目录。设计题目2立项报告2
方案论证报告2
形式实验报告5
plc梯形图7
设计说明书9
操作面板示意图11
使用说明书11
研制总结报告11
整机装配图后附1
气动原理图后附2
电气原理图后附3
设计题目。功能检测单元。
立项报告。设计这个功能检测单元的目的是设计一种用于检测工件高度，并将合格与不合格工件分别输送到其他单元的检测单元。它的主要工作内容包括：
机械手机械系统设计、电路设计、plc控制程序编制。
下面我们从社会效益和经济效益两个方面来阐明为什么要进行这次设计。
首先是经济效益：
在原来的工作中，工人通过人工进行工件高度的检测，判断工件合格与否。这样的人工检测耗时长，效率偏低，并且最终的工件合格率可能受工人工作经验的影响：熟练工人合格率高，而非熟练工人的合格率低，可能对产品质量保证有不好的影响。
现在使用功能检测单元代替工人工作，一方面可以减少雇佣的工人数量，并且每年雇佣一个工人需要5万元（rmb），而一台功能检测单元的运行费用是3万元（rmb），这样我们可以每年节省2万元（rmb），在除去设计费用和制造费用1万元（rmb），当年一台机器就可以节约1万元（rmb），随后的效益更是可观的；另一方面，也可以提高工作效率，产品质量也能得到稳定的保障。
其次是社会效益：
人工检测时，工人需要在比较严酷的工作环境下进行单一重复的工作，受到噪音污染等其他各方面的影响。我们工程技术人员当然是看在眼里，泪流心里。为了让工人们脱离苦海，我们需要设计可以自动检测工件的机械手。
另外，工人进行检测工作时，必须全神贯注，在危险环境下进行工作时，每天都在冒着风险。而对于一些产品质量要求较高的关系到人民正常生活的产品，单单依靠工人自己的自觉与专注是远远不够的。为此，设计一个自动化功能检测单元，是很有必要的。
现在剩下的问题就是如何能设计出这次功能检测单元。
技术可行性分析：
快速：使用plc控制技术，机械手动作快捷、准确。
低成本：本产品采用了国际先进的festo气缸，制造、安装和维护的费用都明显低于市场上的同类产品。
可维护性：每一部机器都不可以脱离维修的工作，但我们相信，festo气缸的维修费用将会肯定低于其他产品。另外，我们提供快速维修服务以及直接替换配件，使您无后顾之忧。
技术支持：对于长时间使用的设备，技术支持是很重要的。我们可以为客户提供低费用、长期的技术支持和升级服务，您可以利用网络免费**我们的升级软件以及低成本升级我们更改的硬件。
方案论证报告。
本次的课程设计，我们小组共提出两种设计方案。一种是直线运动加回转运动方案，另一种是完全的直线运动方案。
下面，我们就这两种方案进行讨论。
方案一：结构示意图：
这种方案是由两种气缸组成：直线运动气缸和摆动气缸。
优点：由于摆动气缸的回转速度很快，因此这种方案的最大优点就是运动速度快。其次，由于气缸数量较少，因此，安装方便、噪音小、维护简单、寿命长。
缺点：显而易见，由于注塑机的机内空间有限，不可能将机械手安装在注塑机内部。又因为是采用的摆动气缸，机械臂的回转半径很大，很容易与注塑机的模具支撑装置、注塑机的机体发生干涉，导致发生危险。
结论：回转半径过大，容易与其他部件发生干涉，稳定性、可靠性较低。因此，不能采用该种设计方案。
方案二：结构示意图：
这种方案完全由直线运动气缸组成。
优点：可将机械手臂安装在注塑机机体以外，由于直线运动气缸的行程长而且便于控制，因此不会与注塑机的其他部件发生干涉。
缺点：安装较为复杂，机械手的轴线要与注塑机模具的轴线对齐。
结论：可靠性、稳定性强，结构简单。应采用次种方案。
形式实验报告。
1． 动作顺序图：
2． 气动原理图：
3． plc动作转换图：
4． plc外部接线图：
5． 实验仪器、设备：
festo气缸综合实验台；三菱plc可编程控制器系统；pc机一台；连接用导线若干。
6． 实验步骤：
1）．绘制系统的装置简图；
2）．确定动作顺序和转换条件；
3）．绘制控制面板布置图；
4）．绘制系统的状态转换图；
5）．绘制plc的外部接线图；
6）．编制i/o位及工作位分配表；
7）．编制系统的控制梯形图。
7．i/o位及工作位的确定：
i/o表：工作表：
8． 实验结论：
