大型压力机冲压线快速吸放料气路系统设计毕业论文.doc

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1、 大型压力机冲压线快速吸放料气路系统设计作 者 姓 名 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 专业技术职务 目 录摘 要 1第一章 绪论 21.1 概述 21.2 国内外的发展状况和趋势 21.2.1 发展状况 21.2.2 发展趋势 31.3本文研究主要内容 31.4 设计原则 3 第二章 冲压线介绍 42.1 冲压自动化概述 42.2冲压生产自动吸放料发展慨况 42.2.1普通压力机的送料机构 42.2.2机械手加穿梭小车式输送系统52.2.3多工位压力机的自动送料机构52.3冲压自动线的组成 62.3.1拆垛系统 62.3.2 自动传送系统 62.3.3线尾出料系统 62.4 冲

2、压生产自动送料发展趋势 62.4.1多工位压力机取代取代单机联线冲压生产 62.4.2 高速高精度的自动送料机构 72.4.3 柔性自动化送料机构72.4.4 交流伺服系统自动送料机构 7第3章 气动系统设计 73.1气动系统介绍83.1.1气动三联件83.1.2换向阀83.1.3节流阀93.2拟定执行元件运动控制回路 103.3气源系统设计103.4气缸的设计及安放103.4.1 纵向气缸的计算113.4.2 横向气缸的计算123.5 真空吸盘动作示意图133.6 气压传动工作原理图13第四章 PLC控制系统设计 154.1 PLC简介 154.1.1 PLC的定义 154.1.2 PLC的

3、组成 154.1.3 PLC工作原理及其特点 174.1.4 PLC的应用 184.2 对PLC的选取204.3 PLC控制系统总体设计方案概述 204.3.1 系统的整体设计分析 204.3.2 快速吸放料系统I/O接口分配表 214.3.3控制系统的运行模式 224.3.4 PLC控制程序设计 23第五章 总结与展望 265.1设计总结285.2前景展望28摘 要随着自动控制技术的不断提高和发展，各种机床对送料装置的要求越来越高，尤其是大型冲压机床，在要求送料机构具有安全性的同时还应有较快的吸放料速度。目前，对送料装置的要求呈现出高精度化、高速度化、高自动化、高可靠性等特点。本文着重介绍快

4、速送料机构的组成和分类，国内外的发展状况，气动技术的特点，PLC的组成及控制特点。设计出机械手的气动系统，绘制机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定可编程序控制器的控制方案，画出机械手的工作时的顺序功能图和梯形图，并编制PLC的控制程序。关键词：快速吸放料 气动 PLCAbstractWith the continous improvement of the automatic control technology and development,the requirements of a variety of machin

5、e feeders getting higher and higher.Especially for large stamping machine,there should be a faster feed rate of absorption and desorption in the security requirements of the feed mechanism. At present,showing the characteristics of high precision,highspeed, high automation,high reliability requireme

6、nts for feeders. This article focuses on the fast to the composition of the feed mechanism and classification of the state of development at home and aborad,aerodynamics,the composition of PLC and control characteristics.The design of manipulator pneumatic system,rendering the manipulator pneumatic

7、system working principle diagram.Using programmable controller to control the mechanical hand,the appropriate selection of PLC models,according to the manipulator workflow developed programmable controller control scheme,draw the mechanical hand work order function diagram and ladder diagram,and the

8、 preparation of PLC control program. Key words:Rapid sbsorption and release material ；Pneumatic ；PLC第一章 绪论1.1 概述由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。我国工业的发展尤其是汽车工业的发展，对冲压技术自动化提出越来越高的要求。送料机构作为冲压生产中的关键组成，其发展直接影响着整个冲压生产水平。目前国内自动冲压生产线的自动化系统由于设计原理和结构上的原因，使冲压生产线的生产节拍较低，从而致使生产效率和生产能力的发挥皆不理想。为了提高冲压生产线的生产效率和充

