換刀機械手設計帶CAD圖

換刀機械手設計帶CAD圖,機械手,設計,CAD 蘇州大學碩士學位論文自動換刀機械手結構設計及PLC控制研究姓名：戴勤申請學位級別：碩士專業(yè)：機械工程指導教師：王金娥2010-11自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 摘要 I 自動換刀機械手結構設計及PLC控制研究 摘 要 數(shù)控機床的發(fā)展與應用， 大大降低了零件加工的輔助時間， 極大的提高了生產(chǎn)率。數(shù)控機床發(fā)展成了當今普遍應用的一種更新、更先進的制造設備即加工中心。加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置， 能對工件按預定程序進行多工序加工的高度自動化的多功能的數(shù)字控制機床。氣動機械手具有結構簡單、重量輕、動作迅速、可靠、節(jié)能、不污染環(huán)境、可實現(xiàn)無級調速、易實現(xiàn)過載保護等優(yōu)點，特別適用于數(shù)控機床自動換刀上。 為了增強機械手的通用性和互換性， 使同一機械手由于應用不同的模塊而具有不同的功能，本文采用模塊化氣動機械手，對基座、立柱、手臂、手部等模塊進行結構設計，通過模塊選擇與組合，以構成一定范圍內的不同功能或同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產(chǎn)品，并且在產(chǎn)品變化或臨時對機械手進行新任務分配時，可以允許方便地改動或重新設計其新部件，能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉換工作的費用，便于機械手的標準化生產(chǎn)和使用。在機械手的運動和動力學分析中，根據(jù)D-H法建立了機械手的運動學模型，確定各連接桿件與末端執(zhí)行器的空間位置和姿態(tài)關系；根據(jù)拉格朗日方程建立機械手動力學模型，確定各關節(jié)運動與作用力(或力矩)之間的關系。對機械手的定位控制分析，采用電氣-氣壓伺服定位技術設計機械手的驅動系統(tǒng)，氣動執(zhí)行元件根據(jù)輸入系統(tǒng)的電氣信號而動作，從而驅動負載輸出相應的物理量。系統(tǒng)采用simatic S7-200 PLC作為控制核心，根據(jù)機械手的工作流程制定控制方案，實現(xiàn)了機械手的任意點定位和無級調速。 關鍵詞：自動換刀機械手；模塊化設計；運動學；動力學；電氣-氣壓伺服定位系統(tǒng) Abstract Research on Structure Design and PLC Control of Automatic tool change Manipulato II Research on Structure Design and PLC Control of Automatic tool change Manipulator Abstract The development and application of CNC has reduced lots of operation time when machining parts and increased productivity, CNC has developed to be a class of more advanced equipments, namely, machining center. Machining center that is equipped with tool magazine and automatic tool changer is a multi-functional digital control machine which can make parts, according to pre-set programs for different stages. In addition, pneumatic manipulator has many merits such as simple structure, light weight, fast movement, reliability, low cost, pollution free, steeples speed regulation, and overload protection which is suitable for automatic tool changer on CNC. For strengthening the general availability of manipulator and making the same manipulator has the different function with the different modules, this paper adopted to modularize pneumatic manipulator. It carries out physical design on modules such as pedestal, column, arm, hand part. Selection and combination of modules form a series of products with a range of different functions or different performances and different specifications. In addition, the approach facilitates the modification and redesign of the module parts for fast production, which reduces the cost of installation and works transition and facilitates the standardalization of production and utilization of the manipulator. In the structure analyses of the manipulator, this paper establish the kinematics model of manipulator according to D-H, which ascertain space location and attitude connection between every member and end implement; this paper establish the dynamics