摘 要为了实现中国制造2025发展规划，加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，推进生产过程智能化，培育新型生产方式。本项目组设计一款用于配合数控机床、机械手等自动化设备所使用的螺母通用自动化夹具，该夹具包含支撑组件、夹紧机构以及动力机构。本文主要承担螺母通用自动化夹具的控制系统设计，主要研究内容包括控制系统总体方案设计、控制系统电气设备选型、控制系统的硬件集成、控制系统PLC成型编制、人机交互画面的设计、控制系统的调试。
目 录
一、引言 5
二、螺母内孔加工夹具介绍 5
三、控制系统总体方案设计 6
（一）控制系统组成 6
（二）控制逻辑分析 7
（三）主电路设计 8
四、控制系统设备选型 8
（一）步进及伺服电机驱动器选型 8
（二）驱动器电源及开关电源的选型 9
（三）熔断器及电路器的选型 9
（四）接触器及继电器的选型 10
（五）电磁阀的选型 10
（六）PLC控制器及触摸屏的选型 11
五、控制系统的硬件集成 11
（一）工具准备 11
（二）硬件集成过程 14
六、控制系统PLC程序设计 16
七、人机交互画面的设计 19
（一）主操作界面 20
（二）装夹控制界面 20
（三）状态监控界面 20
八、设备调试 21
（一）运行状态调试 21
（二）设备故障调试 22
（三）加工计数器调试 23
总 结 25
参考文献 26
谢 辞 27
一、引言
螺母的形状种类繁多，根据材质的不同、作用的不同，分为碳钢、不锈钢、有色金属等几大类型，如图11所示。其中，为了使螺母的防松效果更加有效，越来越多的异型螺母被设计并实用，图12为一种偏心型自锁螺母的工作原理，诸如此类的螺母加工已经不是传统的加工方式能够满足，需要优化工艺流程并且匹配专门的工装夹具。本文设计一款螺母自动化内孔加工夹具，能够实现自动化产线加工异型螺母螺纹时对螺母的 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ￥351916072$ 
夹持，同时通过更换夹紧装置，也能够实现对常规螺母的夹持。
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图11 不同种类的螺母 图12 自锁螺母
二、螺母内孔加工夹具介绍
为了实现2025年中国制造计划，加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向着力发展智能装备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型生产方式。本项目组设计了用于配合数控机床、机械手等自动化设备所使用的螺母通用自动化夹具，其结构如图21所示。该夹具由支撑组件、动力组件及夹紧组件组成。
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图21 螺母通用自动化夹具
支撑组件包括底板、支撑柱、支撑板及上层板组件。其中，支撑板及支撑柱装配在底板上，用来支撑上层板组件及夹具其余零部件，其整体采用框架立体式结构，空间分割灵活，受力均匀，能够更好支撑起整个螺母通用自动化夹持装置。
动力组件有同样的两组，单组包含气缸、气缸固定组件、切边法兰西直线轴承、垂直运动块。工作时，气缸的活塞杆伸缩从而带动动力装置垂直运动。
夹紧组件包含定位装置及水平运动装置。定位装置固定在底座上，其中定位装置的定位块和定位板在夹紧螺母时起到支撑、定位的作用；水平运动装置的滑动体能够水平运动，配合定位装置实现夹紧及放松动作。
该夹具的工作原理为：
PLC控制电磁阀从而使气缸推杆伸出，气缸推杆推动动力组件向上运动，动力组件的垂直运动块与夹紧组件的水平运动体中的辊子接触，通过斜坡推动水平运动体水平向内运动，实现“夹紧”动作。
PLC控制电磁阀从而使气缸推杆缩回，由重力作用向下运动，动力组件的垂直运动块与夹紧组件的水平运动体中的辊子分开，水平运动装置内的复进弹簧推动水平运动体水平向外运动，实现“放松”动作。
本文主要承担螺母通用自动化夹具的控制系统设计，主要研究内容包括：
控制系统总体方案设计；
控制系统电气设备选型；
控制系统的硬件集成；
控制系统PLC成型编制；
人机交互画面的设计；
控制系统的调试。
三、控制系统总体方案设计
（一）控制系统组成
根项目据需求，本夹具的控制控制系统需包括PLC控制器1个、电磁阀1个、指示灯2个、热继电器4个、按钮3个。但是根据企业需求本，控制系统需要同时控制企业其他几套设备，所以本项目实际实施的控制系统包括为PLC控制器1个、拓展模块1个、数字式步进电机驱动器1个、伺服驱动器1个、电源1个、开关电源1个、熔断器4个、微型断路器4个、交流接触器4个、小型中间继电器10个、气泵1个、电磁阀5个、按钮、指示灯及微型插孔若干个，扩展后的控制系统组成如图31所示。
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图31 控制系统组成
（二）控制逻辑分析
根据本项目的控制逻辑，螺母通用自动化夹持装置需要配合螺母内孔加工产线做到全自动的夹紧与放松。他的执行逻辑是该装置通电后，按下复位按钮对设备进行复位工作，电磁阀失电回到中位，气缸卸荷，动力组件回到原位，复进弹簧使夹紧组件回到原位，机械手和机床接收到复位信号回到初始状态，复位完成。加工前分别对机械手、数控车床进行参数设置。参数设置完成后，设备进入待机状态，按下启动按钮设备启动，机械手接收到夹取信号开始工作；将螺母放置到位后，机械手传递工作完成信号给PLC，PLC使电磁阀得电，气缸活塞杆伸出。活塞杆推动动力组件向上运动，斜坡式垂直运动块将力传递给辊子，辊子带动水平运动装置滑动体向前移动，完成夹紧工作，并向数控车床传递信号。数控车床接受信号，进入工作状态，对螺母内孔进行加工，加工完成后同时向机械手和夹持装置传递加工完成信号。电磁阀换向，气缸快速卸荷，动力组件回到原位，水平运动装置滑动体在复进弹簧的作用下回到原位，完成松开动作；同时机械手接收到信号，将加工好的螺母夹取至指定区域。开始重复执行任务。
控制系统方框图如图32所示。以PLC控制为核心，复位按钮、启动按钮和停止按钮接PLC的输入，用于系统复位、启动和停止的控制。电磁阀接PLC的输出，用于控制电磁阀的进气和出气。薄型气缸接电磁阀，用于控制气缸活塞杆的伸缩，完成相应的夹紧放松。
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原文链接：http://www.jxszl.com/jxgc/jdgc/607974.html