PLC课程设计说明书

一、序言 1

二、设计任务及分析 1

一）、设计任务 1

二）、运动参数的确定 2

三、机械系统设计 4

一）、气缸的选择 4

二）、导轨设计 5

三）、选择导杆 5

四）、气缸基架的选择 6

五）、其他机械部分的选择设计 6

四、驱动系统设计 6

一）、电动机的选择 6

二）、气动系统的选择 7

三）、驱动原理及气路图设计 10

五、控制系统设计 10

一）、plc 程序编制的基本步骤 10

二）、程序编制所要达到的功能 11

三）、程序编制 12

六、接线并联机调试 13

七、结论 14

随着现代工业的发展，机电一体化技术在现代制造业中扮演着越来越重要的角色。机电一体化是将机械、电子、信息处理以及软件等现有技术，进行综合集成的一种技术群体概念，体现了学科融合的思想。机电一体化研究的目的是怎样将机械装置、电子设备和软件等组成一个功能完善、柔性自动化的工程系统。

机电一体化模型的建设具有重大意义和广阔前景。本设计正是通过设计机械机构，再加以plc的控制机构按照预期的目的运行，来更为深刻直观的认识了解机电一体化技术，解决实际工程问题。机械手采用plc控制，具有可靠性高，改变程序灵活等优点。

无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置plc的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是机械手通用性更好。

设计用于生产线搬运码垛的二维平动机械手，其中x轴由伺服电机驱动的丝杠驱动，z轴由气缸驱动，气缸的末端装有抓取单元（抓取单元无需设计），用于抓取工件。生产线的规格为：传送带高度为1.

0m，宽度0.2m，工件进给周期：14.

0秒，工件质量：14.0千克。

设计内容包括：

1）机械系统的设计：设计该二维平动机械手，完成装配图的三维设计，绘制二维装配图和零件图；

2）气动系统的设计：设计机械手的气动系统原理图；

3）控制系统的设计：完成伺服电机的选型计算，设计机械手气动系统的控制原理图，编制相应的plc程序并完成调试。

模具质量：模拟模具重量为14kg。

导轨质量1kg（根据后面的设计计算）

驱动质量：考虑到模拟模具上可能要附加别的连接板（如导杆连接扳，气缸活塞杆连接板）等扩展物件，所以设定一个扩展系数2

这样，就设定了气缸垂直负载为：15*2=30kg。

x轴上用伺服电机驱动，一维运动系统的行程约为：500mm。

本设计实例中，取气缸单一行程时间为2s.运动规律如下图所示：

气缸的运动分为8个循环：

1、气缸向下运行伸出2s；

2、气缸停留1s，机械手抓取工件；

3、气缸向上运行收缩2.5s；

4、气缸停止运动，伺服电机驱动x方向运动到指定地点时间为4s；

5、气缸向下运行伸出2s；

6、气缸停止0.5s，机械手松开工件；

7、气缸向上运行收缩2s;

8、气缸停止运动，伺服电机驱动返回进行下一循环。如下图所示：

机械设计应满足的要求是：

在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低、在预定使用期限内安全可靠，维修简单，整体尺寸搭配合理和造型美观。

气缸选型主要是根据所加负载和运动行程以及工作条件来确定，以下选型过程主要是根据《smc 气缸选型方法》进行的。依次确定气缸内径和最大行程量。

根据附录**法求气缸内径从而确定负载率为：0.7

工作压力0.5mpa

气缸垂直负载为：30,介于24到39之间。

根据以上数据和工作状态：查表可知气缸内径为32mm

传送带高为1.0m，宽度0.2m,拟选最大行程量为100mm

根据以上分析，气缸选择为：内径为32mm 行程为100mm，选smc 系列的c95s b32-100 w-xb6。

气缸选smc 系列的mdbl32—120，活塞杆直径为12 mm，为给气缸活塞杆伸出缩回一个导向作用，以及为保持气缸活塞杆伸出缩回时的稳定，为其设计一个平行导轨：套筒+导杆。其具体装配情况见装配图。

选择导杆直径：为了活塞杆的定位于导向选取导杆直径选10 mm。

选择导杆长度：实测加圆整确定为260 mm

综合考虑气缸的固定与丝杠对基架的驱动，气缸由法兰固定，直线导槽燕尾槽直接在基架毛坯上加工可得，丝杠由丝杠套筒固定。

其他机械结构如基座、联轴器、丝杠根据要求来确定，见附装配图。

完成机械设计后，第二部分即是驱动的设计，在本次设计中，在x方向上我们采用伺服电机驱动。y方向上我们采用气动驱动。

1. 电动机类型：此设备连续运行，负载平稳，对于启动、制动没有特殊要求，优先采用普通鼠笼异步电动机。

2. 电动机型式：在工厂环境中，为了避免灰尘、油垢、水滴等进入机内，优先采用防护式。安装形式，选用卧式安装。

3. 电动机的额定电压：为增强设备的适应性，电机选用额定电压为3相220v。

4. 电动机转速：电动机与丝杠直接相连，其额定转速选择为3000rpm.