model of manipulator according to Lagrange, which ascertain relation between every arthrosis motion and the acting force(or force moment). To analyze the manipulators position control, the actuation system is designed based on the Abstract Research on Structure Design and PLC Control of Automatic tool change Manipulator III electro-pneumatic servo orientation technology where the pneumatic actuator takes effect according to the input systems electrical signals to drive those physical variables of load output. This paper adopt Simatic S7-200 PLC to accomplish controlling core, technological process has worked out the job according to manipulator controlling scheme. The arbitrary orientation and stepless speed regulating of the manipulator has realized. Key Words：Key Words：Automatic tool change manipulator； Modularization design； Kinematics；Dynamics； Electro-pneumatic servo orientation system. 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 1 章 緒論 1 第1章 緒論 11 課題研究背景目的及意義 工業(yè)機械手技術是近年來新技術發(fā)展的重要領域之一， 是以微電子技術為主導的多種新興技術與機械技術交叉、 融合而成的一種綜合性的高新技術。 這一技術在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公自動化及生活服務等眾多領域有著越來越多的應用。工業(yè)機械手在提高產(chǎn)品質量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進制造業(yè)的柔性化、增強企業(yè)和國家的競爭力等諸方面具有舉足輕重的地位。 在現(xiàn)實生活中，機械手并不是在簡單意義上代替人的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置。 這種裝置既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力。從某種意義上說， 機械手是機器進化過程的產(chǎn)物， 是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備1。 本課題的目的是研究關于自動換刀氣動伺服機械手的結構設計和控制的一些普遍性問題。加工中心在工作過程中，需要使用不同的刀具對零件進行加工，要求自動換刀氣動伺服機械手能夠實現(xiàn)對刀庫中的刀具抓取、換位和傳送等功能，并且在傳送過程中能實現(xiàn)無級調速和任意點定位。 具體參數(shù)是根據(jù)實驗平臺的總體布局和加工中心刀具為對象選取的， 即設計用于模擬加工中心刀庫與主軸之間選擇性換刀過程的實驗平臺機械手。 當然， 根據(jù)模塊化和參數(shù)化的原理， 機械手的設計具有普遍性的意義。對于不同的工作情況， 只需選取必要的模塊， 對氣動元件和機械零件進行參數(shù)化設計，即可滿足不同工作條件的設計要求。 12 工業(yè)機械手的研究現(xiàn)狀及國內外發(fā)展 工業(yè)機械手最早應用在汽車制造業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。工業(yè)機械手延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可代替人類從事危險、有害、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人類完成繁重、單調重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質量。隨著機械手功能和性能的不斷改善和提高，機械手的應用領域日益在擴大，現(xiàn)已廣泛應用于制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運輸業(yè)、原子能工業(yè)、醫(yī)療、福利事業(yè)、海洋和太空的開發(fā)事業(yè)中。 第 1 章 緒論 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 2 可實現(xiàn)工業(yè)機械手自動化工作要求的自動控制方式目前有許多種， 其中包括氣動和電子一體化的氣電裝置、液壓和電氣、電子組合的液電裝置和電氣、電子的機電裝置等，側重利用它們各自的優(yōu)點，組合最合適的控制方式。由于氣動技術是以空氣為介質，它具有防火、防爆、防電磁干擾、不受放射線及噪聲的影響，且對振動及沖擊也不敏感，和結構簡單、工作可靠、成本低、壽命長等優(yōu)點，近幾年來氣動技術得到迅速的發(fā)展及普遍應用2。 氣動機械手由感知部分、控制部分、主機部分和執(zhí)行部分四個方面組成。氣動伺服定位系統(tǒng)代替了伺服電機或液壓伺服系統(tǒng)；氣缸、擺動馬達完成原來由液壓缸或機械所作的執(zhí)行動作；主機部分采用標準型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動機械手能夠拓展成系列化、標準化的產(chǎn)品。隨著生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，氣動技術會逐漸展現(xiàn)小型化、集成化；組合化、智能化；精密化；高速化；無油、無味、無菌化；高壽命、高可靠性和自診斷功能；節(jié)能、低功耗；機電一體化；滿足某些行業(yè)的特殊要求；應用新技術、新工藝、新材料；標準化；安全性等的特點。 