变速箱翻转机机械及电气系统设计

1、变速箱翻转机机械及电气系统设计摘 要：翻转机是变速箱生产线的关键设备，其性能直接影响到变速箱生产水平。本课题就是设计变速箱翻转机的机械和电气系统，了解低压电气控制原理，设计变速箱翻转机的控制系统，选择合适的电气元件，以完成整个翻转机的设计。该课题基本上实现了模块化设计，通过不同的组合，用来实现用户不同的要求，结构紧凑，使用方便，易于进行调整。操作过程对用户员工要求极其简单，基本上实现了一键通的效果。使用翻转机可以提高装配效率，使员工处于更加安全的地位，并且省时省力，降低了员工的劳动强度。关键词： 翻转机 低压电气控制 模块化设计 装配效率。abstract ：inversion machine

2、 is the key device of production line of gearbox, its performance will influence production level of gearbox. the topic is to design machine and electrical systems of inversion machine of gearbox, and learn the working principle of variable frequency motor principle. in addition, design control syst

3、em of inversion machine of gearbox, choose appropriate electrical components，in order to complete the design of inversion machine. the machine has achieved modular design basically, by different portfolio, to achieve different requirements of users. its frame is compact, convenient and easy to adjus

4、t. its operation is very easy to users, it has “one key” affection. use it can improve the efficiency of assembly, make staffs more safe, save time and labor and release labor force of staffs.key words: inversion machine, variable frequency motor，modular design assembly efficiency。1 引言变速箱作用是在多轴驱动的汽车

5、上，可以 将输出的动力分配给各驱动桥。变速箱一般都设有高低档，以进一步扩大在困难地区行驶时的传动比及排挡数目。变速箱工作时变速箱各轴均用两个圆锥滚子轴承支承，其轴承松紧度用相应的调整垫调整。越野汽车在良好道路行驶时，为减小功率消耗及传动系机件和轮胎磨损，一搬要切断通前桥动力。在越野行驶时，若需低速档动力，则为了防止后桥和中桥超载，应使低速档动力由所有驱动桥分担。为此，对变速箱操纵机构有如下要求：非先接上前桥不得挂上抵速档，非先退出低速档，不得摘下前桥。而由于变速箱比较笨重，在装配时若人工翻转很不方便且劳动强度大，故自动翻转机械应运而生。为提高生产效率，降低成本，装配线的应用越来越广泛。福特（h

6、. ford）就是因为首先引用了装配线的观念，因而促成汽车大量生产的开端。事实上，根据史料记载，早在十六世纪就已经有大量生产的实例，当时是把一百艘战舰分段解体，等到需要的时候，就可以在较短的时间内装配成舰，以便投入战场迎敌。不过，也有人说，真正的大量生产，恐怕是起源於十九世纪时，惠特尼（e. whitney）及寇特（s. colt）的大量制造枪械。不论是谁最先实际引用大量生产装配线的观念，至少可以肯定的是，装配线的设立是现代企业发展的必然途径之一。而汽车的零件真可说是成千上万。如果全部的零件都要母厂独力生产，那就可能会拖垮了这个母厂，这种大手笔也根本不符合经济生产量的原则。因此，大多数的母厂都

7、会将大部分的零件外包给各卫星工厂来承造，只保留少数关键性的零件由自己来设计制造。其中，对於母厂而言，最重要的是要存在一条或多条高效率的装配线，以求能达於经济产量，降低单位成本，进而增强竞争的能力。20世纪70年代中末期，随着可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、pid功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控

8、制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。2 总体设计思路和方案变速箱翻转机主要功能是实现变速箱的在线翻转工作，即当变速箱工件在生产线上传过来时，由翻转机把变速箱翻转180度后进行加工，因此变速箱翻转机的机械系统应该包括机架、横梁升降机构、夹紧机构、移动式回转机械臂与护网等部件。机架方案：整台机床放于机床垫铁之上，由圆头螺钉放入锥形槽中，便于调整螺钉使翻转机处于水平位置。翻转机机架作为整台机床的支撑构架，应保持回转轴线水平度，其他机构都直接或间接悬挂在机架之上。横梁升降机构方案：主要由气缸拖动机械臂底板

