论文摘要：本文分析了常用工程机械液压系统维护不当而对其造成的危害，探讨了如何适当维护液压系统。
就液压传动的工程机械而言，液压系统的正常运行是其良好技术状况的一个主要标志。合格的液压油是液压系统可靠运行的保障，正确的维护是液压系统可靠运行的根本。为此，本人根据工作实践，就一般作业环境中工程机械液压系统的维护作一粗略的探讨。
1选择适合的液压油
液压油在液压系统中起着传递压力、、冷却、密封的作用，液压油选择不恰当是液压系统早期故障和耐久性下降的主要原因。应按随机《使用说明书》中规定的牌号选择液压油，特殊情况需要使用代用油时，应力求其性能与原牌号性能相同。不同牌号的液压油不能混合使用，以防液压油产生化学反应、性能发生变化。深褐色、乳白色、有异味的液压油是变质油，不能使用。
2防止固体杂质混入液压系统
清洁的液压油是液压系统的生命。液压系统中有许多精密偶件，有的有阻尼小孔、有的有缝隙等。若固体杂质入侵将造成精密偶件拉伤、发卡、油道堵塞等，危及液压系统的安全运行。一般固体杂质入侵液压系统的途径有：液压油不洁；加油工具不洁；加油和维修、保养不慎；液压元件脱屑等。可以从以下几个方面防止固体杂质入侵系统：
2.1加油时
液压油必须过滤加注，加油工具应可靠清洁。不能为了提高加油速度而去掉油箱加油口处的过滤器。加油人员应使用干净的手套和工作服，以防固体杂质和纤维杂质掉入油中。
2.2保养时
拆卸液压油箱加油盖、滤清器盖、检测孔、液压油管等部位，造成系统油道暴露时要避开扬尘，拆卸部位要先彻底清洁后才能打开。如拆卸液压油箱加油盖时，先除去油箱盖四周的泥土，拧松油箱盖后，清除残留在接合部位的杂物（不能用水冲洗以免水渗入油箱），确认清洁后才能打开油箱盖。如需使用擦拭材料和铁锤时，应选择不掉纤维杂质的擦拭材料和击打面附着橡胶的专用铁锤。
2.3液压系统的清洗
清洗油必须使用与系统所用牌号相同的液压油，油温在45～80℃之间，用大流量尽可能将系统中杂质带走。液压系统要反复清洗三次以上，每次清洗完后，趁油热时将其全部放出系统。清洗完毕再清洗滤清器、更换新滤芯后加注新油。
3作业中注意事项
3.1机械作业要柔和平顺
机械作业应避免粗暴，否则必然产生冲击负荷，使机械故障频发，大大缩短使用寿命。作业时产生的冲击负荷，一方面使机械结构件早期磨损、断裂、破碎，一方面使液压系统中产生冲击压力，冲击压力又会使液压元件损坏、油封和高压油管接头与胶管的压合处过早失效漏油或爆管、溢流阀频繁动作油温上升。还有一个值得注意的问题：操作手要保持稳定。因为每台设备操纵系统的自由间隙都有一定差异，连接部位的磨损程度不同因而其间隙也不同，发动机及液压系统出力的大小也不尽相同，这些因素赋予了设备的个性。只有使用该设备的操作手认真摸索，修正自己的操纵动作以适应设备的个性，经过长期作业后，才能养成符合设备个性的良好操作习惯。一般机械行业坚持定人定机制度，这也是因素之一。
3.2要注意气蚀和溢流噪声
作业中要时刻注意液压泵和溢流阀的声音，如果液压泵出现“气蚀”噪声，经排气后不能消除，应查明原因排除故障后才能使用。如果某执行元件在没有负荷时动作缓慢，并伴有溢流阀溢流声响，应立即停机检修。
3.3严格执行交接班制度
交班司机停放机械时，要保证接班司机检查时的安全和检查到准确的油位。系统是否渗漏、连接是否松动、活塞杆和液压胶管是否撞伤、液压泵的低压进油管连接是否可靠、油箱油位是否正确等，是接班司机对液压系统检查的重点。
3.4保持适宜的油温
液压系统的工作温度一般控制在30～80℃之间为宜（危险温度≥100℃）。液压系统的油温过高会导致：油的粘度降低，容易引起泄漏，效率下降；油膜强度降低，加速机械的磨损；生成碳化物和淤碴；油液氧化加速油质恶化；油封、高压胶管过早老化等。
为了避免温度过高：不要长期过载；注意散热器散热片不要被油污染，以防尘土附着影响散热效果；保持足够的油量以利于油的循环散热；炎热的夏季不要全天作业，要避开中午高温时间。油温过低时，油的粘度大，流动性差，阻力大，工作效率低；当油温低于20℃时，急转弯易损坏液压马达、阀、管道等。此时需要进行暖机运转，起动发动机，空载怠速运转3～5min后，以中速油门提高发动机转速，操纵手柄使工作装置的任何一个动作（如挖掘机张斗）至极限位置，保持3～5min使液压油通过溢流升温。如果油温更低则需要适当增加暖机运转时间。
3.6液压油箱气压和油量的控制
压力式油箱在工作中要随时注意油箱气压，其压力必须保持在随机《使用说明书》规定的范围内。压力过低，油泵吸油不足易损坏，压力过高，会使液压系统漏油，容易造成低压油路爆管。对维修和换油后的设备，排尽系统中的空气后，要按随机《使用说明书》规定的检查油位状态，将机器停在平整的地方，发动机熄火15min后重新检查油位，必要时予以补充。
3.6其他注意事项
作业中要防止飞落石块打击液压油缸、活塞杆、液压油管等部件。活塞杆上如果有小点击伤，要及时用油石将小点周围棱边磨去，以防破坏活塞杆的密封装置，在不漏油的情况下可继续使用。连续停机在24h以上的设备，在启动前，要向液压泵中注油，以防液压泵干磨而损坏。超级秘书网
4定期保养注意事项
目前有的工程机械液压系统设置了智能装置，该装置对液压系统某些隐患有警示功能，但其监测范围和程度有一定的局限性，所以液压系统的检查保养应将智能装置监测结果与定期检查保养相结合。
4.1250h检查保养
检查滤清器滤网上的附着物，如金属粉末过多，往往标志着油泵磨损或油缸拉缸，对此，必须确诊并采取相应措施后才能开机。如发现滤网损坏、污垢积聚，要及时更换，必要时同时换油。
4.2500h检查保养
不管滤芯状况如何均应更换，因为凭肉眼难以察觉滤芯的细小损坏情况，如果长时间高温作业还应适当提前更换滤芯。
一 绪论
1.前言
2.机械手的简史
3.工业机械手在生产中的应用
4.机械手的组成
5工业机械手的发展趋势
6 本章小结
机械手移动工件控制系统的控制要求
1工作原理
2设备控制要求
3硬件配置
I/O地址表
机械手控制系统的程序设计
1流程图
2控制源程序介绍
运行调试
五、梯形图及PLC的外部接线
1梯形图
2 PLC外部接线
3主电路
4元件清单
总结
七、
一 绪论
1.前言
用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
工业机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。
机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
2.机械手的简史
现代机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。
