哈尔滨工业大学（威海） 课程设计说明书
哈尔滨工业大学（威海）
机电综合课程设计
二维搬运平台及其
控制系统设计
姓名：XX 班级： 学号：
专业：机械设计制造及其自动化 指导老师：XXX 同组人：
时间：2010.11.29-2010.12.16
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哈尔滨工业大学（威海） 课程设计说明书
目录
设计任务书....................................................................................................................................... 3 1总体方案设计 ................................................................................................................................ 4
1.1 机构示意图 ........................................................................................................................ 4 1.2 运动方式详细分析 ......................................................................................................... 4 1.3 设计方案说明 ................................................................................................................. 5
1.3.1 驱动系统 ................................................................................................................. 5 1.3.2 传动元件 ................................................................................................................. 6 1.3.3 气动系统 ................................................................................................................. 6 1.3.4支撑系统 .................................................................................................................. 6 1.3.5控制系统 .................................................................................................................. 6
2机械系统设计 ................................................................................................................................ 7
2.1 滚珠丝杠的选择 .............................................................................................................. 7
2.1.1 运动参数确定 ....................................................................................................... 7 2.1.2 运动规律简图及其计算 ....................................................................................... 7 2.1.3 滚珠丝杠的选择 ................................................................................................. 8 2.1.4 滚珠丝杠的选型 ................................................................................................. 9 2.2 支撑导轨—光杠的参数计算 ........................................................................................ 9
2.2.1 光杠材料选择 ....................................................................................................... 9 2.2.2 光杠最小直径的确定 ........................................................................................... 9 2.3气缸参数的计算和确定 ................................................................................................... 10 2.4电机选型........................................................................................................................... 11 3气动系统设计 .............................................................................................................................. 12 4控制系统设计 .............................................................................................................................. 13
4.1 I/O口的分配 .................................................................................................................... 14 4.2 程序设计.......................................................................................................................... 14 4.3 电路接线原理图 .............................................................................................................. 15 5总结与心得.................................................................................................................................. 16 参考文献......................................................................................................................................... 17
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哈尔滨工业大学（威海） 课程设计说明书
设计任务书
1．课程设计目的：
通过本次课程设计，综合运用所学的机械和控制相关知识，分析和解决实际工程问题，培养和锻炼学生的动手能力。
2．设计内容：
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1.2m，宽度0.5m，工件平面尺寸D=100mm，传输速度： 0.01m/s ，工件质量： 17kg 。
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。
3．设计要求：
1）机械三维示意图A4图纸1张，二维总装图1张、零件图1张；气动系统原理图A4图纸1张；控制系统原理图A4图纸1张；梯形图程序图1张；
2）控制系统设计两种运行模式：手动模式和自动模式，在手动模式下可以用按钮控制气缸的伸缩，在自动模式下，按下启动按钮后，气缸的动作过程为：在抓取工作位（初始位置）下行，下行到位后停留1S（等待抓取单元稳定），然后上升，上升到位后停留2S（等待X轴运行到码垛位），然后下行，下行到位后停留0.5S（等待抓取单元松开），然后上升，上升到位后停留2S（等待X轴回到初始位置），至此完成一个工作循环，如此反复。
3）设计说明书5000字，包括：各类设计计算，标准件的选型，控制及气动系统的设计过程等。
4．时间安排（共三周，15个工作日）：
1）清点备品，准备工作：1天；
2）查阅资料：2天； 3）机械系统设计：5天； 4）电气、控制系统设计：5天； 5）说明书撰写：1天； . 6）答辩：1天；
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哈尔滨工业大学（威海） 课程设计说明书
1总体方案设计
1.1 机构示意图
根据课程设计任务书的二维搬运平台及其控制系统设计要求，现给出其机构三维示意图如下所示：
图中显示出了机械手的二维运动，包括气缸吊在传动丝杠上实现X轴的运动和气缸的收缩实现对工件的夹取和移动，挂接在气缸下部的抓取装置未为画出。 图中的丝杠现准备采用滚珠丝杠由伺服电机驱动带动气动系统传动工件，而系统的导轨用两根平行的光杠支撑，以避免滚珠丝杠承受径向力而发生弯曲。
1.2 运动方式详细分析
因为控制系统要控制气缸的运动，所以要弄清气缸的整个运动循环过程，一个工作循环可以拆分为四个行程。电磁阀不通电时，活塞杆处于上位，因为此时气泵已经开启，电磁阀为二位五通阀，因此活塞杆必定处于一个位置，假定它处于上位，以后编制的PLC程序也是据此设定初始位置。
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