数控铣床自动上料加工平台改造（电气部分）(附件)【字数：15959】
摘 要摘 要随着机械工业的发展，传统的人力劳动已经远远满足不了工业现代化和自动化的需求，并在一定程度上严重阻碍了工业的发展。尤其在机床加工过程中，人力上料和卸料需要消耗大量的时间和人力，甚至准备过程的时间实际超过了工件实际加工时间。为此，工业机器人的出现改变了这种状况，改革了工业生产方式，促进了工业自动化和现代化。工业机器人运用在辅助机床的上料和卸料搬运等工作，大幅度缩减加工准备消耗的时间，极大地提升生产加工的效率。但是一般的工业机器人只能单纯的完成简单的辅助工作，不能系统和人性化地辅助机床设备工作。本次毕业设计基于FANUC Series 0i MATE-MC数控铣床为和XS-RB—1500六自由度工业机器人，完成数控铣床自动上料平台的改造，主要研究的内容是电气部分。首先针对普通的自动上料加工平台，提出了改造方案，实现了自动上料加工平台的智能化和柔性化。然后选用六自由度工业机器人进行机床的上料和卸料，定位精度可达0.1mm；选用四工位回转仓库，配合工业机器人对机床的上料和卸料，独特的交换位和四个工位的结构实现了工件的双面加工；自动机床门的改造，协助平台运行，避免了加工过程中容易出现的意外；机床气动夹具的使用，对工件加工的固定和配合起到了至关重要的作用。最后编写基于三菱PLC的控制程序，实现了在工业机器人、数控铣床、夹具、机床门、仓库之间大的有效通讯，并根据各个设备实时状态反馈进而实现顺序控制，使各个设备可以可靠稳定运行，确保自动上料加工平台的稳定和可靠的运行。与传统的人力上料和普通的上料系统相比，本文设计的数控铣床自动上料平台的改造将各个设备有效可靠地连接通讯，提高定位精度，充分发挥了生产加工的自动化，避免了工人工伤的意外发生，为企业工业生产制造的持续发展提供了可靠的参考素材。关键词FANUC Series 0i MATE-MC数控铣床；PLC；工业机器人；自动化
目 录
第一章 绪论 1
1.1 自动上料加工平台研究的目的与意义 1
1.2 自动上料加工平台研究现状 1
第二章 总体方案设计 3
2.1 自动上料平台的模型建立和分析 3
2.2 自动上料平台的结构组成 4
第三章 平台结构设计 5
3.1 数控铣床 6
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.1.1 FANUC系统发展历程 6
3.1.2 FANUC 0i Mate MC 数控系统 7
3.2 工业机器人 7
3.2.1工业机器人发展历程 7
3.2.2 六自由度工业机器人 8
3.2.3 工业机器人的结构 8
3.3 仓库 10
3.3.1电机选型 10
3.3.2 螺杆螺母副的选用和校核 10
3.3.3 位置检测器 14
3.4 夹具 15
3.4.1 夹具的介绍及选型 15
3.4.2 夹具的校核检验 16
3.4.3 电磁阀的选用 18
3.5 机床门 19
3.5.1 门的改造 19
3.5.2 气缸导轨的选择 20
3.5.3 气缸导轨的校核 20
3.5.4 电磁阀的选用 22
第四章 电气原理图 23
4.1电气原理图的介绍 23
4.2电气原理图绘制软件 23
4.3强电电路 23
4.4控制电路 25
第五章 各设备之间通讯 27
5.1具体上料加工平台的流程 27
5.2各设备之间PLC通讯 29
5.2.1可编程序控制器 29
5.2.2 控制系统与数控机床之间的通讯 31
5.2.3控制系统与工业机器人之间的通讯 33
5.2.4控制系统与夹具之间的通讯 35
5.2.5控制系统与机床门之间的通讯 36
5.2.6控制系统与仓库之间的通讯 36
5.2.7控制系统与触摸屏之间的通讯 41
第六章 总结 41
致 谢 43
参 考 文 献 44
附 录 45
第一章 绪论
1.1 自动上料加工平台研究的目的与意义
