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數(shù)控車床三孔承壓螺母自動上下料裝置，簡易設(shè)計如圖所示
1. 采用氣缸推送，實現(xiàn)自動上下料，具體結(jié)構(gòu)可參考附帶視頻與產(chǎn)品方案。附帶加工零件尺寸。
2.
自動上料裝置僅僅負責工序二即可。
3. 氣缸向左推動送料機構(gòu),
推送到液壓夾頭,同時
尾座頂往前頂出,將工件推送到液壓夾頭,液壓夾頭動裝夾工件,實現(xiàn)自動下料.
此部分簡單的PLC控制電路即可完成。同樣可參考視頻。
1、 說明書按上一年畢業(yè)設(shè)計要求來寫。
2、 各個公式注明參考文獻，最后把參考文獻也發(fā)給我一份（只發(fā)有電子版的）。
最后出圖總裝圖一張，機械部分裝配圖一張，PLC控制電路裝配圖一張，還有各個非標準件零件圖若干，加一起3張A0。
兩萬字以上說明書一份 查重20%
大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計）
寧XX大學
畢業(yè)設(shè)計(論文)
三孔承壓螺母自動上下料裝置設(shè)計
分 院：
專 業(yè)：
班 級：
姓 名：
學 號：
指導教師：
年 月
摘 要
本文介紹的三孔承壓螺母自動上下料裝置設(shè)計由氣缸推動機構(gòu)送料、精確定位，微動開關(guān)將位置信號傳給PLC主機；位置信號由接近開關(guān)反饋給PLC主機，通過氣缸控制工件的行程，從而實現(xiàn)上下料裝置精確運動的功能。本課題擬開發(fā)的上下料裝置可在空動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。
本文在縱觀了近年來自動上下料裝置發(fā)展狀況的基礎(chǔ)上，結(jié)合自動上下料裝置方面的設(shè)計，對機自動上下料裝置技術(shù)進行了系統(tǒng)的分析，提出了用驅(qū)動和PLC控制的設(shè)計方案。采用整體化的設(shè)計思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點并進行互補優(yōu)化。對自動上下料裝置的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了分析和設(shè)計。
通過以上部分的工作，得出了經(jīng)濟型、實用型、高可靠型自動上下料裝置的設(shè)計方案，對其他經(jīng)濟型PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計也有一定的借鑒價值。
關(guān)鍵詞: 自動上下料裝置，交流電機,可編程控制器（PLC），自動化控制。
Abstract
This paper introduces three bearing nut automatic feeding device designed by the cylinder pushing device feeding, precise positioning, micro switch position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback to PLC host, through the control of a cylinder workpiece stroke, so as to realize the material precise motion device under the function. The topics to be developed by the loading and unloading device in flexible, can replace manual work in high temperature and the dangerous operation area, and may at any time change the relevant parameters according to the work piece change and the movement flow requirements.
Based on the automatic loading and unloading device in recent years throughout the development of the design, combined with automatic feeding device, analyzes systematically the machine automatic technology under the feeding device, the design scheme for drive and PLC control. The design method of integrated, fully considering the characteristics of soft, hardware and complementary optimization. On the overall structure, mechanical hand execution structure, driving system and control system analysis and design.
Through the work above, the design scheme of economical, practical, high reliability model of mechanical hand, also has certain reference value for the design of control system of other economic PLC.
Key words: automatic feeding device, AC motor, programmable logic controller (PLC), automatic control.
manipulator ；AC motor ； programmable logic controller (PLC)； automatic control；sorting material
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
目 錄 4
第一章 緒論 7
1.1 研究的目的及意義 7
1.2 自動上下料裝置在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 7
1.3 主要研究的內(nèi)容 8
1.4 解決的關(guān)鍵問題 8
第二章 總體方案設(shè)計 9
2.1 自動上下料裝置工程概述 9
2.2 工業(yè)自動上下料裝置總體設(shè)計方案論述 10
2.3 自動上下料裝置機械傳動原理 11
2.4 自動上下料裝置總體方案設(shè)計 11
2.5 本章小結(jié) 13
第3章 三孔承壓螺母自動上下料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 14
3.1供料機構(gòu)的任務基本組成及設(shè)計要求 14
3.2 工作原理介紹 15
3.3機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 15
3.3.1 排序原理 15
3.3.2總體布局示意圖 16
3.3.3滾動軌道的設(shè)計 16
3.3.4 推動氣缸的軌道及輸料槽設(shè)計 17
3.4本章小結(jié) 18
第4章 送料氣缸選型 19
4.1送料機構(gòu)的要求 19
4.2 氣缸的確定 19
4.2.1 氣缸缸徑的計算 19
4.2.2活塞寬度的確定 20
4.2.3 缸體長度的確定 20
4.2.4缸筒壁厚的計算 20
4.2.5 活塞桿強度和氣缸穩(wěn)定性計算 21
4.2.6缸筒壁厚的驗算 23
4.2.7 缸筒的加工要求 25
4.2.8法蘭設(shè)計 25
