毕业设计（论文）PLC控制自动线.doc

济源职业技术学院 毕 业 设 计题目 PLC控制自动线 系别 机电系 专业 机电一体化技术 班级 机电0404班 姓名学号指导教师日期 2006-12-25 设计任务书设计题目：PLC控制自动线设计要求：在现代工业自动化生产中，PLC控制的自动流水线普遍使用。它不仅代替人工使工件从工作台转移到另一个物品传送带减轻了工人的劳动负担，节省了大量的人力资源，而且实现了工业生产的自动化提高了生产效率，所以说PLC控制自动线的设计是非常有实用价值。设计是要解决在生产过程自动物件的搬运与物件自动传送问题，自动线中机械手在搬送的动作过程要求准确可靠，传送带要自动化程度高。结合所学的专业和所开过的课程，设计以PLC自动线的控制和液压传动系统的实现作为重点，其中为了满足PLC控制要实现对机械手手动和自动操作（包括：单步、单周期、循环），由于时间的限制本设计只对自动线硬件机械手的装配图作简单的示意。设计进度：毕业设计总17周时间，时间分配如下：1-4周 主要做准备工作，搜集相关资料，对所设计的内容进行分析论证，确定课题及实施方案。5-8周 主要是PLC的控制和自动线中液压系统的设计，分别独立完成。9-12周 传送带的电气控制设计，液压系统电动机的选型，夹紧装置和简单的机械手装配示意图等，在这一时期全部完成。13-15周 整理毕业设计论文。16-17周 修改论文及相关图形，准备答辩。指导教师（签名）： 目 录摘 要1引 言21 总体方案分析与制定31.1准备工作阶段31.2总体设计阶段31.3结构设计42 PLC控制的设计52.1 控制要求分析52.2 PLC选型及I/O接线图72.3 PLC的 I/O 地址、内部辅助继电器的分配表82.4 PLC控制系统程序设计92.5 输出显示程序123 传送带电气控制设计133.1工作要求133.2电气原理图的设计134 异步电机的选用144.1 选择电动机类型144.2 选择电动机容量144.3 确定电动机的转速145 夹紧装置的设计155.1楔加紧机构155.2夹紧力的计算(杠杆原理)165.3夹紧装置工作能力的确定176 机械手液压系统设计186.1液压系统的工作要求186.2拟订液压系统原理186.3计算和液压选择元件196.4液压泵的计算216.5选择控制元件236.6油管及辅助装置的选择236.7液压系统性能验算247 机械手257.1夹紧缸257.2升降液压缸的设计267.3左右液压缸的设计278 简单的装配图28总 结31致 谢32参考文献33摘 要本PLC自动线是由可编程控制器（PLC）控制来实现，设计过程总体分三大部分：控制部分、传动部分和执行部分。控制部分：主要以西门子S7-200可编程控制器（PLC）为例实现本自动线装置的控制过程（PLC）设计。传动部分：包括电动机选型，机械手液压系统设计等。执行部分：机械手夹紧装置，还有物件带传送装置。在以上的设计过程中，我非常重视所设计的实现问题。当然这是根本，也就是我们设计出的东西一定要能用。由于自己在工厂实习的过程中我意识到安全生产的重要性，所以说我的观点是设计过程：既要保证设计产品的质量更要解决自己所设计产品所存在一切的安全隐患，生产和安全同等重要。设计前我是这么想的，当然设计过程中也是这么做，比如说作提高PLC系统的稳定性，解决了机械手在夹起工件突然停电所存在的安全隐患等。除次之外为便于维修提高自动线的灵活性和可扩展性，我也采取的一些措施，自动线各部件的配合均用螺栓衔接，支撑柱可以自由旋转等等，综合这些特点可以我设计的这个PLC 自动线可靠、灵活、可扩展、便于维修、安全性高。关键词: PLC、机械手、液压、液压缸、传送带引 言20世纪60年代以前为机电一体化的发展第一阶段，这一阶段称为初级阶段。