井用連鎖和互鎖條件建立關(guān)系，全線自動或分段自動時(shí)信號可互相調(diào)用。
由五個(gè)工位工作的完成情況來控制的。在本系統(tǒng)上電初始時(shí)，機(jī)械手先回原點(diǎn)，由于此時(shí)三個(gè)工位上都沒有工件，因此必須由上料口開始，機(jī)械手一個(gè)工位一個(gè)工位的前進(jìn)。上完毛胚后轉(zhuǎn)到加熱爐進(jìn)行加熱，加熱完成之后卸件，卸件后冷卻模具，冷卻完成后進(jìn)入第二次的循環(huán)。每一步只有在上一步完成之后才能繼續(xù)往下進(jìn)行，并且兩個(gè)機(jī)械手不能相互碰撞干涉。機(jī)械手便不斷工作下去。
在這一段的程序設(shè)計(jì)中關(guān)鍵考慮這樣幾個(gè)問題：
1) PLC的電源只有當(dāng)工廠大修，或長時(shí)間不生產(chǎn)時(shí)才斷開，而在每班次結(jié)束或休息時(shí)只須在面板上實(shí)現(xiàn)軟關(guān)機(jī)，此時(shí)PLC仍為RUN狀態(tài)。機(jī)械手也同樣只須軟關(guān)機(jī)。因此機(jī)械手必須能夠區(qū)別是PLC斷電再開還是軟關(guān)機(jī)后再開。
2) 由于兩個(gè)機(jī)械手是由兩個(gè)獨(dú)立的子控系統(tǒng)控制的。只有當(dāng)機(jī)械兩個(gè)機(jī)械手不處于同一位置時(shí)才不會發(fā)生碰撞干涉，所以必須進(jìn)行檢測以防碰撞干涉產(chǎn)生破壞。必須兩個(gè)機(jī)械手進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
3) 由機(jī)械手連接起來的四個(gè)工位，每個(gè)工位執(zhí)行元件都是由電磁換向閥控制的氣缸完成的，所以在氣缸氣壓不足，機(jī)械限位松動以及其含意外故障都會影響本工位工作完成情況，拖延動作時(shí)間，它將導(dǎo)致時(shí)間延遲，產(chǎn)生預(yù)想不到的情況。因此在設(shè)計(jì)中可以節(jié)拍為依據(jù)，對每一個(gè)必須到位的氣缸均設(shè)時(shí)間監(jiān)測及故障報(bào)警，進(jìn)行編程控制。
5.2 電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
????該機(jī)電氣控制系統(tǒng)選用日本松下公司FP1—C-72型PLC作為控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)對兩個(gè)機(jī)械手各種控制元件的邏輯與時(shí)序控制，使設(shè)備整體運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了硬件線路少、故障率低的程序化控制。FX2N-128MR型PLC有64個(gè)輸入點(diǎn)和64個(gè)輸出點(diǎn)，體積小，只需占用較小的空間，維護(hù)方便，具有較高的可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)性，且能參照PLC上的輸入／輸出點(diǎn)指示，為在較短時(shí)間內(nèi)迅速查找、判斷故障提供了可能?？梢酝ㄟ^便攜式手編程器(FX-20P-E)或裝有FXES軟件包的便攜式計(jì)算機(jī)對PLC控制程序進(jìn)行讀、寫、查詢、修改、監(jiān)控等操作，而且該軟件包還有加密功能，可有效防止非法閱讀和修改軟件。
5.2.1 PLC控制系統(tǒng)的改進(jìn)
? 由于電氣控制系統(tǒng)采用可視人機(jī)界面，為了便于維護(hù)，在PLC梯形圖程序中采用邏輯控制方式，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，設(shè)置了生產(chǎn)多種不同規(guī)格模具的參數(shù)。采取這一方法，不需要用編程設(shè)備對PLC控制程序和參數(shù)進(jìn)行修改了。
5.2.2 PLC軟件編程
??PLC的控制程序和PLC梯形圖程序分別見圖3和圖4，軟件編程按此原則進(jìn)行。
??? 表5-1 輸入輸出表
輸入表
總開
X0
總關(guān)
X1
一號機(jī)械手
二號機(jī)械手
旋轉(zhuǎn)1位（上料）
X2
旋轉(zhuǎn)1位（上料）
X12
旋轉(zhuǎn)2位（加熱）
X3
旋轉(zhuǎn)2位（加熱）
X13
旋轉(zhuǎn)3位（卸件）
X4
旋轉(zhuǎn)3位（卸件）
X14
旋轉(zhuǎn)4位（冷模）
X5
旋轉(zhuǎn)4位（冷模）
X15
旋轉(zhuǎn)5位（清模）
X6
旋轉(zhuǎn)5位（清模）
X16
移動氣缸1位（縮）
X7
移動氣缸1位（縮）
X17
移動氣缸2位（中）
X8
移動氣缸2位（中）
X18
移動氣缸3位（伸）
X9
移動氣缸3位（伸）
X19
回轉(zhuǎn)氣缸1位（縮)
XA
回轉(zhuǎn)氣缸1位（縮)
X1A
回轉(zhuǎn)氣缸2位（伸）
XB
回轉(zhuǎn)氣缸2位（伸）