伴随着现代科学技术的急速飞跃和工业生产自动化的快速全面发展，传统机械制造业对工作生产效率和工程质量的要求也日益提高。传统的人手工作业已经无法跟上工业生产的发展，因此，机器自动操作取代传统人力的作业，以满足工业生产制造自动化的需求。工业机器人就是这个发展历程中的一项尤为重要的产物，它不仅可以完成人力无法完成的工作，还能够进一步提升生产加工的效率。在机械制造业的生产和加工中，机械手在生产加工过程中起着非常重要的作用。通过把各个设备联立成完整的加工中心，减少原有臃肿辎重的结构，生产适应性强，促进了工业生产自动化的加速发展。
目前我国大部分制造加工生产线仍由人力完成笨重的装卸工作，不仅效率极低，而且人力劳动强度大，成为牵制我国实现工业自动化目标的一个绊脚石。因此，为缩减生产制造成本，促进生产加工效率的大幅度提升，加速完成企业自动化的生产，结合工业机器人技术和机械自动化技术，设计工业机器人代替人工进行上下料工作，搭建数控铣床的自动上料加工平台。
本文毕业设计将机械制造技术和电气化技术等部分大学本科四年所学专业知识进行实践探索和利用，独立设计完成一个配合数控铣床加工、自动上料和卸料加工的功能的自动平台，同时也可以比较充分体现出作为机械电子工程专业的本科生应当具备的理论探索研究能力和实际操作水平，锻炼了学以致用和独立解决问题的能力，具有较强的专业针对性。
1.2 自动上料加工平台研究现状
近几年，随着对工业发展的进一步追求，对各类机械手的探讨和研究如火如荼，大致现状和趋势大体如下：
（1）在机械结构方面，机械手逐步向可重构化和模块化方向发展。
（2）为便于网络化和规范化，控制系统将基于微机进行研发和发展；提高电气元器件的集成度和规范化；这些改善对提高工业机器人的综合系统性能起到了不可忽视的作用。
（3）机器人人性化和智能化的趋势迫使添加除了常规的速度、位置等传感器外，还逐步引进添加更高级和智能的听觉传感器、视觉和接触觉等。
（4）工业机器人由结构区分可大概分为：龙门式、侧喷式、关节式、顶喷式等。
（5）网络技术的发展促使机械手的联机功能也成为行业研究的大势所[1]。
基于市场上近几年针对数控机床等加工设备开发的自动送料系统，大致都采用电机或液压驱动装置结构，如：以 FANUC 0iD 数控系统为平台，通过PLC程序实现数控机床与桁架机器人快速的交换各自状态信息，确保整条生产线的安全高效工作[2] ；设计机器人自动上下料机构，机器人与数控车床通讯单元，规划机器人上下料运行轨迹[3]；在机械手的控制中，原来多采用继电器和接触器控制系统。但近年来，许多技术人员改用可编程控制器取代传统的继电器控制系统实现逻辑控制，效果非常好[4]。单纯的电机驱动装置的体积较小，控制灵活，但为使送料系统运行流畅，必须控制多个电机进行搬运和夹具等多项工作，控制系统比较复杂，系统稳定性也有待提升。液压驱动装置具备工作稳定可靠的优点，但液压驱动需要另设液压站进行供液，因此需要额外占用空间，并且液压装置的保养和维护也比普通的电机装置更为繁琐复杂。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 自动上料加工平台研究的目的与意义 1
1.2 自动上料加工平台研究现状 1
第二章 总体方案设计 3
2.1 自动上料平台的模型建立和分析 3
2.2 自动上料平台的结构组成 4
第三章 平台结构设计 5
3.1 数控铣床 6
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.1.1 FANUC系统发展历程 6
3.1.2 FANUC 0i Mate MC 数控系统 7
3.2 工业机器人 7
3.2.1工业机器人发展历程 7
3.2.2 六自由度工业机器人 8
3.2.3 工业机器人的结构 8
3.3 仓库 10
3.3.1电机选型 10
3.3.2 螺杆螺母副的选用和校核 10
3.3.3 位置检测器 14
3.4 夹具 15
3.4.1 夹具的介绍及选型 15
3.4.2 夹具的校核检验 16
3.4.3 电磁阀的选用 18
3.5 机床门 19
3.5.1 门的改造 19
