基于工业机器人的齿轮轴磨削自动化系统设计与研究

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S7-1200 PLC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STEP7 Basic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。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 工业机器人技术的应用及发展

1．1．1 工业机器人

1．1．2 世界工业机器人发展概况

1．1．3 我国工业机器人发展概况

1．1．4 工业机器人在机床上的应用

1．1．5 史陶比尔机器人

1．2 齿轮轴磨削生产

1．3 论文选题背景与内容

1．3．1 论文选题背景、目的与意义

1．3．2 论文内容安排

1．4 本章小结

第二章 齿轮轴自动磨削系统总体设计

2．1 生产现状及需求分析

2．2 总体设计原则及要求

2．3 系统总体设计

2．3．1 系统布置与方案选择

2．3．2 机器人的选型

2．3．3 安全防护预报警

2．3．4 控制系统设计

2．4 系统工作流程

2．5 本章小结

第三章 主要部件的设计与优化

3．1 料机的设计

3．1．1 料机的结构及工作原理

3．1．2 料机主要零部件的选型与设计

3．1．3 料机工作流程分析

3．2 辅助装置设计

3．2．1 数控磨床的改进

3．2．2 工业机器人末端执行器设计

3．3 气压传动系统

3．4 本章小结

第四章 自动磨削控制和监控系统

4．1 控制系统的整体结构

4．2 S7-1200 PLC及其扩展模块

4．2．1 S7-1200 PLC简介

4．2．2 料机的程序设计

4．3 组态及监控系统设计

4．3．1 STEP 7 Basic V10．5概述

4．3．2 HMI基本型面板

4．3．3 系统硬件组态

4．3．4 监控界面的设计

4．4 本章小结

第五章 工业机器人的控制与通信

5．1 工业机器人控制系统概述

5．1．1 工业机器人控制系统的要素

5．1．2 工业机器人控制系统的结构

5．1．3 工业机器人控制系统的基本功能

5．1．4 工业机器人的控制方式

5．2 史陶比尔TX90工业机器人控制系统

5．2．1 控制系统硬件结构

5．2．2 以太网连接

5．3 工业机器人与PLC的通信

5．3．1 Modbus／TCP通讯概述

5．3．2 TIA博途V11平台S7-1200 Modbus／TCP库函数概述

5．3．3 S7-1200 Modbus／TCP通讯程序设计

5．4 工业机器人与数控磨床的通信

5．5 本章小结

第六章 工业机器人主程序设计与调试

6．1 工业机器人VAL 3程序设计

6．1．1 VAL 3语言的结构

6．1．2 VAL 3数据类型

6．1．3 VAL 3的指令及函数

6．1．4 机器人编程实例

6．2 系统的调试运行

6．2．1 设备接线及安装

6．2．2 系统调试

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文