PLC的自动锁螺丝机设计与实现
目 录
引言 2
一、课题研究背景 3
（一）国内自动锁螺丝机的发展 3
(二) 自动锁螺丝的种类 3
1．三坐标全自动锁螺丝机 3
2．多轴全自动锁螺丝机 4
二、全自动锁螺丝硬件设计 5
（一）锁立系统 5
1．整体控制系统 5
2．锁立动作系统 5
3．勾螺丝机系统 6
（二）锁立产品 7
1．Acer机种 7
2．DELL机种 7
（三）控制系统 9
1．PLC简介 9
2．运动控制技术 9
（四）系统设计 10
1．机械手的知识与选用 10
2．传感器的知识与选用 13
3．继电器的知识与选用 14
4．电磁阀的知识与选用 16
三、PLC的编程 18
四、系统的安装与调试 20
（一）线路的连接 20
1．主线路的连接 20
2．继电器与电磁阀的连接 21
3．电锁与勾螺丝机的连接 22
（二）程序的调试 23
1．PLC程序的调试 23
2．人机界面的调试 25
3．机械手程序的调试 26
（三）功能的实现与实物演示 27
1．功能的实现 27
2．实物演示 29
总结 30
致谢 31
参考文献 32
附录 33
附录1 成品图 33
附录2 元器件清单 34
附录3 PLC程序 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
35 引言
在欧美等国家，汽车加工制造行业、电子行业、机械设计加工等行业为确保产品质量，并提高生产效率，以及避免数量庞大的工伤事故，开始使用以工业自动化为主的生产线。中国制造业面临着向高端转变，承接国际先进制造、参与国际分工的巨大挑战。加快工业自动化技术的研究开发与生产是中国抓住这个历史机遇的主要途径。
随着制造业劳动力短缺,人工成本的大幅提升，以及人力流动变化大的现状，高危行业需要使用机器人代替人工作业。佳世达电通为加工制造型企业, 属于劳动密集型产业,公司为实现自身技术更新、缩减劳动力以及提高企业生产效率，有需求导入自动化设备, 以解决产线瓶颈等问题, 提高产业生产技术能力, 提升自身在同行业的竞争力，为以后导入更多自动化设备积攒经验。
本设计的自动锁螺丝机便是一种很常见的自动化设备，它是一种自动供螺丝，自动把螺丝锁到程序指定位置的一种自动化设备，整个过程只需把要锁立的产品放入指定的治具中，并在勾螺丝机内放入需要锁立的螺丝，设备便可自动把螺丝锁进，整个锁立过程不需要人工操作。在电子行业，锁螺丝耗费了大量的人力，且工作量很大，本设计可把工人从大量的劳作中解脱出来，即提高了生产线的生产效率，还可以提高工人的知识水平和社会阅历。
本设计的主要有三个模块，第一个模块是锁立系统，由机械手，气缸，电锁，批头，治具，压板，电磁铁等部分组成，负责锁立螺丝；第二个模块是供料系统，由勾螺丝机，气管构成，为锁立系统提供螺丝；第三个模块是控制系统，由PLC，机械手控制器，触摸屏，继电器，电磁阀等构成，控制整台设备的运转，是三个模块中最为重要的模块。需要掌握的技术有PLC的基本原理与使用技巧，继电器与电磁阀的使用，整体锁立的控制与线路连接。 一、课题研究背景
（一）国内自动锁螺丝机的发展
新生产方式的思想观念就是以利润主义为推动的企业改革的原动力，在当今属自由竞争市场的环境下，要达到目标利润就必须努力来达到目标成本。工厂要降低成本，必须从企业内部可掌控的部分，如：人工、设备及管理成本等作为改善的对象。
上个世纪六十年代末，机器人在美国开启了新的时代，工业机器人由UNIMATION公司率先研发出来。中国的机器人事业，相对较晚，开始于七十年代，发展于八十年代，应用于90年代。
2013年，中国购买了36560台机器人，日本则购买了26015台机器人，美国购买了23678台机器人，中国第一次超过技术发达的日本，购买量占世界机器人销量的20%，其中主要用于汽车装配制造行业，中国购买机器人的目的是为了降低成本和提高生产效率。从08年到13年的五年里，中国购买机器人数量平均每年增加了36%。根据工信部的调查，2014年，中国每一万人员工使用30台机器人，邻国的韩国是437台，国家计划，到2020年，该数据要达到100以上。因此，机器人市场前景广泛，得到了众多公司的青昧，初步统计，有70多家上市企业投资了机器人和自动化行业，在中国，五百多家公司也投资机器人和自动化行业。但以现在的机器人的技术来看，还远远达不到人类的要求，现在中国市场上的机器人基本上都只有机械壁，没有手。机械壁相比人的手臂，在准确度，速度，功率等方面优势明显，但人的工作多半是由手指完成的，故机器人的规模化使用还需时日。