4.2.9 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強度計算 26
4.2.10密封件的選用 28
4.3氣缸的選型 30
4.4 送料氣缸型號確定 31
4.5 導向裝置 31
4.6 平衡裝置 32
第五章 PLC控制系統(tǒng)的分析設(shè)計 34
5.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 34
5.2 控制系統(tǒng)的性能要求 34
5.3 傳感器的選擇 35
5.3.1 位置檢測裝置 35
4.3.2 傳感器 35
5.4 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 36
5.5 自動上下料裝置驅(qū)動系統(tǒng)的控制設(shè)計 37
5.6 元件選取及工作原理 37
5.6.1 氣源裝置 38
5.6.2 氣缸輸出直線往復式 38
5.7 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理 38
5.7.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 38
5.7.2 PLC種類及型號選擇 40
5.8 控制原理圖的介紹說明 40
總結(jié)與展望 42
參考文獻 43
致謝 45
第一章 緒論
1.1 研究的目的及意義
自動上下料裝置作為前沿的產(chǎn)品應自動化設(shè)備更新時的需要，可以大量代替單調(diào)往復或高精度需求的工作，在先進制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色?？梢园徇\貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動。能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護人身安全，可以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化可以廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。
工業(yè)自動上下料裝置是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)自動上下料裝置是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。
本課題試圖開發(fā)PLC對自動上下料裝置的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)Σ煌伾奈锪习搭A先設(shè)定的程序進行分揀，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性生產(chǎn)線。采用PLC控制，是一種預先設(shè)定的程序進行的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時需要對自動上下料裝置進行新的分配任務時，可以允許方便的改動或重新設(shè)計其新部件，而對于位置改變時，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費用。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計。
1.2 自動上下料裝置在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
目前，國際上的自動上下料裝置公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奧地利的工GM公司。
自動上下料裝置延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。自動上下料裝置最早應用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。目前主要應用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)自動上下料裝置與數(shù)控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計算機集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，自動上下料裝置的應用領(lǐng)域日益擴大。
1.3 主要研究的內(nèi)容
隨著自動上下料裝置技術(shù)的飛速發(fā)展和自動上下料裝置應用領(lǐng)域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其成本低、可開發(fā)經(jīng)濟性強。本論文主要研究自動上下料裝置以下幾個方面的內(nèi)容：
要求獨立完成工業(yè)自動上下料裝置PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。
位置可用不接觸式或接觸式行程開關(guān)，自動上下料裝置與夾緊都用氣缸傳力，氣閥可以選中間位停止的，雖然較貴，PLC選用三菱）處裝有擋板使定位精確。
1.4 解決的關(guān)鍵問題
1 自動上下料裝置的控制系統(tǒng)
2 元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達形式。
3 傳感器的類型選擇。
第二章 總體方案設(shè)計
2.1 自動上下料裝置工程概述
自動上下料裝置工程是一門跨學科的綜合性技術(shù)，它涉及到力學、機構(gòu)學、機械設(shè)計、氣動液壓技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)等學科領(lǐng)域。人們將已有學科分支中的知識有效地組合起來用以解決綜合性的工程問題的技術(shù)稱之為“系統(tǒng)工程學”。以自動上下料裝置設(shè)計為例，系統(tǒng)工程學認為，應當將其作為一個系統(tǒng)來研究、開發(fā)和運用，從自動上下料裝置的整體出發(fā)來研究其系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分之間的有機聯(lián)系和系統(tǒng)外部環(huán)境的相互關(guān)系的一種綜合性的設(shè)計方法。
從系統(tǒng)功能的觀點來看，將一部復雜的機器看成是一個系統(tǒng)，它由若干個子系統(tǒng)按一定規(guī)律有機地聯(lián)系在一起，是一個不可分的整體。如果將系統(tǒng)拆開、則將失去作為一個整體的特定功能。因此，在設(shè)計一部較復雜的機器時，從機器系統(tǒng)的概念出發(fā)，這個系統(tǒng)應具有如下特性：
（1） 整體性 由若干個不同性能的子系統(tǒng)構(gòu)成的一個總的機械系統(tǒng)應具有作為一個整體的特定功能。
（2） 相關(guān)性 系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間有機聯(lián)系、有機作用，具有某種相互關(guān)聯(lián)的特性。
（3） 目的性 每個系統(tǒng)都應有明確的目的和功能，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的組合方式?jīng)Q定于系統(tǒng)的目的和功能。
（4） 環(huán)境適應性 任何一個系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境中，必須能適應外部環(huán)境的變化。