機械手技術的研究與應用水平，反映著一個國家的經(jīng)濟實力和科技發(fā)展水平，國內外對發(fā)展這一技術都很重視，紛紛投入大量力量對機械手進行研究。近十幾年來，歐洲的德國、意大利、法國及英國的機械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較快。目前，世界上機械手無論是從技術水平上，還是從已裝備的數(shù)量上，優(yōu)勢集中在以日美為代表的少數(shù)幾個發(fā)達的工業(yè)化國家。 我國于 1972 年開始研制工業(yè)機械手，數(shù)十家研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、 組合式、 液壓伺服通用機械手， 并開始了機構學、 計算機控制和應用技術的研究。20 世紀 80 年代，我國機械手技術的發(fā)展得到政府的重視和支持，機械手步入了跨越式發(fā)展時期。從“七五”科技攻關及實施 863 計劃開始，經(jīng)過 20 多年的研制和應用，目前在工業(yè)機械手的一些機種方面，如噴漆機械手、焊接機械手、搬運機械手、裝配機械手和特種機械手都有了長足的進步， 基本掌握了工業(yè)機械手的設計制造技術和機械手應用中單元和生產(chǎn)線的設計、 制造技術， 有了一支具有一定技術水平的科技團隊。但是，我國工業(yè)機械手在總體技術上與世界先進水平還有很大的差距，僅相當于國外90 年代中期的水平。為了促進國內機械手工業(yè)的發(fā)展，必須在以市場需求的前提下，國家在政策上給以指導和鼓勵。 目前，國內機械手的發(fā)展方向主要是逐步擴大機械手應用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 1 章 緒論 3 熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還可以研制示教型機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構，以及適于不同類型的夾緊機構，設計成典型的通用機構，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手，既便于設計制造、又便于改換工作，擴大了應用范圍3。同時要提高精度，減少沖擊，定位準確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。另外，對于高端機械手，國內也進行了相關的研究，如上海交通大學機械手研究所開發(fā)了 SMA 六足微小型仿嶂螂機械手，在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應用較多， 發(fā)展較快， 一般的工業(yè)機械手技術相當成熟， 預計在 2005 年到 2008 年間，全球工業(yè)機械手銷量預計年均增長 6.1%，到 2008 年增至 12.1 萬臺。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應的變更，如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測。 13 本文主要研究內容及各章安排 工業(yè)機械手是一種以手部動作為主的機械手系統(tǒng)。 合理的設計方案是提高機械手工作性能、 優(yōu)化系統(tǒng)結構、 降低制造成本的基礎； 合理的機械結構、 可靠的驅動系統(tǒng)、安全便利的控制方式又是機械手工作的重要保證。文章采用模塊化設計思路，將機械手分為若干個模塊，并對各個模塊分別進行設計，然后把這些模塊拼裝起來組成機械手，可滿足不同工作條件的需要，對各執(zhí)行元件了分別進行參數(shù)化設計。 本文主要根據(jù)實驗平臺的總體布局以及機械手的特點，確定實驗平臺的總體方案，分析并解決存在的技術難題。文章第二章由機械手的功能和預期完成的的動作，確定機械手的總體結構及機械手的設計流程，并闡述模塊化設計思路；第三章系統(tǒng)地對機械手進行了運動學和動力學分析， 建立了機械手系統(tǒng)運動學、 動力學模型和方程；第四章詳細地介紹了氣動伺服系統(tǒng)設計要求和工作原理，繪制出氣動伺服系統(tǒng)原理圖，選取氣動系統(tǒng)輔助元器件；論文第五章介紹采用可編制程序控制器(PLC)對機械手進行控制，選取西門子 S7 系列 PLC，根據(jù)機械手的工作流程畫出程序流程圖。最后進行了全文總結，提出了下一步的改進措施，并對該設備的發(fā)展前景進行了探討。 第 2 章 機械手總體設計方案 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 4 第2章 機械手總體設計方案 21 機械手類型 1、按機械手的使用范圍分類 (l)專用機械手一般只有固定的程序，而無單獨的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機器或生產(chǎn)線用以自動傳送物件或操作某一工具。這種機械手結構較簡單，成本較低，適用于動作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場合。 (2)通用機械手具有可變程序和單獨驅動的控制系統(tǒng)，不從屬于某種機器，而且能自動完成物件或操作某些工具的機械裝置。通用機械手按其定位和控制方式的不同，可分為簡易型和伺服型兩種。簡易型只是點位控制，故屬于程序控制類型，伺服型可以是點位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類型。這種機械手由于手指可更換(或可調節(jié))，程序可變，故適用于中、小批生產(chǎn)。但因其運動較多，結構較復雜，技術條件要求高，故制造成本一般也較高。 2、按機械手臂部的運動坐標型式分類 (1)直角坐標式機械手臂部可以沿直角坐標軸 X、Y、Z 三個方向移動，亦即臂部可以前后伸縮(定為沿X方向的移動)、 左右移動(定位沿Y方向的移動)和上下升降(定為沿 Z 方向的移動)。 (2)圓柱坐標式機械手手臂可以沿直角坐標軸的 X 和 Z 方向移動，亦可繞 Z 軸轉動(定為繞 Z 軸轉動)，亦即臂部可以前后伸縮、上下升降和左右轉動。 (3)球坐標式機械手臂部可以沿直角坐標軸 X 方向移動，還可以繞 Y 軸和 Z 軸轉動，亦即手臂可以前后伸縮(沿 X 方向移動)、上下擺動(定為繞 Y 軸擺動)和左右轉動(仍定為繞 Z 軸轉動)。 (4)多關節(jié)式機械手這種機械手的臂部可分為小臂和大臂。 