自动锁螺机作为工业机器人的一种，近年来由于人工成本的提高和企业转型升级的需要，得到了飞速的发展，市场占有率逐年增加，目前已在长三角和珠三角地区得到企业的广泛认可，而生产自动锁螺丝机的厂商全国现有近200家，今年将会有更多的厂商加入这一竞争行列，市场处于百花齐放的时代，谁抓住了先机，抢占了市场，谁就可以存活下来。
（二）自动锁螺丝机的种类
市场上流通的自动锁螺丝机主要分为两种，一种是需要人一起参与的手持式锁螺丝机，一种是不需要人参与的全自动锁螺丝机，其中手持式锁螺丝机因供螺丝的方式不同，又分为自动供螺丝自动锁螺丝机和批头供给式自动锁螺丝机。本论文所设计的自动锁螺机为全自动锁螺丝机。
全自动锁螺丝机按锁立轴数又主要分为以下两类：
1. 三坐标全自动锁螺丝机
三坐标全自动锁螺丝机也叫XY-TABLE自动锁螺丝机。这种全自动锁螺丝机是根据客户的实际需求定制X、Y、Z轴各运动行程以及Z轴数量。三坐标全自动锁螺丝机使用兼容性强，能够适应在XYZ行程范围的符合规格的产品，更换锁立产品时，硬件只需要进行小范围更改，软体部分只需载入新产品的锁立点位和更改螺丝锁立(电锁)扭力即可。
优点：锁立质量好，锁立效率高，比较简单，操作快捷方便；
缺点：设备价格较贵，成本收回周期较长；针对某些产品锁立时，效率比较低，不能有效提高产能。
2. 多轴全自动锁螺丝机
多轴全自动锁螺丝机也叫专用机。是专门针对某类产品而定做的锁螺丝机，对其他产品或多或少有不兼容性。多轴全自动锁螺丝机一次可以锁多颗螺丝，节省人力较为明显，例如10轴全自动锁螺丝机，一次可以锁10颗螺丝，轴数可以自由设置，一般一颗螺丝锁立时间约为2s，故多轴全自动锁螺丝一般一年内便可收回投资，性价比非常明显。
优点：螺丝锁立效率很高，相对而言，价格较低；
缺点：兼容性不强，更换产品时，调整时间较长。
1．Acer机种
Acer机种如图4所示。产品较大，铁件较软，锁立点支撑不足，常出现产品变形的现象，属于锁立比较困难的产品。
引言 2
一、课题研究背景 3
（一）国内自动锁螺丝机的发展 3
(二) 自动锁螺丝的种类 3
1．三坐标全自动锁螺丝机 3
2．多轴全自动锁螺丝机 4
二、全自动锁螺丝硬件设计 5
（一）锁立系统 5
1．整体控制系统 5
2．锁立动作系统 5
3．勾螺丝机系统 6
（二）锁立产品 7
1．Acer机种 7
2．DELL机种 7
（三）控制系统 9
1．PLC简介 9
2．运动控制技术 9
（四）系统设计 10
1．机械手的知识与选用 10
2．传感器的知识与选用 13
3．继电器的知识与选用 14
4．电磁阀的知识与选用 16
三、PLC的编程 18
四、系统的安装与调试 20
（一）线路的连接 20
1．主线路的连接 20
2．继电器与电磁阀的连接 21
3．电锁与勾螺丝机的连接 22
（二）程序的调试 23
1．PLC程序的调试 23
2．人机界面的调试 25
3．机械手程序的调试 26
（三）功能的实现与实物演示 27
1．功能的实现 27
2．实物演示 29
总结 30
致谢 31
参考文献 32
附录 33
附录1 成品图 33
附录2 元器件清单 34
附录3 PLC程序 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
35 引言
在欧美等国家，汽车加工制造行业、电子行业、机械设计加工等行业为确保产品质量，并提高生产效率，以及避免数量庞大的工伤事故，开始使用以工业自动化为主的生产线。中国制造业面临着向高端转变，承接国际先进制造、参与国际分工的巨大挑战。加快工业自动化技术的研究开发与生产是中国抓住这个历史机遇的主要途径。
随着制造业劳动力短缺,人工成本的大幅提升，以及人力流动变化大的现状，高危行业需要使用机器人代替人工作业。佳世达电通为加工制造型企业, 属于劳动密集型产业,公司为实现自身技术更新、缩减劳动力以及提高企业生产效率，有需求导入自动化设备, 以解决产线瓶颈等问题, 提高产业生产技术能力, 提升自身在同行业的竞争力，为以后导入更多自动化设备积攒经验。