因此，在進行自動上下料裝置設(shè)計時，不僅要重視組成自動上下料裝置系統(tǒng)的各個部件、零件的設(shè)計，更應該按照系統(tǒng)工程學的觀點，根據(jù)自動上下料裝置的功能要求，將組成自動上下料裝置系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)部件、零件合理地組合，設(shè)計出性能優(yōu)良適于工作需要的自動上下料裝置產(chǎn)品。在比較復雜的工業(yè)自動上下料裝置系統(tǒng)中大致包括如下:操作機，它是完成自動上下料裝置工作任務的主體，包括機座、手臂、手腕、末端執(zhí)行器和機構(gòu)等。驅(qū)動系統(tǒng)，它包括作為動力源的驅(qū)動器，驅(qū)動單元，伺服驅(qū)動系統(tǒng)由各種傳動零、部件組成的傳動系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)，它主要包括具有運算、存儲功能的電子控制裝置（計算機或其他可編程編輯控制裝置），人——機接口裝置（鍵盤、示教盒等），各種傳感器的信息放大、傳輸和處理裝置，傳感器、離線編程、設(shè)備的輸入/輸出通訊接口，內(nèi)部和外部傳感器以及其他通用或?qū)Ｓ玫耐鈬O(shè)備。
工業(yè)自動上下料裝置的特點在于它在功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性，因而工業(yè)自動上下料裝置能有效地應用于柔性制造系統(tǒng)中來完成傳送零件或材料，進行裝配或其他操作。在柔性制造系統(tǒng)中，基本工藝設(shè)備（如數(shù)控機床、鍛壓、焊接、裝配等生產(chǎn)設(shè)備）、輔助生產(chǎn)設(shè)備、控制裝置和工業(yè)自動上下料裝置等一起形成了各種不同形式地工業(yè)自動上下料裝置技術(shù)綜合體地工業(yè)自動上下料裝置系統(tǒng)。在其他非制造業(yè)地生產(chǎn)部門，如建筑、采礦、交通運輸?shù)壬a(chǎn)領(lǐng)域引用自動上下料裝置系統(tǒng)亦是如此。
2.2 工業(yè)自動上下料裝置總體設(shè)計方案論述
（一） 確定負載
目前，國內(nèi)外使用的工業(yè)自動上下料裝置中，負載能力的范圍很大，最小的額定負載在5N以下，最大可達9000N。負載大小的確定主要是考慮沿自動上下料裝置各運動方向作用于機械接口處的力和扭矩。其中應包括自動上下料裝置末端執(zhí)行器的重量、抓取工件或作業(yè)對象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力等。由本次設(shè)計給的設(shè)計參數(shù)可初估本次設(shè)計屬于小負載。
（二） 驅(qū)動方式
由于伺服電機具有控制性能好，控制靈活性強，可實現(xiàn)速度、位置的精確控制，對環(huán)境沒有影響，體積小，效率高，適用于運動控制要求嚴格的中、小型自動上下料裝置等特點，故本次設(shè)計采用了伺服電機驅(qū)動
（三）傳動系統(tǒng)設(shè)計
自動上下料裝置傳動裝置中應盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量和體積小，在傳動鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高自動上下料裝置的運動和位置控制精度。在自動上下料裝置中常采用的機械傳動機構(gòu)有齒輪傳動、蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動、同步齒形帶傳動、鏈傳動、行星齒輪傳動、諧波齒輪傳動和鋼帶傳動等，由于齒輪傳動具有效率高，傳動比準確，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長等優(yōu)點，且大學學習掌握的比較扎實，故本次設(shè)計選用齒輪傳動。
（四）工作范圍
工業(yè)自動上下料裝置的工作范圍是根據(jù)工業(yè)自動上下料裝置作業(yè)過程中操作范圍和運動軌跡來確定，用工作空間來表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響自動上下料裝置的機械結(jié)構(gòu)坐標形式、自由度數(shù)和操作機各手臂關(guān)節(jié)軸線的長度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動范圍的選擇
（五） 運動速度
自動上下料裝置操作機手臂的各個動作的最大行程確定后，按照循環(huán)時間安排確定每個動作的時間，就能進一步確定各動作的運動速度，用m/s或（°）/s表示，各動作的時間分配要考慮多方面的因素，例如總的循環(huán)時間的長短，各動作之間順序是依序進行還是同時進行等。應試做各動作時間的分配方案表，進行比較，分配動作時間除考慮工藝動作的要求外，還應考慮慣性和行程的大小，驅(qū)動和控制方式、定位方式和精度等要求。
2.3 自動上下料裝置機械傳動原理
本課題設(shè)計的是一種小經(jīng)濟型裝配自動上下料裝置。該自動上下料裝置為多關(guān)節(jié)型，具有六個自由度。采用伺服電機驅(qū)動，因此控制簡單，編程操作方便。機身采用薄壁整體鑄件，這樣可以使結(jié)構(gòu)輕巧，使用靈活。內(nèi)部鑄件既作為內(nèi)部齒輪安裝殼體與軸的支撐座，又作為承力骨架，這樣不僅節(jié)省材料，減少加工量，又使整體減少質(zhì)量［5］。
2.4 自動上下料裝置總體方案設(shè)計
工業(yè)自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標結(jié)構(gòu)，圓柱坐標結(jié)構(gòu)，球坐標結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應的特點，分別介紹如下[3]。
(1) 直角坐標自動上下料裝置結(jié)構(gòu)
直角坐標自動上下料裝置的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的但是，這種直角坐標自動上下料裝置的運動空間相對自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。
直角坐標自動上下料裝置的工作空間為一空間長方體。直角坐標自動上下料裝置主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)，直角坐標自動上下料裝置有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。
(2) 圓柱坐標自動上下料裝置結(jié)構(gòu)
圓柱坐標自動上下料裝置的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，這種自動上下料裝置構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。
(3) 球坐標自動上下料裝置結(jié)構(gòu)
球坐標自動上下料裝置的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的
(4) 關(guān)節(jié)型自動上下料裝置結(jié)構(gòu)
關(guān)節(jié)型自動上下料裝置的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，如圖2-1(d)。關(guān)節(jié)型自動上下料裝置動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對自動上下料裝置本體尺寸，其工作空間比較大。此種自動上下料裝置在工業(yè)中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的自動上下料裝置。
具體到本設(shè)計，因為設(shè)計要求搬運的加工工件的質(zhì)量達5KG，同時考慮到數(shù)控機床布局的具體形式及對自動上下料裝置的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該自動上下料裝置手臂運動范圍大,且有較高的定位準確度。
如圖:工件由導軌從上至下滾入送料機構(gòu),某一個工件滾到送料機構(gòu)時, 氣缸向左推動送料機構(gòu),推送到液壓夾頭,同時尾座頂往前頂出,將工件推送到液壓夾頭,液壓夾頭動裝夾工件,實現(xiàn)自動下料.