其大小臂的連接(肘部)以及大臂和機體的連接(肩部)均為關節(jié)(鉸鏈)式連接， 亦即小臂對大臂可繞肘部上下擺動，大臂可繞肩部擺動多角，手臂還可以左右轉動。 3、按機械手的驅動方式分類 (l)液壓驅動機械手以壓力油進行驅動 (2)氣壓驅動機械手以壓縮空氣進行驅動 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 2 章 機械手總體設計方案 5 (3)電力驅動機械手直接用電動機進行驅動 (4)機械驅動機械手是將主機的動力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機構等傳給機械手的一種驅動方式。 4、按機械手的比例大小分類 (l)微型機械手臂力小于 1kg (2)小型機械手臂力為 1-10kg (3)中型機械手臂力為 10-30kg (4)大型機械手臂力大于30kg 本課題采用了圓柱坐標型氣壓驅動機械手。 對氣動機械手的基本要求是能夠快速準確地拾放和搬運物品，這就要求氣動機械手具有高精度、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，明確工件的結構形狀和材料特性，滿足定位精度要求及抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結構及運行控制的要求；盡量選用的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉換和編程控制4。 22 機械手系統(tǒng)功能設計 加工中心的自動換刀裝置常采用公用換刀機械手。公用換刀機械手有單臂式、雙臂式、回轉式和軌道式等。除上述的公用機械手換刀方式外，還有很多機械手換刀方式，如：不用機械手的直接換刀方式和刀庫中每把刀配有一個機械手的換刀方式。 刀庫的基本類型有轉塔式、鏈式和盤式等，如圖2-1所示。鏈式刀庫的特點是存刀較多、擴展性好、在加工中心上配置位置靈活，但結構復雜。盤式和轉塔式刀庫的特點是構造簡單、 適當選擇刀庫位置還可省略換刀機械手， 但刀庫容量有限。 根據(jù)用途，加工中心刀庫的存刀量可為幾把到數(shù)百把，最常見的是2080把。 轉塔式 第 2 章 機械手總體設計方案 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 6 鏈式 盤式 圖2-1 加工中心刀庫的基本類型 加工中心換刀時需從刀庫中選擇指定的刀具，主軸頭也必須回到換刀位置。從刀庫中挑選所需刀具的方法有順序選擇法、刀座編碼法、刀具編碼法和刀具刀座跟蹤記憶法。 其中， 刀具刀座跟蹤記憶法在加工設備內使用最為方便， 刀具編碼法適合于FMS刀具的集中管理，所以在FMS中常將這兩種方式混合使用。 加工中心的換刀時間有兩種定量方法：刀對刀換刀時間(主軸和刀庫刀座都回到換刀點后交換刀具所需的時間)和加工對加工換刀時間(從上一把刀加工結束到刀具交換點后下一把刀進入加工所需的時間)。通常加工中心的技術參數(shù)中給出的換刀時間是刀對刀換刀時間(或稱凈換刀時間)，目前最快為0.45s，一般為5s左右。換刀時間取決于換刀機構(如機械式快于機-液(氣)式)、刀柄規(guī)格(如小規(guī)格刀柄換刀速度快)、刀具重量(如刀具輕換刀速度快)、機床規(guī)格、機械手尺寸和慣量等。因此，通常刀柄號越大，換刀速度越低56。 加工中心對自動換刀裝置有如下具體要求 1、刀庫容量適當 2、換刀時間短 3、換刀空間小 4、動作可靠、使用穩(wěn)定 5、刀具重復定位精度高 6、刀具識別準確 依據(jù)上述內容，可確定實驗平臺基本方案。刀庫選用結構較簡單的盤式刀庫，容量為12把刀。以公用換刀機械手的方式，每次換刀機械手需旋轉90。，一個完整的刀自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 2 章 機械手總體設計方案 7 對刀換刀時間為5秒左右。機械手挑選指定刀具采用較為簡單的刀座編碼法。 23 機械手的坐標形式與自由度 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其坐標形式可分為直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和多關節(jié)坐標式，不同坐標結構機械手(機械手)的特點如下 一、直角坐標系 1在三個直線方向上移動，運動容易想象 2計算比較方便 3由于可以兩端支撐，對于給定的結構長度，其剛性最大 4要求保留較大的移動空間，占用空間較大 5要求有較大的平面安裝區(qū)域 6滑動部件表面的密封較困難，容易被污染 二、圓柱坐標系 1容易想象和計算 2直線驅動部分若采用液壓驅動，則可輸出較大的動力 3能夠伸入型腔式機器內部 4手臂端部可以達到的空間受限制，不能到達靠近立柱或地面的空間 5直線驅動部分難以密封、防塵及防御腐蝕性物質 6后縮手臂工作時，手臂后端會碰到工作范圍內的其他物體 三、 極坐標系 1在中心支架附近的工作范圍較大 2兩個轉動驅動裝置容易密封 3覆蓋工作空間較大 4坐標系較復雜，較難想象和控制 5直線驅動裝置仍存在密封問題 6存在工作死區(qū) 四、多關節(jié)坐標系 1動作較靈活，工作空間大 2關節(jié)驅動處容易密封防塵 第 2 章 機械手總體設計方案 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 8 3工作條件要求低，可在水下等環(huán)境中工作 4適合于電動機驅動 5運動難以想象和控制，計算量較大 6不適于液壓驅動 機械手的運動可以分為主運動和輔助運動。手臂和立柱的運動稱為主運動，因為他們能改變被抓取工件在空間的位置；手腕和手指的運動稱為輔助運動，因為手腕的運動能改變被抓取工件的方位(即姿態(tài))。而手指的夾放不能改變工件的位置和方位，故它不計為自由度數(shù)，其它運動均記為自由度數(shù)78。 由于本機械手在換刀時手臂具有升降、 伸縮及回轉運動， 因此采用圓柱坐標形式，相應的，機械手具有三個自由度。另外，機械手將刀具從刀庫中提出后需要提升一小段距離，為了彌補立柱升降運動行程較大并帶動手臂伸縮機構一起運動，造成較大振動的缺陷，增加手臂短行程升降機構，即增加了一個手臂升降的自由度。由于被抓取工件(刀具)是豎直抓取，然后豎直放置，搬運過程中無需改變工件的姿態(tài)，因此可以省略手腕模塊。因此，機械手總共具有四個自由。圖2-2所示為機械手的運動示意圖。 圖2-2 機械手的運動示意圖 如遇到需抓取水平放置的工件時，要在手腕處設有回轉運動才可滿足工作的需自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 2 章 機械手總體設計方案 9 要?？