机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。 1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。
美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。
德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。
瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。 第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。
第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。
随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。
3.工业机械手在生产中的应用
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。
在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有
四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。
4.机械手的组成
工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。
4.1 执行机构
（1）手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。
传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。
（2） 腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。
目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。
（3）臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。
臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。
手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。
行走机构 有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。
4.2 控制机构
驱动机构是工业机械手的重要组成部分。机械手的控制可采用以下几种方式：
1）用继电器控制，这种控制系统故障率高、控制方式不灵活且功率消耗大，已逐渐被人们所淘汰；
2）用微机控制，虽然它在智能控制方面有较大的功能，但它的抗干扰性差，系统设计比较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，广泛应用也不太容易；
3）PLC控制，此控制系统具有运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强、能经受恶劣环境的考验等优越性，已经成为在机械手控制系统中使用最多的控制方式。
4.3 控制系统分类
在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。
5工业机械手的发展趋势
(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。
(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
6 本章小结
本章简要的介绍了机械手的基本概念。在机械手的组成上，系统的从执行机构、控制机构以及控制部分三个方面说明。比较细致的介绍了机械手的发展趋势，简要的叙述了本文研究的内容。
二 .机械手移动工件控制系统的控制要求
以三菱公司的PLC为例，设计一个简单的机械手移动工件控制系统。图a所示为一简易物料搬运机械手的工艺流程图。该机械手石一个水平/垂直位移的机械设备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台。
机械手移动工件的基本结构图如图a所示
图1-a 机械手移动工件的基本结构图
1工作原理
机械手移动工件通过限位开关和电机来控制。
机械手分别通过前进/后退电机、上升、下降电机的正反转来上、下、左、右移动，移动的最大位置通过上、下、左、右4个限位开关控制。
夹放工件通过夹紧、放下电机的正反转来控制。夹紧工件通过定时器来控制，即凭经验设定一个时间，在这个时间内，机械手能完全夹紧工件。放下工件通过松限位开关来控制。
按下启动按钮，整个系统按照PLC程序的设定有序的运行；正常停车时，按下正常停车按钮，等机械手运行到初始位置，停车。当按下即停按钮时，系统不管运行到什么状态，都要立即停止
2设备控制要求
机械手移动工件控制系统的要求时有“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。
2.1正常运行
在初始位置（上、左、松限位开关确定）处，按下启动按钮，系统开始工作；
机械手首先向下运动，运动到最低位置停止；
机械手开始夹紧工件，一直到工件夹紧为止（由定时器控制）；
机械手开始向上运动，一直运动到最上端（由上限位开关确定）；
上限位开关闭合后，机械手开始向右运动；
运行到右端后，机械手开始向下运动；
向下运动到最低位后，机械手把工件松开，一直到松限位开关有效（由松限位开关控制）；
工件松开后，机械手开始向上运动，直至触动上限位开关（上限位开关控制）；
到达最上端后，机械化搜开始左运动，直到触动左限位开关，此时机械手已回到初始位置；
该系统要求能连续循环工作。正常停车时，要求机械手回到初始位置才能停车。
2.2紧急停止
按下紧急停止按钮时，系统立即停止。
3硬件配置
从控制系统图1－B可以看出，在控制方式选择上需要一个启动按钮用来完成自动方式的启动、1个停止按钮用来处理正常情况下的停止运行，1个急停按钮用来处理紧急情况下的停止运行。机械手运动的限位开关有5个:高位限位开关、低位限位开关、左位限位开关、右位限位开关和松开器件开关。手动输入信号共由3个电机组成：前进/后退电机、上升/下降电机、夹取/放下电机。
机械手控制系统图如下图所示：
3.1.PLC的选型
