机车轴承座自动上下料专用机构设计

本 科 毕 业 论 文（设 计）

机车轴承座自动上下料专用机构设计

Locomotive bearing automatic up and down material special

mechanism design

学 生 姓 名： 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 审 阅 教 师： 完 成 日 期：

独创性说明

作者郑重声明：本毕业论文（设计）是我个人在指导教师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得辽东学院或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：___________ 日期：__ __

机车轴承座自动上下料专用机构设计

摘 要

本次所设计的课题是:机车轴承座自动上下料专用机构.此零件的主要作用是用来承载轴承。

本次毕业设计主要研究上下料机构的设计，所要完成的任务包括：绘制零件图自动上下料机械手结构图及相关零件图，液压原理图和控制部分（电气原理图，流程图和梯形图）。

设计自动上下料机械手时，采用液压缸来控制机械手的各个运动，分别由夹紧缸，升降缸，回转缸和移动缸组成。并采用PLC控制其电气部分。

该机械手不但可以在自动生产线上完成抓取工件，提升一定高度、旋转、移位、松开工件等几项基本功能，而且还可保证抓取可靠、灵活，送放平稳，定位可靠。根据需要，我们采用4个自由度数的圆柱坐标式机械手，并采用液压系统驱动和PLC控制相结合的方式。

本文对该机械手从机、电、液三方面作了详细介绍，着重阐述了该机械手机构部分的设计过程，主要确定了夹紧液压缸、升降液压缸、回转液压缸和平移液压缸的结构和尺寸，并根据实际需要，设计了相应的液压系统原理图、电气系统原理图、程序流程图和梯形图。

关键词：机械手；液压驱动；PLC控制

- I -

机车轴承座自动上下料专用机构设计

Locomotive bearing automatic up and down material special

mechanism design

Abstract

This design topic is: the locomotive bearing automatic up and down material special institutions. This part mainly is used for bearing bearing.

This graduation project main research on feeding mechanism design, to complete the tasks include: drawing , manipulator for automatic loading and unloading structure diagram and related parts diagram, hydraulic schematic diagram and a control section ( electrical schematic diagram, diagram and ladder diagram ).

Design of automatic loading and unloading mechanical hand, uses the hydraulic cylinder to control of the manipulator motion, respectively by the clamping cylinder, a lifting cylinder, rotary cylinder and a moving cylinder. And the use of Programmable Logic Controller control the electrical part.

The mechanical hand can not only in the automatic production line to complete workpiece gripping, lifted to certain height, rotate, shift, release a workpiece and other basic functions, but also can ensure the grab reliable, flexible, smooth feeding, positioning is reliable. According to the need, we used a 4degrees of freedom of the cylindrical coordinate manipulator, and driven by a hydraulic system and a control method combined with Programmable Logic Controller.

In this paper, the mechanical hand from the machine, electricity, liquid three aspects in detail, and emphatically expounds the mechanical hand mechanism are part of the design process, the main identified clamp hydraulic cylinder, hydraulic cylinder, hydraulic cylinder and the translation hydraulic cylinder structure and size, and according to the actual needs, design the corresponding hydraulic system principle diagram, electrical system principle diagram, program flow diagram and ladder diagram.

Keywords: manipulator; the hydraulic pressure system’s driving; Programmable Logic Controller controlling

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机车轴承座自动上下料专用机构设计

目 录

摘 要 .............................................................. I Abstract ............................................................. II 一、自动上下料机构的设计 .............................................. 1 二、机械手的具体设计 .................................................. 2 （一）臂部的设计 ...................................................... 2

1.1夹紧缸的设计 .................................................. 2 1.2 升降缸的设计 .................................................. 3 1.3 回转缸的设计 .................................................. 4 （二）机身各部分的设计 ................................................ 6

2.1 移动缸的设计 .................................................. 6 2.2 齿轮轴的设计 .................................................. 7 2.3 滑板的设计 .................................................... 9 2.4导轨的设计 ................................................... 11 （三）手部的设计 ..................................................... 13

3.1 类型选择 ..................................................... 13 3.2 手指夹紧力的计算 ............................................. 13 3.3 手部驱动力的计算 ............................................. 13 3.4 校核手部结构的强度 ........................................... 14 三、机械手的液压传动系统设计 ......................................... 17 （一）液压系统的组成 ................................................. 17 （二）液压缸的结构设计 ............................................... 17

