桌面式自動鎖螺絲機(jī)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】

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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報告 論 文 題 目： 桌面式自動鎖螺絲機(jī)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師（職稱）： 年 12 月 22 日 填 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域； 2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題； 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）； 3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過； 3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。? 12 一、選題依據(jù)1.研究領(lǐng)域 機(jī)電控制 機(jī)械設(shè)計(jì) 2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價值 螺絲在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中隨處可見，在手表、手機(jī)、家電產(chǎn)品、機(jī)械設(shè)備等中使用了各種各樣的螺絲。在工業(yè)產(chǎn)品的裝配中，廣泛使用螺紋連接來緊固。大量的螺紋裝配需要人工來完成，機(jī)械裝配操作仍然是高度勞動密集型工作。全球工業(yè)裝配中，近 70%由螺紋連接構(gòu)成。螺紋連接占全部裝配工作量的 1/3，可見提高螺絲的裝配效率在如今這個人力資源匱乏、工人待遇提高的社會背景下具有重要的意義。在當(dāng)今屬自由競爭市場的環(huán)境下，要達(dá)到利潤的最大化就務(wù)必使得成本最低化，公司可控的成本部分包括人工、設(shè)備和管理成本等部分，自動鎖螺絲機(jī)可以有效的降低由于人工和設(shè)備帶來的企業(yè)成本。自動鎖螺絲機(jī)又稱為自動螺絲鎖緊機(jī)、自動螺絲鎖付機(jī)、工業(yè)擰緊裝置等。是用自動化機(jī)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工完成螺絲的取、放、擰緊的自動化裝置。 把可編程控制器 PLC 控制的控制系統(tǒng)應(yīng)用到自動鎖螺絲機(jī)中 ,使各電動機(jī)各檔位速度、加速時間、制動時間都可以根據(jù)實(shí)際工作情況條件設(shè)定,而且十分方便。更重要的是解決了設(shè)備檢修時，,給檢修人員分析、判斷和排除電氣故障提供了方便， 并且檢修速度明顯加快，同時現(xiàn)場使用設(shè)備維護(hù)量減少, 提高了鎖螺絲機(jī)使用效率和產(chǎn)品生產(chǎn)的效率。 對于我自身來說，通過這次設(shè)計(jì)可以全方位的、綜合的展示和檢驗(yàn)我所學(xué)知識的程度和運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。設(shè)計(jì)的過程是我對專業(yè)知識學(xué)習(xí)、梳理、消化和鞏固的過程。同時，在調(diào)查研究、搜集材料、聯(lián)系實(shí)際的過程中，我還可以學(xué)到許多課堂上和書本里學(xué)不到的知識和經(jīng)驗(yàn)。由于本次設(shè)計(jì)涉及多門課程研究內(nèi)容， 所以也是對我系統(tǒng)的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識、專業(yè)理論以及自我創(chuàng)新能力的檢驗(yàn)和提升。 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 在國外鎖螺絲設(shè)備早已應(yīng)用于汽車、電腦、液晶面板、空調(diào)、線路板等行業(yè)中。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制開發(fā)出第一臺機(jī)械手，1978 年美國 Unimate 公司、斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種 Unimate-Vicarm 型工業(yè)機(jī)器手，用小型電子計(jì)算機(jī)控制，進(jìn)行裝配作業(yè)，定位誤差在＋1mm 以內(nèi)。聯(lián)邦德國 KnKa 公司生產(chǎn)一種采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制的點(diǎn)焊機(jī)械手。這類點(diǎn)焊機(jī)是以攝像機(jī)觀察、測定定時機(jī)械零件的裝配情況，由計(jì)算機(jī)做出智能判斷，當(dāng)機(jī)械手取下零件時，分別將合格的零件和不合格的零件放到不同的傳送帶上運(yùn)走，如美國測試一臺有觸覺和視覺的雙臂機(jī)械手，由于機(jī)械手有觸覺，所以不要求工件排列的位置很精確。