9、，做上升或下降运动，在机架两边装有两条平行直线导轨，方便机械臂底板上下运动及限制它的其他自由度。在上极限位置和下极限位置各装一个线性开关，使其限定机械臂底板的上下位置。夹紧机构方案：主要由两只同步气缸带动两个机械臂左右相对运动，气缸的活塞都带有磁环，可接磁性开关，用来检测气缸的极限位置。机械臂受到气缸拉力或压力后可在机械臂底板上的两条平行直线导轨上滑动，从而做夹紧或松开工件的动作。移动式回转机械臂方案：在机械臂上装置气压缸，带动齿轮齿条，传动到安装在机械手臂上的左右两个卡爪上使之发生转动。护网方案：布置在翻转机架外面保护翻转机运动机构，也保护工作人员以免发生碰伤危险。护网主要由网状隔板和型材构

10、成。翻转机动作原理：翻转机在三个自由度方向上有运动动作，上下方向以气缸上下位移动力来源，来提升或降落工件的高度；在左右方向上以压缩空气作为动力来源，用于夹紧或放松工件；还有一个绕水平轴翻转的自由度，主要用于工件的翻转，此过程主要以气缸翻转动力来源。系统的三部分动作都需要有接近开关、磁性开关或者压力继电器控制。所以可以使用如下方案：当本工位有工件时，按一下运行开关，由气缸带动横梁及横梁上的移动式机械臂下降，降至低位接近开关发信时停止并制动；移动式机械手臂气缸收缩电磁铁得电，手臂收拢并通过夹紧机构夹紧变速箱体。夹紧到位后，由接近开关和压力继电器联合发信，升降气缸将机械臂连同变速箱体提升至高位，接近

11、开关发信升降气缸停止并制动，设置在机械手臂上的翻转气缸得电，通过齿条带动齿轮旋转，从而使变速箱同步回转过180，磁性开关发信，翻转气缸停止，升降气缸带动机械臂下降至低位后停止。移动式机械手臂张开电磁铁得电手臂打开，原位接近开关发信，升降机构带动手臂上升至高位、发信、停止。，翻转气缸得电使夹具反转180，磁性开关开关发信、停止，待命下一循环。 3 机械部分该翻转机主体通过型材框架搭建，包括底座、框架结构、配重块、提升机构、翻转机构、夹紧机构几部分组成。提升机构、翻转机构、夹紧机构都是通过气缸以及气缸与齿轮齿条配用来实现相关动作，位置通过死档块来限位。接近开关检测相关位置到信号。其机械结构图如下：

12、3.1 机架设计变速箱的相关参数如下：长：800，宽：600，高：600，质量：300kg，为了满足机械手臂的上下、左右及翻转运动，设定机架的长宽高分别为1470、1900、2650。见零件图。3.2 升降气缸1#选型首先估算溜板、机械手、夹具等重量。假设以上部件都为实体，占据体积为800*600*1000mm3=0.48m3，则根据 质量=体积*密度，查机械零件手册常用材料密度，取=7.0t/m2。m=7.0*0.48=3.36t=3.36*103kg。g=mg=3.36*104n。取变速箱重量为g分=0.3*104n，则g总=3.36*104+0.3*104=3.66*104n。所以气缸1

13、#所需压力f=g总=3.66*104n=ps,工业生产，取p=0.6mpa，s=r2f/p=3.66*104n/0.6*106pa=6.1*10-2m2。则r=s/=0.139m140mm。查机械设计手册气压传动表22-4-16，22-4-17取cds1gn140-900-273s型。3.3 翻转气缸2#选型这一部分的机械传动部件所要完成的任务是带动夹具和变速箱旋转，而我们所学的传动机构主要有: 齿轮（齿条）机构、螺旋机构、带传动及链传动、连杆机构、凸轮机构。表1就列举了几种常见传动机构，将其基本特性做个比较。传动形式主要优点主要缺点带传动和摩擦轮传动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动；传

14、动平稳，噪音小，能缓冲吸振，有过载保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；用作变速传动时，传动比调节简单 有滑动，传动比不能保持恒定，传动精度低；外廓尺寸大，结构不紧凑；磨损较快，寿命较短（通常为3500h5000h）；由于带的摩擦起电不宜用于易燃、易爆的地方；船东效率低 链传动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动；在高温、油、酸等恶劣条件下能可靠工作；轴和轴承上的作用力小；平均传动比准确，特殊链可用于传送物料虽然平均速比恒定，但运转时瞬时速度不均匀，有冲击、振动和噪音，寿命较低（一般为5000h15000h）有振动冲击，有多边形效应齿轮（齿条）传动外廓尺寸小，结构紧凑；传动比恒定，传动精