9、分利用自动冲压线的灵活性、提高冲压车间的生产能力、改善和优化冲压线的自动化输送系统，直至提升冲压线的生产节拍。本文设计中的吸放料系统采用气动技术，利用急回特性，可加快冲压线吸放料的速度，同时机械手用PLC进行控制，能使整个系统更加灵活、快速。1.2国内外的发展状况和趋势1.2.1 发展状况早期的冲压生产线，由数台单动机械压力机组成，两者之间装有机械手，设置一个工位，可带工件翻转装备，采用人工或机械的上下料方式，组成机械化或半机械化流水生产线。在我国，90%的现存冲压生产先属于这一阶段的产品。目前，国内自动冲压生产线的生产节拍基本上处于5-8次每分钟左右，已经不能够满足越来越高的生产效率的要求。

10、根据冲压工件的不同分类及其冲压工艺，用于冲压设备上的自动化输送系统的选型也各不相同。国内常见的输送系统一般是有多工位压力机上的三轴或两轴电子夹爪式输送系统或步进、摆动式横杆输送系统和串联式自动冲压线的机器人或机械手输送系统。 国外的自动送料方式有很多种，但是在这些产品中也存在一些问题。如日本的RF20SD-OR11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向（侧面）送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合我国冲床的纵向送料要求。21世纪以来，为了提高机械式冲压线的经济效益，德国米勒万家顿股份公司一直致力于开发一种能够介于常规机械手系统（Feeder）和多工位压力机横杆式输送系统之间的、

11、既灵活简便又快速高效的自动化输送机构，如图1所示。其在2004年成功向市场推出，并称作“快速横杆式”的自动化输送系统（简称SpeedBAR）。目前，国内扬力锻压机床厂也可以生产此类快速横杆式多冲床自动化系统。该系统适应于产品批量大且工步数不变的固定化产品的生产，不适应于多品种小批量的产品生产。1.2.2发展趋势冲压线吸放料技术是以机械、气压和自动控制等学科领域的技术为基础而融合的一种系统技术，可以说是一门知识技术密集的多学科交叉的综合技术。随着工业生产的发展和这些学科技术的进步，冲压线吸放料技术将不断被完善，它的发展趋势可概括如下几方面：1、提高运动速度和精度，减轻重量和减少安装占用空间，推广

12、吸放料机械手标准化和模块化，以降低制造成本和提高可靠性。 2、改善机械手的工作性能，提高它工作的稳定性和可靠性。3、研究开发新的气路系统，提高生产线生产节拍，提高效率。4、大力开发冲压线机械手仿真技术和计算机软件系统作业任务，采取计算机语言以“离线编程”方式进行；采用计算机仿真技术校核机械手在完成某个操作过程的可行性。1.3本文研究主要内容本文主要对大型压力机冲压线吸放料气路系统进行设计。本文重点是设计是气动系统和PLC控制系统，简要的设计选取了气压缸及其装配。研究设计过程如下：首先，根据载重选取气缸，分析工作原理；其次，完成气压传动系统的设计，绘出工作原理图；最后，通过编程器由PLC控制气缸

13、驱动时间及急停保护，绘出控制原理图。1.4 设计原则在设计之前，必须有一个指导原则，这次毕业设计的设计原则是：以任务书所要求的具体设计要求为根本设计目标，充分考虑吸放料系统工做的环境和工艺流程的具体要求。在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化、模块化的通用元配件，以降低成本，同时提高可靠性。本着科学经济和满足生产要求的设计原则，同时也考虑本次设计是毕业设计的特点，将大学期间所学的知识，如机械设计、机械原理、液压与气压传动、PLC编程控制、电子技术等知识尽可能多的综合运用到设计中，使得经过本次设计对大学阶段的知识得到巩固和强化，同时也考虑个人能力水平和时间的客观实际，充分发