这一时期，人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展。20世纪7080年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。从机电一体化的发展过程，我们可以知道机电一体化是综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性，并使整个系统最优化的系统工程技术。所以，本自动线的设计就是利用这一技术来实现如图1.1所示，机械手依次完成：下降夹紧上升右行下降放松上升左移的八个动作，然后由传送带把物件自动送走。动作全过程由PLC控制，液压传动及简单的硬件实现来设计完成。1 总体方案分析与制定1.1准备工作阶段本设计是要解决在生产过程自动物件的搬运于自动传送问题,根据所要解决的问题结合所学专业,搜集相关资料(包括网上搜集)，确定传送过程由机械手和传送带来完成,过程控制用PLC实现，确定设计题目为PLC自动线。借阅有关的设计手册，初步拟订实现本自动线的过程方案。1.2总体设计阶段图1.1 自动线整体示意图本PLC自动线动作如图1.1所示，设计总体上可以分为三个部分：控制部分，传动部分和执行部分。控制部分：经分析结合我们机电一体化专业所学，自动线中的机械手控制由西门子（PLC）来控制实现，PLC控制的设计。传动部分：由液压传动来实现，机械手液压系统的设计，电动机的选用，机械手执行部分：机械手的手部夹紧装置的设计。特别指出传送带技术性要求不高，在设计中就不对如上图所示的物品传送带硬件实现进行设计，仅对自动控制电气图进行设计。本自动线重在控制和液压传动的设计，只对核心部件机械手作简单的装配图。1.3结构设计在图1.1中,PLC自动线有西门PLC控制机械手的所有动作均采用电液控制、液压驱动。它的上升/下降和左移/右移均采用液压缸完成。物件有机械手搬上传送带B后，由光电开关给出信号传送带把物件送走。2 PLC控制的设计如图1.1为机械手的工作示意图，机械手是将工作从工作台A搬往传送带B。设计该机械手的PLC的控制系统。2.1 控制要求分析2.1.1机械结构在图1.1中,机械手的所有动作均采用电液控制、液压驱动。它的上升/下降和左移/右移均采用双线圈三位电磁阀推动液压缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持当前的机械动作，直到相反动作的线圈通电为止。例如当下降电磁阀线圈通电后，机械手下降，即使线圈在断电，仍保持当前的下降动作状态，直到上升电磁阀线圈通电为止。机械手的加紧/放松采用单线圈二位电磁阀推动液压缸完成，线圈通电时执行加紧工件，线圈断电时执行放松动作。为了使动作准确，机械手上安装了限位开关SW1、SW2、SW3、SW4，分别对机械手进行下降、上升、右行、左行等动作的限位，并给出了动作到位的信号。另外，还安装了光电开关SP，负责检测并控制传送带B上的工件是否已送走，从而产生无工件信号，为下一个工件的下放做好准备。2.1.2工艺过程机械手的动作顺序、监测元件和执行元件的布置如图2.1所示。机械手的初始位置在原位，按下启动按扭后，机械手将依次完成：下降夹紧上升右移下降放松上升左移八个动作，实现机械手一个周期的动作。机械手的下降、上升、左移、右移的动作转换靠限位开关来控制，而夹紧放松动作的转换是由时间继电器来控制的。为了保证安全，机械手到位后，必须在传送带B上无工件时才能下降。若上一次搬到传送带上的工件尚未移走，由光电开关检测自动送走工件。为此设置了一只光电开关，以检测“无工件”信号并控制传送带送走工件。