如機(jī)械手在擰螺釘遇到阻力時，能將螺釘返回再擰。 當(dāng)前，在國內(nèi)工廠使用的鎖螺絲裝置為深圳、東莞一些廠家生產(chǎn)的手持式鎖螺絲 機(jī)和半自動鎖螺絲機(jī)。手持式鎖螺絲機(jī)使螺絲輸送和鎖付一氣呵成，提高了生產(chǎn)效率， 節(jié)省了人力。但是手持式鎖螺絲機(jī)需要人員重復(fù)單調(diào)乏味的工作，容易劃傷產(chǎn)品外觀， 造成成本增加。半自動鎖螺絲機(jī)主要是振盤式的，采用震動盤氣動元件作為驅(qū)動元件， 采用 PLC 或 MCU、傳感器和接近開關(guān)聯(lián)合控制。其工作流程是螺絲由驅(qū)動部件震動排列，再由壓縮空氣高速吹到刀頭處，最后進(jìn)行鎖緊作業(yè)。但是在國內(nèi)，上述半自動鎖螺絲機(jī)設(shè)備并沒有大面積推廣使用，歸結(jié)其原因有多種： （1） 對螺絲尺寸要求極其嚴(yán)格，長度為 5mm-10mm，直徑為 2.5mm-5mm，如果螺絲超出這個尺寸范圍基本上不能完成鎖付。 （2） 對螺絲的精度要求極高，如果達(dá)不到所要求的精度常常會出現(xiàn)設(shè)備頻繁卡頓的問題。 （3） 專用性強(qiáng)，一種半自動化螺絲機(jī)一般只能鎖付一種型號的工件，不能進(jìn)行通用性生產(chǎn)。 （4） 造價非常高昂，因?yàn)槭亲詣踊O(shè)備，所以這種產(chǎn)品的進(jìn)口價為 3-6 萬元人民幣，國產(chǎn)的也近 2 萬元。 對此，國內(nèi)學(xué)者主要從螺絲鉗的扭矩測量與控制，專用領(lǐng)域的鎖螺絲設(shè)備等方面做了相關(guān)研究，并且也開發(fā)了一些專用領(lǐng)域的鎖螺絲設(shè)備。 螺絲鎖付是自動螺絲機(jī)設(shè)備工作的一道重要工序，螺絲鎖付精度及效率非常重要，對此國內(nèi)一些學(xué)者也進(jìn)入深入研究。 馮光濤等人以三軸孔裝配為模型分析了多軸孔的復(fù)雜裝配問題，并設(shè)計(jì)開發(fā)了能夠完成三軸孔自動裝配的裝配機(jī)。 費(fèi)燕瓊等人利用虛功算法和旋量理論，對孔軸裝配接觸過程中力的約束進(jìn)行了詳細(xì)的分析，同時分析了孔軸裝配中的各個狀態(tài)，以此驗(yàn)證了通過算法得到的判別準(zhǔn)則的正確性。 衛(wèi)道柱等人針對汽車裝配中螺釘裝配的問題，分析常見扭矩控制算法，提出采用扭矩轉(zhuǎn)角算法對自動螺釘鎖付進(jìn)行精確控制，并根據(jù)實(shí)際需求對螺絲擰緊設(shè)備的結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1. 重點(diǎn)解決的問題 鎖螺絲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路） (1)自動鎖螺絲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； (2)確定控制對象的具體參數(shù)，以利于相關(guān)配置的選擇； (3)完成機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； (4)基于宇龍控制系統(tǒng)仿真軟件，完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與編程； (5)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算和主要元器件的選擇； (6) 繪制安裝接線圖； (7) 自動鎖螺絲機(jī)的圖紙繪制； (8)完成相關(guān)外文文獻(xiàn)的翻譯； 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 (1)完成并繪制自動鎖螺絲機(jī)的主要結(jié)構(gòu)圖； (2)基于宇龍仿真的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及調(diào)試； (3)能夠運(yùn)用宇龍仿真軟件對所設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真； (4)編寫 10000 字以上的說明書。 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù) ） （1） 搜集、閱讀自動鎖螺絲機(jī)的相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解相關(guān)理論知識； （2） 自動鎖螺絲機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案確定； （3） 對自動鎖螺絲機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析； （4） 對驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （5） 對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （6） 完成相關(guān)程序的編制。 （7）螺絲尺寸范圍：M2.0-M4.0 設(shè)備尺寸：長 750mm×寬 700mm×高 800 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 (1) 自 動 鎖 螺 絲 機(jī) 總 體 構(gòu) 想 并 完 成 開 題 報 告 第 1—4 周 （2） 總 體 結(jié) 構(gòu) 方 案 設(shè) 計(jì) 第 5 周 （3） 自 動 鎖 螺 絲 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 圖 完 成 第 6—8 周 （4）基于宇龍仿真軟件的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與編程 第 9--10 周 （5） 設(shè) 計(jì) 大 體 完 成 并 撰 寫 說 明 書 第 11 周 （6） 完 成 設(shè) 計(jì) 說 明 書 ， 交 導(dǎo) 師 審 閱 修 改 第 12—13 周 （7） 設(shè) 計(jì) 完 成 ， 答 辯 第 14 周 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [01] 萬太福,唐賢永.可編程序控制器及其應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2000. 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年的時間里，中國的制造業(yè)蓬勃發(fā)展，制造規(guī)模和水平得到很大的提高，中國制造業(yè)的競爭力也在不斷加強(qiáng)，但同時我們也理性客觀的發(fā)現(xiàn)，以低成本勞動力為基礎(chǔ)的勞動密集型制造形式在中國制造業(yè)飛速發(fā)展中起到了重要的作用， 而作為一個國家的制造業(yè)發(fā)展的根基，裝備制造業(yè)發(fā)展速度緩慢，產(chǎn)品創(chuàng)新能力不足， 所以我國目前是世界的制造大國而不是世界制造強(qiáng)國。在我國制造業(yè)中存在產(chǎn)品創(chuàng)新能力薄弱、核心技術(shù)過分依賴于國外、制造業(yè)生產(chǎn)加工效率低、人工成本不斷上升等嚴(yán)重問題，所以為了增強(qiáng)國家及企業(yè)在制造業(yè)的核心競爭力，一個重要的途徑就是不斷發(fā)展我國的裝備制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工生產(chǎn)的自動化，智能化，降低人工勞動力成本，使產(chǎn)品生產(chǎn)效率不斷增強(qiáng)。在我國制造業(yè)中，電子產(chǎn)品，玩具，汽車零部件，以及電腦，手機(jī)等通訊行業(yè)已成為重要的組成部分，在這些行業(yè)的產(chǎn)品裝配中螺釘裝配即螺釘鎖付一直是一道重要的工序。但是在目前一些企業(yè)中，常采用的是人工手動螺絲鎖付。即人一只手使用電動螺絲刀，另一只手取螺絲并對準(zhǔn)螺紋孔進(jìn)行螺絲鎖付， 整個鎖付過程經(jīng)歷“取螺絲-對準(zhǔn)-鎖螺絲”的過程，其中取螺絲、對準(zhǔn)螺紋孔所用時間約占整個鎖螺絲時間的一半或更多，特別是當(dāng)螺絲為銅、不銹鋼等磁鐵不能吸附的材料時，整個過程工件的螺絲鎖付用時會更多。另外隨著螺絲鎖付工件種類多樣化、復(fù)雜化程度不斷增加，高效快速進(jìn)行螺絲鎖付的難度越來越大，如近幾年通訊行業(yè)發(fā)展迅速，作為通訊系統(tǒng)中核心部件，腔體濾波器需求量越來越大，而螺絲鎖付是腔體濾波器調(diào)試中重要的一道工序。很明顯，采用傳統(tǒng)人工螺絲鎖付方式速度慢、效率低、工作周期長而且螺絲鎖付精度也無法保證。隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電子產(chǎn)品換代周期大幅度縮小，種類大幅度增加，產(chǎn)品走向小型化、多樣化，其要求是大量的熟練的一線操作工人或能適應(yīng)多種類型產(chǎn)品的精密、柔性、快速的生產(chǎn)線。而現(xiàn)今，人力資源匱乏，工人待遇提高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，工廠要在激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢， 必須減少雇傭員工，特別是減少對技術(shù)工程師的需求，使產(chǎn)品生產(chǎn)走向自動化，發(fā)揮員工的最大工作潛能。電子產(chǎn)品的一些組裝工序，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動化，比如插件元件的自動剪腳、自動排列，電路板組裝中的自動印刷錫膏、自動貼裝元件、電路 板成品的外觀檢測等。但是由于產(chǎn)品形狀的多樣化，在組裝工序中，自動化的程度還比較低，特別是流水線末端工站的鎖螺絲環(huán)節(jié)，工人們每天重復(fù)著單調(diào)乏味的工作， 是大規(guī)模生產(chǎn)的瓶頸。鎖螺絲設(shè)備具有減少工人冗繁的工作量，特別是能提高工作效率，減少產(chǎn)品不良率，減少一線操作工人，最后達(dá)到減少成本，提高公司競爭力的作用。為了更好地解決上述工作效率不高的問題，研制一套全自動螺絲鎖付裝備非常有 必要的意義。 按機(jī)械執(zhí)行結(jié)構(gòu)、螺絲送料形式或鎖附形式，自動鎖絲機(jī)分為不同種類。 (1) 按照機(jī)械執(zhí)行結(jié)構(gòu)可以分：坐標(biāo)機(jī)類型、機(jī)械關(guān)節(jié)類型以及轉(zhuǎn)盤工作臺的自動鎖絲機(jī)。坐標(biāo)類型自動鎖絲機(jī)一般分為桌面型和落地式，按軸數(shù)一般分為單軸、兩軸和多軸型，其鎖付螺絲的過程是等待鎖付工件放置，然后進(jìn)行自動送料，最后自動鎖絲。也可改變結(jié)構(gòu)成多頭的自動鎖螺絲機(jī)，這種結(jié)構(gòu)具有可變化大的特點(diǎn)，性價比較高。機(jī)械關(guān)節(jié)類型自動鎖螺絲機(jī)一般在對速度、空間有一定的需求的場合使用，但是由于負(fù)載能力和剛性扭力不好，所以不常使用。轉(zhuǎn)盤式自動鎖螺絲機(jī)是將多工頭集中于一個圓盤上轉(zhuǎn)動緊固螺絲，這種類型的螺絲機(jī)一般應(yīng)用在全自動化的流水線上。 (2)按照送料形式可以分為吸取式和吹氣式兩種類型。吸取式是在輸送管中利用 負(fù)壓輸送螺絲，這種方式可以輸送大部分螺絲。吹氣式是在輸送管中利用正壓輸送螺絲，這種方式的螺絲總長和螺帽直徑比例達(dá)到 1:1.3，最低不能低于 1:1.2 才能保證螺絲能正確輸送。吹氣式比吸取式少了吸取的環(huán)節(jié)，所以輸送螺絲效率要高，所以在螺絲的長度比例滿足要求時通常會采用吹氣式輸送螺絲，這樣就減少螺絲鎖付的時間，使螺絲鎖付效率提高。 (3)按照鎖附形式可以分為手持式自動螺絲機(jī)、多軸式自動螺絲機(jī)、XY-Table。 ①手持自動鎖螺絲機(jī)，這個需要工人一只手拿著電批頭，另外一只手按住待鎖工件就可完成工作，一顆螺絲鎖付成功后，然后使電批頭對準(zhǔn)另一個螺絲孔，此時下一個螺絲被輸送系統(tǒng)輸送到電批頭，工人就可以再次鎖付螺絲，依次類推直至工作完成； 手持式的另一種形式采用的是自動風(fēng)批頭，它是利用高速氣體動力推動馬達(dá)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的扭矩來進(jìn)行鎖絲，具有高精度、節(jié)能、扭矩容易控制的優(yōu)點(diǎn)。由于人工對準(zhǔn)螺絲孔精準(zhǔn)度不高，所以這是手持式的缺點(diǎn)。 ②多軸式自動螺絲機(jī)具有兩個以上電批頭，所以可以同時鎖付多個螺絲，且只要一個共用振動盤供料，使螺絲鎖付速度大大提高，有很大的性價比；根據(jù)特殊的工作需求，也可拆除部分電批頭；放入螺絲就可以開始鎖付螺絲，機(jī)器可以自動鎖付螺絲， 并檢測鎖付是否成功，如果鎖付失敗，會有報警提示信息。但是多軸式由于軸數(shù)多， 不易控制，穩(wěn)定性不高。 ③XY-Table 桌上型可以分為以下三類：一類是待鎖工件在鎖付平臺上水平方向移動，電批頭沿豎直方向移動。第二類是待鎖工件不動，電批頭進(jìn)行三維空間移動。第三類是待鎖工件進(jìn)行運(yùn)動，電批頭在其他兩維進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)動。XY-Table 形式的自動螺絲機(jī)工作靈活，為適應(yīng)不同的鎖付工件可以修改鎖付的孔位坐標(biāo)，效率高于手持式，但是低于多軸式。 作為自動鎖螺絲機(jī)的核心部件，運(yùn)動控制器性能優(yōu)劣決定了整個自動螺絲機(jī)性能好壞。所以選擇優(yōu)良的運(yùn)動控制器的設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)，是非常重要的步驟。運(yùn)動控制器在很多領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，因此國內(nèi)外對研究運(yùn)動控制技術(shù)非常重視，目前運(yùn)動控制器開發(fā)已經(jīng)很成熟。相較于國外，我國對于運(yùn)動控制器的研發(fā)起步晚，高端產(chǎn)品還較缺乏。近年來我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，傳統(tǒng)設(shè)備升級換代以及新設(shè)備的層出不窮，大大提高了運(yùn)動控制器的需求量。所以，我們應(yīng)該加大科研力度，設(shè)計(jì)開發(fā)出具有自主 知識產(chǎn)權(quán)的高端的運(yùn)動控制器產(chǎn)品。目前運(yùn)動控制器產(chǎn)品主要有以下五類： (1) 采用單片機(jī)等微處理器作為運(yùn)動控制核心處理器的運(yùn)動控制器件，采用這種設(shè)計(jì)方案的運(yùn)動控制器結(jié)構(gòu)簡單，成本不高，速度比較慢，精度低。所以適用于對速度、精度要求不高的控制領(lǐng)域。 (2) 采用專用芯片(ASIC)作為運(yùn)動控制核心處理器的運(yùn)動控制器件，采用這種設(shè)計(jì)方案的器件結(jié)構(gòu)比較簡單，它以輸出脈沖信號方式，開環(huán)控制方式工作，可以滿足單軸的點(diǎn)位控制的基本要求。但是滿足不了多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動控制。這類控制器不具有連 續(xù)小線段插補(bǔ)功能，也不具有前瞻能力，所以在要求具有大量的小線段運(yùn)動的場合如自動切割機(jī)之類的運(yùn)動控制器不能滿足。 (3) 以運(yùn)動控制卡為核心的運(yùn)動控制器。目前市場上該類控制器的種類繁多，其特點(diǎn)是集成固化了很多運(yùn)動控制算法和插補(bǔ)算法，大大減少了開發(fā)者在其中的工作量，降低開發(fā)成本，同時具有高可靠性。然而，也正是因?yàn)槠浼啥雀?、專用性?qiáng)的原因，很難實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動控制算法的優(yōu)化和改進(jìn)，對新的運(yùn)動控制器的開發(fā)有很大的限制。 (4) 采用 PC 總線的以 DSP 和 FPGA 作為核心處理器的開放式運(yùn)動控制器件，這類開放式運(yùn)動控制器以 DSP 作為運(yùn)動控制器的核心處理器，以 PC 機(jī)作為信息處理平臺，完成各類計(jì)算，同時將運(yùn)動控制卡插入 PC 機(jī)中，即“PC 機(jī)+運(yùn)動控制器”的模式。這樣 PC 機(jī)的信息處理能力和開放式的特點(diǎn)結(jié)合運(yùn)動控制器的運(yùn)動軌跡控制能力具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，同時具備有很強(qiáng)的信息處理能力，和較高的開放性，提高了通用性，以及軌跡插補(bǔ)能力。具有界面優(yōu)美，易于操作的優(yōu)點(diǎn)。對于要求多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動控制，以及復(fù)雜的運(yùn)動軌跡控制，實(shí)時的插補(bǔ)運(yùn)算，誤差補(bǔ)償，伺服濾波算法，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制等場合，這類運(yùn)動控制器均可滿足。由于采用 FPGA 來進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)， 使得生產(chǎn)制造廠商很方便的根據(jù)客戶的特殊要求生產(chǎn)符合客戶需求的運(yùn)動控制器產(chǎn)品。 (5) 采用基于 PC 機(jī)的全軟件型開放式運(yùn)動控制器。此類控制器的軟件平臺大都可以滿足多種操作系統(tǒng)，“將硬件軟件化”。其界面設(shè)計(jì)、插補(bǔ)算法、速度規(guī)劃、路徑優(yōu)化等操作計(jì)算都在 PC 機(jī)上實(shí)現(xiàn)，通過 PC 機(jī)上的網(wǎng)口等現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)對各個軸的伺服電機(jī)控制，開發(fā)簡單便捷，靈活性好，開放性強(qiáng)，如 CodeSys 等。但該類控制器成本較高，尤其是對 PC 機(jī)以及控制對象要求特別高。不同軟件控制器可能對特定的幾款伺服電機(jī)才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制 。[11] 由于我們對 PLC 進(jìn)行了學(xué)習(xí)，故采用 PLC 程序作為運(yùn)動控制器。 PLC 發(fā)展歷程：20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時的 PLC 為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20 世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30-40%。在這時期，PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。20 世紀(jì)末期， 可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。 PLC 在自動鎖螺絲機(jī)中的應(yīng)用與結(jié)合?？删幊炭刂破?PLC 主要由 CPU 模塊，輸入輸出模塊即 I/O 模塊，存儲器和電源等部分組成。 1. CPU 模塊 CPU 模塊包括一般包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字 I/0 點(diǎn)，這些都被集成在一個緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。CPU 負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號，輸 出部分則輸出控制信號，驅(qū)動外部負(fù)載。 2. I/0 模塊 PLC 的輸入接口電路的作用是將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號輸入 CPU； PLC 的輸出接口電路的作用是將 CPU 向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行元件的信號，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC 的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù)，可以有效地保護(hù)內(nèi)部電路。 