15、度高；效率高，寿命长；圆周速度及功率范围广，适宜于短距离传动制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用，有噪音制造精度要求高蜗杆传动外廓尺寸小，单级传动比大，结构紧凑；传动比恒定，传动平稳，无噪音；可实现反向自锁，用于空间交错轴传动，传动平稳传动过程中相对滑动速度高，磨损较大，传动效率低，易在传动中出现发热和温度升高现象；传递功率不宜过大，中高速需用价贵的青铜，制造精度要求高，刀具费用高表1 常用传动机构的基本特性显然在上述的几种传动的方案中都有其各自的优缺点，但能否选择一种传动方案具有上述几种的传动机构的优点来满足我们的设计需要呢？那就是齿轮齿条传动。齿轮齿条传动综合了齿轮传动与链条传

16、动、皮带传动的诸多优点，是一种传动比精度高的传动方式。其传动原理是气缸推动齿条做水平直线运动从而带动齿轮的旋转运动。齿条与齿轮的线速度相同。气缸能保证齿条运动速度保持稳定，不产生冲击。吸振性能好，噪音小；传动装置重量轻，热量积累少，因此传动比较准确，可以获得98以上的高效率；功率范围可从几w到几百kw；轴上的压力轻，轴的弯曲变形减小，可延长轴承的使用寿命；结构简单、紧凑，适宜于多轴传动及中心距较大的传动。下面通过计算分别确定轴、齿轮、齿条的尺寸，从而选择合适的气缸。当变速箱被夹具夹紧之后，两夹具爪之间确定一水平中心线，由于变速箱形状不规则，质量部均匀，其集合中心与重心不重合，使得变速箱重心偏离

17、了机械手臂轴心线，产生了扭矩，初步确定偏离最大径向距离为0.05m，则所需最大扭矩t=3000*0.05n.m=150n.m。3.3.1 888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888确定轴尺寸由牛顿第二定律可知，此扭矩将会作用于轴上，所以t轴=9550*p/n=150n.m，p/n=t/95500.016。轴直径d=a0*3p/n，选取轴材料为45#钢，由机械设计表15-3，取a0=114

18、，得dmin=28.55mm，取安全系数u=2，则轴直径d=28.55*2=57mm。选轴直径d=60mm。根据机构的需要设计轴的尺寸如图1图1.1 轴的尺寸3.3.2 选择轴承 由工作环境要求知，轴承需要同时承受径向力和轴向力的作用，而查机械设计表13-1，选用圆锥滚子轴承。查机械设计课程设计表17-6 ，初步选标准精度级的单列圆锥滚子轴承30212。左端滚动轴承采用轴肩进行定位。3.3.3 选齿轮齿条 假定齿轮齿条间无变位。齿轮选直齿圆柱齿轮；七级精度，gb 10095-88（一般工作机器，速度不高）；查机械设计表10-1，选择齿轮材料是45钢，调质处理；硬度为240hbs。齿轮参数：m=

19、4，z=45，压力角=20o,由设计计算公式 dt=2.323kt*td*u-+1u*（ze/h）2其中:载荷系数kt=1.3；齿轮传递的转矩由前面可知t=1.5*105n.mm；由机械设计表10-7，选齿宽系数d=1查机械设计表10-6得，45钢材料的弹性影响系数ze=189.8mpa12由机械设计图10-21d，按齿面硬度查大齿轮的接触疲劳强度极限h=550mpa由机械设计图10-19得，接触疲劳寿命系数khn=0.95计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数s=1.机械设计式10-12得：h= khn*hs=0.95*550mpa=522.5mpa由齿轮齿条传动知u-+1u=1所

20、以dt=2.323kt*td*u-+1u*（ze/h）2=2.32*31.3*1.5*1051*1*(189.8/522.5)2mm=69.9mm。下面计算齿轮的几何尺寸：分度圆直径d1=4*45=180mm齿顶高ha1=ha*m=4齿根高hf=（ha*+c*）*m=5齿高h=9齿顶圆da=d1+2ha=180+8=188mm齿根圆df=d1-2hf=180-10=170mm齿距p=*m=4*3.14=12.56根据安装齿轮轴的直径为60mm，所以选dh=60mm。齿条选七级精度；材料为45钢，调质；硬度为240hbs。齿条参数：m=4,z=22，齿形角=20o，则：齿顶高ha=hf=5齿根高