图2.1 工作示意图2.1.3控制要求工作台A、传送带B上工件的传送采用PLC控制；机械手要求按一定的顺序动作，其流程图如图2.2所示。启动时，机械手从原点开始按顺序动作。停止时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续进行。为满足生产要求，机械手设置手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方式又分为单步、单周和连续工作方式。手动工作方式：利用按扭对机械手每一步动作单独进行控制，例如，按“上升”按扭，机械手上升；按“下降”按扭，机械手下降。手动工作方式可使机械手置原位。单步工作方式：从原点开始，使自动工作循环的工件，每按一下起动按扭，机械手完成一步动作后自动停止。图2.2 控制流程图单周期工作方式：按下起动按扭，从原点开始，机械手按工序自动完成一个周期的动作后，停在原位。连续工作方式：机构在原位时，按下起动按扭，机构自动连续执行周期动作。当按下停止按扭时，机械手保持当前状态。重新恢复后机械手按停止前继续进行。2.2 PLC选型及I/O接线图根据本机械手控制要求，PLC控制系统选用SIEMENS公司S7-200系列CPU214和EM221，其输入、输出端子电气接线如图2.3所示。图2.3 I/O接线图2.3 PLC的 I/O 地址、内部辅助继电器的分配表根据控制系统外部I/O接线图，PLC I/O地址分配见表2.1。表 2.1序号符号功能描述序号符号功能描述1I0.0起动13I1.4上升2I0.1下限14I1.5右移3I0.2上限15I2.0左移4I0.3右限16I2.1夹紧5I0.4左限17I2.2放松6I0.5无工件检测18I2.3复位7I0.6停止19Q0.0下降8I0.7手动20Q0.1夹紧/放松9I1.0单步21Q0.2上升10I1.1单周期22Q0.3右移11I1.2连续23Q0.4左移12I1.3下降24Q0.5原位显示2.4 PLC控制系统程序设计2.4.1整体设计为编程结构简洁、明了,把手动程序和自动程序分别编成相对独立的子程序模块,通过调用指令进行功能选择。当工作方式选择开关选择手动方式时I0.7接通,执行手动工作程序;当工作方式选择开关选择自动方式(单步、单周、连续)时,I1.0 I1.1 I1.2分别接通,执行自动控制程序。整体实际的梯形图(主程序)如图2.4所示：图2.42.4.2手动控制程序手动操作不需要按工序顺序动作,可以按普通继电器控制系统来设计。手动控制的梯形图见子程序2.5手动按扭I1.3、I1.4、I1.5、I2.0、I2.1 I2.2分别控制下降、上升、右移、左移、夹紧、放松各个动作。为了保持系统的安全运行,设置了一些必要的连锁保护,其中在左右移动的控制环节中加入了I0.2作上限联锁。因为机械手只有处于上限位置(I0.2=1)时,才允许左右移动。由于夹紧、放松动作选用单线圈双位电磁阀控制,故在梯形图中用“置位”,“复位”指令来控制Q0.1,该指令具有保持功能,并且也设置了机械联锁。只有当机械手处于下限(I0.1=1)时,才允许左右移动。由于夹紧、放松动作选用单线圈双位电磁阀控制,故在梯形图中用“置位”,“复位”指令来控制Q0.1,该指令具有保持功能,并且也设置了机械联锁。只有当机械手处于下限(I0.1=1)时,才能进行夹紧和放松动作。手动控制的程序如图2.5所示：图2.52.4.3自动控制程序由于自动操作的动作较复杂,不容易直接设计出梯形图,可以先画出自动操作流程图,用以表明动作的顺序和转换的条件,然后根据所采用的控制方法,设计梯形图就比较方便。机械手的自动操作流程图如图3.2所示。图中矩形方框表示其自动工作循环过程中的一个“工步”,方框中用文字表示该步的动作。