14、挥个人能动性，脚踏实地，实事求是的做好本次设计。第二章 冲压线简介2.1冲压自动化概述 冲压成型作为一门古老而又年轻的制造技术，几乎渗透到国民经济的每一个部门。在许多发达国家从作为支柱产业之一的汽车制造业到农业机械、动力机械、建筑机械、化工机械、精密机械、仪器仪表、医疗器械、日用五金等等，直到航空航天、军事兵器各个门类，冲压制件都占据着相当重要的地位。随着我国工业的发展，冲压制件类型、工艺的复杂化以及人性化生产要求，手工送料的冲压加工生产由于存在着效率、速度、精度、安全等方面的一系列问题，冲压生产的手工送料已逐步由自动送料机构所取代，从而进一步满足了冲压生产自动化、大幅度提高生产节拍、生产质量

15、等的要求。冲压生产自动化主要是指包括材料供给、制品及废料的排出、模具更换、冲床的调整与运转、冲压过程异常状况的监视等作业过程自动化，将这些技术应用到冲压生产流水线的相应环节从而实现冲床生产过程的自动化。自动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本的要求，是在一套模具上实现多工位冲压的根本保证，它的自动化程度高低，直接影响着冲压生产效率、生产节拍以及冲压生产整体自动化水平。2.2 冲压生产自动送料发展概况2.2.1 普通压力机的送料机构普通压力机上的送料机构根据送料动力的不同可分为机械、液压、气动三大类，在冲压加工中以机械与气动二类应用较多。气动送料机构具有灵巧轻便、通用性强、其送料长度和材料

16、厚度可调整、机构反应迅速的优点。但是，由于气动送料机构是采用压差式气动原理工作，故机构工作噪声较大，影响冲压工作环境，主要用于冲压的前期送料和小批量、多品种的生产。机械送料机构尽管调整相对困难且机构较大，但具有送料准确可靠、机构冲击与振动少、噪声低、稳定性好等优点，仍是目前冲压加工中最常用的自动送料方式。目前冲压生产线的配置中应用较为广泛的是开式单点压力机加气动送料机，这种生产线可以做单工序或多工序的连续冲压，操作性良好；另一种开式双点压力机加装多工位送料装置，搭配开卷装置、校平装置等组成的用于多工位连续冲压的生产线，由于占地面积和工序间的搬运都明显减少，在生产中应用呈现增多的趋势；而电机厂应

17、用最多的专门冲制电机硅钢片的生产线则是由高速压力机加装凸轮分割型送料机，配装开卷机、校平装置等组成。由此可见，送料机构的性能高低直接影响着生产线的推广应用，因此，针对冲压制件的工艺要求、生产的实际情况等的不同来选择不同的送料机构是十分必要的。2.2.2 机械手加穿梭小车式自动化输送系统 目前，国内汽车工业中生产轿车外覆盖件和大型内衬件的自动化冲压生产先线，由于还没有大型多工位压力机的投入，所以自动化生产主要还是以配备常规的机械手加穿梭小车或机器人输送系统的串列式冲压线为主，它主要由CNC上料、取料机械手和穿梭小车组成，如图2.1所示。其相邻两个压力机的输送单元主要有以下机构组成：图2.1 机械

18、手加穿梭小车自动化冲压生产线（1）一个取料机械手，带有中置并按工件形状排布的真空吸盘式端拾器，负责将工件从一台压力机取出放置在穿梭小车上。 （2）一个在压力机之间固定轨道上移动的穿梭小车，负责将工件由取料机械手的放料位置移送到上料机械手的取料位置。 （3）一个上料机射手，带有和取料机械手相同的端拾器，负责将工件由穿梭小车拾起并送入下一台压力机工位。 采用该系统的工件将通过机械手简单的“拾取”和“摆放”动作从前一台压力机输送到后一台压力机，其穿梭小车的主要功用就是通过它的穿梭运动缩短取料和上料之间的输送行程，从而提高整线的生产节拍。但是在该冲压线中由于存在工件换向和双动拉深的问题，因此，必须配有