21、hf=ha=43.3.4 气缸2#选型由前所述可知，使工件发生翻转所需要的扭矩是由气缸提供水平力，通过齿轮齿条机构转化为转矩，再经轴传递给工件，从而使工件翻转。根据公式t=f*h，齿轮中心到齿条基准线距离h=d1/2=90mm，则t=f*h=f*d1/2=f*90*10-3，如图2示：图2 齿条齿轮传动则f=150/90* 103=1666.6n,取安全系数u=2，故所需气缸压力f=1666.6*2=3333.3n。根据实际情况，工业环境下使用的气缸提供压强一般为0.6mpa，则s=f/p=r2，r=f/p=0.0421m42mm，所以所需气缸2#直径d=80mm，查机械设计手册气压传动表22

22、-4-16，22-4-17选取气缸mbl100x175。3.4 夹紧气缸3#选型查机械手册，变速箱外壳选用的是铸铁材料，夹具材料是钢，并有皮革包裹，查机械设计手册 第2版 上册表1-12知，摩擦系数f=0.5。夹具处受 力分析如图3：图3 夹具受力分析在xoy平面中，由力的三角形矢量和知： ff=f*q/2sin=fq/2，其中=50从而q=2 ff/f=2*3000* sin50/0.5=1045n,取安全系数u=2.从而选用气缸的力f1=2*q=2090n,又由公式p=f/s=fp/，知，r=fp/=23.5mm，从而气缸3#直径为47mm。查机械设计手册气压传动表22-4-16和表22-

23、4-17选取气缸cs1g 125-125。3.5 直线滚动导轨副的选择图4 直线滚动导轨副的实物图直线滚动导轨副特点：a 定位精度高。滚动直线导轨的运动借助钢球滚动实现，导轨副摩擦阻力小，动静摩擦阻力差值小，低速时不易产生爬行。重复定位精度高，适合作频繁启动或换向的运动部件。可将机床定位精度设定到超微米级。同时根据需要，适当增加预载荷，确保钢球不发生滑动，实现平稳运动，减小了运动的冲击和振动。b 磨损小。对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被

24、浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小，滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使滚动直线导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，这使得在润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易。 c 适应高速运动且大幅降低驱动功率。采用滚动直线导轨，由于摩擦阻力小，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，使驱动扭矩大大减少，使所需电力降低80%，节能效果明显。可提高机床的工作效率2030%。直线运动导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。依按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类，市场是的品种分为以下几种：台湾cpc导

25、轨 微型导轨 mr3mn/mr3ml/mr3wn/mr3wl mr5mn/mr5ml/mr5wn/mr5wl mr7mn/mr7ml/mr7wn/mr7wl mr9mn/mr9ml/mr9wn/mr9wl mr12mn/mr12ml/mr12wn/mr12wl mr15mn/mr15ml/mr15wn/mr15wl 标准导轨 ar15mn/ar15ms/ar15fn hr15mn/hr15fn ar20mn/ar20ms/ar20fn hr20mn/hr20fn 台湾amt直线导轨 msa-e/le msa-s/ls msb-e/le msb-s/ls 台湾abba直线导轨 brh-a/al型

26、 brh-b/bl型 brh-c/cl型 brs-a/as型 brs-b/bs型 brs-c/cs型 brx-b/bl型 台湾上银hiwin直线导轨 四列超重负荷hg系列 低组装式eg系列 两列线性hl系列 高速高负荷ag系列 小型mgn/mgw系列 智慧型(带磁性尺)ig系列 字润滑e1系列 韩国sbc直线导轨 sbg-fll型 sbg-fl型 sbg-sll型 sbg-sl型 日本thk直线导轨 日本iko直线导轨 日本nsk直线导轨下面通过计算选择上升-下降机构、夹紧机构以及翻转机构中的滚动直线导轨副，并校核其距离寿命。3.5.1 上升-下降机构中滚动直线导轨副的选型和校核滑块承受工作载