本设计的自动锁螺丝机便是一种很常见的自动化设备，它是一种自动供螺丝，自动把螺丝锁到程序指定位置的一种自动化设备，整个过程只需把要锁立的产品放入指定的治具中，并在勾螺丝机内放入需要锁立的螺丝，设备便可自动把螺丝锁进，整个锁立过程不需要人工操作。在电子行业，锁螺丝耗费了大量的人力，且工作量很大，本设计可把工人从大量的劳作中解脱出来，即提高了生产线的生产效率，还可以提高工人的知识水平和社会阅历。
本设计的主要有三个模块，第一个模块是锁立系统，由机械手，气缸，电锁，批头，治具，压板，电磁铁等部分组成，负责锁立螺丝；第二个模块是供料系统，由勾螺丝机，气管构成，为锁立系统提供螺丝；第三个模块是控制系统，由PLC，机械手控制器，触摸屏，继电器，电磁阀等构成，控制整台设备的运转，是三个模块中最为重要的模块。需要掌握的技术有PLC的基本原理与使用技巧，继电器与电磁阀的使用，整体锁立的控制与线路连接。 一、课题研究背景
（一）国内自动锁螺丝机的发展
新生产方式的思想观念就是以利润主义为推动的企业改革的原动力，在当今属自由竞争市场的环境下，要达到目标利润就必须努力来达到目标成本。工厂要降低成本，必须从企业内部可掌控的部分，如：人工、设备及管理成本等作为改善的对象。
上个世纪六十年代末，机器人在美国开启了新的时代，工业机器人由UNIMATION公司率先研发出来。中国的机器人事业，相对较晚，开始于七十年代，发展于八十年代，应用于90年代。
2013年，中国购买了36560台机器人，日本则购买了26015台机器人，美国购买了23678台机器人，中国第一次超过技术发达的日本，购买量占世界机器人销量的20%，其中主要用于汽车装配制造行业，中国购买机器人的目的是为了降低成本和提高生产效率。从08年到13年的五年里，中国购买机器人数量平均每年增加了36%。根据工信部的调查，2014年，中国每一万人员工使用30台机器人，邻国的韩国是437台，国家计划，到2020年，该数据要达到100以上。因此，机器人市场前景广泛，得到了众多公司的青昧，初步统计，有70多家上市企业投资了机器人和自动化行业，在中国，五百多家公司也投资机器人和自动化行业。但以现在的机器人的技术来看，还远远达不到人类的要求，现在中国市场上的机器人基本上都只有机械壁，没有手。机械壁相比人的手臂，在准确度，速度，功率等方面优势明显，但人的工作多半是由手指完成的，故机器人的规模化使用还需时日。
自动锁螺机作为工业机器人的一种，近年来由于人工成本的提高和企业转型升级的需要，得到了飞速的发展，市场占有率逐年增加，目前已在长三角和珠三角地区得到企业的广泛认可，而生产自动锁螺丝机的厂商全国现有近200家，今年将会有更多的厂商加入这一竞争行列，市场处于百花齐放的时代，谁抓住了先机，抢占了市场，谁就可以存活下来。
（二）自动锁螺丝机的种类
市场上流通的自动锁螺丝机主要分为两种，一种是需要人一起参与的手持式锁螺丝机，一种是不需要人参与的全自动锁螺丝机，其中手持式锁螺丝机因供螺丝的方式不同，又分为自动供螺丝自动锁螺丝机和批头供给式自动锁螺丝机。本论文所设计的自动锁螺机为全自动锁螺丝机。
全自动锁螺丝机按锁立轴数又主要分为以下两类：
1. 三坐标全自动锁螺丝机
三坐标全自动锁螺丝机也叫XY-TABLE自动锁螺丝机。这种全自动锁螺丝机是根据客户的实际需求定制X、Y、Z轴各运动行程以及Z轴数量。三坐标全自动锁螺丝机使用兼容性强，能够适应在XYZ行程范围的符合规格的产品，更换锁立产品时，硬件只需要进行小范围更改，软体部分只需载入新产品的锁立点位和更改螺丝锁立(电锁)扭力即可。
优点：锁立质量好，锁立效率高，比较简单，操作快捷方便；
缺点：设备价格较贵，成本收回周期较长；针对某些产品锁立时，效率比较低，不能有效提高产能。
2. 多轴全自动锁螺丝机
多轴全自动锁螺丝机也叫专用机。是专门针对某类产品而定做的锁螺丝机，对其他产品或多或少有不兼容性。多轴全自动锁螺丝机一次可以锁多颗螺丝，节省人力较为明显，例如10轴全自动锁螺丝机，一次可以锁10颗螺丝，轴数可以自由设置，一般一颗螺丝锁立时间约为2s，故多轴全自动锁螺丝一般一年内便可收回投资，性价比非常明显。
优点：螺丝锁立效率很高，相对而言，价格较低；
缺点：兼容性不强，更换产品时，调整时间较长。
1．Acer机种
Acer机种如图4所示。产品较大，铁件较软，锁立点支撑不足，常出现产品变形的现象，属于锁立比较困难的产品。
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