2.1缸体与缸盖的连接形式 ......................................... 17 2.2活塞与活塞杆的联接 ........................................... 17 2.3活塞杆导向部分的结构 ......................................... 17 2.4活塞及活塞杆处密封圈的选用 ................................... 18 2.5液压缸的缓冲装置 ............................................. 18 2.6液压缸的排气装置 ............................................. 18 （三）设计参数的提出 ................................................. 18

3.1 机械手的动作顺序的确定 ....................................... 18 3.2 主要设计参数的确定 ........................................... 18 3.3 拟定液压系统工作原理图 ....................................... 19

- III -

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则驱动力矩 M?M外?cm?650?722.2N?m 0.908M?d2 （2.15） bP 液压缸内径D?式中 P——回转缸的工作压力； P=4MPa； b——动片宽度； b=25mm；

d——输出轴与动片联接处的直径； d=120mm。 则D?8?722?32?(120?10)?170mm ?3625?10?4?10 则回转缸内径D=170mm

(3)液压缸壁厚和外径的计算

因回转缸缸体与升降缸缸体连接在一起,根据设计的需要,二者的外径相等。 则 D1=220mm，其壁厚??(4)定片尺寸的确定

定片是大圆半径为85、小圆半径为60的四分之一圆环,其两侧均开有径向槽,并和外圆端面的三角槽相通,便于启动时通压力油,当动片摆至终点时还能起到一定的缓冲作用。

定片固定在回转缸的缸体上，由一个内六角圆柱头螺钉和一个圆柱销将定片与缸体固定在一起。

(5)动片尺寸的确定

由于回转缸的作用是带动机械手手臂转动90°,因此动片的形状是一个180°的半圆环形弧,其外径为85,内径为60,宽度为25,与定片尺寸相同。动片固定在带动轴一起转动的花键套上。为了使通油顺畅，在动片的两侧也分别开有一个径向槽和一个三角槽。

回转缸缸体长度没有特别要求,但也不要过长或过短,只要满足要求即可。 回转缸缸体长度定为140mm。 (6)动片和定片的长度的确定

动片和定片的长度等于缸体长度减去缸体与升降缸连接部分的长度和缸盖伸进缸体内部的长度。因此，L=140-20-20=100mm。

(7)缸盖厚度的确定

厚度初步确定为20 mm，再验算其挤压强度。 先估算重量:G?mg?(70?30)?9.8?980N

D1?D220?170??25mm。 22–5–

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其挤压强度??G980?4??0.04MPa 22?6S?(220?90)?10缸盖材料为HT200,其许用应力???=25MPa 显然???[?],则缸盖的挤压强度满足要求。 即缸盖厚度尺寸为：??20mm。

（二）机身各部分的设计

2.1 移动缸的设计

1．液压缸主要尺寸的确定 (1)液压缸工作压力的确定

移动缸的工作压力初步确定为p1=3MPa。 (2)液压缸内径D和活塞杆直径d的确定得:

P=

F?cm=

14330=15080N (2.16) 0.95式中 F——作用在活塞上的总机械载荷,F=14330N； P——作用在活塞上的实际工作载荷；

?cm——液压缸的机械效率，一般?cm=0.9～0.97,取?cm=0.95

得: P=

则液压缸内径D??4D2p1 (2.17)

4P15080?1.13?80mm 6?p13?10d=0.5 D按液压缸工作压力p1=3MPa,选取

则活塞杆直径d=0.5D=0.5×80=40mm (3) 液压缸壁厚和外径的计算

对于液压缸的内径D与其壁厚δ的比值D/δ≤10的厚壁圆筒,其壁厚按公式进行计算:

D????0.4py??(?1) (2.18)

2????1.3py式中 Py——试验压力，一般取最大工作压力的(1.25～1.5)倍,取Py=1.3P=1.3×3=3.9MPa；

???——缸筒材料的许用应力, 材料为45钢,其许用应力???=115MPa。

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则 ??80115?0.4?3.9(?1)?15.2mm 2115?1.3?3.9取壁厚δ=16mm