27、荷fmax是影响滚动直线导轨使用寿命的重要因素。此结构中滑块受径向和横向载荷都很小，所以设计中主要考虑行程。查机电一体化表3-41，选直线滚动导轨副jsa-lg 25,查机电一体化表3-35选导轨长度为1960mm。3.5.2 旋转机构中滚动直线导轨副的选型和校核由于需要旋转平稳，匀速，此结构中采用双导轨，四滑块的支撑形式。考虑单滑块垂直方向受力最大时，fmax=g/4+f，其中，移动部件重量g=4000n,外加载荷f=fz=1667n,则fmax=3667n=2.667kn.查机电一体化表3-41，选jsa-lg15型号的直线滚动导轨。查机电一体化表3-35,选导轨长度为520mm。距离寿命

28、的计算：由于导轨工作温度不超过100，每根导轨上有两个滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大，查机电一体化表3-36，3-37所，3-38，3-39，3-40，得，选kl系列jsa-lg15型导轨副的滚道硬度为60hrc,硬度系数fh=1.0，温度系数ft=1.0,接触系数fc=0.81,精度系数fk=0.9，载荷系数 fw=1.5，代入距离寿命计算公式l=（fhftfcfkca/fwfmax）3*50=151.4km，大于滚子导轨期望距离寿命100km。满足要求。3.5.3夹紧机构中滚动直线导轨副的选型和校核同样选择双导轨，四滑块的支撑形式。单个滑块可能受的最大载荷fmax=g/4+f =

29、1000+1045n=2.045kn.查机电一体化表3-41，选jsa-lg20, 查机电一体化表3-35,选导轨长度为1000mm。距离寿命的计算：同旋转机构中的导轨一样，此导轨工作温度也不超过100，每根导轨上有两个滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大，查机电一体化表3-36，3-37所，3-38，3-39，3-40，得，选kl系列jsa-lg20型导轨副的滚道硬度为60hrc,硬度系数fh=1.0，温度系数ft=1.0,接触系数fc=0.81,精度系数fk=0.9，载荷系数 fw=1.5，代入距离寿命计算公式l=（fhftfcfkca/fwfmax）3*50=335.8km，大于滚子

30、导轨期望距离寿命100km。满足要求。3.6 配重机构实践证明，如果单纯的使用气缸控制升降台的升降，那么气缸的使用寿命将会很短，因此为了延长气缸的使用寿命，我们采用了配重机构来减轻气缸的使用压力。我们使用滚轮钢丝绳，链轮，配重块等组成一配重机构。我们选择配种机构的相关数据如下所示：钢丝绳：6（19）-7-155-甲镀右同gb1102-74，即结构型式为6（19）公称抗拉强度为1550mpa，号甲组镀锌钢丝支撑的直径7mm，右同向捻线接触钢丝绳。链轮：由于整个机构的重量很大，即链轮所受的载荷很大，因此我们将链轮安装在滚动轴承上。查机械零件设计手册第二版中册知：链轮的最小许用名义直径由下式决定：

31、d（e-1）d 式中 d链轮的名义直径，即槽底直径，mm d钢丝绳直径，即绳的外接圆直径，mme由钢丝绳用途和工作类型决定的系数。从机械零件设计手册第二版中册表24-7选取于是有： d（18-1）*7mm=119mm因此我们取链轮的直径为122mm，材料为45#钢。配重块：我们使用板状的铸铁件，其重量为266800n，基本与整个机构持平横状态，具体的使用还要在调试翻转机的时候来实时的改变配重的重量，来满足使用的要求，达到最优情况。4 电气控制系统设计4.1 电控系统电气控制系统是实现生产自动化的保证，也是机电一体化系统安全、准确、可靠运行的前提条件。控制系统设计必须以满足生产工艺要求，保证系统

32、安全、准确、可靠运行为准则，并通过科学的方法与现代的手段进行合理的规划与认真的设计。在工业自动化领域，plc和工控机是人们不得不提的两类控制设备，它们是大多数自动化系统的基础设备。plc和工控机的最新技术发展是工程师对设备应用性能要求的完美体现：控制器的硬件标准化，以及用户的各种控制要求通过软件来进行改变。plc就是一种利用计算机原理为顺序控制专门设计的、通用的、使用方便的装置。它采用了专用设计的硬件，而使用性能都是通过控制程序来确定的。工控机则是利用了个人计算机的pci总线和pc/104总线、采用功能板卡扩展控制i/o点来实现计算机控制的一种方便的控制设备。它具有工业现场应用特性，同时又极大

