铁锹自动上下料机器人研制本科毕业设计(编辑修改稿)

铁锹自动上下料机器人研制本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

在转盘的四个工位，分别安装一个真空压力传感器，安装位置是串在真空发生器和吸盘之间。 气管从真空发生器引出，进入真空压力传感器，再引出到吸盘的气孔。 此真空压力传感器的作用是检测此工位是否已经吸取了毛坯料 [10]。 4． 在凸轮分度器输出轴上安装一个码盘，码盘上有一个豁口，此处需要安装一个红外对射的光电传感器，作用是检测凸轮分度器的输出轴是否转了一圈，即凸轮分度器更换一个分度 [11]。 5． 在冲床的 冲头一侧安装一个接近开关传感器，用来检测冲床是否有动作。 6． 在冲床头的前侧，安装一个红外反射传感器，作用是检测转盘上的吸盘吸取毛坯之后，是否转到了冲床加工工位。 7． 在毛坯料仓工位的顶升机构中，丝杠滑台的运动有范围，即最高高度和最低高度。 安装两个行程开关在最高高度和最低高度，作用是限位。 8． 选择工位转换气缸时，需要选择带磁环的气缸，可以检测气缸的状态是伸出状态还是初始状态 [12]。 PLC 的 I/O 分配 选用西门子 S7300用作设备的电气控制，其输入输出分配见表 21。 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 7 表 21 I/O分配表 输入 I 启动 停止 冲床工位传感器 测料传感器 A 位真空压力传感器 B 位真空压力传感器 C 位真空压力传感器 D 位真空压力传感器 行程开关 行程开关 2 气缸伸出状态传感器 气缸初始状态传感器 回零传感器 凸轮分度器传感器 冲床动作传感器 关闭自动运行 手动回零 自动运行 手动冲床冲压动 作 手动分度器转 90 度 手动工位气缸伸出 手动工位气缸拉回 手动导杆气缸伸出 手动导杆气缸拉回 手动顶升 手动降落 输出 Q 导杆气缸上电磁阀 导杆气缸下电磁阀 冲床动作 凸轮分度器电机 A 位电磁阀 B 位电磁阀 C 位电磁阀 D 位电磁阀 步进电机正转（升） 步进电机发转（降） 工位气缸伸出 工位气缸缩回 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 8 控制程序设计 控制程序使用西门子 S7300PLC 进行程序编辑，分为主程序和 FB 块程序。 主程序负责主电路的启动、停止、急停、手动 /自动切换、单个手动动作。 FB块程序是采用步程序进行自动运行的流程控制 [13]。 主程序负责的内容有： 1) 系统启动 /停止 /急停 2) 开启 /关闭自动运行 3) 手动回零 4) 手动冲床冲压动作 5) 手动分度器转 90度 6) 手动工位气缸伸出 7) 手动工位气缸拉回 8) 手动导杆气缸伸出 9) 手动导杆气缸拉回 10) 手动顶升 11) 手动降落 FB 块程序的控制流程： 1． 自动程序启动之后首先进行 A、 B、 C、 D四个工位气路电磁阀的信号置零，然后通过测料传感器检测吸盘抓料的工位是否有毛坯料可供抓取。 2． 如果有料就伸出导杆气缸进行抓料，抓取料前进行判断，如果转盘上的三个工位都抓取的有料的时候，就选择让要抓取料工位的逆时针临位的电磁阀得电，松开铁锹料，松开的铁锹料会落入下料工位。 转盘是顺时针旋转，工位顺序分别是抓料、冲压、备用冲压工位、下料工位，所以抓料的逆时针临位是已经加工好的铁锹，可放入下料工位。 如果转盘上的四个工位上的料没有达到三个，就按照流程进行旋转，冲压加工，旋转。 3． 如果没有料，就给顶升电机电，让顶升 电机带动滑台，使毛坯料上升到传感器能检测到的水平高度，然后电机断电。 如果电机一直转始终没有检测到有料，直到碰到了丝杠的上限位，则电机反转降落，直到碰触到电机的下限位。 然后工位气缸自检是否在伸出状态，进行转台的切换，完成工作台上两个料仓的位置切换。 切换后再跳转到第一步进行检测是否有料，再进行下一步动作。 4． 如果转盘上四个工位上抓取的料不够三个，或者是够三个且已经经过选择让下料工位的铁锹降落，那么在冲床动作之后，导杆气缸拉回，凸轮分度器电机会带动凸轮分度器转动一周，转盘随之会转动 90度，然后跳转到第 1 步 [14]。 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 9 3 选型计算 吸盘 对铁锹毛坯的抓取，采用真空吸盘吸取的方案。 已知条件：毛坯重量 ，真空发生器压力真空度为。 理论要求吸盘水平提升力＝所需提升质量 (重力加速度＋提升加速度 )安全系数 sagF )(m  （ 31） 其中： F 是理论要求吸盘的最大吸力； m 是毛坯的质量，已 知毛坯的质量为 ； g 是重力加速度，取 10； a 是吸盘吸取毛坯上升的加速度，根据所选气缸的参数，加速度的值为 a=5； s 是安全系数，如图 31所示，水平吸取时安全系数为 s1=4，垂直吸取时安全系数为 s2=8。 