方框的右边画出该步动作的执行元件,相邻两工步之间可以用有向线段连接,表明转换方向,有向线段上的小横线表示转换的条件,当转换条件得到满足时,便从上一个工步转到下一个工步。对于顺序控制可用多种方法进行编程,用移动寄存器也很容易实现这种控制功能,转换的条件由各行程开关及定时器的状态来决定。机械手的夹紧和放松动作的控制原则,可以采用压力检测、位置检测或按照时间的原则进行控制。本例题用定时器,T37控制夹紧时间,T38控制放松时间。其工作过程分析如下:a.机构处于原位,上限位和左限位行程开关闭合,I0.2、I0.4接通,移位寄存器首位M1.0置”1”,Q0.5输出原位显示,机构当前处于原位。b.按下启动按扭,I0.0接通,产生移位信号,使移位寄存器右移一位,M1.1置”1”(同时M1.0恢复为零”),M1.1得电,Q0.0输出下降信号。c.下降至下限位,下限位开关受压,I0.1接通,位移寄存器右移一位,移位结果使M1.2为”1”(其余为零),Q0.1接通,夹紧动作开始,同时T37接通,定时器开始计时。d.经延时(与设定K值有关),T37触点接通,移位寄存器又右移一位,使M1.3置”1”(其余为零),Q0.2接通,机构上升。由于M1.2为1,夹紧动作继续执行。e.上升至上限位,上限位开关受压,I0.2接通,寄存器再右移一位,M1.4置”1”(其余为零),Q0.3接通,机构右行。f.右行至右限位,I0.3接通,将寄存器中"1"移到M1.5,Q0.0得电,机构再次下降。g.下降至下限位,下限位开关受压,移位寄存器右移一位,M1.6置"1"(其余置零),Q0.1复位,机构放松,防下搬运零件同时接通T38定时器,定时器开始计时。h. 延时时间到,T38动合点闭合,移位寄存器右移一位,M1.7址"1"(其余为零),Q0.2再次得电上升。i.上升至上限位,上限位开关受压,I0.2闭合,移位寄存器右移一位,M2.置"1"(其余为零),Q0.4置"1",机构左行。左行至原位后,左限位开关受压,I0.4接通,寄存器仍右移一位,M2.1置"1"(其余为零), 一个自动循环结束。自动操作程序中包含了单周或连续运动。程序执行单周壶哦连续取决于工作方式选择开关。当选择连续方式时,I0.2使M0.0 置"1"。当机构回到原位时,位移寄存器自动复位,并使M1.0为"1"。同时I1.2闭合,又获得一个移位信号,机构按顺序反复执行。当选择单周期操作方式时,I1.1使M0.0 为"0"。当机构回到原位时,移位寄存器自动复位,并使M1.0为"1"。同时I1.2闭合,又获得一个移位信号,机构按顺序反复执行。当选择单周期操作方式时,I1.1使M0.0 为"0"。当机构回到原位时,按下启动按扭,机构自动动作一个运动周期后停止在原位。自动操作的梯形图程序如图所示。单步动作时每按一次启动按扭,机构按动作顺序向前进一步。控制逻辑与自动操作基本一致。所以只需自动操作梯形图上添加步进控制逻辑。在图2.2中,移位寄存器的使能控制用M0.1来控制,M0.1的控制线路串接有一个梯形图块,该块的逻辑为I0.0*I1.0+I1.0。当处于单步状态I1.0=1时,移位寄存器能否移位,取决于上一步是否完成和启动按扭是否按下。2.5输出显示程序机械手的运动主要包括上升、下降 左行 右行 夹紧 放松,在控制程序中M1.1 M1.5分别控制左右下降,M1.2控制夹紧,M1.6控制放松,M1.3 M1.7分别控制左右上升,M1.4 M2.0 分别控制右左运行,M1.0原位显示。据此可设计输出梯形图如图2.7(附图2.7)所示。3 传送带电气控制设计3.1工作要求由于传送带的自动化要求程度高,并且当光电开关检测有工件时，物品传送带要准确无误的自动执行传送。