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基于工业机器人的齿轮轴磨削自动化系统设计与研究

作　者: 张希杰
导　师: 朱华炳
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 工业机器人齿轮轴磨削 Modbus/TCP 自动控制系统
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 42次
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内容摘要

工业机器人是典型的机电一体化高科技产品,在提高生产自动化水平、劳动生产率和经济效益,保证产品质量,改善劳动条件等方面的作用日益显著。文中以齿轮轴热后磨削生产为研究对象,在研究齿轮轴磨削的工艺流程及控制需求的基础上,采用工业机器人、可编程控制器、工业组态软件等软硬件平台,设计开发了齿轮轴磨削自动化系统,自动化系统中以S7-1200PLC为主控制器,协调工业机器人、数控磨床和料机的运动,有效降低了对工人操作技术的要求,改善了工人的劳动强度。文中针对自动化系统中的几个主要问题进行了设计研究：在分析史陶比尔TX90工业机器人的软硬件结构的基础上,采用Modbus/TCP协议实现了工业机器人与PLC的通讯；利用西门子公司开发的高度集成的工程组态软件STEP7Basic对系统进行硬件组态,设计出系统的组态和监控系统；通过分析生产线的特点,设计了专用的料机和工业机器人的末端执行器,所设计的机器人末端执行器采用三手爪组合设计,可以在一次行程中由两个手爪配合实现机床的下料和上料,最大程度减少机床等待时间,提高生产效率。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-14
第一章绪论  14-21
  1.1 工业机器人技术的应用及发展  14-18
    1.1.1 工业机器人  14
    1.1.2 世界工业机器人发展概况  14-15
    1.1.3 我国工业机器人发展概况  15-16
    1.1.4 工业机器人在机床上的应用  16-17
    1.1.5 史陶比尔机器人  17-18
  1.2 齿轮轴磨削生产  18-19
  1.3 论文选题背景与内容  19-20
    1.3.1 论文选题背景、目的与意义  19-20
    1.3.2 论文内容安排  20
  1.4 本章小结  20-21
第二章齿轮轴自动磨削系统总体设计  21-27
  2.1 生产现状及需求分析  21
  2.2 总体设计原则及要求  21-22
  2.3 系统总体设计  22-25
    2.3.1 系统布置与方案选择  22-24
    2.3.2 机器人的选型  24
    2.3.3 安全防护预报警  24-25
    2.3.4 控制系统设计  25
  2.4 系统工作流程  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章主要部件的设计与优化  27-44
  3.1 料机的设计  27-33
    3.1.1 料机的结构及工作原理  27
    3.1.2 料机主要零部件的选型与设计  27-32
    3.1.3 料机工作流程分析  32-33
  3.2 辅助装置设计  33-42
    3.2.1 数控磨床的改进  34-35
    3.2.2 工业机器人末端执行器设计  35-42
  3.3 气压传动系统  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章自动磨削控制和监控系统  44-57
  4.1 控制系统的整体结构  44
  4.2 S7-1200 PLC及其扩展模块  44-48
    4.2.1 S7-1200 PLC简介  44-46
    4.2.2 料机的程序设计  46-48
  4.3 组态及监控系统设计  48-56
    4.3.1 STEP 7 Basic V10.5概述  49-50
    4.3.2 HMI基本型面板  50-51
    4.3.3 系统硬件组态  51-52
    4.3.4 监控界面的设计  52-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章工业机器人的控制与通信  57-72
  5.1 工业机器人控制系统概述  57-58
    5.1.1 工业机器人控制系统的要素  57
    5.1.2 工业机器人控制系统的结构  57
    5.1.3 工业机器人控制系统的基本功能  57-58
    5.1.4 工业机器人的控制方式  58
  5.2 史陶比尔TX90工业机器人控制系统  58-60
    5.2.1 控制系统硬件结构  58-59
    5.2.2 以太网连接  59-60
  5.3 工业机器人与PLC的通信  60-70
    5.3.1 Modbus/TCP通讯概述  60-61
    5.3.2 TIA博途V11平台S7-1200 Modbus/TCP库函数概述  61-64
    5.3.3 S7-1200 Modbus/TCP通讯程序设计  64-70
  5.4 工业机器人与数控磨床的通信  70-71
  5.5 本章小结  71-72
第六章工业机器人主程序设计与调试  72-79
  6.1 工业机器人VAL 3程序设计  72-76
    6.1.1 VAL 3语言的结构  72
    6.1.2 VAL 3数据类型  72-73
    6.1.3 VAL 3的指令及函数  73-74
    6.1.4 机器人编程实例  74-76
  6.2 系统的调试运行  76-78
    6.2.1 设备接线及安装  76-77
    6.2.2 系统调试  77-78
  6.3 本章小结  78-79
第七章总结与展望  79-80
参考文献  80-83
在读期间发表的学术论文  83

基于工业机器人的齿轮轴磨削自动化系统设计与研究

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