19、同步翻转装置，最高生产节拍69次每分，而且设备的维修量很大。2.2.3多工位压力机的自动化送料机构 多工位送料系统是一个类似移动壁的装置，主要作用是把冲压件从一个工位移到另一个工位。一组模具每一副模具的冲压工作都在同一台压力机内完成。多工位送料移动杆沿着模具移动，它们是主要结构件，移动冲压件的端拾器就安装在这些结构件上。在汽车车身冲压厂，根据送料的传动方式，多工位送料系统主要有：机械送料、电子送料和组合式送料。 机械式送料是通过与压力机传动系统的直接联接完成冲压件从一个工位移动到另一个工位。压力机横梁上的动力输出装置把能量从压力机的顶部输送到地面，由随动器驱动的大型机械凸轮安装在送料机构上，旋

20、转凸轮带动机械送料动作。其主要缺点：机构磨损及能量积累易影响送料精度、速度和产量；机械设计传动规格参数一旦确定，不能更改；随着加工零件尺寸增大，传动机构也将增大，机构零件的预期寿命就会缩短。 组合式送料装置的某些动作由机械系统完成，而另一些动作则由电子系统完成，结构随厂家的不同而异，这种送料方式在汽车覆盖件生产中应用有限。 根据工件的传动方式又有：三坐标式和真空吸盘式（即横杆式）。近年来，由于在多工位压力机上“一次多件”冲压工艺的发展以及人们个性化需求的突出，真空吸盘式传送装置得到越来越多的应用。2.3 冲压自动线的组成 就设备组成而言，冲压自动线一般包括压力机和自动化系统。冲压自动化系统通常

21、包含拆垛系统、自动传输系统和线尾出料系统。2.3.1拆垛系统 一套完整的冲压自动化拆垛系统主要包括2台轨道移动式上料小车（每个上料小车上配备48个活动可调磁力分张器通常为永磁铁，用于板料的分离）、拆垛手（机械手或机器人）、传送装置（多为磁性皮带机）、板料清洗机、板料涂油机、板料对中台及控制系统等组成。 当上料小车装载料垛（可包括托盘）由换垛位置回到拆垛位置后，板料由拆垛手从料垛拾取，通过传送装置穿过清洗机、涂油机送到对中台，板料经过对中定位后，便可开始后续冲压生产。2.3.2自动传输系统 自动传输系统用于各工序间毛胚或工件搬运传输，传输机构主要有机械手和机器人两种。 随着冲压自动化技术的不断进

22、步，机械手自动传输机构的形式也日异月新。自动传输机构的形式差异，也是目前冲压自动线不同形式的的主要区别所在。上世纪末广泛应用的平行四边形机械手结构目前已经逐步淘汰，取而代之的是高速、稳定的单臂或双臂横杆式传送机构。瑞士Gudel的Robobeam、德国前MW的Speedbar都是现今高速冲压自动线传输机构的典型代表。2.3.3 结尾出料系统 结尾出料系统由出料输送带、照明、工件检测台、人工或自动装箱机构及控制系统等构成。主要任务是将成品冲压件输送至合适的位置便于装箱，并为冲压件检测提供条件。2.4 冲压生产自动送料发展趋势 随着我国冲压行业的发展，冲压设备性能与世界的接轨，冲压生产自动化程度的

23、进一步提高，对冲压生产的送料技术也提出了越来越高的要求，以满足与冲压设备的配套。2.4.1 多工位压力机取代单机联线冲压生产 目前，冲压生产主要朝两个方向发展：一是单机联线自动化生产；一是大型多工位压力机。 单机联线生产通用性较好，适合柔性生产，占用资金少，完全可以满足我国生产中高档轿车所需要的零件质量要求；与单机联线的冲压生产线相比较，大型多工位压力机除了占地面积小外，还有生产效率高，生产节拍可达1625次每分，为手工送料流水线的45倍，单机联线自动生产线的23倍等优点。大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动化、智能化，整个系统只需23人进行监控。当模具更换时，只需输入更