(1)对输入 / 输出点的选择 另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的 60 ％；本设计中的输入点为8，所以PLC所需的输入点需要大于14。 PLC 每个输出点的驱动能力（ A/ 点）也是有限的，有的 PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。
PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。
(2)对存储容量的选择
对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点＋输出总点数乘 5 字 / 点来估算，本设计中的开关量为830；计数器 / 定时器按（ 3 ～ 5 ）字 / 个估算，本设计中有一个定时器。最后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。
(3)对 I/O 响应时间的选择
PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 ～ 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统， PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。
(4)根据输出负载的特点选型
不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。本设计中的在负载都式动作不频繁的交、直流负载，因此选用继电器输出型的。继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。
(5)对 PLC 结构形式的选择 FX2N系列PLC是三菱公司的高性能叠装式机种。可以分配不同的单元：基本单元、扩展单元和特殊单元。基本单元内含有CPU，存储器和I/O电路，要增加系统的I/O点数可联接扩展单元，增加系统的控制功能，则可以连接相应的特殊单元。在本系统中，配置基本单元就可以满足控制要求。不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的PLC有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的PLC。即选用FX2N-32MR继电器输出型PLC作为机械手移动工件的控制系统。
机械手移动工件控制以三菱公司的FX2N 系列PLC为例，PLC框架配置如图1－C所示:
图1－C PLC框架配置
&nbs p;3.2.按钮的选择
按钮是最常用的主令电器，在低压控制电路中用于手动发出控制信号。它由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。按用途和结构的不同，分为启动按钮、停止按钮和复合按钮等。
在机械手控制系统的设计中，选用分别选用了一个启动按钮，一个停止按钮，一个急停按钮，其原理分别为：启动按钮带有常开触头，手指按下钮帽，常开触头闭合；手指松开，常开触头复位。停止按钮带有常闭触头，手指按下按钮帽，常闭触头断开；手指松开，常闭触头复位。急停按钮按下之后，机械手移动工件立即停止；急停按钮解除后，所有输出重新开始。一按按钮，机床就能锁住，解除的方法是旋转后解除。 表1－1 按钮的技术数据
型号 触头组合 按钮颜色
LA25－10 —常开 绿色
LA25－01 —常闭 红色
KA5－4211 —常开—常闭 灰色
3.3.限位开关的选择
行程开关(限位开关)的工作原理及符号表示行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。 表1－2 限位开关的技术数据
型号 额定电压/V 额定电流/A 触头数量 结构形式 个数
交流 直流 常开 常闭
JLXK1-311 500 440 5 1 1 直动防护式 5
3.4.继电器的选择 表1－3 正反转继电器的技术数据
型号 触点数量 触电容量 工作电压 个数
JZF-5 3个常开触点 AC250V 5A 220V 6
4.I/O地址表
由于CPU模块有16点数字量输入，16点数字量的输出，因此不再需要输入/输出模块。I/O分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000～X007，输出端子对应的输出地址是Y000～X017。
表1－4 I/O地址表
对应地址 对应的外部设备
输入地址 X000 启动按钮
X001 停止按钮
X002 紧急停止按钮
X003 上限位开关
X004 下限位开关
X005 左限位开关
X006 右限位开关
X007 松限位开关
输出地址 Y000 前进/后退电机正转继电器（前进）
Y001 前进/后退电机反转继电器（后退）
Y002 上升/下降电机正转继电器（上升）
Y003 上升/下降电机反转继电器（下降）
Y004 夹紧/放下电机正转继电器（夹紧）
Y0 05 夹紧/放下电机反转继电器（放下）
功能
定时器 T0 夹紧工件时定时5S
内部继电器 M0 机械手的初始位置
三、机械手控制系统的程序设计
1流程图
1.1正常运行流程图
正常运行流程图如图1－D所示： 紧急停止流程图如图1－E所示：
图1－D 正常运行流程图
图1－E 紧急停止的流程图
2控制源程序介绍
2.1初始位置辅助继电器
M0是初始位置辅助继电器，当机械手的位置在左上方时，M0得电。它的助记符程序为：
LD X003
AND X005
OUT M0 ;机械手在初始位置
所对应得梯形图如图1-F所示：
图1-F 初始位置辅助继电器梯形图
2.2向下运动
机械手在初始位置时，按下启动按钮，机械手开始向下运动，运动到最下端停止；当机械手夹着工件运动到最右边时，开始向下运动，运动到下端停止；当紧急停止按钮按下时，停止向下运动。它的助记符程序为：
LD X000 OR Y003
AND M0 ANI X004
LD X006 ANI X002
ORB ANI X001
OUT Y003 ；机械手向下运动
所对应得梯形图如图1－G所示：
图1－G 向下运动梯形图
2.3夹工件
当机械手运动到左下方时，开始夹工件，夹5S；当紧急停止按钮按下时，停止夹工件。它的助记符程序为：
LD X004 ANI T0
AND X005 OUT Y004 ；机械手夹工件
OR Y004 OUT T0 K50定时5S钟
ANI X002
所对应 的梯形图如图1－H所示:
图1－H 夹工件梯形图
2.4向上运动
机械手夹紧工件后或者工件放下后，开始向上运动，运动到最上端停止；当紧急停止按钮按下时，停止向上运动。它的助记符程序为:
LD T0 ANI X003
OR X007 ANI X002
OR Y002 OUT Y002 ；机械手向上运动