则缸筒外径D1?D?2??80+16×2=112mm (4)移动缸工作行程的确定

移动缸主要用于带动滑板和滑板上手臂的各部分做平行移动，因此它的工作行程等于L=400mm。但由于此处采用了齿轮齿条传动的增倍机构，所以对于活塞杆或移动缸来说其工作行程实际为200mm。

(5)缸盖厚度的确定

移动缸缸盖上有连接缸体的孔,其有效厚度t按有孔进行近似计算。 由公式(2.11) t?0.433D2则 t?0.433?80取t=20mm

(6)最小导向长度的确定

对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求: 由公式 H?则 H≥

PyD2???(D2?d0)

3.9?80?19.3mm

25?(80?16)LD? (2.19) 20220080?=50mm 202取H=60mm

活塞的宽度B一般取B=(0.6～1.0)D, 则移动缸的活塞宽度B=48～80mm,取B=50mm即可。

(7)缸体长度的确定

则移动缸缸体长度L=200+50+20+20=290mm。 2.2 齿轮轴的设计

在手臂伸缩运动中，为了使手臂移动的距离和速度有定值的增加，可以采用齿轮齿条传动的增倍机构。移动缸中滑板的移动就是通过齿轮齿条增倍机构来实现的。

如图2.1示为其运动原理图，活塞杆1驱动齿轮2运动时带动运动齿条3移动，它相当于以固定齿条4和运动齿轮2的啮合点P为支点，象杠杆一样推动运动齿条3作增

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倍的移动，如图中的相似三角形所示。运动齿条3的运动与齿轮的直径无关，而与活塞杆1的移动距离(或速度)成两倍的关系。

图2.1 增倍机构原理图

1．齿轮轴的材料选择

该齿轮齿条传动过程中无特别要求，为了便于制造，采用软齿面齿轮。齿轮轴材料选用45钢，进行调质处理，硬度为220～250HBS，计算时取240HBS。

2. 齿轮轴的主要尺寸的确定 分度圆直径: d=mz=4×25=100mm 齿根圆直径: df=(z-2.5)m=4×(25-2.5)=90mm 齿顶圆直径: da=(z+2)m=4×(25+2)=108mm 压力角: α=20°

基圆直径： db=dcosα=100cos20°=94mm 齿距： p=πm=4π=12.56mm 齿轮宽度: b??d?d?0.3?100?30mm 3．齿轮轴的结构设计

齿轮轴主要分为两大部分：一部分用于传动齿条，另一部分联接活塞杆。其中传动齿轮的部分做成齿轮的形状，具体尺寸见上面的计算部分。联接活塞杆的部分做成轴的形状，与移动缸的活塞杆上的孔形成间隙配合。其下端用三个小圆螺母进行紧固。它与齿条的高度可由挡圈来调整。

4．齿条的设计

齿条是与齿轮啮合，传递运动的。它与齿轮正确啮合的条件是它的基圆齿距与齿轮的基圆齿距相等，即它与齿轮的模数和压力角相等。

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根据齿条的运动状态分为运动齿条和固定齿条两种。运动齿条固定在滑板上，随滑板一起运动。在一根导轨上加工出齿条作为固定齿条，齿轮在其上面滚动，从而带动运动齿条和滑板一起运动。这两种齿条都与同一个齿轮相啮合，因此它们的基本参数都相同。

齿条的材料与齿轮一样也选45钢，并采用正火处理，硬度为162～217HBS， 计算时取200HBS。

齿条的主要尺寸如下所示： 模数： m=4 压力角： α=20° 齿顶高： ha=m=4mm 齿根高： hf=1.25m=5mm 齿距： P=?m =12.56mm

p?m??6.28mm 22p?m齿槽宽： e=??6.28mm

22整个齿条的长度L根据机械手水平移动的距离S和齿轮的齿顶圆直径da及一定的齿厚： s=储备量y来确定。即L=

则齿数：Z?S400?da?y??108?90?398mm,取齿条的长度L=400mm。 22L400??31.85，取Z=31 P12.56其宽度b没有特别要求，但为了提高齿条的强度，并保证运动的平稳性，将齿条的宽度取得比齿轮的宽度稍大，b=35mm。并根据需要取其厚度h=20mm。