紤]到機械手的通用性，可以增加手腕模塊，將手腕設計成回轉結構，實現(xiàn)手腕回轉的機構選用回轉氣缸。 為了區(qū)分兩個升降部分，本文將左邊行程較大的升降部分稱作立柱，右邊行程較小的升降部分稱作小臂。 24 機械手工作過程及工步時間分配 1、確定完成動作及順序 圖2-3 換刀機械手布局示意圖 要確定換刀機械手的工作過程首先要了解各裝備的布局及機械手需要完成的動作。換刀機械手的布局示意圖如圖2-3所示。圖中換刀機械手的初始位置是手部正對盤式刀庫，與刀架成90。夾角，水平機構和垂直機構均設在極限位置。采用刀座編碼法選擇好要使用的刀具時，盤式刀庫轉動相應的角度，使被選擇的刀具轉到正對換刀機械手下方的位置。換刀機械手為把刀庫上的被選擇刀具送到刀架上，需要以下幾個動作 (1)水平伸出機械手水平機構伸出70mm，到達刀庫正上方。 (2)豎直下降小臂升降機構下行30mm，使手部夾持機構到達與刀柄水平的位置。 (3)夾緊手臂機構迅速夾緊刀柄。 (4)豎直上升待刀柄被夾緊后，小臂升降機構上行30mm，將刀具提出刀庫。 (5)水平收縮水平機構快速收縮70mm，整個機構回到初始位置。 (6)擺動機械手逆時針擺動90。，使機械手正對刀架。 第 2 章 機械手總體設計方案 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 10 (7)豎直下降、松開小臂升降機構下行30mm，將刀具放在刀架上，同時手部機構松開工件。 (8)豎直上升小臂升降機構上行30mm，回到原始極限位置。 (9)擺動機械手順時針擺動90。，回到初始位置。 以上是機械手換刀動作。當換刀動作完成后，刀架的推爪將放在刀架上的刀具推到刀架的另一端。至此，整個機構的一個完整動作就完成了。 2、工步時間分配 前面已經(jīng)確定了機械手的完整刀對刀換刀時間為5s， 根據(jù)上述換刀機械手的動作以及各自的行程，對時間進行分配，如表2-1所示： 表2-1機械手運動過程與時間分配 工序號 工步名稱 行程(mm) 預分配時間(s) (1) 水平伸出 70 0.5 (2) 豎直下降 30 0.3 (3) 夾緊 O3 (4) 豎直上升 30 0.3 (5) 水平收縮 70 0.5 (6) 擺動(逆時針) 90。 l 豎直下降 30 0.3 (7) 松開 0.3 (8) 豎直上升 30 0.3 (9) 擺動(順時針) 90。 l 總計 4.5 25 機械手的基本參數(shù) l、主參數(shù) 最大抓重是機械手的主參數(shù)。由于該機械手的設計用途為學校的實驗平臺，所以抓重無需太大，可設定為100克。 2、其他參數(shù) 運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設計速度過低限制了它的使用范圍，而影響機械手動作快慢的主要因素是手自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 2 章 機械手總體設計方案 11 臂伸縮及回轉的速度。該機械手最大移動速度設計為1.2m/s，最大回轉速度設計為120。/s。 機械手動作時有啟動、停止，故有加速度、減速度的存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面。因為平均速度與行程有關，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。 除了運動速度以外，手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為70mm，最大工作半徑約為180mm。手臂回轉行程范圍定為90。手臂升降行程定為100mm。 定位精度也是基本參數(shù)之一。該機械手的定位精度為0.5lmm。 根據(jù)上述的表2-1機械手各關節(jié)的行程和時間分配，確定換刀機械手各部分的基本參數(shù)如表2-2所示 表2-2 機械手各關節(jié)基本參數(shù) 伸縮范圍 070mm 升降范圍 O30mm 伸出* 500mm/s 上升* 150mm/s 速 度 收縮* 500mm/s 速 度 下降* 150mm/s 水平 機構 定位精度 lmm 垂直 機構 定位精度 lmm 擺動角度 O90。 擺動速度 100。/s 擺動 機構 定位精度 5 手部 抓取范圍 M，兩側開閉角度30。-10。，手指動作時間為0.02s；重復定位精度：0.0lmm。 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 45 圖4-5 模擬刀具 圖4-6 MHC2-16D雙作用擺動氣爪 422 手臂結構設計 手臂是機械手的主要部分，它是支撐被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件， 并按預定要求將其搬運到指定的位置。 前面已經(jīng)敘述了，按照抓取工件的要求，本機械手有四個自由度，即手臂的伸縮、小臂的升降、立柱的回轉和升降運動。對手臂結構的要求：一是重量盡量輕，以達到動作靈活、運動速度高、節(jié)約材料和動力，同時減少運動的沖擊；二是要有足夠的剛度，以保證運動精度和定位精度。手臂的結構設計重點是驅動力的計算和偏重力矩的計算。23 1、小臂升降模塊 小臂升降模塊安裝在手臂伸縮模塊上， 其作用是將模擬刀具從刀庫插孔(刀架槽)中提出或插入，采用單桿雙作用氣缸。 對于直線運動氣缸的缸徑，可按載荷/安全系數(shù)選取。氣缸活塞桿的穩(wěn)定性與工作壓力、安裝形式、最大行程有關，即使氣缸不受橫向載荷也需要加上導向裝置，保證氣缸按正確方向運行。 (1)氣缸內徑的確定 由作用在活塞桿上的工作載荷和初選的工作壓力， 利用下述公式可計算出缸徑D。當活塞桿輸出推力克服載荷做功時 )/(4D1PF= (4-2) 式中：D氣缸內徑(m) F1活塞上的推力(或稱工作載荷)(N) 第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 46 p初選的工作壓力(Pa)，一般為P=(0.51)Mpa 總機械效率，當氣缸動態(tài)性能要求工作顴率高時，取=0.30.5。速度低時取大值，速度高時取小值。氣缸動態(tài)性能要求一般，工作頻率較低時，可取0.70.85 當活塞桿輸出拉力克服載荷做功時 224F =DdP+ (4-3) 式中：F2活塞桿的拉力(N)； d根據(jù)拉力預先估定的活塞桿直徑。估定活塞桿直徑d/D=0.160.5。 把d/D=0.160.5代入式(4-3)，則可得 P24F 1.15)?(1.01=D (4-4) 將式(4-2)與式(4-4)相比，D取大值，即P24F 1.15)?