所对应的梯形图如图1－I所示：
图1－I 向上运动梯形图
2.5向右运动
机械手夹紧工件，上升到最上端后，开始向右运动，运动到最右端停止；当紧急停止按钮按下时，停止向右运动。它的助记符程序为:
LDI X007 ANI X006
AND X003 ANI X002
OR Y000 OUT Y000 ；机械手夹着工件向右移动
所对应的梯形图如图1－J所示：
图1－J 向右运动梯形图
2.6放下工件
当机械手运动到最右、最下端时，开始放下工件；当紧急停止按钮按下时，停止放下工件。它的助记符程序为：
LD X004 ANI X007
AND X006 ANI X002
OR Y005 OUT Y005 ；机械手放下工件
所对应的梯形图如图1－K所示：
图1－K 放下工件梯形图
2.7向左运动
机械手放下工件，上升到最上端后，开始向左运动，运动到最左端停止；当紧急停止按钮按下时，停止向左运动。它得助记符程序为：
LD X003 &n bsp; ANI X005
AND X006 ANI X002
OR Y001 AND X007
OUT Y001 ；机械手向左移动
所对应得梯形图如图1－L所示：
图1－ L 向左运动梯形图
四、运行调试
针对机械手的几种工作方式，分别进行控制的实现逻辑处理。
首先是复位控制，这对于周期运转而言是十分重要的，只有当机械手处于原点位置时才能启动周期工作程序。系统设计了一个复位控制信号，在系统上电后，如果选择单周期或连续工作方式，则首先要确保机械手处于原点位置才能进行下一步处理。为了保证在周期方式启动前系统处于该位置，可以首先通过按下回原点按钮来驱动机械手到达该位置，然后启动周期控制。这样就可以有效地减少逐个手动控制设备到位地繁杂过程，提高控制效率。这样，就要求系统在手动方式下，如果收到复位命令，则驱动机械手向上或向左运动到原始位，同时复位抓取信号。
周期工作分为单周期和连续工作两种方式，其区别主要在于完成一个动作周期后，但周期方式下，系统等待下一个启动信号到来才进行下一步动作，而连续工作方式下则继续进行下一个周期，直至停止信号到来。对每个周期的动作而言，两种方式下完全相同。
五、梯形图及PLC的外部接线
1梯形图
机械手系统设计梯形图如下图所示：
图1－M 机械手系统设计梯形图
2 PLC外部接线
机械手控制系统外部接线
图1－N 机械手控制系统外部接线图
3主电路
4元件清单
表1－5 机械手控制系统元件清单
元器件名称 型号 数量 生产公司 备注
启动按钮 LA25－10 1 三菱 常开
停止按钮 LA25－01 1 三菱 常闭
急停按钮 KA5－4211 1 三菱 常开－常闭
行程开关 JLXK1-311 5 三菱 直流防护式
辅助继电器 LY2-0 DC48V 1 三菱 3个常开触点
正反转继电器 JZF－5 6 三菱 AC250V 5A
总结
通过本系统的设计，对三菱FX系列PLC的特点有了更深的理解。掌握了构建实际PLC控制系统的能力和对程序调试的步骤和方法。熟悉了PLC的I/O的连接方法和对一些硬件根据实际要求进行适当的选择。
机械手控制系统利用了三菱FX系列PLC的特点，对电机、行程开关及其他一些输入/输出点进行控制，实现了机械加工中移动工件的自动化。机械手作为工件取送设备虽然应用于不同的场合，其具体的工作情况不同，但本质的工作过程却是类似的。采用PLC对机械手进行控制也是目前常见的控制方式，本设计给出的机械手控制程序，可以应用于大部分的类似场合。
七、 (1) 可编程序控制器原理与应用 西安电子科技大学出版社 主编 汪志锋
(2) PLC应用开发技术与工程实践 人民邮电出版社 编著 求是科技
(3) 可编程控制器技术及应用 北京理工大学出版社 编著 夏辛明
(4) 可编程控制器应用技术 机械工业出版社 主编 王也仿
(5) 可编程控制器原理与应用 中国电力出版社 &nbs p; 主编 郁汉琪
作为控制核心的PLC，其主要是以工业监视、控制软件、监测作为用户的界面，从而在主控站实现以下一系列联锁功能：主斜井皮带机和地面生产系统以及井下给煤机间设有连锁功能，同时遵循“逆煤流起车、顺煤流停车”的原则，同时还能够于故障情况下进行紧急停车；具有单机、手动、集控检修等不同的工作方式；液力耦合器与电控装置、变频器、CST、电软起动装置及液体传动装置相配合，可以有效控制胶带输送机的速度，并达到皮带机软停车及软启动的效果。加、减、起、停速度范围需控制在a≤0.30m/s2，从而满足其平稳起动和重载起动的要求，使多台电机的功率维持平衡；上位机的显示功能：将煤流量、胶带速度、跑偏、电流、堆煤、烟雾、温度等故障信息通过屏幕显示出，同时使用自动故障提示及语音报警；于分站PLC上自动警报及中文提示，且分站信息能够显示于上位机；组网功能：与工业以太网和全矿井的监测系统予以联网，从而达到数据远传、远程监视的功能。胶带的输送设备信号系统有起动预告与开车闭锁的声光警报信号；生产系统、胶带沿线及控制室间的联络信号；事故停车及事故预报的声光警报信号。此外还可显示井底给煤机的运转信号，加上配置的多功能电话机，从而实现语音通信、胶带机起动预告及打点信号联络的功能。对皮带机的具体运行状态可由上位机的组态监控软件进行动态化的监视，且该软件可通过智能表实时储存并显示高压设备的电压、电量、有功、无功及电流，并提供任意时刻的数据记录的查询。上位机的组态监控软件系统可对皮带机的全部设备提供系统的电机定子温度、故障保护、油温的监测、驱动滚筒跑偏闭锁、温度等指示。除此之外，还可将运行的全部数据实时储存并显示出来，比如带速、运行时间等，而对于滚筒的温度及其他较之关键的数据，可通过曲线绘制出温度的变化趋势，并提供随时查询数据；实时记录警报的信息，并将报警打印显示出来，同时提供一切警报记录的信息查询。
2煤矿机械电气设备自动化调试技术的应用特点
随着计算机信息技术的飞速发展，微机型差动保护装置在煤矿机械电气设备中受到广泛应用，由于微机型差动保护装置是通过采用数字算法以实现各种保护功能，且该装置具有易于操作、维护方便、接线简单等特点，因此在机电系统中得到广泛应用，具有极其广阔的发展空间。检查微机型差动保护装置的保护算法和采样精度功能，一般是通过现场对微机型差动保护装置予以实验以实现的。在微机型保护中，大多煤矿机械电气设备系统的变压器是以11点接线的方式居多，且变压器的差动保护最为常用的接线方式是Y/Y接线方式，但是该接线方式极易导致进入微机保护装置两侧电流的相位差为30°，因此，为消除30°的相位差，一般情况下是把定值调整在内部软件，从而实现校正相位。
（1）单相实验方法差动保护实验接线。当需做A相的比例制动曲线时，于侧分别加入A、C两相电流，且两相位的幅值一致，相位相差180°，然后于Y侧添加A相电流，且该相位和侧的A相差值为180°，从而实现差动保护的实验接线工作.