2.3 滑板的设计

滑板的主要功能是支撑夹紧缸、升降缸和回转缸的重量,并带动手臂和工件在导轨上水平移动。对于滑板没有严格的机械性能要求，材料选用HT200，采用铸造毛坯。

1.滑板的主要结构设计

因为滑板要通过导轨来实现平移，所以要做两端带孔，用来和导轨配合。滑板上支撑着回转缸，升降缸和夹紧缸。

2.滑板的主要尺寸的确定 (1)滑板的长、宽、高的确定

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参 考 文 献

[1] 巩云鹏,田万禄，张祖立主编.机械设计课程设计.第一版.沈阳：东北大学出版 社,2000

[2]《工业机械手图册》编写组编.工业机械手图册.北京:机械工业出版社,1993 [3] 吴宗泽,罗圣国主编.机械设计课程设计手册.北京:高等教育出版社,1996 [4] 刘会英,于春生主编.机械设计基础.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997 [5] 上海煤矿机械研究所编.液压传动设计手册.上海:上海人民出版社,1981 [6] 洪英发,程国珩主编.液压与气动技术.沈阳:东北大学出版社,2000 [7] 左健民主编.液压与气压传动.第二版.北京：机械工业出版社，1999. 10 [8] 孙恒，陈作模主编.机械原理.第六版.北京：高等教育出版社，2001 [9] 陈白宁,段智敏,刘文波主编.机电传动控制.沈阳:东北大学出版社,2002 [10] 邓则名主编.电器与可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版社,2002 [11] 王炳实主编.机床电气控制.北京:机械工业出版社,2001

[12] 钟肇新主编.可编程控制器原理及应用.广州:华南理工大学出版社,2000 [13] 张秉荣,章剑青主编.工程力学.北京:机械工业出版社,2000 [14] 吴孝先主编.机械制图.沈阳:辽宁大学出版社,1995

[15] 温松明主编.互换性与测量技术基础.长沙:湖南大学出版社,1998 [16] 许德珠主编.金属工艺学.北京:高等教育出版社,1999

[17] 孙志礼，冷兴聚，魏延刚主编.机械设计.沈阳：东北大学出版社,2000

[18] 巩云鹏,田万禄，张祖立主编.机械设计课程设计.第一版.沈阳：东北大学出版社,2000 [19] 哈尔滨工业大学 强锡富主编.传感器.第三版.北京：机械工业出版社，2001.5 [20] 黄长艺，严普强主编.机械工程测试技术基础.第二版.北京：机械工业出版社，2001.1

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致 谢

毕业设计是机械专业本科段学习的一个重要的、总结性的理论和实践相结合的教学环节，是综合运用所学知识和技能的具体实践过程。通过本次毕业设计，我对所学的专业知识有了更深刻的理解和认识。我的毕业设计内容源于生产实践，使得毕业设计和实践得到了充分的结合，有利于培养解决工程实际问题的能力。

在设计过程中，通过把自己几年来所学到的专业知识和实践相结合，并运用到设计中，我顺利完成了毕业设计的各项任务。但在设计过程中，我对一些理论问题掌握的不够充分，经过多次向指导老师请教才得以解决。在今后学习和工作中，我会更多的吸取相关方面的知识，不断提高自己的专业水平能力。

通过本次毕业设计，我了解和掌握了机械、液压和PLC控制等方面的诸多知识，锻炼了自己分析问题和解决问题的能力，并积累了一定的实践经验，为今后的工作打下了坚实的基础。但由于时间紧、任务重，再加上本人的知识水平和能力有限，以及经验不足，设计中难免存在一些缺点和错误，欢迎各位老师给予批评指正。

在设计过程中，我得到了沈凤龙老师的精心指导，以及其他老师和同学的大力帮助，感觉受益匪浅，在此向他们表示衷心的感谢！

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绞链的剪切应力条件为τ=则τ=

FQA≤[τ]

17200?107.5MPa＜[τ]=180MPa,故绞链的抗剪强度满足要求。

(36?20)?103. 校核夹爪外套的剪切强度和挤压强度

夹爪外套材料为45钢,其许用切应力[τ] =180MPa,许用挤压应力[?jy]=450MPa 夹爪外套的剪切应力条件为τ=

FQA≤[τ]

172002?35.1MPa＜[τ]=180MPa,故夹爪外套的抗剪强度满足要求。 则τ=2?(16?102)2夹爪外套的挤压应力条件为?jy=则?jy=求。

4. 选用销轴

FjyAjy≤[?jy]