本次实验非常成功，各个气缸的运行动作均顺利实现，启动、停止、复位、急停等功能也完全按照设计计划实现，整个系统运行平稳、流畅。达到初步的设计要求，可以进行进一步的设计工作。
plc梯形图。
设计说明书。
1． 原始数据：
注塑机模具深度：120mm
注塑机模具中心到注塑机侧面距离：580mm
注塑机侧面上框架宽度：100mm
注塑机模具轴线到注塑机侧面上框架距离：540mm
注塑机模具轴线到工件送出口距离：380mm
2．气动卡抓的选择：
由于此次的工件的材料为塑料，因此工件的质量不大，其最大质量不超过0.2kg。
设m=0.2kg
垂直运动速度：v垂直=0.5m/s
缓冲长度：l垂直=0.6mm=0.0006m
垂直加速度：
水平运动速度：v水平=1m/s
缓冲长度：l水平=8mm=0.008m
水平加速度：
参照元器件手册，选用hgp-16-a型平行气动卡抓。
3， 双作用气缸的选择：
卡抓自重0.185kg，工件最大质量0.2kg，总质量0.385kg
设最大负载：m=0.4kg
气缸的轴向负载力：
f=umg=0.25x0.4x9.8=0.98n
气缸平均速度：
v=s/t=300/1=300mm/s
负载率：b=0.5
理论输出力：
f0=f/b=0.98/0.5=1.96n
双作用气缸缸径：
由于该气缸行程为380mm，所以参照元器件手册，选用dsnu-25-400ppv-a型双作用气缸，缸径25mm，行程400mm。
4．无杆气缸的选择：
双作用气缸自重1.5kg，卡抓自重0.185kg，工件最大质量0.2kg
总负载1.885kg
设最大负载：m=2kg
气缸的轴向负载力：
f=umg=0.25x2x9.8=4.9n
气缸平均速度：
v=s/t=300/1=300mm/s
负载率：b=0.5
理论输出力：
f0=f/b=4.9/0.5=9.8n
无杆气缸缸径：
由于该气缸行程为120mm，所以参照元器件手册，选用dgpl-18-ppva-gfb型无杆气缸，缸径18mm，行程200mm。
5．气缸间连接的设计：
气缸间的连接使用5mm厚的a3钢板，由于使用量较少，其钢板总重量远小于气缸总重量，因此可以忽略不计，只需校核整个机械臂系统与注塑机间的连接强度。
双作用气缸自重1.5kg，卡抓自重0.185kg，工件最大质量0.2kg，无杆气缸自重1.5kg
系统总重3.385kg
设选用m10螺栓。
由于整个机械臂系统与注塑机间的连接使用4颗螺栓，因此每颗螺栓的最大拉应力和最大剪切应力分别为：
f剪=9.8x3.385=33.173n
f剪/4=8.3n
m=33.173x0.54=10.35nm
f拉=m/0.025=414n
f拉/2=207n
p拉=207/(10x10x3.14/4)=2.64mpa
p剪=8.3/(3.14x10x6.4)=0.04mpa
查表验证，使用m10螺栓完全可以满足强度要求。
注：连接件的具体尺寸和安装位置要求详见装配图及其对应的零件图。
操作面板示意图。
使用说明书。
1． 使用前请先查看接线、插头是否松动，确保安全。
2． 打开plc的电源开关，将plc面板上的开关拨至“run”处。
3． 按动机械手臂操作面板上的“启动”按钮，机械手臂开始动作，并始终处于自动循环工作状态，此时可无需有人在旁看守，机械手臂会自动循环运行。
4． 按下“停止”按钮，机械手臂会在本次循环动作结束后自动停止工作。
5． 当遇停电或按下“急停”按钮后，可按下“复位”按钮，则机械手臂会自动运行到初始位置后停止工作，待再次按下“启动”按钮后，可继续工作。
6． 在机械手臂工作过程中，如遇突发情况需立即停机的，可按下“急停”按钮，机械手臂可在瞬间停止工作并保持不动。此时按动其他按钮，均不会有任何反应。
7． 解除“急停”方法：本“急停”按钮采用自保持式按钮，解除“急停”时，应将“急停”按钮逆时针旋转90度，“急停”按钮会自动弹起，并解除“急停”状态。
8． 解除“急停”状态后，须按“复位”按钮，待机械手臂复位后，再按下“启动”按钮，机械手臂方可继续工作。
9． 机械手臂使用完毕后应及时关闭机械手臂的电源和plc的电源，并将plc面板上的开关拨至“stop”处。
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