（2）三相实验方法若实验条件允许，可进行三相实验，此时Y侧输入的电流值和侧所输入的电流值相位并未相差180°，三相实验方法和单相实验方法均在数字式机电设备差动保护中得到较好的使用，相关的实验结果表明这两种方法均可靠，从而起到对煤矿机械电气设备的差动保护作用。
3掘进机电气系统的应用特点
（1）基础数据与录入。系统的基础数据以及基础数据录入功能模块是整个管理系统的起点和基础，其数据包括了整个框架体系，是基础数据库和数据字典库的基础维护平台，包括单位和人员信息、设备的基础维护数据和检修数据、设备鉴定标准等。另外，数据录入的功能是系统数据库存在的保障，是系统后续维护和管理的保障，是设备台账数据库、特种设备数据库、检修计划数据库、设备油质数据库建立和维护的基础。
（2）统计报表与数据上报。统计报表是数据上报的基础，一般包括铁路机械动力设备履历统计查询、车辆部门的统计报表、设备与技术明细等，其功能在于所有机械动力设备相关数据的归类、统计、查询与打印。数据上报需要实现的功能是建立在数据统计之上，对整个信息管理系统数据进行备份、恢复以及数据上报。
（3）巡检与系统维护。巡检属于后期功能模块，主要包括整个铁路机械动力设备技术系统的设备设置、数据采集分析、故障发现反馈以及巡检工作状态四个部分。这部分功能是分级授权的，多由车辆段级系统授权车间级系统使用。系统工作属性是利用数字智能技术，对事先设置好的重点设备进行巡检，巡检的内容具有差异性，具体根据车段、动力设备等特性来设置。维护模块则是对整个系统的运行日志、用户权限、设备数据、车辆部门设备数据等进行维护，其功能是导入和查询原始车辆部门数据，设置用户权限和功能等。
（4）设备管理标准与系统帮助。设备管理标准是铁路机械动力设备技术信息化管理系统按照国家相关铁路设备标准，设置计算公式与评分标准，将数据库的所有数据进行填充与评分。系统帮助是辅助功能，主要是权限人员密码修改、查看系统帮助等。
二、基本表的创建与查询设计
基本表的创建要遵循字段唯一性、功能相关性、字段无关性的原则，表的分类是基于机械动力设备技术的，从简单化的标准出发，设置两个主表，即机械动力设备台账管理表和机械动力设备使用管理表。在表创建的过程中，每个属性作为单一其唯一的关键词用字段表现出来，米云龙北京铁路局北京动车段前期先定义字段内容、字段数据类型、字段属性和关键字。主要包括台账管理表、生产设备运行记录表、机动设备使用记录表和设备材料消耗记录表。每个表根据其性质对应若干属性字段，并且每个表设定的关键字是唯一的，具有标示作用的。每个表的属性字段使用超链接，便于数据记录、查询。表之间的关系用同属性字段联系起来，形成表之间的内在关联，便于确定数据库的参照完整性。
表、数据库、管理系统创建之后，必然要用到查询功能，查询结果一般需要满足查找、统计、计算、分析、比较、判断、排序等。运用VisualBasic语言进行自定义函数或者条件语句的编程，选取每个属性的特定值，确保查询时使用输入参数的方式便能简便操作进行，这些需要查询设计器来进行设计。比如动力设备折旧查询的条件语句编写为：
IfNs≥AThen
Msgbox“TheValueIsA”
Exit
Else
Nz=intX+1
Endif
三、异常设备或部件提示
a:机械动力设备中途停止工作的异常状况，在查询设计中输入条件准则：IIf(Nz([累计折旧]≥[原值]-[残余价值])，[异常]，[使用])。
b:机械动力设备达到设计寿命的修理状况，在查询设计中输入条件准则：IIf(Nz([运行时间或公里数]≥[预计大修期限])，[大修]，[使用])
c:部件异常是指机械动力设备的零部件在实用期限内出现故障或者修理，则视为零部件异常。设计方法为，运用查询向导创建零部件查询表，对正常件、异常件记录、统计、分析，完成异常表创建、查询。属性字段内容包括[修理日期]与[预计使用日期]，且表达式≥2，[修理日期]<[预计使用日期]。
四、应用效果分析
摘要：随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资。对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。
一、机械制造技术的发展
在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。当前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体。机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
二、智能化技术发展趋势
2.1性能发展方向
(1)高速高精度高效化。
速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化。
包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大。可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群拉系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
(3)工艺复合性和多轴化。
以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工。正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。
(4)实时智能化。
早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展。由此产生了实时智能控制这一新的领域。
2.2功能发展方向
(1)用户界面图形化。
用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前Internet、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术，也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用。人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