2.5 本章小結(jié)
本章主要完成對自動上下料裝置整體方案的一個分析和設(shè)計,通過多種方案的選擇來確定最終要確定的方案. 確定了自動上下料裝置的總體設(shè)計方案后，就要針對自動上下料裝置的各個部分進行詳細設(shè)計。
第3章 三孔承壓螺母自動上下料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1供料機構(gòu)的任務基本組成及設(shè)計要求
供料機構(gòu)的任務是把待加工的物品（工件）從存料器（料箱）中分離出來，按照自動機的加工要求，定量、定時、定向地送到加工位置。
供料機構(gòu)主要由四大部分（機構(gòu)、裝置）組成。
(1) 定時裝置
定時裝置主要是按照自動機生產(chǎn)節(jié)拍，使供料機構(gòu)定時工作，準時供料。在定
時裝置設(shè)計中，主要解決工件送料與自動機加工節(jié)奏協(xié)調(diào)一致問題。一般由供料機構(gòu)與相關(guān)的其它機構(gòu)之間的運動鏈來保證，所以供料機構(gòu)的運動循環(huán)必須與自動機工作循環(huán)相協(xié)調(diào)。也可以采用獨立驅(qū)動的供料機構(gòu)，例如電磁振動供料器、供送料機械手，但要由控制系統(tǒng)或設(shè)計諸如閘門等隔離裝置，使供料機構(gòu)停止或送料。
(2) 定量裝置
定量裝置是根據(jù)自動機加工工藝的要求，在每一個工作循環(huán)送出規(guī)定數(shù)量的工
件。定量可以分為量（如重量、體積）和數(shù)（如件、個），例如酒類、洗衣粉等物料主要是定量，螺釘、香皂、工件等主要是定數(shù)，成卷的塑料帶、薄鐵皮、細鋼棒等物料則是定長度。設(shè)計時根據(jù)供送物料的形、性態(tài)等來確定。定量裝置往往需要隔離裝置、計數(shù)機構(gòu)等來配合。
（3）定向裝置
保證工件按照工藝加工的方位要求送出。定向送料在單件物品加工中是一個關(guān)
鍵問題。定向機構(gòu)一般與糾正、剔除機構(gòu)等配合工作。
（4）其它裝置
例如，定位裝置、隔離裝置、卷料的矯直機構(gòu)、帶狀料的糾偏調(diào)位機構(gòu)不符合要求工件的剔除機構(gòu)、缺料檢測機構(gòu)、計數(shù)機構(gòu)等等。
定位在自動機設(shè)計中也是一個比較重要的問題，送料不到位或有偏差都會影響自動機的正常工作。在設(shè)計中，可把定位裝置歸到工藝執(zhí)行機構(gòu)中，也可歸到供料機構(gòu)中。
任何供料機構(gòu)必須具有定時定量裝置，而定向和定量裝置，而定向和其他裝置可根據(jù)工件及加工要求設(shè)置。
供料機構(gòu)是自動機、自動線中的主要工作機構(gòu)之一，其性能優(yōu)劣及自動化程度直接影響到自動機的生產(chǎn)率、加工質(zhì)量及其勞動條件。因此，對供料機構(gòu)有如下的一些要求：
1） 根據(jù)自動機的生產(chǎn)節(jié)拍及工位位置，快速、準確、可靠地將工件送到位；
2） 供料過程平穩(wěn)、無沖擊，不能損傷工件；
3） 適應性強，調(diào)整方便；
4） 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。
3.2 工作原理介紹
振動盤是一種自動組裝機械的輔助設(shè)備，能把各種產(chǎn)品有序排出來，它可以配合自動組裝設(shè)備一起將產(chǎn)品各個部位組裝起來成為完整的一個產(chǎn)品。
自動送料振動盤是一種自動定向排序的送料設(shè)備,是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準確地輸送到下道工序,有個脈沖電磁鐵，可以使料斗垂直方向振動，由于彈簧片的傾斜，使料斗繞其垂直軸做扭擺振動。
振動盤的工作原理：
振動盤料斗下面有個脈沖電磁鐵，可以使料斗作垂直方向振動，由傾斜的彈簧片帶動料斗繞其垂直軸做扭擺振動。料斗內(nèi)零件，由于受到這種振動，而沿螺旋軌道上升，直到送到出料口。 其工作目的是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準確地輸送到下道工序。
振動盤的應用行業(yè)：
振動盤廣泛應用于電子、五金、塑膠、醫(yī)藥、食品、玩具、文具、日常用品的制造等各個行業(yè)，是解決工業(yè)自動化設(shè)備供料的必須設(shè)備。振動盤除滿足產(chǎn)品的定向排序外還可用于分選、檢測、計數(shù)包裝等，是一種現(xiàn)代化高科技產(chǎn)品。
3.2機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計
3.3.1 排序原理
待測工件由振動盤自動排序進料，排好順序的工件由進料氣缸控制，待I區(qū)發(fā)出指令給進料氣缸，此時進料氣缸的活塞桿推動待測工件到達I區(qū)。經(jīng)過，如果工件不合格，由出料氣缸1的活塞桿將工件內(nèi)圈推到廢品箱里，此時擋板I壓縮彈簧并打開，工件被推出，彈簧復位，擋板I關(guān)閉。如果工件合格，由撥料氣缸帶動滑動氣缸的撥桿使工件運動到II區(qū)（此時進料氣缸動作，推動第二個待測工件到達I區(qū)），
3.3.2總體布局示意圖
總體布局示意圖如圖9所示：
圖2.3 示意圖
3.3.3滾動軌道的設(shè)計
1 軌道材料的選擇
軌道材料應選擇耐磨性較高的材料。一般導軌選擇HT200，是一種經(jīng)濟耐磨的材料。
2 軌道的基本尺寸
圖2.4 軌道結(jié)構(gòu)
3.3.4 推動氣缸的軌道及輸料槽設(shè)計
由于撥桿要從軌道上縮回,并隨著推動氣缸在兩個區(qū)間移動,所以推動氣缸整體上要能夠隨著推動氣缸而滑動。
滑動氣缸的軌道材料選擇HT200，其平面結(jié)構(gòu)圖如圖所示：
圖2.5 推動氣缸軌道
輸料槽結(jié)構(gòu)簡圖：
3.4本章小結(jié)