24、换模具的符号，其余工作自动完成，整个换模时间只需5min，换模的同时可以对多工位压力机的运行特性作智能化调整。2.4.2 高速高精度的自动送料机构 高速化和精密化一直是冲压生产追求的目标。日本DIMAC公司生产的NC伺服辊轮送料机，生产性能高，能实现连续高速送料,最高速度可以达到1000mm/min,送料步距和送料厚度调节方便，结构简单，经济适用；送料精度随送料次数及送料长度不同而有所不同，最高精度在0.01mm左右。而且可以设定夹紧和松开时间，动作方式为辊柱作圆周运动，不会有咬死现象。2.4.3 柔性自动化送料机构 随着汽车工业的强势发展，市场竞争的日益激烈，利用最少的设备来生产尽可能多的冲

25、压制件，间接地降低生产成本成为各个厂家竞相追求的目标之一。德国米勒万家顿公司在最新一代用于摆杆式多工位压力机上的摆动横杆式输送机的基础上开发出快速横杆式输送系统。这种输送系统介于常规机械手系统和多工位压力机横杆式输送系统之间，既灵活简便又快速高效，适应于串列式冲压生产线。提高了与欧美国家的多工位压力机生产模具的匹配能力，从而实现了模具和端拾器在多工位压力机和串联式冲压线两种设备之间的互换，为国内的冲压生产与欧美汽车工业接轨奠定了基础。2.4.4 交流私服系统自动送料机构近20年来，由于电力电子技术的发展，计算机控制技术以及现代控制理论的应用，交流伺服控制技术飞速发展。交流伺服自动送料的动力来自

26、交流伺服电动机，具有柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性很强。在我国，较先进的自动送料装置是深圳力豪公司的NCHF系列二合一伺服系统送料机，它适应于各种五金、电子、电器、玩具及汽车零件之间连续冲压加工，送料矫正；可任意设定送料长度，操作容易，安全及稳定性高。但是，在该送料机中所用到的伺服马达、电气箱电子元件和控制器等都是从日本引进的、国内在这方面的技术还比较落后，因此，我们必须给予这方面技术充分的重视，加快研究开发，以较快的速度追赶发达国家的研究步伐。第三章 气路系统设计 气动传动简称气动，是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备，已实现生产过程机械化，自动

27、化的一门技术。它是流体传动及控制学科的一个重要分支。因为以压缩空气为工作介质，具有防火；防爆；放电磁干扰、抗震动；冲击小；无污染，结构简单，工作可靠等特点。3.1 主要元器件的选择3.1.1 气动三联件 气源处理三联件包括空气减压阀、过滤器、油雾器三大件，减压阀可对气源进行稳压，使气源处于恒定状态，可减小因气源气压突变时对阀门或执行器等硬件的损伤。过滤器用于对气源的清洁，可过滤压缩空气中的水分，避免水分随气体进入装置。油雾器可对机体运动部件进行润滑，可以对不方便加润滑油的部件进行润滑，大大延长机体的使用寿命。 （1）安装 安装时请注意清洗连接管道及接头，避免脏物带入气路。安装时请注意气体流动方

28、向与本体上箭头所指方向是否一致，注意接管及接头牙型是否正确。过滤器、调压阀及油雾器的固定：将固定支架的凸槽与本体上凹槽匹配，再用固定片及螺丝锁紧即可。单独使用调压阀、调压过滤器时的固定：旋转固定环使之锁紧附带的专用固定片即可。 （2）注意事项部分零件使用pc材质，禁止接近或在有机剂环境中使用。Pc杯清洗请用中性清洗剂。 使用压力请勿超过其使用范围。 当出口风量明显减少时，应及时更换滤芯。3.1.2 换向阀 电磁换向阀是用电磁铁的推力来推动阀芯运动以变换气体流动方向的控制阀，简称电磁阀。电磁换向阀有滑阀和球阀两种结构，通常所说的电磁换向阀为滑阀结构，称球状或锥状阀芯的电磁换向阀为电磁换向座阀，也