(2)科学计算可视化。
科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语育表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
(3)插补和补偿方式多样化。
多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
(4)内装高性能PLC。
数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形圈或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能，编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实侧，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
(5)多媒体技术应用。
多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域。应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
2.3体系结构的发展
(1)集成化。
采用高度集成化CPU，RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度，应用LED平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点。可实现超大尺寸显示。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，掘高系统的可靠性。
(2)模块化
硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化，根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服，PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。
(3)网络化
机床联网可进行远程控制和无人化操作，通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行。不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。
1.1信息系统
机械制造自动化系统主要是由产品数据库系统、计算机与工艺辅助设计所实现的一个信息系统。辅助制造的目的，在于通过计算机数值，操控机械产品在工艺及生产阶段中每一个流程；计算机辅助设计旨在为系统设计人员利用有关软件与设施给机械产品进行设计的这一流程；工艺辅助设计旨在规范化机械产品的质量，并且加强优化、升级产品工艺；产品数据库系统是进行生产制造、设计流程过程中，利用计算机对数据信息系统实施科学管理的一种信息系统。
1.2装配系统
机械制造与自动化装配系统是通过计算机系统将相关的机械部件从组装、调试、验收等有关环节进行统一规划所产生的一种自动化制造流水线。装配系统在机械制造的生产加工阶段中极为重要，利用自动化的流动技术替代了繁琐的人工制作生产流程，极大地提高了机械产品的生产实效性。
1.3检测系统
检测系统的产生基于科学技术不断发展这一背景，将部分功能复杂、新材料检测应用以及各种人工检测不太理想的检测技术通过计算机技术取而代之的一项检测系统。现阶段，有众多先进的高精度设施、产品，通过人工检测是无法达到检测效果的，而自动化检测系统便可以较好的辅助实现。当前，国内外检测系统中普遍应用的有神经网络技术、智能设备诊断技术以及电流信号检测技术。
1.4机械制造自动化与CAPP、CAM技术相融合
随着自动化技术的发展，CAPP技术和已经在现代机械制造业中扮演着不可忽视的重要作用，是机械制造过程中，生产活动和管理的重要依据，是现代机械加工行业必不可少的一部分。而CAM技术则可以使零件的加工过程更加智能化和精确化。
2机械制造与自动化的应用前景
随着我国经济的发展，我国的工业化程度越来越高，在此种背景下，我国的机械制造行业得到了较快的发展，同时随着我国市场经济体制的不断完善，机械自动化制造技术的发展已经具备了较好的发展环境。同时随着我国计算机技术的发展，计算机自动化制造技术在自动化技术方面也有了充足的技术保障。结合我国机械自动化制造技术的发展情况来看，我国的机械自动化制造技术有如下的发展趋势。
2.1集成化
在机械自动化技术中，自动化的集成度必定越来越高，由于自动化技术的重要性，计算机集成技术在机械制造领域的运用必定会越来越广泛。
2.2智能化
机械自动化制造技术的重中之重便是智能化，所谓的智能化就是在机械加工过程中实现人机的双向互动，使机械制造系统能够有较强的适应能力，在未来机械加工行业，智能化必定会越来越受到人们的重视，并且机械自动化推行以后，能有效推动我国机械制造业的发展。
2.3虚拟化
随着计算机技术的发展，特别是计算机模拟仿真技术的日益成熟，虚拟化技术必定会成为机械自动化技术不可避免的发展趋势，通过采用虚拟化技术可以使企业能够对产品生产制造的活动过程进行模拟、分析，从而能够对生产过程中可能出现的错误和问题进行分析研究，制定出应对的策略和措施，保证生产过程的连续不断，提升一次性成功率。
3结语
在机械制造工艺中，对机械设计进行合理化处理是确保机械产品质量的关键，而机械制造企业生产的目的是为了扩大规模，获得最大经济效益，因此，应有针对性地对机械设计进行研究。从机械制造工艺流程入手，对机械制造工艺中的合理化机械设计进行系统分析和探讨，希望可以为我国的机械制造发展提供帮助。
关键词:
机械制造工艺;合理化;机械设计