X1B
夾緊氣缸1位（縮)
XC
夾緊氣缸1位（縮)
X1C
夾緊氣缸2位（伸）
XD
夾緊氣缸2位（伸）
X1D
左臂擺動氣缸1位（水平）
XE
左臂擺動氣缸1位（水平）
X1E
左臂擺動氣缸2位（垂直）
XF
左臂擺動氣缸2位（垂直）
X1F
右臂擺動氣缸1位（水平）
X10
右臂擺動氣缸1位（水平）
X20
右臂擺動氣缸2位（垂直）
X11
右臂擺動氣缸2位（垂直）
X21
輸出表
電機(jī)正轉(zhuǎn)
Y0
裝件平臺伸
Y16
電機(jī)反轉(zhuǎn)
Y1
裝件平臺縮
Y17
一號機(jī)械手
二號機(jī)械手
移動氣缸閥伸
Y2
移動氣缸閥伸
YC
移動氣缸閥縮
Y3
移動氣缸閥縮
YD
回轉(zhuǎn)氣缸閥伸
Y4
回轉(zhuǎn)氣缸閥伸
YE
回轉(zhuǎn)氣缸閥縮
Y5
回轉(zhuǎn)氣缸閥縮
YF
夾緊氣缸閥伸
Y6
夾緊氣缸閥伸
Y10
夾緊氣缸閥縮
Y7
夾緊氣缸閥縮
Y11
左臂擺動氣缸1位（水平）
Y8
左臂擺動氣缸1位（水平）
Y12
左臂擺動氣缸2位（垂直）
Y9
左臂擺動氣缸2位（垂直）
Y13
右臂擺動氣缸1位（水平）
YA
右臂擺動氣缸1位（水平）
Y14
右臂擺動氣缸2位（垂直）
YB
右臂擺動氣缸2位（垂直）
Y15
卸件氣缸 （伸）
Y19
卸件氣缸 （伸）
Y1B
卸件氣缸 （縮）
Y1A
卸件氣缸 （縮）
Y1C
感應(yīng)加熱爐
Y18
5.2.3 PLC的接線圖
圖5-4 電氣控制圖
5.2.3 梯形圖
圖5-5 1號機(jī)械手梯形圖
圖5-6 2號機(jī)械手梯形圖
5.2.5 梯形圖語句表
梯形圖語句表如下：
表5-2
0
ST
X0
1
OR
R0
2
AN
X1
3
OT
R0
4
ST
R0
5
AN
X2
6
AN/
X12
7
AN/
X9
8
AN/
XB
9
AN/
XD
10
AN/
Y2
11
AN/
Y4
12
AN/
Y6
13
AN/
Y8
14
AN/
YA
15
TMX
0
16
K
2
17
ST
R0
18
AN
T1
19
AN
X2
20
AN/
X12
21
AN/
X16
22
AN/
X13
23
OT
Y7
24
ST
R0
25
AN
T1
26
AN
X2
27
AN
X12
28
AN/
X16
29
AN/
Y7
30
AN
XC
31
AN/
X3
32
OT
Y3
33
OT
Y5
34
OT
Y0
35
ST
R0
36
AN
X3
37
OT
Y18
38
TMX
1
39
K
8
40
ST
R0
41
AN
T1
42
AN/
X4
43
AN/
X14
44
OT
Y0
45
ST
R0
46
AN/
Y0
47
AN
X4
48
AN/
X8
49
OT
Y2
50
ST
R0
51
AN/
Y2
52
AN
X8
53
AN/
XD
54
OT
Y6
55
ST
R0
56
AN/
Y6
57
AN
X8
58
AN/
T2
59
OT
Y19
60
TMX
2
61
K
1
62
ST
R0
63
AN
T2
64
AN/
Y19
65
OT
Y1A
66
AN/
T3
67
OT
Y16
68
TMX
3
69
K
1
70
ST
R0
71
AN
T3
72
AN/
T4
73
OT
Y17
74
TMX
4
75
K
1
76
ST
R0
77
AN/
Y1A
78
OT
Y0
79
OT
Y2
80
OT
Y9
81
OT
YB
82
ST
R0
83
AN
X5
84
AN/
Y0
85
AN/
Y2
86
AN/
Y9
87
AN/
YB
88
AN
X9
89
AN
XB
90
AN
XD
91
AN
XF
92
AN
X11
93
TMX
5
94
K
1
95
ST
R0
96
AN
T5
97
OT
Y0
98
OT
Y3
99
OT
Y4
100
OT
Y8
101
OT
YA
102
103
ST
X0
104
OR
R0
105
AN
X1
106
OT
R0
107
ST
R0
108
AN
X12
109
AN/
X2
110
AN/
X19
111
AN/
X1B
112
AN/
X1D
113
AN/
YC
114
AN/
YE
115
AN/
Y10
116
AN/
Y12
117
AN/
Y14
118
TMX
5
119
K
2
120
ST
R0
121
AN
T5
122
AN
X12
123
AN/
X2
124
AN/
X6
125
AN/
X3
126
OT
Y11
127
ST
R0
128
AN
T5
129
AN
X12
130
AN
X2
131
AN/
X6
132
AN/
Y11
133
AN
X1C
134
AN/
X13
135
OT
YD
136
OT
YF
137
OT
Y0
138
ST
R0
139
AN
X13
140
OT
Y18
141
TMX
6
142
K
8
143
ST
R0
144
AN
T6
145
AN/
X14
146
AN/
X4
147
OT
Y0
148
ST
R0
149
AN/
Y0
150
AN
X14
151
AN/
X18
152
OT
YC
153
ST
R0
154
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