電氣設(shè)計(jì)說明書.doc

1、設(shè) 計(jì) 說 明 書電氣控制與儀表課程設(shè)計(jì)課 題： 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 學(xué) 號(hào)： xxxxxxxxxxxxx 專業(yè)（方向）年級(jí)： 電氣及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： xxxxxxxxxxx 福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程系2011年 11 月 20 日一、 設(shè)計(jì)的任務(wù)（1） 、基本情況介紹 機(jī)械手結(jié)構(gòu)、動(dòng)作與控制要求 機(jī)械手在專用機(jī)床及自動(dòng)生產(chǎn)線上應(yīng)用十分廣泛，主要用于搬動(dòng)或裝卸零件的重復(fù)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)。各動(dòng)作由液壓驅(qū)動(dòng)，并右電磁閥控制。動(dòng)作順序及各動(dòng)作時(shí)間的間隔采用按時(shí)間原則控制的電氣控制系統(tǒng)。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖8-1

2、3所示，主要由手指1、手腕2、小臂3、和大臂5等幾部分組成。料架6為旋轉(zhuǎn)式，由料盤和棘輪機(jī)構(gòu)組成。每轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度（由工件數(shù)決定）以保證待加工零件4對(duì)準(zhǔn)機(jī)械手。 機(jī)械手各動(dòng)作與相應(yīng)電磁閥動(dòng)作關(guān)系如表8-4所示。 以鏜孔專用機(jī)床加工零件的上料、下料為例，機(jī)械手的動(dòng)作順序是：由原始位置將以加工好的工件卸下，放回料架，等料架轉(zhuǎn)過一定角后，再將未加工零件拿起，送到加工位置，等待鏜孔加工結(jié)束，再將加工完畢工件放回料架，如此重復(fù)循環(huán)。 圖8-13 機(jī)械手的外形及其與料架的配置1- 手部 2-手腕 3-小臂 4-工件 5-大臂 6料架(2) 、拖動(dòng)情況介紹 具體動(dòng)作順序是：原始位置（裝好工件等待加工位置，其狀

3、態(tài)是大手臂豎立，小手臂伸出并處于水平位置，手腕很橫移向右，手指松開）手指夾緊（抓住卡盤上的工件）松卡盤手腕左移（從卡盤上卸下已加工好的工件）小手臂上擺大手臂下擺手指松開（工件放回料架）小手臂收縮料架轉(zhuǎn)位小手臂伸出手指夾緊（抓住未加工零件）大手臂上擺（取送零件）小手臂下擺手腕右移（將工件裝到機(jī)床的主軸卡盤中）卡盤收緊手指松開，等待加工。表 8-4 電磁閥狀態(tài)表YV1 YV2YV3YV4YV5YV6YV7YV8YV9YV10YV11手指的夾緊與放松夾緊+放松+手腕橫向移動(dòng)（左右移動(dòng)）左移+右移+小臂的伸縮伸+縮+小臂上下擺動(dòng)上擺+下擺+大臂上下擺動(dòng)上擺+下擺+根據(jù)表8-4及各動(dòng)作中機(jī)械的狀態(tài)，便可

4、自行列出各動(dòng)作中對(duì)YV1-YV11線圈的通電要求。（3） 、設(shè)計(jì)要求1）加工中上料、下料各動(dòng)作采用自動(dòng)循環(huán)。2）各動(dòng)作之間應(yīng)有一定的延（由時(shí)間繼電器調(diào)定）。3）機(jī)械手各部分應(yīng)能單獨(dú)動(dòng)作，以便于調(diào)整及維修。4）油泵電機(jī)（采用Y100L2-4.3KW）及各電磁閥運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)有指示。5）應(yīng)有必要的電氣保護(hù)與聯(lián)鎖環(huán)節(jié)。二、設(shè)計(jì)過程（一）、總體方案選擇說明機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。1按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專

5、用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大附屬，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和加工中心”批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手。 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通過調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以點(diǎn)位控制，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機(jī)械

6、手屬于數(shù)控類型。2按驅(qū)動(dòng)方式分液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)來(lái)源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30

7、公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。按控制方式分點(diǎn)位控制 它的

8、運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制4。 本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，并右電磁閥控制。動(dòng)作順序及各動(dòng)作時(shí)間的間隔采用按時(shí)間原則控制的電氣控制系統(tǒng)。 原始位置（裝好工件等待加工位置，其狀態(tài)是大手臂豎立，小手臂伸出并處于水平位置，手腕很橫移向右，手指松開）手指夾緊

9、（抓住卡盤上的工件）松卡盤手腕左移（從卡盤上卸下已加工好的工件）小手臂上擺大手臂下擺手指松開（工件放回料架）小手臂收縮料架轉(zhuǎn)位小手臂伸出手指夾緊（抓住未加工零件）大手臂上擺（取送零件）小手臂下擺手腕右移（將工件裝到機(jī)床的主軸卡盤中）卡盤收緊手指松開，等待加工。（2） 、控制方式選擇 根據(jù)要求選擇用電氣控制，由油泵電機(jī)（采用Y100L2-4.3KW）驅(qū)動(dòng)，繼電器，時(shí)間繼電器，限位開關(guān)控制。（三）、設(shè)計(jì)電氣原理圖電氣控制設(shè)計(jì)圖及繼電器控制 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)工作流程圖 小臂上擺手腕左移手指夾緊初始位置大臂下擺手腕右移 手指松開小臂下擺大臂上擺小臂收縮小臂伸出手指夾緊繼電器控制 YV1 手指夾緊 Y

10、V2 手指放松 YV3 手腕左移 YV4 手腕右移 YV5 小臂伸出 YV6 小臂收縮 YV7 小臂上擺 YV8 小臂下擺 YV9 大臂上擺 YV10 大臂下擺限位開關(guān) SQ0 手指夾緊限位開關(guān) SQ1 手指放松限位開關(guān) SQ2 手腕左移限位開關(guān) SQ3 手腕右移限位開關(guān) SQ4 小臂伸出限位開關(guān) SQ5 小臂收縮限位開關(guān) SQ6 小臂上擺限位開關(guān) SQ7 小臂下擺限位開關(guān) SQ8 大臂上擺限位開關(guān) SQ9 大臂下擺限位開關(guān)輸出原件邏輯表達(dá)式時(shí)序邏輯狀態(tài)表如下1、 主電路設(shè)計(jì) 見附錄12、 控制電路設(shè)計(jì)見附錄23、按設(shè)計(jì)要求檢查各動(dòng)作程序，各種保護(hù)聯(lián)鎖等全部符合要求，繪制電氣控制縱原理圖 三、設(shè)計(jì)小結(jié) 此次電氣機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)讓我重新研究電氣的控制技術(shù)，并且自學(xué)電氣CAD，從以前的略懂到現(xiàn)在比較深入了解工業(yè)電氣控制的一些環(huán)節(jié)和設(shè)備，并且比較全面的將所學(xué)的電氣控制和電力拖動(dòng)方面的知識(shí)運(yùn)用于設(shè)計(jì)當(dāng)中。整個(gè)機(jī)械手電氣控