本章主要對工件自選機構(gòu)進行深入的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以一種常見的工件為例子來進行詳細的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析與計算。
第4章 送料氣缸選型
對氣動送料機構(gòu)的基本要求是能快速、準確地拾-放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設(shè)計氣動機械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求;盡量選用定型的標準組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計的機械手是通用氣動上下料機械手（如圖2-1所示），是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設(shè)備，動作強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場合。
4.1送料機構(gòu)的要求
1.保證工件準確定位
為使和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。
2.具有足夠的強度和剛度
除受到被夾持工件的反作用力外，還受到在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，當應盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使的中心在回轉(zhuǎn)軸線上，以使扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。
3.考慮被抓取對象的要求
根據(jù)工作需要，通過比較，由于工件為圓柱形，故形狀設(shè)計成V型。
4.2 氣缸的確定
4.2.1 氣缸缸徑的計算
內(nèi)徑D可按下列公式初步計算：
氣缸的負載為推力
式（3-1）
式中 —氣缸實際使用推力15000（N）；
—氣缸的負載效率，一般取0.5～07；
—氣缸的總效率，一般取=07～09；計算=0.8；
—氣缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力（MPa）
本次設(shè)計中氣缸已知系統(tǒng)壓力=7MPa；
根據(jù)式（3-1）得到內(nèi)徑：=49.3mm
查缸筒內(nèi)徑系列/mm(GB/T 2348-1993)可以取為50mm。
活塞桿外徑：
表3-1 活塞桿直徑系列
活塞桿直徑系列/mm
(GB/T 2348-1993)
4、5、6、8、10、12、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360
所以取d=45mm
4.2.2活塞寬度的確定
活塞的寬度一般取=（0.6-1.0）
即=（0.6-1.0）×50=（30-50）mm
取=35mm
4.2.3 缸體長度的確定
氣缸缸體內(nèi)部的長度應等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般氣缸缸體的長度不應大于缸體內(nèi)徑的20-30倍。
即：缸體內(nèi)部長度233mm
4.2.4缸筒壁厚的計算
在中、低壓系統(tǒng)中，氣缸的壁厚基本上由結(jié)構(gòu)和工藝上的要求確定，壁厚通常都能滿足強度要求，一般不需要計算。但是，當氣缸的工作壓力較高和缸筒內(nèi)徑較大時，必須進行強度校核。
當時，稱為薄壁缸筒，按材料力學薄壁圓筒公式計算，計算公式為
式（3-2）
式中，—缸筒內(nèi)最高壓力；
—缸筒材料的許用壓力。=, 為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù)，當時，一般取。
當時,按式（3-3）計算
(該設(shè)計采用無縫鋼管) 式（3-3）
根據(jù)缸徑查手冊預取=30
此時
最高允許壓力一般是額定壓力的1.5倍，根據(jù)給定參數(shù)，所以：
=71.5=10.5MP
[]=100～110（無縫鋼管），取[]=100，其壁厚按公式（3-3）計算為
滿足要求，就取壁厚為6mm。
4.2.5 活塞桿強度和氣缸穩(wěn)定性計算
A.活塞桿強度計算
活塞桿的直徑按下式進行校核
式中，為活塞桿上的作用力；
為活塞桿材料的許用應力，=,n一般取1.40。
滿足要求
B.氣缸穩(wěn)定性計算
活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞氣缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及氣缸的安裝方式等因素有關(guān)。若活塞桿的長徑比且桿件承受壓負載時，則必須進行氣缸穩(wěn)定性校核?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式進行
式中，為安全系數(shù)，一般取=2~4。
a.當活塞桿的細長比時
b.當活塞桿的細長比時
式中，為安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)，見表1；為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；為柔性系數(shù)，其值見表3-2； 為由氣缸支撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表1；為活塞桿材料的彈性模量，對鋼取；為活塞桿橫截面慣性矩；為活塞桿橫截面積；為由材料強度決定的實驗值，為系數(shù)，具體數(shù)值見表3-3。
表3-2氣缸支承方式和末端系數(shù)的值
支承方式
支承說明
末端系數(shù)
一端自由一端固定
1/4
兩端鉸接
1
一端鉸接一端固定
2
兩端固定
4
表3-3 、、的值
材料
鑄鐵
5.6
1/1600
80
鍛鐵
2.5
1/9000
110
鋼
4.9
1/5000
85
