流水线课程设计.docx
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流水线课程设计.docx
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流水线课程设计
1.序言………………………………………………………………………………
2.现有机电系统分析………………………………………………………………
2.1现有机电系统全面介绍……………………………………………………
3.改进方案…………………………………………………………………………
3.1M06装配单元现有问题分析……………………………………………………
3.2M06装配单元改进方案分析……………………………………………………
4.机械系统设计………………………………………………………………………
4.1传动系统的设计…………………………………………………………
4.2通用零部件的选择……………………………………………………………
4.3关键零部件有限元分析…………………………………………………
5.控制系统设计………………………………………………………………………
5.1控制系统方案………………………………………………………………
5.2控制系统元器件的确定………………………………………………………
5.3控制系统设计………………………………………………………………
6.机电系统动画展示…………………………………………………………………
7.总结…………………………………………………………………………………
参考资料………………………………………………………………………………
1.序言
机电系统实践课程是学习以电子技术特别是微电子技术为主导、多重新兴技术与机械技术交叉、融合而形成的综合性高技术,通过实现机电一体化不断提高劳动生产率,减轻人们的体力劳动,逐步代替部分脑力劳动。
通过这种技术生产出来的是种类繁多的机电一体化产品,这些产品被广泛地应用到国民经济、科技活动、国防建设和人民生活等各个领域。
这次课程设计是学生完成本专业教学计划的一个极为重要的实践性教学环节,是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。
这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。
本次设计的是M06装配单元模块,系统在生产线中对工件进行外套装配的过程。
整个系统采用PLC进行控制。
在装配单元中,料仓式供料机构连续不断的输出外壳工件,气缸将外壳工件传递到装配平台上,M07机械手模块搬运工件至外壳工件上方,使两工件进行装配,过程中利用气缸,传感器,磁性开关等达到装配的目的。
2.现有机电系统分析
2.1M06装配单元结构
实现M06工序的装置由三个模块(仓料式供料机构、外壳工件输送机构、装配工艺装置)组成,有料仓式供料结构、外罩引导结构、滑块、光电漫反射传感器、光纤漫反射传感器、回转气缸、迷你气缸、双杆气缸等结构
2.2M06装配单元功能
该站点对工件进行外壳装配,料仓式供料机构连续不断的输出外壳工件,迷你气缸将外壳工件传递到装配平台上,装配工艺装置配合M07机械手模块实现对两工件进行装配。
2.3现有机电系统全面介绍
1.M01供料及检测
功能:
该站点能根据调度程序,自动供应检不同材质、颜色、尺寸的原料。
并检测记录相关信息。
构成:
离心供料机将成堆原料有序排出,由弧形滑道传递到检测工位点进行检测,由升降机构提升工件到接口工位。
2.M02次品处理
功能:
该站点根据上一站点获得的原料信息,根据工艺要求,拾取合格的原料到下一站点,将不合格的次品原料分类从不同的滑梯处排放掉,避免进入下一道工序。
构成:
真空搬运机构用无杆气缸和同步带拨正摆臂实现。
通过光电漫反射传感器确定工位。
3.M03加工检验
功能:
该站点将按照工艺要求,选择合适的刀具对原料坯料进行装卡加工,加工后对工件进行检验,记录尺寸是否合格的信息。
构成:
模拟加工中心由槽轮间歇结构实现换刀和锁止定位,换位转台实现工位的变换,电阻尺输出模拟量对零件尺寸进行精确测量。
4.M04表面处理
功能:
该站点从上一站点拾取工件,将工件送入磷化槽进行表面磷化处理一段时间,让后送入喷涂装置进行表面喷涂处理。
构成:
天车式搬运装置由直线导轨和同步带拖动实现,磷化槽内装有传感器对位置检测,喷涂工艺装置。
由步进电机驱动,气缸夹紧。
5.M05分拣
功能:
该站点将上一站点传递过来的工件按工艺需求分拣排放。
构成:
电磁铁和气缸被安装在带式输送机上,当检测到有工件进入相关工位时,执行推出动作,将工件导入滑梯。
6.M07机械臂
功能:
该站点实现多个工位点的传递,辅助装配站点实现装配功能。
构成:
由两个气缸和一个直流电机构成3个自由度
7.M08冲压
功能:
该站点完成产品的加盖封装过程。
构成:
本站点为气动液压混合驱动站点,含有一个完整的液压系统,链轮行走机构实现工位的变换。
液压缸完成冲压动作。
8.M09产品标记
功能:
该站点从上一站点获取工件,并对该工件进行打标标记。
构成:
连杆搬运机构和凸轮式气动爪实现工位点的变换,在打标工位,由真空吸盘对工件进行贴标。
光幕传感器保证机构旋转时的人员安全。
9.M10立体仓库
功能:
该站点实现工件的分类储存。
构成:
该单元主要由一个直角坐标机器人式堆垛机和仓库货架构成,直角坐标机器人由滚珠丝杆螺母直线运动单元构成,由步进电机驱动实现精确定位。
3.改进方案
3.1M06装配单元现有问题分析
1.料仓式供料机构由一个标准气缸、一个料仓引导机构和两个外壳料仓组成,在供料时通过气缸推动料仓引导机构使两个料仓分别供料,这样虽然增大了一次供料的储量,但是多出一个气缸推动料仓引导机构的步骤使得过程过于复杂,同时可能会出现料仓引导机构定位不准确,影响外壳工件的输送。
2.推动外壳工件的滑块由于距离相对长,其通过靠近迷你气缸一端的与导轨面两凹槽间隙配合的两个卡块进行导向推动运动,而其另一端却没有进行约束,这样所造成的结果是滑块在气缸的推动下可能撞击料仓式供料机构。
同时滑块推回这一运动过程后,由于有偏差导致下一次装配无法正常进行下去。
3.