輸入接口電路： PLC 的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時間比較短，可以直接與接近開關(guān)，光電開關(guān)等電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。交流輸入電路和直流輸入電路類似，外接的輸入電源改為 220V 交流電源。 輸出接口電路： 輸出接口電路通常有 3 種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類似，只是晶體管或晶閘管代替繼電器來控制外部負(fù)載。 3. 存儲器 PLC 的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩種。系統(tǒng)存儲器用于存放 PLC 的系統(tǒng)程序，用戶存儲器用于存放PLC 的用戶程序?，F(xiàn)在的PLC 一般均采用可電擦除的E2PROM 存儲器來作為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。 4. 擴(kuò)展接口和通信接口 PLC 的擴(kuò)展接口的作用是將擴(kuò)展單元和功能模塊與基本單元相連，使 PLC 的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要；通信接口的功能是通過這些通信接口可以和監(jiān)視器、打印機(jī)、其他的 PLC 或是計(jì)算機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對話。 5. 電源 PLC 一般使用 220V 交流電源或 24V 直流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V、12V、24V 直流電源，使 PLC 能正常工作。 PLC 的工作原理：最初研制生產(chǎn)的 PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的： 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作。為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms， 因此，PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對于I/O 響應(yīng)要求不高的場合，PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。PLC 的工作方式和通用微機(jī)不完全一樣， 因此用 PLC 設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)與微機(jī)的控制系統(tǒng)的開發(fā)過程也不完全一樣。需要根據(jù)PLC 的特點(diǎn)，以程序形式來體現(xiàn)其控制功能。 現(xiàn)在 PLC 與鎖螺絲機(jī)的結(jié)合是讓鎖螺絲機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)更加完善化、智能化。使用 PLC 控制有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)： （1） 編程簡單，使用方便； （2） 控制靈活，程序可變，具有很好的柔性； （3） 功能強(qiáng)，擴(kuò)充方便，性價比高； （4） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量少，維修方便； （5） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； （6） 體積小，質(zhì)量輕，能耗低，是“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品。[09] 隨著科學(xué)的進(jìn)步和工業(yè)發(fā)展的需要，現(xiàn)代機(jī)械發(fā)展迅速，人們已制造出種類繁多的 提高生產(chǎn)效率的機(jī)械和設(shè)備，在國民經(jīng)濟(jì)各個部門起著重要作用。隨著 PLC 的應(yīng)用越來越廣泛，其功能的強(qiáng)大、使用方便，是現(xiàn)代工業(yè)自動化控制的主要設(shè)備之一。而本課題主要用 PLC 對自動鎖螺絲機(jī)設(shè)備進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下以及查閱了大量相關(guān)技術(shù)資料，使我理解 PLC 控制系統(tǒng)的工作原理，也學(xué)會了 PLC 梯形圖的編輯。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅能夠很好的復(fù)習(xí)、運(yùn)用所學(xué)的知識，而且還能讓我們把各科知識統(tǒng)一結(jié)合起來，更全面的了解 PLC 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和過程。從而，為今后進(jìn)入社會的實(shí)際工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。