3.2电气原理图的设计经分析用传送带的电气控制由继电器和延时继电器,开关,熔断器等即设计完成传送带的控制过程(本设计以三相异步电动机为传送带的动力源为例)，电气原理图如图3.1所示：图3.1 电气原理图工作原理：当光电开关SP检测到工作台上有物件时，其SP常开触闭合，KM锁定当前状态，电动机得电带动传送带传送物件。通过延时继电器KT延时直到物件送走后断开电动机，继电器KT定时时长可根据实际情况设定。4 异步电机的选用4.1选择电动机类型按照工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。4.2.选择电动机容量（取电动机所需的额定功率）液压系统所需的功率，液压系统设计中已计算 =1.15kw电动机的输出功率计算 =式中为电动机至液压泵传动装置的总效率（联轴器） =由表2-4查得：联轴器效率=0.98,因此 =0.98所以 =1.17kw 选取电动机的额定功率,使=(11.3) ,并有表2-1Y系列电动技术数据表中取电动机的额定功率=1.5kw(参考文献5)。4.3 确定电动机的转速 根据液压系统的需要,选用常用同步转速为1000r/min的Y系列电动机Y100L-4,其满载转速=1400r/min。此外，电动机的中心高，外形尺寸，轴伸尺寸等均可由表2-2中查到(参考文献5)。5 夹紧装置的设计如图5.1所示,夹紧装置有夹具中斜楔夹紧机构与杠杆原理联合来完成机械手的手部夹紧动作,所以说,夹紧装置由斜楔加紧机构传递力,再由杠杆来完成加紧。5.1楔加紧机构图5.1 上限位图斜楔夹紧时产生夹紧力的计算W=式中W斜楔夹紧时所产生的夹紧力(N);Q原始作用力(N);斜楔升角(N);平面摩擦时作用在斜楔面上的;斜楔机构的自锁条件:斜楔夹紧后应能自锁。条件为斜楔升角<。但在本设计中有液压系统中的压力继电器可以控制工件是否加紧,所以自锁在次可以不考虑。图5.2 下限图一般刚件接触的摩擦系数=0.10.15,故得摩擦角(0.10.15)=,取摩擦角为。不考虑自锁取=,=。如上图所示为夹紧后的的状态在斜面1时, W=34662(N)在斜面2时,W=25608(N)5.2夹紧力的计算(杠杆原理)图5.1,图5.2对机械手的两边手指进行受力分析,当活塞杆带动传动件A有原位移动到下限位,对夹紧机构力的变化进行受力分析。上限位:=cos=25608×0.809=20280(N) ×11=F×52 F=4290(N)下限位:=34662(N)×11=F×52F=7332(N)5.3夹紧装置工作能力的确定夹紧装置的手部夹紧物件的宽度在16280之间.如图所示,夹紧装置有两个斜楔面,所以说在夹紧过程中当机械手的手指间的夹紧距离小于48时如图：图5.3 变位图5.3所示,机械手夹紧工件的夹紧力会发生跳变为了保证机械手一定要夹紧,计算次机械夹紧装置所要夹起的最大物体的质量,以上的夹紧力全部按最小计算:g=2F=858()经计算可知这重量能满足机械手在实际应用中的要求。6 机械手液压系统设计设计的机械手在工作过程为：下降夹紧上升右行下降放松上升左移的八个动作。要求机械手动作平稳，准确。其最大夹紧力为机械手的手部夹紧力20000N，移动部件的总重量为15000N机械手的移动速度为1000mm/min匀速进给,设计液压传动系统。如机械手示意图1.1。6.1液压系统的工作要求根据机械手的动作要求，动作循环是：下降夹紧上升右行下降放松上升左移的八个动作。机械手的动作采用液压传动方式，选用液压缸做执行机构。 考虑到机械手传递动作的功率不大，且要求速度平稳性好，机械手在夹紧物件的过程负载有较大的变化，故拟选用调速阀，变量泵组成的容积节流调速方式。为了实现上述的工作自动循环，并保证动作平稳，准确，拟采用限位开关及电磁换向阀组成行程控制顺序动作回路，实现顺序动作。