1机械制造工艺流程
从整体角度来对机械制造工艺流程进行分析，机械制造工艺流程如图1所示。
1．1制造程序
这一步骤主要是将原材料直接制作成半成品，处理重点是对原材料的材质及材料的利用率进行规划。对于机械制造企业来说，要在激烈的市场竞争中占据重要位置，就一定要对材料的质量进行管理和监督，只有提升机械制造工艺原材料的利用方式，才能真正降低生产成本。
1．2零件定位
在零件定位中，可以运用多种定位方式，而技术人员采用何种定位方式也会直接影响零件的质量。为了提升零件质量，技术人员要结合定位方式与零件的加工需求，按照标准开展零部件的加工工作，这也是增加机械制造企业产品销量的主要手段。
1．3技术程序
这一步骤是将制造工序中已经获得的半成品直接加工成符合客户要求的成品，技术程序的加工要求更精细，对产品的质量要求也更高。
1．4加工精度控制
技术人员在对零部件进行粗加工后，还要对半成品状态下的零部件进行细加工处理，在处理过程中，加工的精度要求在于零部件的形状、尺寸及表面质量等因素，为了真正满足客户的实际需求，技术人员需要利用误差控制措施进行合理选择，进而提升产品的精度。
1．5装夹
对零部件进行装夹是将零件直接固定在合适的位置上，在零件的装夹操作中，技术人员要保证零件固定位置的准确性，在确定好位置后，技术人员还要利用相关设计对零件进行深层次的固定工作。
2机械制造设计工艺的基本原则
2．1综合性
从本质层面来说，合理化的机械设计与机械制造属于理论和实践两个层面，二者本身所属类别是不同的，这种差异也就产生了工作中的误差。基于此，技术人员要将综合性作为整个机械制造发展的基本原则，在总结传统机械设计经验的基础上，将机械设计的理论知识与实践制造进行有机结合，以提升机械设计的整体质量。
2．2整体性
在对机械制造工艺进行合理化设计时，要先对机械设计的方案进行制定。在制定机械设计方案时，技术人员要遵循整体性原则，从机械制造工艺的整体入手，在确保各个部件合理的基础上，制定多个机械设计方案，从这些设计方案中选择最优的方案作为机械制造的最终设计方案。
3机械制造工艺中的合理化机械措施
3．1提高设计标准化
制造工艺的核心是机械设计标准化，也就是在相对统一的设计标准中，保证技术人员设计的机械零件结构、规格达到高度统一，在符合国家规定的机械制造标准基础上，进一步提高机械零部件的质量，这对降低生产成本、提高生产效率起到了极大的作用。技术人员在对机械制造工艺进行合理化设计时，一定要充分重视机械零部件的质量，按照国家标准实现标准化设计，以提升机械零部件产品的设计水平和使用性能，只有提升机械生产企业与机械产品的竞争力，才能真正提升机械制造企业的经济效益。
3．2运用绿色制造工艺
技术人员在进行机械设计时，要不断尝试引入新的设计理念，改进传统的设计方法。在设计过程中，应根据社会发展的大趋势，认真贯彻落实绿色环保的设计理念，在此基础上，将机械设计与高新技术手段相结合。在机械制造企业运行过程中，还要充分考虑自身经济效益与环境保护之间的平衡关系，只有实现二者的共同发展，才能促进机械制造企业的长久发展，企业的发展不能以牺牲环境为代价，要在保证环境的基础上，实现机械制造企业的可持续发展。针对目前的机械制造工艺，技术人员要将工作重点放在绿色材料的使用方面，从原材料及生产工艺两方面入手，共同保证机械制造与设计的系统化发展。
3．3提升加工精度
在机械制造过程中，客观差异是一定存在的，技术人员应尽量减少客观差异，以提高机械产品的精准度为准则，分析差异产生的根本原因，确定机械制造中存在的潜在因素，以降低差异，提高防范技术水平，进一步提升加工精度。提高机械产品的加工精度关键在于对夹具进行调整，技术人员应采用先进的测量工具降低误差值，确定误差产生的原因。目前，机械零件产品出现加工误差的主要原因在于机械内部应力、热变形及系统应力等，其中比较常见的是内部应力和热变形两大因素。提高加工精度的流程如图2所示。
4结语
机械制造工艺的合理化机械设计关键在于要有针对性地对机械设计进行分析，对机械生产过程进行合理分析，这两方面的分析都与机械制造过程中的合理化要求有关，因此，技术人员为了保证机械设计的科学化和合理化，要在设计过程中充分考虑机械制造工艺的实际需求，系统性地分析各制造工序的注意事项，改进设计方法，根据工艺水平合理选择机械技术，保证机械设计与制造质量达到国家规定标准，更好地促进机械制造工艺的全面发展。
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根据国家机械设计制造及其自动化专业毕业培养标准中对毕业能力要求之4“具有设计机械系统、部件的能力”要求，整合现有教学内容，形成了基础知识递增和设计能力递进的机械设计类课程教学环节结构。其中先修课程包括数学类、工程力学、机械制图、公差与技术测量等基础课和专业基础课。为达到“具有设计机械系统、部件的能力”的毕业要求，设计了课程教学及课内实验、基础设计能力培养、创新设计能力培养三个能力递进培养环节。
2机械设计类课程教学及课内实验
课程教学及课内实验教学环节分为机械原理和机械设计两个部分，每部分。含课内实验，课程内容及培养目标如下：机械原理课程是一门培养学生机械机构运动设计与分析的技术基础课，主要研究机构的结构分析、运动分析和动力分析，常用机构设计的基本理论和方法，机械系统传动方案的规划与设计，其主要任务是培养学生：第一，理论联系实际的学风，设计实践能力和创新精神。第二，掌握机构运动方案设计的能力。第三，具有机械系统运动简图的绘制，计算机辅助机构分析和设计的能力。机械原理实验教学是机械原理课程教学中的实践环节。在实验中通过安排部分课程基本理论的验证性实验，使学生进一步加深对课堂教学内容的理解。通过增设一些综合性、设计性实验，培养学生基本知识、基础理论与实际项目需求的理论知识应用能力，同时培养学生创新意识和能力。通过设立较多的选修实验，促进学生的个性发展。机械设计课程是一门培养学生机械设计能力的技术基础课，在教学内容方面着重掌握机械设计的基本知识、基本理论、基本方法和创新思维，通过对本课程的学习，使学生掌握常用机构和机器中各种通用零件的基本理论和基本知识，初步具有机械结构方面的分析、设计能力，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。机械设计实验教学通过设立部分验证性实验，使学生进一步加深理解课堂教学的内容；通过设立一些综合性、设计性实验，培养学生理论联系实际的能力及机械结构设计的创新意识和创新能力；通过强调学生参与实验的全过程，培养学生的动手操作能力；通过设立较多的选做实验，满足学生的求知欲，促进学生的个性发展。