17200?27.6MPa＜[?jy]=450MPa,故夹爪外套的挤压强度满足要

2?(32?20)?26销轴材料为35钢,其许用应力[σ]=

?sn

式中 σs——材料的屈服点,35钢的屈服点σs=315MPa； 则35钢的许用应力为[σ]=

310=210MPa 1.5其许用剪切应力为[τ]=(0.6～0.8)[σ]=126～168MPa,取[τ]=150MPa。 许用挤压应力为[?jy]=(1.7～2.0)[σ]=357～420MPa,取[?jy]=400MPa。 对于连接夹爪外套与夹爪处销轴的剪切应力条件为τ=则τ=

FQA≤[τ]

17200≤[τ] =150MPa 即d≥16mm 2?d2?4FjyAjy为了提高强度取d=20mm,以下校核其挤压强度。 其挤压应力条件为?jy=

≤[?jy]

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?jy=

17200?17MPa< [?jy]=400MPa故该

2?20?26

按照同样方法可求得连接夹爪与铰链处销轴的直径d=20mm和连接连杆与铰链处销轴的直径d=20mm。

机械手手部的具体形状和尺寸见零件图。

总结分析所设计的专用机械手,不但可以实现工作要求,而且结构简单可靠,各零部件也便于制造,且操作简单方便,非常适合应用于生产实际中。

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三、机械手的液压传动系统设计

液压系统的设计大致按以下几个步骤： 1.提出设计参数； 2.草拟液压系统图； 3.拟定液压系统图；

4.设计或选择液压元件和辅助液压装置；

5.从安全、可靠，使用、维护，经济效果等方面检查整个设计。

（一）液压系统的组成

本液压系统由从纵向进给液压缸及摆动马达两大部分组成。液压油从油缸流出后进入滤油器从而进入液压泵，由液压泵打出的油经溢流阀调节压力，其压力的调节结果可由压力表查出。为防止油压不足，用蓄能器进行加压。经过单向阀后，油路一分为三，分别进入抬起液压缸部分和预定位压缸部分以及液压马达。

（二）液压缸的结构设计

液压缸主要尺寸确定以后,就进行各部分的结构设计。主要包括:缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、缓冲装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同,结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。 2.1缸体与缸盖的连接形式

缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关.本次设计采用法兰式连接。在缸体上加工出均布的法兰孔，用螺钉与端盖固紧。这种连接结构简单，加工和装拆都很方便。 2.2活塞与活塞杆的联接

活塞与活塞杆的联接主要有螺纹联接和卡键联接两种。本设计采用螺纹联接。这种联接的方法可以使活塞在活塞杆上固定，使活塞在缸体内上下运动，这种方法机构简单，零件加工装卸比较方便。 2.3活塞杆导向部分的结构

活塞杆导向部分的结构,包括活塞杆与端盖导向套的结构,以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向,也可以做成与端盖分开的导向套结

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构。后者导向套磨损后便于更换,所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧,也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构,有利于导向套的润滑；而油压即常采用装在外侧的结构,在高压下工作时,使密封圈有足够的油压将唇边张开,以提高密封性能。

活塞杆处的密封形式有O形、V形、Y形和Yz形密封圈.为了清除活塞杆处外露部分沾附的灰尘,保证油液清洁及减少磨损,在端盖外侧增加防尘圈。常用的有无骨架防尘圈和J形橡胶密封圈,也可用毛毡圈防尘。为了结构简单,本设计采用O形密封圈。 2.4活塞及活塞杆处密封圈的选用

活塞及活塞杆处的密封圈的选用,应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。活塞及活塞杆与密封腔体处的密封采用O形密封圈用进行密封。 2.5液压缸的缓冲装置

当液压缸带动工作部件作快速往复运动时,由于运动件的质量较大,运动速度较高,则在到达行程终点时,会产生液压冲击,甚至使活塞与缸筒端盖之间产生机械碰撞。为了防止这种现象的发生，保证安全，应采取缓冲措施，在行程末端设置缓冲装置。 2.6液压缸的排气装置

液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。液压缸若无专用的排气装置，进、出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。