29、称电磁球阀。 常用的换向阀阀芯在阀体内作往复滑动，成为滑阀。滑阀是一个有多段环形槽的圆柱体，其直径大的部分称凸肩，凸肩与阀体内孔相配合，阀体内孔中加工有若干段环形槽，阀体上有若干个与外部相通的油口，并与相应的环形槽想通。 （1）工作原理 换向阀滑阀的工作置数称为“位”，于气压系统中气路相连通的气口数称为“通”，如图31：图3-1 换向阀的工作原理 当阀工作在中位时，P、A、B、T，四个气口互不想通，处于截止。当阀工作在左位时，阀的气口P和A想通，B和T想通。当阀工作在右位时，气口P和B想通，A和T想通。 控制时滑阀在阀体内作轴向移动，通过改变各气口间的连接关系，实现气体流动方向的改变，这就是滑

30、阀的工作原理。 （2）种类 电磁换向阀的品种繁多，按其工作位置数和通路数的多少可分为二位三通、二位四通、三位四通等；按其复位和定位形式可分为弹簧复位式、钢球定位式、无复位弹簧式；按其阀体与电磁铁的连接形式可分为法兰连接和螺纹连接；按其所配电磁铁的结构形式可分为干式和湿式，每一类又有交流、直流、本整等形式，而且所需电源电压又有好多种，因此在其结构上存在很多差别。 （3）结构 在气压传动系统中广泛采用的是滑阀式换向阀，在这里主要介绍这种换向阀的几种结构。手动换向阀：手动换向阀是利用手动杠杆来改变阀芯位置实现换向的。主要有弹簧复位和钢球定位两种形式。机动换向阀：又称行程阀，它主要用来控制液压机械运动

31、部件的行程，它主要借助于安装在工作台上的挡铁或凸轮来迫使阀芯移动，从而控制油液的流动方向。机动换向阀通常是二位的，有二通、三通、四通和五通几种，其中二位二三通机动阀又分常闭和常开两种。电磁换向阀：利用电磁铁的通断电而直接推动阀芯来控制油口的连通状态。操作方便，布局灵活，有利于提高自动化程度，广泛应用。电液换向阀：由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。 电磁换向阀起先导作用，它可以改变控制液流的方向，从而改变液动换向阀的位置。由于操纵液动换向阀的液压推力可以很大，所以主阀可以做得很大，允许有较大的流量通过。这样用较小的电磁铁就能控制较大的液流。比例式电磁换向阀：比例方向阀是以在阀芯外装置的电磁线圈所

32、产生的电磁力，来控制阀芯的移动，依靠控制线圈电流来控制方向阀内阀芯的位移量，故可同时控制油流动的方向和流量。综上所诉，根据设计所要求的具有急回特性的特点，选择机能代号为P的三位五通电磁换向阀。3.1.3 节流阀 节流阀的启闭件大多为圆锥流线型，通过它改变通道截面面积而达到调节流量和压力。节流阀供在压力极大地情况下作降低降低介质压力之用。介质在节流阀瓣和阀座之间流速很大，以致使这些零件表面很快损坏即所谓气蚀现象，为了尽量减少气蚀影响，阀瓣采用耐气蚀材料（合金钢制造）并制成顶尖角为140180的流线型圆锥体，这还能使阀瓣能有较大的开启高度，一般不推荐在小缝隙下节流。（1）工作原理 油液流经小孔时，