6.2拟订液压系统原理系统驱动三个液压缸（上下行，左右行，夹紧缸）顺序动作，系统平稳准确。为了保证平稳进退速度相等，减小液压泵流量规格，选用差动连接回路。在行程控制中，上下左右进给时都采用机动滑阀，速度转换平稳，且安全可靠。下降终了，压下限位开关夹紧缸执行夹紧动作，有压力继电器检测夹紧，然后上升。上升终了，压下上限位开关，机械右行。右行终了，压下有限位开关，下降。下降终了，压下下限位开关，机械手放松延时后上升。上升终了，压下上限位开关左行。图6.1机械手液压系统工作原理6.3计算和液压选择元件6.3.1液压缸的计算a.计算液压缸的总机械载荷F 根据机构的工作情况，液压缸受力如图6.1所示。总机械载荷： F=Fw+Fm+Fsf+Ff+Fb式中 Fw按设计给定为20000N； Fm活塞上所受惯性力； Fsf密封阻力； Ff导轨磨擦阻力； Fb回油背压形成阻力。b.Fm的计算 Fm=G/gv/t(N)式中 压缸所要移动的总重量，设计给定为15000N；重力加速度，9.81m/s2；速度变化量，有上述可知，动作时：v=0.9m/min=0.015m/st启动或制动时间，一般为0.01s-0.5s,因移动较重的重物,取t=0.3s。将上面各值代入上式 Fm =G/gv/t(N)=15000/9.81×0.015/0.3=76.5Nc.Fsf的计算 Fsf =pf×A1式中 pf克服液压缸密封件摩擦阻力所需空载压力PA，如该液压缸选Y形密封圈，设液压缸的工作压力P16MPA，由相关设计手册查得pf=0.2MPA；A1进油工作腔有效面积（m2），此值属未定数值，初估为80cm2。启动时Fsf =0.2×106×0.008=1600（N）运动时Fsf =0.2×106×0.008×50=800（N）d.Ff的计算该机械手的在左右方向移动上的导轨选用铸铁，那么铸铁之间的摩擦力为：查表可得铸铁与铸铁之间的动摩擦系数（无润滑）为0.15，静摩擦系数为0.18。我们为了提高可靠性，动摩擦系数取0.2 Ff=Gf式中 G移动的总重量，15000N； f摩擦因数，取f=0.2 各值代入上式 Ff=Gf=15000×0.2=3000（N）e.Fb的计算回油背压形成的的阻力按下式计算 Fb=pb×A2式中 pb回油背压，一般为0.3MPa-0.5MPa，取pb=0.5 MPa A2有杆腔活塞的面积，考虑两边差动比为2，一估A1=80cm2，故A2=40 cm2。各值代入上式 Fb=pb×A2=0.5×106×0.004=2000（N）分析液压缸各个工作阶段受力情况，得知机械手在夹紧阶段受力最大，作用在活塞上的总机械载荷为 F=Fw+Fm+Fsf+Ff+Fb=15000+76.5+800+3000+2000=20876.5（N）6.3.2确定液压缸的结构尺寸和工作压力按经验数值确定系统的工作压力。工作压力 P1=3MPa液压缸工作腔的有效面积 A1=F/p1=20876.5/3000000=69.6cm2活塞直径 D= =9.4（）=94 因差动比为1：2，所以活塞直径 d=0.7D=0.7×94=65.8取标准直径d=63，D=90，则工作压力 P1=3.27 MPa取P1=3.3 MPa。6.4液压泵的计算6.4.1确定液压泵的实际工作压力Pp Pp = P1 +P1式中 P1前已选定为3.3 MPa； P1对于进油路采用调速阀的系统，P1可估为（0。.5-1.5）MPa，取1 MPa。因此，可确定液压泵的实际工作压力为 Pp = 3.3+1=4.3（MPa）6.4.2确定液压泵的的流量 Qp=Kqmax 式中 K泄漏因数，取1.2； qmax左右缸，上下缸，夹紧缸动作时所需最大流量之和。