（三）设计参数的提出

3.1 机械手的动作顺序的确定

动作顺序：机械手停在工件上方待料(即起始位置)→手臂下降→手指夹紧工件→手臂上升→手臂纵向前伸→手臂回转90°→手臂下降→手指松开工件→手臂上升→手臂反转90°→手臂纵向退回→待料卸荷(一个动作循环结束)。

上述动作均由PLC控制系统发出信号来控制相应的电磁换向阀，按程序依次动作而实现的。

3.2 主要设计参数的确定

根据机械手的最大工作范围,确定手臂做各种运动时的速度和输出力,并从而确定相应液压缸所需流量和工作压力。

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根据要求,机械手提升高度70mm；转动角度90°；水平移动400mm,但由于采用了增倍机构,实际移动缸活塞杆移动200mm。为了使机械手运动比较平稳，手臂在做各种运动时的速度应该不能太大。现初步确定各项速度如下：

(1)手臂上升和下降的速度均为17.5mm/s,即1.05m/分,完成上升或下降整个过程各 需要4s；

(2)手臂回转的速度为30°/s,完成转动整个过程需要3s；

(3)手臂水平移动的速度为50mm/s，即3m/分，由于采用了增倍机构，相应的移动 缸活塞杆移动速度为25mm/s,完成水平移动的整个过程需要8s； (4)手指夹紧和松开工件各约需要2s和1.5s。 3.3 拟定液压系统工作原理图

绘制液压原理图的一般顺序是：先确定液压缸和油泵，再布置中间的控制调节回路和相应元件，以及其它辅助装置，从而组成整个液压系统，并用液压系统图图形符号，画出液压原理图。

如图3.1所示为该机械手的液压系统工作原理图。

图3.1 液压系统工作原理图

手臂伸缩、手臂升降、手臂回转油路采用单向调速阀回程节流，因而速度可调，工作平稳。

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停止。重新启动时，须用手动操作方式将机械手移回原点，然后按一下启动按钮，机械手又重新开始单周期操作。

(4)连续操作：正常工作用。机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手将自动进行周期性工作循环。在工作中，若按一下停止按钮，则机械手动作停止。重新启动时，须用手动操作方式将机械手移回原点，然后按一下启动按钮，机械手又重新开始连续操作。在工作中若按一下复位按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点，自动停止。机构“原点”设置在可动部分位置的左上方，即压下左限位开关，机械手处于放松状态，机构在“原点”处应有指示。并且要求只有动右工作台上无工件时才能允许机械手在右边下间，因此此处还应设置一个无工件检测的光电开关。

（四）PLC的I/O端子分配

按照上述要求，输入信号有启动、停止、复位按钮、位置检测（上、下、左、右、正、反）6个限位开关，行程开关，操作方式选择旋柄开关（4个位置）和手动是运动选择旋柄开关（4个位置）；一个无工件检测的光电开关。输出信号有：电磁阀（下降、上升、左移、右移、正转、反转、启动、夹紧和松开）共9个和一个原点指示灯。具体I/O分配与编号如图4.1所示。

图4.1 I/O端子分配图

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（五）控制程序的设计

1.1程序结构设计

因为在手动操作方式下，各种动作都是用按钮控制来实现的，其程序可独立于自动程序而另行设计。因此，总程序可分为两段独立的部分，手动操作程序和自动操作程序，程序的总结构图如5.1。

手动程序自动程序 图5.1 程序总结构图

当选择手动操作方式，则输入点00009接通，使JMP（04）01-JME（05）01不起作用，按顺序执行手动程序。同时，由00010-00012均断开，所以自动跳过。

在执行自动程序时，若操作选择“连续”使辅助继电器20001处于复位状态，程序也可循环，但是必须每按一次启动按钮执行一步；若操作选择开关置于“单周期”或运行过程中，按下复位按钮，则20001置位，程序执行完一周期后自动停止在原位。

由于手动程序和自动程序在一次扫描中不能同时执行，所以在两个程序段中采用同一套输出继电器。 1.2手动操作程序

手动操作程序可以按一般继电器控制线路来设计，各运动选择有运动选择开关选择后，按启动按钮点动实现。由于左/右，上/下，正/反运动均采用双线圈两位电磁阀控制，

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机车轴承座自动上下料专用机构设计

两个线圈不能同时通电，因此左/右，上/下移动和正/反转的电路中设置了互锁环节。如图5.2所示。

右移左移夹紧松开下降上升正转反转 图5.2 手动操作梯形图

1.3自动程序设计

T000#0050T001#0020T002#0080MOV(21)#0040200MOV(21)#0010200MOV(21)#0080200MOV(21)#0004200MOV(21)#0001200MOV(21)#0020200MOV(21)#0080200MOV(21)#0002200MOV(21)#0008200