(1.01=D (2)氣缸耗氣量 氣缸耗氣量與氣缸直徑D、 行程S、 缸的動作時間和換向閥到氣缸管道的容積有關。忽略氣缸管道容積時，則氣缸的單位時間壓縮空氣消耗量按下式計算 1QQ=或22221212(),44D SDdSQQ QQtt= （4-5） 式中：Q每秒鐘壓縮空氣消耗量(m3/s) Ql、Q2氣缸無、有活塞桿端進氣時壓縮空氣消耗量m3/s) D、d缸的內徑和活塞桿直徑(m) tl、t2氣缸活塞桿伸出與縮回時所需時間(s) S氣缸的行程(m)。24 (3)小臂升降氣缸計算 根據(jù)換刀機械手立柱升降氣缸運動過程的要求，氣缸收縮時承受的外力F15N，行程為30mm，伸出或縮回的時間為0.3s。其主要尺寸的確定如下： a、缸徑D的計算： 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 47 取d/D=0.5，依據(jù)公式(4-4)取P=0.5Mpa，=0.3計算，即 41.150.016616.6AFDmmmP = 根據(jù)資20mm，其活塞桿直徑：d=8mm。行程S=30mm。選用SMC標準氣缸，型號為CM2820-30，如圖4-7所示。該氣缸為雙活塞結構，夾持力大，有可變節(jié)流。位置感側方式為磁感式，緩沖方式采用內緩沖環(huán)(不可調)。定位精度為0.5mm(大于設計的1mm的要求)。 圖4-7 CM2820-30 b、耗氣量計算 缸徑D=20mm，行程s=30mm，時間t=0.3s，依據(jù)公式(4-5)，得： smt/1014. 34SDQ352= C、驗算 輸出力 根據(jù)資料26，得：當P=0.5 Mpa時，該氣缸的推力為102N，而拉力為80N， 均遠遠大于實際需要的15N 緩沖 該氣缸終端位置的沖擊能量為 mNmvE=0075. 0)3 . 003. 0(5 . 15 . 02122 根據(jù)資料26得：當P=0.5Mpa時，終端位置的最大沖擊能量為0.1Nm0.0075Nm，所以安全。 (4)導向裝置 氣壓驅動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時， 為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 48 性，在設計手臂結構時，必須采用適當?shù)膶蜓b置。它應根據(jù)手臂的安裝形式、具體結構和抓取重量等因素加以確定，同時在結構設計和布局上，應盡量減少運動部件的重量和盡量減少手臂對回轉中心的轉動慣量。 目前常采用的導向裝置有單導向桿、雙導向桿、四導向桿等，在小臂升降模塊中常采用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性，如圖4-8所示。 圖4-8 小臂導向裝置 2、手臂伸縮模塊 手臂的伸縮是直線運動，該模塊水平安裝在立柱上，要求使用的氣缸體積小、重量輕，減小對回轉中心的轉動慣量，因而選擇SMC的CQ2系列薄型氣缸，其缸筒與無桿側端蓋壓鑄成一體，缸體為方形，重量輕、薄、安裝空間小，安裝方便。 根據(jù)氣缸的運動要求，氣缸收縮時承受的外力F15N(慣性負載較大)，行程為70mm，伸出或縮回的時間為0.3s。其主要尺寸的確定如下： (1)缸徑D的計算 取d/D=0.5，依據(jù)公式(4-4)，取P=0.5Mpa，=0.3計算，即 41.150.013613.6AFDmmmP = 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 49 根據(jù)資料26，取標準缸徑D=32mm，(CQ2系列長行程缸徑只有32 mm以上的)，其活塞桿直徑d=14mm，行程S=70mm。選用SMC標準氣缸，型號為CQ2A32-75，如圖4-9所示。 圖4-9 CQ2A32-75標準氣缸 在P=0.5MPa時，CDQ2A32氣缸水平安裝定位，最小負載(3k)/最大負載(45kg) 時氣缸行程為400mm的典型定位時間為0.45/0.75s，定位精度0.2mm。 (2)耗氣量計算 水平缸缸徑D=32mm，行程S=70mm。時間t=0.3s，依據(jù)公式(4-5)，得： smt/1024SDQ342= (3)導向裝置 導向裝置需要承受小臂升降機構、 手部模塊和模擬刀具的全部重力， 軸向力較大，采用雙導向桿，如圖4-10所示。 圖4-10 手臂伸縮模塊導向裝置 3、立柱升降模塊 第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 50 立柱是安裝在與基座連接的轉臺之上，用以支撐手臂并帶動它升降和移動的機構。對立柱的設計要求是堅固，剛性好。 根據(jù)換刀機械手立柱升降氣缸的運動要求，氣缸收縮時承受的外力F60N，行程為100mm，伸出或縮回的時間為0.4s。其主要尺寸的確定如下： (1)缸徑D的計算 取d/D=0.5，依據(jù)公式(4-4)取P=0.5Mpa, =0.3計算，即 mmmPFDA26026. 0415. 1= 根據(jù)資料26，選用SMC的CAl系列標準氣缸，它的拉桿結構很堅固，能夠提供足夠的剛性，適合作為手臂的立柱，取標準缸徑D=40 mm，(CA1系列只有40 mm以上缸徑的氣缸)，其活塞桿直徑d=14mm，行程S=100mm。型號為CA1BN40-100，如圖4-11所示。該氣缸的位置感側方式為磁感式，緩沖方式為氣緩沖?；钊俣葹?0500mm/s，定位精度為0.5mm。 圖4-11 CA1BN40-100 (2)耗氣量計算 缸徑D=16mm，行程S=100mm，t=0.4s，依據(jù)公式(4-5)，得： smt/1014. 34SDQ342= 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 51 (3)偏重力矩的計算 偏重力矩就是手臂懸伸部分的全部零件的重量(作用在各自的重心上)對手臂回轉中心的靜力矩心。最大偏重力矩產(chǎn)生于手臂伸縮缸全部伸出，并夾持額定重量的零件時，如圖4-12所示。各零件的重量可按其結構形式、材料比重進行粗略計算。由于零件多數(shù)選用對稱結構，故重心應位于幾何截面的形心上。計算時可把手臂偏重部分分解為幾個單元，分別計算，然后匯總。Me可依據(jù)下式計算： iniieXGM=G總 其中，總G立柱支撐的全部零件的重量； G總的重心位置距立柱軸線的距離； i工件、手指、手腕、手臂等零部件的順序號； iX各零件重心到立柱軸線的距離。 如果求出偏重力矩過大，可重新布置各部件在手臂上的位置，也可加平衡塊來改善受力情況。但這樣又會增大手臂重量和轉動慣量。因此要多方考慮。 圖4-12 升降立柱平衡圖 圖4-13 立柱導向裝置 經(jīng)計算，得G總60N，在手臂伸出時90mm，其偏重力矩為 mmGMe=N4 . 5N09. 