qmax=2A差动V=2××6.3×400 =25(L/min)代入上式得 Qp=1.2×25=30(L/min)按压力为4.3 MPa，流量为30（L/min），要求液压具有的变量功能，选择YBN-40M-JB液压泵。6.4.3确定液压泵的电机功率 该系选用液压泵，故应分别计算空载所需功率与最大工进时所需功率。 a最大工进时所需的功率 P工=2× 式中 一个液压缸在最大工进下所需流量； 液压泵实际工作压力，4.3 Mpa;液压泵的总效率，取 =0.8的计算如下： =××100=6.4（L/min）代入上式得 P工=2×=2×=1.15（kw） b夹紧工件时所需功率夹紧工件时，F夹紧= Fm +Fsf+Ff。其中各量计算如下： Fm=510（N） Fsf=0.250%=155（N） Ff=+=+ =1800（N）所以 F夹紧= Fm +Fsf+Ff=510+155+1800=2465（N）。夹紧工件时，取为05MPA。于是夹紧工件时液压泵输出压力=+=+0.5=1.29（MPa）上面已求出，液压泵的最大流量Qp=30（L/min）。夹紧工件功率（kw）6.5选择控制元件根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，在标准元件样本中选取控制元件规格。a. 方向阀 按p=4.3Mpa,q=12.5L/min,选35D-25B（滑阀机能O型）b. 单向阀 按p=1.29 Mpa，q=25L/min，选I-25B。c. 调速阀 按机械手执行过程时的最大流量q=7.6L/min，工作压力p=4.3 Mpa，选Q-10B。d.背压阀 调至0.3Mpa，流量为7.6L/min，选P-B10。6.6油管及辅助装置的选择a.阅设计手册，选择油管公称通经，外径，壁厚参数。液压泵出口流量以30L/min计，选取通径；液压油管稍粗些，选；其余油管按流量12.5L/min,选择。b.定油箱容量一般取泵流量的3倍5倍，本例取4.5倍，有效容积 V=4.5Qp=4.530=135(L)6.7液压系统性能验算绘制液压系统装配管路图后，进行压力损失验算。该液压系统较简单，该项验算从略。本系统采用限压式变量泵，效率高，功率小，发热少，油箱容量较大，不在进行温升验算。7 机械手7.1夹紧缸7.1.1液压缸工作参数的确定 夹紧掖压缸如图8.4所示在第8章的液压系统设计中对液压缸的总机械载荷及活塞/活塞杆直径进行计算，由上可知的总工作压力为 F=3.3（Mpa）7.1.2材料选择与长度尺寸的确定由于设计中夹紧缸筒和缸盖不与其它零件焊接，均采用45号钢调质，调质硬度在241280HB。为了配合夹紧装置夹紧液压缸的长度尺寸为110。7.1.3缸筒壁厚的计算：=0.1935（cm）取缸筒壁厚为即可。7.1.4缸筒底部厚度的计算：=0.0674（cm）取缸筒底部厚度为即可。7.1.5缸筒的技术要求a.缸筒与活塞采用Y形橡胶密封圈，配合精度要求H9/f8，缸筒内径表面粗糙度取（0.10.4）µm。为了防止腐蚀，提高寿命，缸筒内表面镀铬，镀铬厚度为35µm，镀铬后缸筒内表面应进行抛光。b.缸筒内径的圆度及圆柱度误差不大于直径公差的一半。缸体内表面的线轮廓误差栽500长度上不大于0.03。c.当缸筒的表面与缸盖固定时，缸筒端面跳动在直径100以上不大于0.01。d.缸筒与缸盖用法兰连接。7.1.6缸盖的技术要求a.与缸筒内径配合的直径为h8，与活塞杆上的缓冲柱塞配合的直径采用H9，与活塞杆密封圈外径配合直径采用H9。这三个尺寸的圆度和柱度的误差不大于各自直径公差的一半，三个直径的同柱度误差不大于0.03。b.与缸筒接触的端面和活塞接触对轴线的垂直度误差在直径100上不大于0.04。c.导向孔的表面粗糙度应不超过µm。7.1.7活塞a.