c.當時,缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進行校核。
此設(shè)計安裝方式中間固定的方式，此缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進行穩(wěn)定性校核。
4.2.6缸筒壁厚的驗算
下面從以下三個方面進行缸筒壁厚的驗算：
A氣缸的額定壓力值應低于一定的極限值，保證工作安全：
式（3-4）
根據(jù)式（3-4）得到：
顯然，額定油壓==7MP，滿足條件；
B為了避免缸筒在工作時發(fā)生塑性變形，氣缸的額定壓力值應與塑性變形壓力有一定的比例范圍：
式（3-5）
式（3-6）
先根據(jù)式（3-6）得到：
=41.21
再將得到結(jié)果帶入（3-5）得到：
顯然，滿足條件；
C耐壓試驗壓力，是氣缸在檢查質(zhì)量時需承受的試驗壓力。在規(guī)定的時間內(nèi)，氣缸在此壓力 下，全部零件不得有破壞或永久變形等異?，F(xiàn)象。
各國規(guī)范多數(shù)規(guī)定:
當額定壓力時
（MPa）
D為了確保氣缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應大于耐壓試驗壓力：
(MPa） 式（3-7）
因為查表已知=596MPa，根據(jù)式（3-7）得到：
至于耐壓試驗壓力應為：
因為爆裂壓力遠大于耐壓試驗壓力，所以完全滿足條件。
以上所用公式中各量的意義解釋如下：
式中: —缸筒內(nèi)徑（）；
—缸筒外徑（）；
—氣缸的額定壓力（）
—氣缸發(fā)生完全塑形變形的壓力（）；
—氣缸耐壓試驗壓力（）；
—缸筒發(fā)生爆破時壓力（）；
—缸筒材料抗拉強度（）；
—缸筒材料的屈服強度（；
—缸筒材料的彈性模量（）；
—缸筒材料的泊桑系數(shù)
鋼材：=0.3
4.2.7 缸筒的加工要求
缸筒內(nèi)徑采用H7級配合，表面粗糙度為0.16，需要進行研磨；
熱處理：調(diào)制，HB240；
缸筒內(nèi)徑的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；
剛通直線度不大于0.03mm；
油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺；
在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。
4.2.8法蘭設(shè)計
氣缸的端蓋形式有很多，較為常見的是法蘭式端蓋。本次設(shè)計選擇法蘭式端蓋
（缸筒端部）法蘭厚度根據(jù)下式進行計算：
式（3-8）
式中， -法蘭厚度（m）；
—密封環(huán)內(nèi)經(jīng)d=40mm（m）；
密封環(huán)外徑（m）；=50mm
系統(tǒng)工作壓力（pa）；=7MPa
附加密封力（Pa）；值取其材料屈服點353MPa；
螺釘孔分布圓直徑（m）；=55mm
密封環(huán)平均直徑（m）；=45mm
法蘭材料的許用應力（Pa）；[]=/n=353/5=70.6MPa
—法蘭受力總合力（m）
所以=13.2mm
為了安全取=14mm
4.2.9 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強度計算
連接圖如下：
圖3-1缸體端部法蘭用螺栓連接
1-前端蓋；2-缸筒
螺栓強度根據(jù)下式計算：
螺紋處的拉應力:
(MPa) 式（3-9）
螺紋處的剪應力
(MPa) 式（3-10）
合成應力
(MPa) 式（3-11）
式中, —氣缸的最大負載，=A，單桿時，雙桿是
—螺紋預緊系數(shù)，不變載荷=1.25~1.5，變載荷=2.5~4；
—氣缸內(nèi)徑；
—缸體螺紋外徑；
—螺紋內(nèi)經(jīng)；
—螺紋內(nèi)摩擦因數(shù)，一般取=0.12;變載荷取=2.5~4；
—材料許用應力，,為材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，一般取n=1.2~1.5；
Z—螺栓個數(shù)。
最大推力為：
使用4個螺栓緊固缸蓋，即：=4
螺紋外徑和底徑的選擇：
=10mm =8mm
系數(shù)選擇：選取=1.3=0.12
根據(jù)式（3-9）得到螺紋處的拉應力為：
=
根據(jù)式（3-10）得到螺紋處的剪應力為：
根據(jù)式（3-11）得到合成應力為：
==367.6MPa
由以上運算結(jié)果知，應選擇螺栓等級為12.9級；
查表的得：抗拉強度極限=1220MP;屈服極限強度=1100MP；
不妨取安全系數(shù)n=2
可以得到許用應力值：[]=/n=1100/2=550MP
證明選用螺栓等級合適。
4.2.10密封件的選用
A.對密封件的要求
在液壓元件中，氣缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊氣缸，如擺動氣缸等。氣缸不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度的適應范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當?shù)臋C械強度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補償磨損。密封件一般以斷面形狀分類，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。
B. O形密封圈的選用
氣缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。
C.動密封部位密封圈的選用
由于O型密封圈用于往復運動存在起動阻力大的缺點，所以用于往復運動的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。
氣缸動密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支撐座（或?qū)蛱祝┑拿芊獾取?