5. 电动机额定功率：电动机在匀速驱动时的转矩时的转矩m=mf+me，mf为摩擦转矩，me为预紧转矩。因为。

mf=f*p/(2000*π*mg*p/(2000*π*

有proe零件质量分析可知，丝杠带动的总质量m为48.05kg,其中f为轴向力，p为螺距，μ为滚珠丝杠摩擦系数，其理论值为0.003-0.

005，但考虑到防尘件与预紧力的作用，安装误差等因素，修正为0.1.则可得mf=0.

0833n·m。

me=fa*p*k/(2000*π)0.1*22.7*1000*10*0.3/(2000*3.14)=1.0844 n·m

其中fa为外螺母预紧力，其大小取额定静载的10%，k为外螺母摩擦系数。则。

m=mf+me=0.0833+1.0844=1.1677 n·m

于是电动机功率。

p=m*n/9550=1.1677*3000/9550=0.3668kw

综合以上，此设备选用无锡通惠电机****的60st-m 01330系列交流伺服电机其主要参数为：p=400w，t=1.3 n·m，n=3000rpm。

一个完整的气动系统包括气源设备（如空气压缩机等）、气源处理元件（过滤器、干燥器等）、气动执行元件（气缸、真空发生器等）、气动控制元件（减压阀、电磁阀等）和气动辅助元件（管、管接头、油雾器等）。组成的气动回路是为了驱动用于各种不同目的的机械装置，其最重要的三个控制内容是：力的大小、运动方向和运动速度。

与生产装置相连接的各种类型的气缸，靠压力控制阀、方向控制阀和流量控制阀分别实现对三个内容的控制，即。

压力控制阀——控制气缸输出力的大小。

速度控制阀——控制气缸的运动速度。

方向控制阀——控制气缸的运动方向。

空气压缩机（气源）将大气压力状态下的空气压缩成较高的压力，输送给气动系统；过滤减压阀的作用包括过滤和减压两方面，过滤器的作用是清除压缩空气中水分、油污和灰尘等，以获得洁净干燥的压缩空气，提高气动元件的使用寿命和气动系统的可靠性，减压阀是将较高的入口压力调节并降低到符合使用要求的出口压力，并保证调节后出口压力的稳定；油雾分离器用于分离掉空气过滤器难以分离掉的（0.3~5）μm 气状溶胶油粒子及大于0.3μm

的锈末、碳类微粒。如上所述，大气压力下的空气在经过空气压缩机、过滤减压阀和油雾分离器后成为了气动系统能够使用的合格的压缩空气。在本次课程设计中，气源、过滤减压阀、油雾分离器均已给定，一维系统所需的气缸也已经在机械设计中选型完毕，所以气动部分的任务是节流阀、电磁换向阀、快换接头、气管等的选择校核（均采用smc 公司的产品）。

在气动系统中，对气缸运动速度、信号延迟时间、气缓冲气缸的缓冲能力等的控制，都是依靠控制流量来实现的。在课程设计中，采用节流阀的目的就是对气缸的运动速度和缓冲能力进行控制，故选用单向节流阀，即速度控制阀。单向节流阀由单向阀和节流阀并联而成。

在实际应用中又有两种连接方式，即进气节流和排气节流。排气节流方式，换向阀通电后，气缸进气侧的单向阀开启，向气缸无杆腔快速充气，有杆腔的气体只能经排气侧的节流阀排气。调节节流阀的开度，便可改变气缸的运动速度。

这种控制方式，活塞运行稳定，是最常用的回路。进气节流方式，进气侧单向阀关闭，排气侧单向阀开启。进气流量小，进气腔压力上升缓慢，排气迅速，排气腔压力很小。

主要靠压缩空气的膨胀使活塞前进，故这种节流方式很难控制气缸的速度达到稳定。一般只用于单作用气缸、夹紧缸和低摩擦力气缸等的速度控制。根据速度控制阀控制的气缸缸径和对气缸速度变化范围的要求，计算控制流量的范围，然后查节流特性曲线，选择速度控制阀的规格。

即控制流量范围应处于速度控制阀的节流特性曲线的流量范围内，最大控制流量应小于节流阀全开时的流量。对于mdbl32-120 气缸，其螺纹口径为1/8”，所以选用的节流阀其连接口径也为1/8，因此选用型号为as2301f-01-08s 的节流阀。

电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生电磁吸力，利用电磁力使阀芯切换，以改变气流方向的阀，称为电磁换向阀。这种阀易于实现电-气联合控制和复杂控制，能实现远距离操作，故得到广泛应用。电磁换向阀是气动控制元件中最主要的元件。

电磁阀的种类很多，不同类别的电磁阀其功能、实现的机理也各不相同。

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