33、会产生较大的液阻，通流面积越小，油液受到的液阻越大，通过阀口的流量就越小，因此，改变节流口的通流面积，使液阻发生变化，就可以调剂流量的大小。 （2）特点 构造较简单，便于制造和维修，成本低； 调节精度不高，不能作调节使用； 密封面易冲蚀，不能作切断介质用； （3）分类和安装注意事项 节流阀按通道方式可分为直通式和角式两种。 节流阀的安装注意以下事项： 该阀经常需要操作，因此应安装在易于方便操作的位置上； 安装时要注意介质方向与阀体所标箭头方向保持一致。3.2 拟定执行元件运动控制回路 执行元件确定后，其运动速度和运动方向的控制是气压回路的核心问题。速度控制通过改变气压执行元件输入或输出的流量或

34、者利用密封空间的容积变化来实现，相应的调速方式有节流调速、容积调速以及二者结合的容积节流调速。方向控制是利用换向阀或是逻辑控制单元来实现，对于一般中小流量的系统，通过换向阀的有机组合来实现所要求的动作。对高压大流量的系统，多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 本设计的速度控制主要采用节流调速，利用比较简单的节流阀来实现，前进后退采用慢进快退调速回路。而方向控制采用三位五通电磁换向阀来实现。3.3 气源系统的设计 气压系统的工作介质完全由气源来提供，气源的核心是气压泵。节流调速系统一般用定量泵供气，在无其他辅助气源的情况下，气压泵的供气压要大于系统的所需气压，溢流阀同时起到控制并稳定气源压

35、力的作用。容积调速系统多用变量泵供气，用安全阀来限定系统的最高压力。 气源的净化装置是气源中不可缺的元件。一般泵的入口要装气动三联件，进入系统的的气体根据要求，通过气动三联件净化。 本设计的气压系统采用定量泵供气，由溢流阀来调定系统压力。为了保证气源的洁净，避免气源带入污染物，故在气源出口安装气动三联件对循环的气源进行净化。3.4 气缸的设计及安放 A水平方向的伸缩移动，B.垂直方向的上升、下降移动都可选择普通型单活塞杆双作用气缸或无杆气缸，但是考虑到普通型气缸输出力比较大，价格比较便宜。于是在本方案里选用普通型单活塞杆双作用气缸。 C.手部的夹紧，放松 可选择平行手指气缸，摆动手指气缸，旋转

36、手指气缸，三点手指气缸和真空吸盘。手指的选择，没有严格规定，一般是根据具体工况条件而定。对于平板的抓取，通常较多使用真空吸盘，而对于方形、圆形的物体，通常使用手指气缸来完成。考虑到工件的形状是平板，应采用真空吸盘。真空吸盘可以吸持平整光滑的工件表面，它的最小直径为1mm，最大直径为125mm，其最小吸力为1.6N，最大吸力可达606N。综合以上分析，执行元件的初步选择如下表3.1表3.1 执行元件的初步选择方案所要实现的功能初选执行元件类型水平方向的伸缩移动有杆气缸垂直方向的上升、下降移动有杆气缸端拾器的夹紧，放松真空吸盘由以上初选的执行元件类型，气缸安放如图3.1：图3.1 总体方案粗略图1

37、. 垂直臂 2.水平臂 3.端拾器 4.机座 5.导轨3.4.1 纵向气缸的计算由设计任务可以知道，要驱动的负载及真空吸盘最大为120kg，考虑到气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响。在研究气缸的性能和确定气缸缸径时，常用到负载率： =的取值由表3.2确定表 3.2 气缸的运动状态与负载率运动速度v=80m/min=1333mm/s，取=0.3，所以实际气缸的负载大小为：F=F。/=4000ND=1.27 =1.27 =103.7mmF气缸的输出拉力NP气缸的工作压力Pa按照GB/T2348-1993标准进行圆整，取D=125mm活塞杆直径

38、由d=0.3D 估取活塞杆直径d=35mm3.4.2横向气缸的计算如图3.1所示，在纵向气缸上端铰接一工型导轨，这样可以分担横向气缸的径向力，使整个系统简约合理。如若不然，横向气缸活塞杆需承受很大的径向力，对活塞杆的强度要求很高，耗费原材料，且寿命减短。 这样横向气缸的工作载荷主要是纵向气缸和导轨的摩擦力，取摩擦系数=0.17。估算 纵向气缸的重量m缸 = 7.9DS=37.21kg 活塞杆质量m杆 = 7.91.2=9.11kg 活塞及缸盖重量m其它 = 12kg 所以 横向气缸的总载荷为：F总 =（37.21+9.11+12+120）9.8=297.1N F= = =990.3N D=1.