33、地利用了pc机的软件环境，用户可以方便地选择各制造商提供的产品。，那么这两种控制方法的优缺点有各是什么呢？本翻转机又将采取那种控制方法呢？表2把两者的优缺点作了比较：控制形式优点缺点plc编程简单；抗干扰能力强，可靠性高；体积小，重量轻，安装方便；设计、施工和调试周期短plc采用扫描方式进行工作，远算速度慢；易受工作环境影响，故硬件设计要求比较高；单个程序对硬件的依赖较高；信息交流不开放；plc种类多，指令系统和使用方法也多，使用不方便；工控机采用多任务实时操作系统，使系统管理简单方便，操作界面友善；强大的运算功能、图形处理能力和数据存储能力，；便于控制信息同步和协调实时控制；数据传输速度快；

34、能够方便地处理设计中的开关量、模拟量，能够灵活地进行回路调节，而且能够使用高级语言编程ipc模式开发周期长；现场布线不够灵活、安装体积大和扩展性差；工控机的操作和通用计算机无任何差别，这就对操作人员的素质有很高的要求；故障诊断相对复杂；表2 plc和工控机比较根据本设计的要求和两者的对比，由于可编程序控制器plc具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点，尤其是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，所以我们决定采用plc可编程序控制器。可编程序控制器plc首先让我们看一下plc的总图，如图5：显然，由上图我们可以得知：我们所使用的plc包括cpu226，即微处理器；其上有

35、很多端子，由于我们使用的段子数目较多，故我们又加了有插槽，来扩充端子，如em223 4di/do，即增加了4个数字量输入输出，右侧是24v电源接线。本设计中，主要是利用plc的逻辑运算来实现各种开关量的控制，从而实现对各个工序的实时操作，达到所需的目的。可编程序控制器主要模块、输入输出模块和编程器组成。如下图6：图5 plc总图图6 可编程序控制器的组成本翻转机的控制流程如下：工件到位电源开按下运行开关按钮cpu输出信号升降气缸下降电磁阀得电机械臂下降接近开关作用输入cpu信号cpu输出信号夹紧气缸收缩电磁阀得电夹紧工件接近开关和压力继电器作用输入cpu信号cpu输出信号升降气缸上升电磁阀得电

36、机械臂上升接近开关作用输入cpu信号cpu输出信号翻转气缸电磁阀得电工件翻转180磁性开关作用输入cpu信号cpu输出信号升降气缸下降电磁阀得电机械臂下降接近开关作用输入cpu信号cpu输出信号夹紧气缸张开电磁阀得电手臂打开原位接近开关作用输入cpu信号cpu输出信号机械手臂复位停止。根据以上控制流程图可知本设计中可编程序控制器中输入模块主要有电源、按钮、接近开关、压力继电器、磁性开关，输出模块主要有电磁阀、指示灯和风机照明等。 下面具体分析设计内容：4.1.1 电源由于所选用的plc控制系统中cpu芯片需要提供电压稳定的24v直流电源，而工业用电是220v和380v的，因此需要通过开关电源经

37、220v/380v电压转变为24v的直流稳压电压。如图7所示：图7 电源接线4.1.2 按钮控制按钮有关机、开机、总电源开关、控制电源、工作/调整、复位、消声、启动、停止和急停十个按钮；调试按钮包括下降、夹紧、上升、翻转、松开五个按钮。主要接线如下图8：图8 按钮接线4.1.3 接近开关接近开关的作用是当某物体与接近开关接近并达到一定距离时，能发出信号。它不需要外力施加，是一种无触点式的主令电器。它的用途已远远超出行程开关所具备的行程控制及限位保护。接近开关可用于高速计数、检测金属体的存在、测速、液位控制、检测零件尺寸以及用作无触点式按钮等。就目前应用较为广泛的接近开关按工作原理可以分为以下几

38、种类型：高频振荡型：用以检测各种金属体电容型：用以检测各种导电或不导电的液体或固体光电型：用以检测所有不透光物质超声波型：用以检测不透过超声波的物质电磁感应型：用以检测导磁或不导磁金属选用电磁感应型。电感式接近开关由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。选用上海普邦传感器有限公司生产的h8t8 霍尔式。其接线如下图9：图9 接近开关接线4.1.4 磁性开关磁性开关就是用