3基础设计能力培养
机械设计课程设计是机械设计基础类课程的重要实践性环节，通过对机械传动装置和简单机械的设计，使学生综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，熟悉机械设计的一般规律，掌握机械通用零部件及简单机械的设计理论及设计方法。培养学生理论联系实际的正确设计思想，树立工程意识，培养独立分析和解决工程实际问题的能力，为毕业设计和以后从事工程设计工作打下良好的基础。课程的教学目的：第一，学习机械设计的一般方法、步骤，掌握机械设计的一般规律。第二，学会从机器的功能要求出发，合理选择传动机构的类型，制定传动设计方案，正确计算零件的工作能力，确定它的结构、形状、尺寸及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力。第三，进行机械设计基本技能训练，例如计算、绘图，运用标准、规范、手册、图册和设计资料，以及使用经验数据和处理数据等。第四，通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求；培养学生运用计算机撰写论文的能力。第五，训练学生用CAD绘图的能力。机械综合课程设计是形成机械装备设计能力的重要实践性教学环节。内容以车床或铣床的主传动系统设计为主线，以所学过的机械制造装备的基础知识为支撑，完成主传动系统设计、操纵装置布置、工程分析计算等环节的训练。其目的是在相关先修课程学习后，进行机械结构设计综合训练，使学生掌握机械系统分析和设计的基本步骤和方法，培养和锻炼学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力。
4创新设计能力培养
学生创新设计能力培养包括机械产品创新设计与仿真和机械创新设计与制作两个环节：机械产品创新设计与仿真是学生以项目组的形式自主开展的为期一年的研发与制作项目，在学院的统一命题下完成一项任务。提高学生自主学习、问题求解、团队协作、项目管理、综合创新等方面的能力和素质。机械创新设计与制作是结合学生已有的知识储备，充分发挥学生的创新设计思维，通过机构综合模拟现实自然界生物的动作行为，并辅以相应的控制系统达到机构的协调运动。在教师的启发和指导下，学生以组为单位自主地进行相关内容科技文献检索、方案设计、虚拟仿真、绘制加工图纸、撰写设计说明书并进行答辩，通过工程实践培养学生灵活运用所学机械设计知识的能力。
5结论
【关键词】机械设计；CDIO；课程设计
引言
机械设计课程是高等工科院校机械类专业的一门重要技术基础课，对学生实践创造能力的培养，具有十分重要的地位。近年来，很多学校都对机械设计课程进行了的教学改革与研究，本文结合了CDIO工程教育对机械设计课程教学进行了改革研究尝试，让学生以主动的、 实践的、 课程之间有机联系的方式学习课程，取得了一定的教学效果。
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念；CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体 ，进行工程教育实践。
一、理论教学与课程设计相互融合同步进行的教学模式
传统的机械教学方式通常是课堂理论教学辅之一些实验，然后进行课程设计综合训练，如图1所示，这是一种串联式的教学方式，这种方式是把机械系统设计所需要的知识抽象分割开，经过整理按照机械设计总论，联接零件，传动零件，轴系零件依次学习机械设计的理论基础，课程学习完之后进行课程设计，按照这种方式组织教学，学生只是在机械的、被动接受知识，既不利于激发学生的学习兴趣也不利于培养学生对理论知识的灵活应用，更不符合设计规律，而如图2所示的并行式的教学方式是按照机械设计的实际设计过程如方案设计、动力设计，传动系统设计、轴系结构设计，联接设计同时同步进行课程设计，再学习设计内容之初引导学生带着设计问题，边学边实践，让学生带着目的任务进行学习，这样可充分调动学生的积极性，主动学习，在学习过程中科学地培养学生的设计意识及系统思考问题的能力，也有利于学生对基础理论的理解和掌握。
二、多案例丰富教学内容
目前在机械设计的理论教学中，依然着重于抽象的理论知识讲解，虽然增加了很多实际实例，但是大都限于举例说明如何将工程实际问题归结为设计命题是目前学生解决实际问题时普遍感到的一个难点，如果用新颖生动的真实事例融入到教学之中――由案例组成教学内容，构建教学体系，把真实的典型问题、设计要求展现在学生面前，让他们在真实的设计条建中，设身处地地去思考、去分析、去讨论，这样，在教学过程中，学生不是被动的、消极的接受者，而是主动的、积极的知识探究者，这样会充分激发学生的学习兴趣，调动学生学习的主动性和积极性，对培养学生创造能力及分析、解决实际问题的能力将极有益处。
三、结束语
将CDIO理念引入机械设计基础课程教学，构建多层次的教学体系，使理论教学与项目训练相互融合，让学生始终带着问题边学习边实践，以突破学生在实际问题转化为工程问题时的难点，这不仅激发了学生主动学习的热情，也有利于学生设计和实践能力的培养，提高学生的技术应用能力。
参考文献：
[1]周海，黄传锦.基于卓越计划与CDIO模式的机械设计课程教学改革与实践[J].现代制造技术与装备，2014.
[2]郑金文，杨强.融合研究性学习与CDIO的机械设计实践教学[J].中国机械，2013.
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