39、27 =1.27 =51.6mmF气缸的输出拉力NP气缸的工作压力Pa按照GB/T2348-1993标准进行圆整，取D=63mm活塞杆直径由d=0.3D 估取活塞杆直径d=20mm3.5 真空吸盘动作示意图 在大型压力机冲压线快速吸放料气路系统中，吸放料机构的动作采用气缸驱动，气缸的动作由气动电磁换向阀控制，其动作过程如图3.2所示。从原点开始，经过下降、夹紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移8个动作完成一个循环并回到原点。图3.2 真空吸盘动作示意图3.6 气压传动系统工作原理图 图3.3为冲压线吸放料气路系统的工作原理图。它的气源是由空气压缩机通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀

40、、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和端拾器动作。该装置由2个无杆气缸和一个真空吸盘组成。图3.3 气动系统工作原理图1.过滤调压组件 2、9和14.电磁阀 3和7.气控单向阀 4、6和12.可调单向节流阀 5.上/下移动缸 8.直接排气阀 10.快速排气阀 11.左/右移动缸 13.溢流阀 15.真空发生器 16.真空吸盘 该气路系统适应于冲床上下料，其工作循环为：下降真空吸盘吸料上升右行下降真空吸盘放料上升左行。两个气缸均由不同三位五通双电控换向阀控制，表5.2为气路系统在工作循环中各电磁铁的动作顺序表。 开始时，端拾器停在原点处。此时，按下启动按钮，电磁铁2YA通电。气缸5的活

41、塞带动真空吸盘下降，下降到达预定位置的时候，压下限位开关SQ1，2YA断电气缸使真空吸盘停止下降；同时电磁铁5YA通电，真空开关打开，真空吸盘吸取工件；夹紧后，电磁铁1YA通电，气缸5的活塞带动真空吸盘上升，上升到预定位置时，压下限位开关SQ2，使电磁铁1YA断电，上升停止；同时电磁铁3YA通电，气缸11的活塞带动真空吸盘右移。右移到位时，压下限位开关SQ3，使3YA断电，真空吸盘右移停止，同时电磁铁2YA通电，气缸5的活塞带动真空吸盘下降。下降到达预定位置时，压下限位开关SQ1，使2YA断电，真空吸盘停止下降；同时，5YA断电，真空吸盘松开零件，把零件放在工作台上。放松后,1YA通电，气缸5

42、的活塞带动真空吸盘上升，上升到达预定位置时，压下限位开关SQ2，使1YA断电，机械手停止上升，同时使电磁铁4YA通电气缸11的活塞带动真空吸盘左移，左移时具有急回特性。移动到原点时，压下限位开关SQ4，使电磁铁4YA断电，真空吸盘左移停止，一个周期的工作循环结束。真空吸盘上升和下降的速度分别由节流阀4和节流阀6来控制，在真空吸盘停止时，液控单向阀3和7防止真空吸盘上下飘移。真空吸盘工作时的速度可由节流阀10控制，返回时具有急回特性。表5.2 电磁铁动作顺序电磁铁下降夹紧上升右行下降松开上升左行1YA-+-+-2YA+-+-3YA-+-4YA-+5YA-+-注：“+”表示电磁铁得电，“-”表示电

43、磁铁不得电。第四章 PLC控制系统设计4.1 PLC简介4.1.1 PLC的定义 可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一