39、电磁原理来延时切断回路的开关，通电后线圈带上磁性吸起铁片电路接通，当关闭开关时由于电磁铁的磁性不会立刻消失所以电路还会再接通一段时间，当磁性消失后电路才断。选用海普公司生产的cs系列磁性开关 cs1-f。安装尺寸如图10：图10 磁性开关安装尺寸规格如表3：表3 磁性开关规格磁性开关接线如果11：图11 磁性开关接线4.1.5 压力继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流.较低的电压去控制较大电流.较高的电压的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器一般分为热敏

40、干簧继电器和固态继电器：（1） 热敏干簧继电器的工作原理和特性热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。（2）固态继电器（ssr）的工作原理和特性固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔

41、离型为最多。 根据以上说明本设计选用施耐德rxm“l”系列的rxm2lb2bd型号。压力继电器电路接线如图12：图12 压力继电器接线4.1.6 电磁阀电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。一般情况下电磁阀分为以下几类： （1）直动式电磁阀： 原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。 特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。 （2）分布直动式电磁阀： 原理： 它是一种直动和先导式相

42、结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。 特点： 在零压差或真空、高压时亦能可*动作，但功率较大，要求必须水平安装。 vq5300-5-04（3）先导式电磁阀： 原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低

43、上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。 特点： 流体压力范围上限较高，可任意安装（需定制）但必须满足流体压差条件。根据上述分析选用直动式电磁阀vq5300-5-04。其电路接线图如图13：图13 电磁阀接线4.1.7 指示灯通过指示灯可以看出机器运行的状态和情况。控制面板上的红灯亮时代表翻转机已通电，运行过程中，灯塔上绿灯亮表示机器在正常运行，如果红灯亮，则代表机器出现故障，此时自动停止，鸣警。此时可以按下消声按钮，停止鸣警。其电路接线如图14：图14 指示灯接线4.1.8 风机照明照明由门柜开关控制。总电源接通时，打开门柜，门柜开关sd1闭合，柜内照明灯亮；关上门柜，门柜开关sd

44、1断开，柜内照明灯灭。当控制电源电路接通时，线圈ka2得电，风机电路中常开触电ka2闭合，两风机通电，开始运转，起到冷却的作用。电路图如下图15：图15 风机照明接线4.2 气路回路设计421 气源的选择与处理我们采用压缩机压缩空气，即压缩机将大气压力的空气增压成较高的压力，以输送给气动元件使用。本设计中我们采用单机活塞式压缩机。我们知道，空气中含有许多杂质，如水份，油污等物质。而这些物质会直接增加气动工具或元件内运动部分的阻力，加速损耗，使元件寿命减低。严重的引致生产停顿，增加成本。在气动系统内的污染物主要有：尘埃、油雾，水份。各污染物的影响见下图所示。正是因为如此，我们在主回路上加了过滤器

45、，用于除去从压缩机中带来的油雾和空气中的水份等杂质。而本设计中采用了空气过滤组合，即三联件。空气过滤组合，即空气过滤器、减压阀和油雾器。一般在每个独立的回路系统，都是基本装置。此装置上的过滤器有别于主管路上的过滤器，不论在结构上或是过滤效能上，都不能取代主管的过滤器。加了此三联件，增加了安全性。其中减压阀是使出口压力始终保持在工作压力0.6mp。 422气动控制元件及回路的选择 （1）升降气动回路如下图16所示：该回路中用到的元件有三位五通换向阀1个、单向阀1个、调速阀2个。图16 升降气动回路现分析该回路：当电磁阀ya2得电时，气体通过气路1进入，经过调速阀2中单向阀进入气缸上半部分3中，同时，由于初始状态中气缸下半部分4中的气压小于气路1中的气压，所以气体可以通过气路8将单向阀5打通，3中气压升高，从而使3体积增大，4体积减小，即气缸带动工件下降，4中气体通过单向阀5和调速阀6中的节流阀进入气路7，回到转接头中，所以，当电磁阀ya2得电时，调速阀6起调速作用；同理，当电磁阀ya1得电时，气体从气路7进入，从气路1回到转接头中，此时，调速阀2起调速作用。（2）夹紧气动回路如下图17所示：该回路中用到的元件有三位五通换向阀1个、压力开关1个、单向阀1个、调速阀2个。图17 夹紧气动回路现分析该回路如下所示：当电磁阀yb2得电