图5.3 自动操作梯形图

图5.3所示为自动操作程序的梯形图。

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机车轴承座自动上下料专用机构设计

控制原理及工作过程分析如下：

当选择连续工作方式时，启动后MOV指令得电（为ON时），数据被依次传入相应的动作开始启动，程序便开始自动执行。

(1)原点状态：当机械手位于原点时，00000，00002，00004接通，01009线圈被接通，原点指示灯亮。

(2)机械手下降：按下启动按钮，00000接通，此时，20200将接到源数据#0040，（注在按下00000时，中间继电器20200也得电）由输出条件01000必须闭合，才可输出01003，此时，机械手开始下降。

(3)当机械手下降到位后，行程开关（秒限位开关）闭合，输入线圈00001闭合，源数据#0010被输送到20200，此时即可输出01001。机械手去夹紧工件，在机械手夹紧工件过程中，由计时器T000控制，延时5S，当5S后，计时器动作，其常开触点闭合。

(4)T000常开绌点闭合后（夹起工件），机械手开始上升（源数据#0080被送入20200，输出动作，机械手上升）。

(5)当机械手上升到位后，行程开关00003闭合，源数据#00004别输入到20200中，输出动作，机械手将正转90o。

(6)当机械手正转到位后，正转限位开关00005闭合，由于此时，必须半段工作台有无工件，故使用光电开关检测，机械手放工件的条件：1正转必须到位；2.工作台上无工件。符合条件后，工件将被放在工作台上，次过程需用2S。

(7)当工件被放好后，定时器T001常开触点闭合，源数据#0080被送到20200中，此时，机械手上升，在这过程另设一计时器T002，需用8S。

(8)当机械手上升到位后，限位开关00002闭合及时间到（T002定时8S后），源数据#00002被送到20200，此时机械手反转。

(9)当反转到位后，限位开关00006闭合，源数据#0008被送到20200，此时机械手将左移。

(10)当左移到位后，00004触点闭合，机械手将停止左移，此时机械手回到了原点位置。至此，机械手完成了一个动作同期动作又回到了原点。

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机车轴承座自动上下料专用机构设计

结 论

在本次毕业设计的过程中，我更加熟练的掌握了相关制图软件的应用。回顾本次设计，不难发现在现代化的机械加工过程中，消耗于上下料的时间损失是组成零件单件加工时间的一部分，它属于辅助时间。我们知道要想提高生产率，减少生产中的辅助时间是非常重要的一个环节。而想减少辅助时间必须实现生产的自动化，自动上下料机构就是为实现生中上下料工序自动化而设计的一种专用机构。

自动上下料机构可供散乱的中、小型毛坯零件，经过定向机构，实现定向排序，然后顺序地由上下料机构送到机床或工作地点，这在自动化成批大量的生产中显然是实用的它不但可以把操作人员从重复而繁重的劳动中解脱出来，而且对保证安全生产也是一种行之有效的方法。

其中，机械手应用于现代化制造业中也是大势所趋。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。目前，机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有不断重复工作和劳动、不知疲倦、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此机械手受到很多部门的重视，并越来越广泛的得到了应用。

还有就是PLC，可编程序控制器（Programmable Logic Controller）是以微处理器为核心，综合了微电子技术、自动化技术、网络通讯技术于一体的通用工业控制装置。英文缩写为PC或PLC。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，更始得到拥护的好评。因而在各种领域中得到了广泛的应用，成为现在工业控制的三大支柱之一。

本次毕业设计缺少了去工厂实习这一环节，我们也就缺少了对现场工作是认识和理解，设计机构时给我们带来了一定的难度。

最终设计机构时，采用夹紧缸、升降缸、移动缸和回转缸四个缸的驱动来实现机械手自动上下料的动作，并应用欧姆龙的CPM2A型PLC来控制液压部分。

最后，将以上机构和机床组合成一个完整的机构，从而使从工件输送到加工完成，实现了自动上料→加工→自动下料的过程。

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