活塞環(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長，但密封性能差，內(nèi)泄漏量大，而且工藝復雜，造價高。對內(nèi)泄漏量要求不嚴而要求耐高溫的氣缸，使用這種密封圈較合適。
V形圈的密封效果一般，密封壓力通過壓圈可以調(diào)節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴重。因其是成組使用，模具多，也不經(jīng)濟。對于運動速度不高、出力大的大直徑氣缸，用這種密封圈較好。
U形圈雖是唇形密封圈，但安裝時需用支撐環(huán)壓住，否則就容易卷唇，而且只能在工作壓力低于10MPa時使用，對壓力高的氣缸不適用。
比較而言，能保證密封效果，摩擦阻力小，安裝方便，制造簡單經(jīng)濟的密封圈就屬Yx型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈 ，分軸用和孔用兩種。
綜上，所以本設(shè)計選用Yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料組合使用，可以顯著提高密封性能：
a.降低摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象；
b.具有良好的動態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長；
c.安裝溝槽簡單，拆裝簡便。
這種組合的特別之處就是允許活塞外園和缸筒內(nèi)壁有較大間隙，因為組合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，降低了活塞與缸筒的加工要求，密封方式圖如下：
圖3-2 密封方式圖
4.3氣缸的選型
經(jīng)過比較，參考市場上的氣缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質(zhì)的氣缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司http://www.tonab.net/about_us.asp。
速易可氣動（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營銷國內(nèi)外市場，產(chǎn)品主要有空氣凈化組件、氣動控制組件、氣動執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應用于醫(yī)療器械、工業(yè)機器人、食品包裝機械、紡織機械、半導體設(shè)備、軌道交通、煙草機械、機床自動控制、真空搬運、汽車制造、教學培訓等行業(yè)。
速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿氣缸、滑臺氣缸、止動氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、機械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導桿氣缸、帶鎖氣缸、雙軸缸、標準型氣缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)氣動輔助零組件。
4.4 送料氣缸型號確定
送料氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標準氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結(jié)構(gòu)特點，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計的實際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63，關(guān)于此氣缸的資料詳情請參看煙臺氣動元件廠公司主頁：
www.bota.cn/products.asp.
1. 在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計使用壓強,
則驅(qū)動力：
2．測定手腕質(zhì)量為60kg,設(shè)計加速度，則慣性力：
3.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),
總受力
所以標準CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求。
4.5 導向裝置
在進行伸縮運動時，為了防止繞軸線轉(zhuǎn)動，以保證正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加的剛性，在設(shè)計結(jié)構(gòu)時，應該采用導向裝置。具體的安裝形式應該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。
導向桿目前常采用的裝置有單導向桿，雙導向桿，四導向桿等，在本設(shè)計中才用單導向桿來增加的剛性和導向性。
4.6 平衡裝置
在本設(shè)計中，為了使的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對性能的影響，故在送料氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務求使兩端盡量接近平衡。
氣缸運行長度選擇為=118mm,氣缸內(nèi)徑為=110mm,氣缸運行速度，加速度時間=0.1s,壓強p=0.5MPa,則驅(qū)動力：
1．測定質(zhì)量為80kg,則重力：
2．設(shè)計加速度，則慣性力：
3.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)，
總受力
所以選擇尺寸符合實際使用要求。
選擇尺寸滿足使用要求。
第五章 PLC控制系統(tǒng)的分析設(shè)計
自動上下料裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計是整個自動上下料裝置設(shè)計的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實現(xiàn)，對提高自動上下料裝置整體可靠性、實用性具有重要的意義，同時也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當前自動上下料裝置廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及PLC的發(fā)展之后，提出了采用PLC的控制方法。
5.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
自動上下料裝置的控制系統(tǒng)一般是使自動上下料裝置運動協(xié)調(diào)為目的，包括高性能的計算機及相應的系統(tǒng)硬件和控制軟件。
自動上下料裝置的控制部分可分為4個部分：自動上下料裝置及其感知器、環(huán)境、任務、控制器。自動上下料裝置是由各種機構(gòu)組成的裝置，它通過感知器的內(nèi)部傳感器實現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測和信息交互；環(huán)境即指自動上下料裝置所處的周圍環(huán)境；任務是指自動上下料裝置要完成的操作，它需要適當?shù)某绦蛘Z言描述，并把它們存入控制機中，隨著系統(tǒng)的不同，任務的輸入可能是程序方式，或文字、圖形或聲音方式；控制器包括軟件和硬件兩大部分，相當于自動上下料裝置的大腦，它以計算機或?qū)Ｓ每刂破鬟\行程序的方式來完成給定的任務。
控制系統(tǒng)的硬件一般包括3個部分：
(1) 感知部分 用來收集自動上下料裝置的內(nèi)部和外部的信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受自動上下料裝置的本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受自動上下料裝置的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。
(2) 控制裝置 用來處理各種信息，完成控制過程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計算機相應的接口等。
(3) 驅(qū)動部分 為了使自動上下料裝置完成操作及移動功能，自動上下料裝置各關(guān)節(jié)可選用、液動、電氣等方式驅(qū)動。
5.2 控制系統(tǒng)的性能要求
對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求：