本设备提升方案选 s1。 图 31 吸盘安全系数分类 NFF 72   ）（ 由计算得知吸盘的理论要求吸力为 72N。 真空吸盘吸力计算公式：  CCPF （ 32） 其中： F：吸力（ N），值为 72N； C：吸盘面积 ( 2cm )，待求； P：真空发生器的真空度（ aKP ），值为 a80 KP。 由公式 32 计算得知吸盘面积 cmC 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 10 42DC （ 33） 由公式 33 计算得知吸盘直径 D 依据计算结果选择 SMC品牌的 ZTP50UNK2006A14型号吸盘，吸盘规格见表 31：直径 50mm，缓冲行程 50mm，真空接管是 6 的快换接头。 表 31 ZTP50BNK5006A14型号 吸盘规格 ZTP50BNK5006A14 吸盘直径（ mm） 50 吸盘类型 B 风琴型 吸盘材料 N 丁腈橡胶 缓冲形式 K 不可回转型 缓冲行程（ mm） 50 真空口连接 （ 06）直径 6mm 的快换接头 安装连接方式 /外螺纹 （ A4） M14*1（外螺纹） 导杆气缸 考虑到冲床工作时冲压毛坯件需要的定位精度，吸盘吸取毛坯料不能和气缸发生相对位移，毛坯料在 被吸取之后随吸盘运动的过程中不能发生回转。 因此选用带导杆式气缸，如图 32所示。 图 32 导杆气缸 试选型日本 SMC 系列的 MGPL2550 型号的气缸，缸径 25mm，杆径 13mm，行程 50mm，运动速度平稳。 该型号气缸的性能参数见表 32。 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 11 表 32 MGPL2550型号气缸 规格 供气压力 P（ MPa） 缸径 D（ mm） 25 杆径 d（ mm） 13 负载率β 重力加速度 g 气缸理论拉力计算： NDPF 1 7 84 d 2222t   （ 34） 气缸实际拉力 NFF   （ 35） 已知 气缸的负载见表 33。 表 33 导杆气缸负载 铁锹毛坯重量（ Kg） 吸盘重量（ Kg） 4= 支撑板重量（ Kg） 2 总重（ N） = 气缸拉力 大于总重 ，因此，此型号气缸可以正常工作。 工 作台气缸 工作台气缸的工作任务就是如果在吸盘吸取毛坯料的料仓没有毛坯料时，更换料仓的位置，把另一个装毛坯料的料仓移动到当前位置。 已知的工作台气缸的选型条件见表 34。 表 34 工作台气缸选型条件 已知： 铁锹毛坯重量（ Kg） 150=180 夹具重量（ Kg） 20 2=40 滑台重量（ Kg） 40 总重 W（ N） （ 180+40+40） = 阻力 f（ N） Wμ = = 供气压力（ MPa） 线性导轨摩擦系数μ 设 计的料仓宽度为 300mm，在选取工作台气缸时，要选用行程大于或等于 300mm的气缸。 根据现有技术要求，即行程 300、工作方式为双作用式，查阅日本 SMC 产品天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 12 选型手册。 CG1NU 系列气缸符合工作要求。 预选 CG1UN40300 和 CG1UN32300型号气缸。 a. CG1UN40300 型气缸技术参数：气缸缸径 D40mm，杆径 d25mm，负载率β。 气缸理论拉力为： NDPF 8 24 d 2222t   （ 36） 气缸实际 拉力为： NFF t 9 8 2   （ 37） 气缸实际拉力 大于阻力 ，所以此型号气缸可以正常工作 [15]。 b. CG1UN32300 型气缸技术参数：气缸缸径 D32mm，杆径 d18mm，负载率β。 气缸理论拉力为： NdDPF 7 44 2222   气缸实际拉力为： NFF 3 7 4t   气缸实际拉力 大于阻力 ，所以此型号气缸可以正常工作。 结合以上计算校核，两种型号气缸都符合工作要求。 考虑到经济因素，选用CG1UN32300 型气缸。 直线导轨副 工作台气缸在工作时，推动或者拉动料仓通过直线导轨副在工作台上移动。 导轨副作为运动副完成滑台的工位转换。 该设备在工位转换时由气缸驱动，位置精度由硬限位保证，且要求精度不高。 滑台在实现工位转换时移动速度平稳，负载不大。 初步选型为滚珠直线导轨副。 安装尺寸设计时设定为 2530mm的总高，初步选型为 MISUMI品牌的 SSVRLZ28型号中载型滚珠直线导轨。 该型号导轨副的技术参数见表 35。 天津职业技术师范大学 2020 届本科生毕业设计 13。