060總 (4)導向裝置 如圖4-12(a)所示，手臂在G總的作用下有順時針方向傾斜趨向，而立柱導向裝 置可阻止手臂傾斜。導向裝置對升降立柱的作用力如圖示Rl和R2，根據(jù)升降立柱的平第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 52 衡條件27： =+=fhfGhfRFFFGGhRRGhRRR2222112121121總總總總 f為摩擦系數(shù)，一般為0.1，這里可取f=0.16 mmh8 .2832. 0= 否則，立柱導向裝置不能阻止手臂傾斜。由以上計算可知機械手偏重力矩較大，采用雙導向桿結構，如圖4-13所示。 4、手臂的回轉模塊 擺動氣缸是利用壓縮空氣驅動輸出軸在一定角度范圍內作往復回轉運動的氣動執(zhí)行元件，用于物體的轉位、夾緊、閥門的開閉以及機械手的手臂動作等。擺動氣缸有齒輪齒條式和葉片式兩大類。它們的特點如表4-1所示。22本機械手臂采用齒輪齒條式擺動氣缸。 表4-1 擺動氣缸的特點 品種 體積 質量 改變擺動角的方法 設置緩沖裝置輸出力矩 泄 露擺動角度范圍最低使用壓力 擺動速度 用于中途停止狀態(tài) 齒輪齒條式 較大 較大 改變內部或外部擋塊位置 容易較大很小 可較寬較小 可以低速 可適當時間使用 葉片式 較小 較小 調節(jié)止動塊的位置 內部設置困難較小微漏較窄較大 不宜低速 不宜長時間使用 對擺動氣缸必須進行受力分析，按所受的力矩大小選取擺動氣缸。氣缸的理論輸出力矩為 /MMO= (4-7) 式中：M氣缸所受實際力矩，Nm 負載率，0.3 M為機械手基座以上其余部分對于Z軸的慣性力矩，經(jīng)計算，可得：NmM04. 1= 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 53 由公式(4-7)，計算求得氣缸的理論輸出力矩為 NmMMO46. 3/= 查參考文獻，選擇SMC雙作用薄型齒輪齒條式擺動氣缸CRQ2BS40-90C，如圖4-15所示。 當工作壓力在0.5Mpa時， 輸出扭矩為5.3Nm， 緩沖方式為氣緩沖， 允許動能0.4J，擺動角度90。， 可調角度范圍5。， 擺速可調范圍0.21.0s/90。， 最小使用氣壓0.1MPa，最大使用氣壓O.99 MPa。而且氣缸重復定位精度O.1。，滿足設計要求。 圖4-15 擺動氣缸CRQ2BS40-90C 423 基座結構設計 基座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于基座上，是支撐機械手全部重量的構件。對其結構的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀?；Y構從形式上可分為落地式和懸掛式，或分為固定式、可移動式和行走式。無論哪一種形式，機械手工作時基座應給予以固定。根據(jù)總體設計中換刀機械手的設計要求，本機械手的基座采用落地固定式23。 基座的結構與機械手的總體布置有關，對專用機械手而言，傳動和控制部分通常是單獨布置，故基座比較簡單或不設基座。對于通用機械手來講，傳動部分通常布置在機架內部或后下方，控制部分則布置在基座的后上方或單獨布置一個控制箱。由于本機械手應用在教學實驗平臺上，需要具備一定通用性。采用分散布置，將傳動和控制部分分開，以免受震動的影響，可延長機械手的使用壽命。 換刀機械手立柱模塊需要一個旋轉模塊，擺動氣缸則應固定在基座上。如果水平缸、垂直缸和手部機構直接安裝到擺動氣缸輸出軸上，機構雖然簡單，但擺動氣缸的軸向受力增大，對氣缸的自身要求較高，容易造成擺動氣缸的損壞。同時，機械手本身重心偏離立柱軸線對擺動氣缸轉動軸產(chǎn)生傾覆力矩。所以采用一個連接組件，將機械手立柱以上的重量和傾覆力矩由機架來承擔。該連接組件主要由四個部分組成：雙第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 54 向推力球軸承、底座、轉臺和扣罩，如圖4-16所示。采用雙向推力球軸承可以方便地將軸承內環(huán)與轉臺連接，外環(huán)用扣罩固定在底座上。另外，推力軸承要選擇公稱尺寸相對較大一些的，這樣可以更好地承受傾覆力矩。 1-底座 2-擺動氣缸 3-雙向推力球軸承 4-扣罩 5-轉臺 圖4-16 基座結構圖 424 氣動輔助元件選取 1、消音器 消音器是一種允許氣流通過而使聲能衰減的裝置， 能夠降低氣流通道的空氣動力性噪音。好的消音性能是指在產(chǎn)生的噪聲頻率范圍內，有足夠大的消聲量。主要有兩種消聲原理： (1)吸收型讓壓縮空氣通過多孔的吸聲材料，靠氣流流動摩擦生熱，使氣體的壓力能部分轉化為熱能，從而減少排氣噪聲。它具有良好的消除中、高頻噪聲的性能。一般可降低噪聲25dB以上。 吸聲材料大多使用聚氯乙烯纖維、 玻璃纖維、 燒結銅珠等。 (2)膨脹干涉型這種消聲器的直徑比排氣孔徑大。氣流在里面擴散、碰撞反射，互相干涉， 減弱了噪聲強度， 最后從孔徑較大的多孔外殼排入大氣。 主要用于消除中、低頻噪聲。 消音器的選用及使用注意事項 (1)對消音器的要求是，在噪聲頻率范圍內消聲效果好，排氣阻力小，以免影響換向閥的換向性能。并要求結構耐用，孔眼不易堵塞，便于清洗。通常根據(jù)換向閥的連接口徑來選擇消聲器的規(guī)格。 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 4 章 機械手的機械系統(tǒng)設計 55 (2)要注意排氣時絕熱膨脹溫度下降，導致壓縮空氣中含有的水分會在消聲器上凍結，造成排氣阻力增大，故排氣前的管路中要盡量分離掉水分。24 2、空壓機 空氣壓縮機的作用是將電能轉化成壓縮空氣的壓力能， 供氣動設備使用。 選型時，首先按空壓機的特性要求，選擇空壓機類型，再根據(jù)氣動系統(tǒng)所需的工作壓力和流量兩個參數(shù)，確定空壓機的輸出壓力Pc和吸入流量Qc，最終選取空壓機的型號。 3、氣罐 氣動回路中增設氣罐，可以消除空氣壓縮機排出氣流的壓力脈動；同時依靠絕熱膨脹及自然冷卻降溫，可進一步分離壓縮空氣中所含的油分和水分；此外，還可以儲存一定量壓縮空氣。一方面可解決短時間內用氣量大于空壓機輸出氣量的矛盾，另一方面可在空壓機出現(xiàn)故障或停電時，維持短時間的供氣，以便采取措施保證氣動設備的安全。22選定氣罐時，主要參照空壓機功率(對應空壓機吸入流量)來選用。 4、氣源處理組件 氣源處理組件可采用模塊化結構，是堅固而又多功能的三連件，通常稱為氣動三大件。該組件包括分水濾氣器、減壓閥和油霧器的順序組合。 分水濾氣器的作用是濾去壓縮空氣中的油分、水分和粉塵等雜質。 油霧器的作用是使?jié)櫥挽F化后，隨壓縮空氣一起進入到需要潤滑的氣動部件，以達到潤滑的目的。