夹紧液压缸有导向环用45号钢制成，导向环可用尼龙66，或尼龙1010制成。b.活塞外径公差f8，外径粗糙度（0.40.8）。c.活塞两端面对活塞µm轴线的垂直度误差在直径100上不大于0.04。7.1.8活塞杆a.活塞杆为空活塞杆的材料用45号钢。b.活塞杆的工作部分公差等级取f9，表面粗糙度不大于0.4µm。工作表面直线度误差在500长度上不大于0.03。c.活塞杆工作部分及安装活塞的部分圆度和圆柱度误差不大于各自直径公差的一半，跳动不大于0.01。d.活塞杆在粗加工后调质，表面直接镀硬铬，镀铬后抛光。7.2升降液压缸的设计7.2.1 升降液压缸工作压力的确定 升降缸如图8.2所示在第8章的液压系统设计中对液压缸的总机械载荷进行计算，所以作用在活塞上的总工作压力为 F=3.3（Mpa）7.2.2材料选择与长度尺寸的确定由于在本设计中夹紧缸筒和缸盖不与其它零件焊接，均采用45号钢调质，调质硬度在241280HB。根据上下行液压缸的上下最大行进量确定长度尺寸为400。7.2.3技术要求由于升降缸就长度方向发生了改变，所以缸筒壁厚,缸筒底厚度的计算，缸盖和缸筒技术要求，活塞和活塞杆为了便于设计这些技术要求与夹紧港保持一致。7.3左右液压缸的设计7.3.1液压缸工作压力的确定 夹紧掖压缸如图8.2在第8章的液压系统设计中对液压缸的总机械载荷及活塞/活塞杆直径进行计算，所以作用在活塞上的总工作压力为 F=3.3（Mpa）7.3.2材料选择与长度尺寸的确定由于在本设计中夹紧缸筒和缸盖不与其它零件焊接，均采用45号钢调质，调质硬度在241280HB。根据左右行液压缸的左右最大行进量确定长度尺寸为1000。7.3.3技术要求由于升降缸就长度方向发生了改变，所以缸筒壁厚,缸筒底厚度的计算，缸盖和缸筒技术要求，活塞和活塞杆为了便于设计这些技术要求与夹紧缸保持一致。8 简单的装配图8.1 装配的内容机械手整体装配包括图8.1，左右行液压缸图8.2，上下行液压缸图8.3，夹紧液压缸装配图8.4。图8.1机械手整体装配简图如图8.1所示为机械手的简单装配示意图,机械手在结构上主要有：支撑杆，左右液压缸的固定箱（包括箱体底板和箱盖），左右行支撑架，上下液压缸，夹紧液压缸。机械手三个液压缸的的安装均有螺丝的连接来固定，用螺丝连接可以增大机械手的拆卸灵活性，这样便于将来维修。图中支撑杆的局部剖视图要表明支撑杆是可以旋转的，这样设计是为增加机械手的可扩展性，如果由于生产的需要我们可以很快将支撑杆加上旋转液压，让该机械手具有旋转功能。图8.2左右行液压缸的结构示意图图8.3上下液压缸示意图图8.4夹紧液压缸的示意图82装配过程的技术要求除了三个液压缸和机械手的个别的配合要求较高外，因为本设计的重点是机械手的PLC控制和液压传动的设计，所以说仅提供机械手的简单装配图、装配的技术要求在此从略。三个液压缸技术要求统一按第7机械手的三个液压缸的技术要求所定。总 结本PLC自动线结构简单，组合灵活，设计的机械手能准确可靠的完成工件或物品的搬运动作，并经传送带自动送走，动作过程安全性高。其实，设计的过程就是巩固，然后再学习，提高和创造的过程。在设计过程中我用到本专业所学过的知识，通过设计可以来检查自己以前的知识学的是否扎实，学得不扎实的话通过设计得到了巩固。当然设计过程中，我也碰到了一些技术性的难题，这些东西大多都是自己以前所没见过的，通过辅导老师的指导和自己借书，查资料解决这些问题的过程就是再学习，在学习中我分析解决问题的能力提高了很多，并且在辅导老师的引导下学会了作设计的思维方式。就是建立在这些基础上，我所设计的PLC自动线才能顺利完成。现在自己毕业设计搞完，回想一下我觉得设计的结果其实并不重要，重要的而是作设计的过程。这个过程自己所又学到的，