机械课程设计--二维搬运平台及其PLC控制系统设计

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1、 机 电 综 合 课 程 设 计机 电 综 合 课 程 设 计 题题 目：目：二维搬运平台及其二维搬运平台及其 PLC 控制系统设计控制系统设计 院院 系系 船舶与海洋工程学院船舶与海洋工程学院 专专 业业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 生生 学学 号号 班班 号号 指导教师指导教师 日日 期期 2017.04 20172017 年年 4 4 月月 1 设计任务书 一、课程设计的目的： 通过本次课程设计，综合运用所学的机械和控制相关知识，分析和解决实际工程问 题，培养和锻炼学生的动手能力。 二、设计内容： 设计用于生产线搬运码垛的二维平动机械手， 其中X轴由伺服电机或步进

2、电机驱动， Z 轴由气缸（或伺服电机/步进电机）驱动，Z 轴末端装有抓取单元（抓取单元和料仓无 需设计） ，用于抓取工件。 三、设计参数： 1）传送带高度为： 1 m ； 2）工件质量（含抓取单元） ： 1.5kg ； 3）X轴行程： 400mm ； 4）Z轴行程： 100mm ； 5）工作循环节拍： 4 s ； 四、设计内容包括： 1）机械系统的设计：根据设计参数要求，完成机械系统的原理设计、结构设计和 精度设计； Z 轴 X 轴 抓取 单元 料 仓 传 送 带 2 2）气动系统的设计：气缸、气阀的选型，绘制气动原理图； 3）控制系统的设计：伺服/步进电机的选型计算，绘制电气系统原理图； 4

3、）调试：编制相应的 PLC 程序并在实验台上完成调试。 五、设计要求： 1）机械三维示意图A4图纸1张，二维总装图和零件图折合A0图纸1张；气动系统原 理图A4图纸1张；控制系统原理图A4图纸1张；梯形图程序图1份； 2）控制系统设计两种运行模式：手动模式和自动模式，在手动模式下可以用按钮 控制气缸的伸缩，在自动模式下，按下启动按钮后，气缸的动作过程为：在抓取工作位 （初始位置）下行，下行到位后停留（等待抓取单元稳定） ，然后上升，上升到位后停 留（等待X轴运行到码垛位） ，然后下行，下行到位后停留（等待抓取单元松开） ，然后 上升，上升到位停留（等待X轴回到初始位置） ，至此完成一个工作循环

4、，如此反复。 3）设计说明书 3000 字，包括：各类设计计算，标准件的选型，控制及气动系统的 设计过程等。 六、时间安排： 1）清点备品，准备工作：1天； 2）查阅资料：2天； 3）机械系统设计：5天； 4）电气、控制系统设计：5天； 5）说明书撰写：1天； 6）答辩：1天； 3 目录 1. 总体结构方案设计 4 1.1 机构示意图 4 1.2 运动方式的详细分析. 5 1.3 设计方案的说明 5 2. 机械系统设计 6 2.1 气缸的选型. 6 2.2 滚珠丝杠的选型 . 6 2.3 交流伺服电机选型 9 2.4 其他附件设计 . 9 3. 气动系统的设计 11 3.1 气动系统需要的零件

5、. 11 3.2 气动原理图 12 4. 控制系统设计 12 4.1 控制系统的设计要求. 12 4.2 输入和输出端口的分配 . 13 4.3 程序设计 . 13 4.4 电路原理接线图 15 5. 总结和心得 15 6. 参考文献 16 4 机电综合课程设计机电综合课程设计 1. 总体结构方案设计总体结构方案设计 1.1 机构示意图 机构的 x轴采用电机驱动和滚珠丝杠传动相结合的方式， z轴采用气缸驱动的方式， 加持工装采用电磁铁（加持装置在设计中简化） 。整个机构的三维建模如下： 5 1.2 运动方式的详细分析 控制系统同时控制电机和气缸的运动， 所以需要单独将电机运动和气缸运动分解出

6、来，电机控制的行程比较简单，它的运动是来回周期性的运动，关于气缸的运动需要详 细地分解出来。整个过程的工作循环为 4s，其中气缸的运动分为 4 个行程，考虑到气 缸的行程为 100mm，距离较短，可假设每次气缸的行程运动时间为 0.4s，电磁铁装夹 和松开工件各需要 0.2s，则 4 个工作行程可以分为一下几个阶段： （1）行程 1：通电之后，气缸活塞杆下行，用时 0.4s 到达指定位置，此时霍尔传 感器感应并发出信号，在下位停留 0.2s 用于抓取零件。 （2）行程 2：气缸活塞杆上行，用时 0.4s 到达上行位置，等待 1s 电机运转使得机 械手沿 x轴运动到指定位置。 （3）行程 3：气缸活塞杆下行，用时 0.4s 到达指定位置，此时霍尔传感器感应并 发出信号，在下位停留 0.2s 用于松开零件。 （4）行程 4：气缸活塞杆上行，用时 0.4s 到达上行位置，等待 1s 电机运转使得机 械手沿 x轴回到初始位置。 1.3 设计方案的说明 （1）驱动系统： x轴：交流伺服电机 伺服电机的精度较高，能够反馈运行的速度和角度等参数。 z轴：气缸 气