這種注油方法潤滑均勻、穩(wěn)定，耗油量少，且不需要大的儲油設備。 43 小結 本章對模擬換刀機械手的電氣-氣壓伺服驅動系統(tǒng)進行了詳盡的設計，對各執(zhí)行機構的氣動元器件進行了計算和選型，并為氣缸設計了相應的導向機構，滿足了各執(zhí)行機構運動過程中對運動速度和定位精度等方面的要求。第 5 章 PLC 控制系統(tǒng)設計 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 56 第5章 PLC控制系統(tǒng)設計 51 機械手控制系統(tǒng) PLC 的選型與 I/O 點確定 511 PLC 選型 在系統(tǒng)控制器的選擇上可以有多種方案，目前在機電一體化設計中主要有三種：單片機、工業(yè)控制計算機、可編程控制器（PLC）。隨著計算機系統(tǒng)的不斷發(fā)展，也出現(xiàn)了運動控制卡和邏輯控制器等新型控制硬件。PLC 控制有以下優(yōu)點 1、可靠性高 PLC不需要大量的活動元件和連接電子元件，它的連線大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短，采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，如：冗余的設計、斷電保護、故障診斷和信息保護及恢復等。 2、易操作性 PLC 有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不容易發(fā)生操作的錯誤。PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低。 3、靈活性 PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、應用而拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。 以上特點使PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，經(jīng)過各方面分析比較，本課題采用西門子PLC作為控制器，并配有相應的控制模塊，來實現(xiàn)整個機械手的控制功能。 根據(jù)該機械手工作情況分析，要選擇輸入端點個數(shù)和輸出端點個數(shù)10。機械手控制系統(tǒng)選用的是西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列中CPU226的型號。該型號PLC集成的數(shù)字量輸入/輸出為24入16出，基本位布爾運算執(zhí)行時間為022峪，13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。它還具備6路30KHZ高速脈沖輸出，可以分別用來接受旋轉編碼器信號和直接控制步進電機運行。有模擬量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)器模塊、位置控制模自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 第 5 章 PLC 控制系統(tǒng)設計 57 塊、數(shù)據(jù)輸入/輸出模塊、通信模塊等，可以實現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)功能。 512 控制系統(tǒng)輸入輸出設備以及I/O點確定 輸入設備是用以產(chǎn)生輸入控制信號的設備，在本機械手的控制系統(tǒng)中主要有：刀庫同步編碼器。 輸出設備是由PLC輸出信號驅動的執(zhí)行元件，在機械手的控制系統(tǒng)中的輸出設備是脈沖分配器，工作狀態(tài)指示燈。 表5-1 PLC I/O分配 輸入點 按鈕符號 初始狀態(tài) 功能說明 I0.0 SBl 常開 啟動 I0.1 SB2 常開 停止 I0.2 SB3 常開 回原點 I0.3 SB4 常開 自動 I0.4 SB5 常開 手動 I0.5 SB6 常開 半自動 I1.0 S0 常開 小臂垂直缸上行接近開關 I1.1 S1 常開 小臂垂直缸下行接近開關 I1.2 S2 常開 水平缸伸出接近開關 I1.3 S3 常開 水平缸收縮接近開關 I1.4 S4 常開 立柱垂直缸上行接近開關 I1.5 S5 常開 立柱垂直缸下行接近開關 I1.6 S6 常開 擺動缸反轉接近開關 I1.7 S7 常開 擺動缸正轉接近開關 I2.0 S8 常開 手爪抓緊 I2.1 S9 常開 手爪松開 第 5 章 PLC 控制系統(tǒng)設計 自動換刀機械手結構設計及 PLC 控制研究 58 輸出點 按鈕符號 初始狀態(tài) 功能說明 Q1.0 Y6 常開 小臂垂直缸上行 Q1.1 Y7 常開 小臂垂直缸下行 Q1.2 Y4 常開 水平缸伸出 Q1.3 Y5 常開 水平缸收縮 Q1.4 Y2 常開 立柱垂直缸上行 Q1.5 Y3 常開 立柱垂直缸下行 Q0.6 Y0 常開 擺動缸反轉 Q0.7 Y1 常開 擺動缸正轉 Q2.0 Y8 常開 手爪抓緊 Q2.1 Y9 常開 手爪松開 52 步進電機 在目前國內的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢， 運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。 1、控制精度不同 兩相混合式步進電機步距角一般為 3.6。、1.8。，五相混合式步進電機步距角一般為 0.72。、0.36。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為 0.09。；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為 1.8。、 0.9。、 0.72。、 0.36。、0.18、0.09。、0.072。、0.036。，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。 交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。 以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準 2500 線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為 360。/10000=0.036。對于帶 17 位編碼器的電機而言，驅動器每接收 217=131072 個脈沖電機轉一圈， 即其脈沖當量為 360。/131072=9.89 秒。 是