3.5.2 气缸导轨的选择 20
3.5.3 气缸导轨的校核 20
3.5.4 电磁阀的选用 22
第四章 电气原理图 23
4.1电气原理图的介绍 23
4.2电气原理图绘制软件 23
4.3强电电路 23
4.4控制电路 25
第五章 各设备之间通讯 27
5.1具体上料加工平台的流程 27
5.2各设备之间PLC通讯 29
5.2.1可编程序控制器 29
5.2.2 控制系统与数控机床之间的通讯 31
5.2.3控制系统与工业机器人之间的通讯 33
5.2.4控制系统与夹具之间的通讯 35
5.2.5控制系统与机床门之间的通讯 36
5.2.6控制系统与仓库之间的通讯 36
5.2.7控制系统与触摸屏之间的通讯 41
第六章 总结 41
致 谢 43
参 考 文 献 44
附 录 45
第一章 绪论
1.1 自动上料加工平台研究的目的与意义
伴随着现代科学技术的急速飞跃和工业生产自动化的快速全面发展，传统机械制造业对工作生产效率和工程质量的要求也日益提高。传统的人手工作业已经无法跟上工业生产的发展，因此，机器自动操作取代传统人力的作业，以满足工业生产制造自动化的需求。工业机器人就是这个发展历程中的一项尤为重要的产物，它不仅可以完成人力无法完成的工作，还能够进一步提升生产加工的效率。在机械制造业的生产和加工中，机械手在生产加工过程中起着非常重要的作用。通过把各个设备联立成完整的加工中心，减少原有臃肿辎重的结构，生产适应性强，促进了工业生产自动化的加速发展。
目前我国大部分制造加工生产线仍由人力完成笨重的装卸工作，不仅效率极低，而且人力劳动强度大，成为牵制我国实现工业自动化目标的一个绊脚石。因此，为缩减生产制造成本，促进生产加工效率的大幅度提升，加速完成企业自动化的生产，结合工业机器人技术和机械自动化技术，设计工业机器人代替人工进行上下料工作，搭建数控铣床的自动上料加工平台。
本文毕业设计将机械制造技术和电气化技术等部分大学本科四年所学专业知识进行实践探索和利用，独立设计完成一个配合数控铣床加工、自动上料和卸料加工的功能的自动平台，同时也可以比较充分体现出作为机械电子工程专业的本科生应当具备的理论探索研究能力和实际操作水平，锻炼了学以致用和独立解决问题的能力，具有较强的专业针对性。
1.2 自动上料加工平台研究现状
近几年，随着对工业发展的进一步追求，对各类机械手的探讨和研究如火如荼，大致现状和趋势大体如下：
（1）在机械结构方面，机械手逐步向可重构化和模块化方向发展。
（2）为便于网络化和规范化，控制系统将基于微机进行研发和发展；提高电气元器件的集成度和规范化；这些改善对提高工业机器人的综合系统性能起到了不可忽视的作用。
（3）机器人人性化和智能化的趋势迫使添加除了常规的速度、位置等传感器外，还逐步引进添加更高级和智能的听觉传感器、视觉和接触觉等。
（4）工业机器人由结构区分可大概分为：龙门式、侧喷式、关节式、顶喷式等。
（5）网络技术的发展促使机械手的联机功能也成为行业研究的大势所[1]。
基于市场上近几年针对数控机床等加工设备开发的自动送料系统，大致都采用电机或液压驱动装置结构，如：以 FANUC 0iD 数控系统为平台，通过PLC程序实现数控机床与桁架机器人快速的交换各自状态信息，确保整条生产线的安全高效工作[2] ；设计机器人自动上下料机构，机器人与数控车床通讯单元，规划机器人上下料运行轨迹[3]；在机械手的控制中，原来多采用继电器和接触器控制系统。但近年来，许多技术人员改用可编程控制器取代传统的继电器控制系统实现逻辑控制，效果非常好[4]。单纯的电机驱动装置的体积较小，控制灵活，但为使送料系统运行流畅，必须控制多个电机进行搬运和夹具等多项工作，控制系统比较复杂，系统稳定性也有待提升。液压驱动装置具备工作稳定可靠的优点，但液压驱动需要另设液压站进行供液，因此需要额外占用空间，并且液压装置的保养和维护也比普通的电机装置更为繁琐复杂。
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