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拉伸成形技术具有广阔的应用空间和发展前景,但传统的手工送取料操作,导致机床伤手事故频繁发生,阻碍了拉伸加工行业的发展。近些年,随着气动技术的发展,气动机械手由于具有结构简单、价格低廉、无污染等一系列显著优点,逐步得到广泛应用。而气动伺服控制技术作为气动控制技术的一个重要方面,由于能使气缸在高速运动下实现任意点自动定位而越来越得到人们的重视。
基于上述情况以及苏州某拉伸机生产厂家需求,我们将气动伺服技术应用在送取料机械手上,并以拉伸机送取料机械手的研究与开发作为一个新的研究课题。
本论文介绍了送取料机械手的机械设计,以及控制系统的软硬件的设计与开发。采用西门子S7-300PLC作为控制核心,由Pesto生产的标准气缸作执行元件,采用气动伺服技术,构成闭环回路,实现整个机构快速、高精度运动。
采用D-H法建立了送取料机械手的运动学方程以及采用拉格朗日方程建立了动力学方程,确定了各运动构件与末端执行器空间的位置和姿态关系以及机械手各关节运动和作用力之间的关系。
为了满足气动驱动系统的定位精度、工作稳定和维护方便等要求,通过理论计算选型,确定各执行元件的参数,并采用软件仿真分析,验证了各元件的工作性能。同时对核心技术-气动伺服进行了理论建模分析,通过气动伺服仿真试验,分析了气源压力、负载以及摩擦力对系统的影响因素,并对气动伺服控制器SPC200进行了深入探讨。
根据送取料机械手、拉伸机液压系统、气动伺服控制器SPC200等的控制要求,对S7-300PLC控制系统的硬件设计从性能、电路抗干扰和电气保护等方面进行了设计,采用触摸屏技术设计了人机操作界面,使操作简单方便、可靠。通过在拉伸机与送取料机械手工序运动过程中设定同步点校核,保证拉伸机与机械手各执行机构之间协同工作,防止了危险事故发生的可能。整个控制系统的程序采用了模块化结构设计,便于后期维护以及后续开发与扩展。
通过相关试验证明该送取料机械手的开发和研究达到了设计要求。送取料机械手具有提高生产的自动化水平和劳动生产率、减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产等多方面的优点。随着机械手在拉伸机行业中广泛应用,势必具有深远的社会和经济意义。同时该送取料机械手的研究与开发对工业生产中相关送取料技术也具有一定的参考价值。