(1) 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運動性能從偏離平衡點恢復到原平衡點狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動控制必須滿足的基本要求，對穩(wěn)定性的研究是自動化控制系統(tǒng)中的一個基本問題。
(2) 過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。
(3) 穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項重要指標，控制系統(tǒng)設(shè)計的任務之一就是在兼顧其他性能指標的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個允許的限制值。
5.3 傳感器的選擇
傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。
根據(jù)本設(shè)計的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進行選用。位置檢測裝置檢測自動上下料裝置動作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺傳感器是為了完成自動上下料裝置對物料的識別。
5.3.1 位置檢測裝置
在本設(shè)計中，當自動上下料裝置執(zhí)行左旋/右旋，前伸/回縮，上升/下降等動作時，應有相應的位置檢測裝置檢測動作是否到位，常用的位置檢測裝置是行程開關(guān)。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。
本設(shè)計中采用直線接觸式行程開關(guān)檢測自動上下料裝置動作是否到位，當運動到指定位置時，碰到行程開關(guān)，終結(jié)上一個動作，準備執(zhí)行下一個動作。
4.3.2 傳感器
自動上下料裝置吸取物體時按吸力的大小可分為硬吸取和軟吸取。硬吸取是吸盤用最大的吸力吸取物體，以保證可靠性；軟吸取方式是吸盤使吸力保持在能穩(wěn)固吸取物體的最小值，以避免損傷物件。軟吸取時吸力不夠時被吸物體會產(chǎn)生滑動，滑覺傳感器就是為了檢測滑動而設(shè)計的，可以檢測垂直于吸物方向物體的位移、由重力引起的變形，以達到修正吸力，防止吸取物的滑動?；瑒觽鞲衅髦饕糜跈z測物體接觸面直接的相對運動的大小和方向，判斷是否吸住物體以及應用多大的吸力等。
5.4 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇
液壓驅(qū)動，功率重量比大，可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現(xiàn)過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。
電氣驅(qū)動，控制精度高，驅(qū)動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于這種驅(qū)動方式價格昂貴，限制了在一些場合的應用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟10
氣壓驅(qū)動具有價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強、在工業(yè)自動上下料裝置中應用較多。另一方面，技術(shù)作為“廉價的自動化技術(shù)”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動化生產(chǎn)線上，幾乎都配有系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計：在工業(yè)發(fā)達國家中，全部自動化流程中約有30﹪裝有系統(tǒng)，有90﹪的包裝機械，70﹪的鑄造、焊接設(shè)備，50﹪的自動操機、40﹪的鍛造設(shè)備和洗衣設(shè)備、30﹪的采煤機械，20﹪的紡織機械、制鞋業(yè)、木材加工、食品機械，43﹪的工業(yè)自動上下料裝置裝有氣壓系統(tǒng)。日、美、德等國的元件銷售平均每年增長超過10-15﹪。許多工業(yè)發(fā)達國家的元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，且仍以較大速度發(fā)展，自動上下料裝置技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實踐要求的一種重要使用工具。
表5.4給出了各種控制方式的比較：
表5.4 各種控制方式的比較
通過以上三種驅(qū)動方式的比較選用驅(qū)動的方式，不僅能夠滿足了本設(shè)計的要求，而且節(jié)約了成本。
5.5 自動上下料裝置驅(qū)動系統(tǒng)的控制設(shè)計
根據(jù)自動上下料裝置的要求，在驅(qū)動系統(tǒng)中氣缸的運動方式主要有（1）直線運動（缸體固定，活塞桿運動）；
系統(tǒng)包括二位二通電磁閥、一個氣缸、消聲器（若干）等。圖中的調(diào)速閥控制氣缸上升和下降、伸長和縮短、過程中的速度，防止速度過大對物料及自動上下料裝置臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運動方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實現(xiàn)對物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動作是由二位二通電磁閥控制的。
5.6 元件選取及工作原理
氣壓驅(qū)動是利用壓縮氣體的壓力能來實現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣，也包括燃氣和蒸汽。典型的氣壓傳動系統(tǒng)由以下四部分組成：
5.6.1 氣源裝置
氣源裝置是獲得具有一定能量的壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機，有的還配有氣源凈化處理裝置、氣罐等附屬設(shè)備。它將原動機提供的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。氣壓傳動對氣源的要求：
(1) 要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。
(2) 要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。
下面對于主要的氣源裝置元件進行如下介紹：
1、空氣壓縮機
空氣壓縮機是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。容積型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。本設(shè)計選用容積型壓縮機。
2、儲氣罐
儲氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應急氣源使用，還可以進一步分離油水雜質(zhì)。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高10%，并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設(shè)計選用立式儲氣罐，因為它的進氣口在下，出氣口在上，以利用進一步分離空氣中的油、水。
5.6.2 氣缸輸出直線往復式
執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機械運動，并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，如氣缸輸出直線往復式機械能，擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式機械能。
氣缸是執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標準氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標準化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對于前伸/回縮氣缸，當左側(cè)無桿腔進氣，右側(cè)有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升/下降氣缸，當上側(cè)無桿腔進氣，下側(cè)有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。
5.7 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理
5.7.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則
一、 PLC機型的選擇