在工件和工件外壳进行装配的装匹配平台与导轨之间使用了如图1所示零件进行搭建通道,由于该零件是使用螺钉螺母装配于导轨上,在装配过程中可能会出现装配不精确导致该零件出口与装配平台无法完全接合,同时在多次使用后可能会出现该零件松动导致外壳工件无法正常输送到装配平台上。
图1桥状零件
3.2
M06装配单元改进方案
1.将料仓式供料机构从两个料仓改为一个料仓,去除控制料仓引导机构的气缸,将料仓引导机构固定在导轨上,保证了外壳工件的输送准确性,同时使料仓式供料机构结构简单,避免了换料仓的效率损耗。
图2料仓式供料机构
2.
在滑块的前端添加与后端一样的导轨卡块,对前端进行同样约束,使得滑块可以在长距离运动中沿直线移动,将外壳工件推到相应的位置,避免出现滑块偏离轨迹而与料仓引导机构发生碰撞。
图3滑块导轨卡块设计
3.由于将料仓引导机构改为一个出口,去除了原本的横向导轨,料仓引导机构可以直接固定在一个直通装配平台的导轨上,因此不再需要装配原本的桥状零件,提高了外壳工件输送的准确性。
图4导轨与装配平台接合改进
4.机械系统设计
M06装配单元机械结构装配图
4.1传动系统的设计
4.1.1气动元件的选择
1.CDJ2B10-100-B迷你气缸
缸径:
10mm
行程:
100mm
动作方式:
单杆双作用
使用流体:
空气
理论作用力:
20N
耐压试验压力:
1MPa
做高使用压力:
0.7MPa
最低使用压力:
0.06MPa/0.1MPaCDJ2B10-100-B迷你气缸
环境温度及使用流体温度:
10-60℃
缓冲:
垫缓冲
选择依据:
通过查询得迷你气缸直接作用的滑块和间接作用的导轨卡块的材料为高密度聚乙烯密度(HDPE),工件外壳材料为聚碳酸脂(PC),密度分别为
,由ug算出滑块和导轨卡块总体积
,工件外壳体积
得总质量
则其重量
,取重力加速度
通过查询得HDPE和PC的滑动摩擦因数分别为
得滑块和导轨卡块同导轨的摩檫力
工件外壳同导轨的摩檫力
则总摩檫力为
再结合实际装配要求最终选择CDJ2B10-100-B迷你气缸
2.HRQ70-A回转气缸
动作形式:
双活塞齿轮条式复动型
工作介质:
空气
使用压力范围:
0.1-1.0MPa
工作温度:
0-60℃
回转角度范围:
0-190°HRQ70-A回转气缸
理论力矩:
7.5N·m
选择依据:
通过查询得回转气缸直接作用的挡板等零件的材料为灰铸铁HT150,密度
,由ug算出总体积
,力臂长
得总质量
则其惯性矩
由设计条件可知回转角度
,回转时间
,裕度系数
得角加速度
则实际力矩
再结合实际装配要求最终选择HRQ70-A回转气缸
4.TN16-100双杆气缸
内径:
16mm
行程:
100mm
动作方式:
复动型
工作介质:
空气
使用压力范围:
0.1-1.0MPa
保证耐压力:
1.5MPa
工作温度:
-20-70℃TN16-100双杆气缸
使用速度范围:
30-500mm/s
选择依据:
通过查询得双气缸直接作用的l型板和装配平台的材料为灰铸铁HT150,密度
,由ug算出总体积
,工件材料为45钢,密度
,体积
得质量
则总重量
取重力加速度
再结合双杆气缸理论处理表和实际装配要求最终选择TN16-100双杆气缸
4.1.2气路接线图
4.2通用零部件的选择
4.2.1螺栓的选择
底座
GB/T5782-2000
M4x12
4个
插台
GB/T5782-2000
M12x110
2个
摇杆
GB/T5783-2000
M12x40
2个
导轨
GB/T5783-2000
M4x30
4个
滑块
GB/T5783-2000
M3x30
4个
u型台
GB/T5783-2000
M4x8
2个
连接气缸
GB/T5783-2000
M25x5
2个
挡板
GB/T5783-2000
M6x12
2个
4.2.2垫圈的选择
底座
GB/T848-2002
M4
4个
插台
GB/T848-2002
M12
2个
摇杆
GB/T848-2002
M12
2个
导轨
GB/T848-2002
M4
4个
滑块
GB/T848-2002
M3
4个
u型台
GB/T848-2002
M4
2个
连接气缸
GB/T848-2002
M25
2个
挡板
GB/T848-2002
M6
2个
4.2.3摇杆内孔螺钉的选择
内六角圆柱头螺钉GB/T70.1-2000M5x10数量为1个
4.3关键零部件有限元分析
5.控制系统设计
5.1控制动作顺序流程
(注:
气缸1为迷你气缸,
气缸2为回转气缸,
气缸3为双杆气缸)
5.2控制系统输入输出设备
1.SY5120-5LZD-01电磁阀
流体:
空气
内先导操作压力:
0.15-0.7MPa
环境与流体温度:
-10-50℃
最大操作频率:
5Hz
先导排气方法:
主阀及先导阀共同排气
耐冲击/耐振动:
150/30(m/s²)
SY5120-5LZD-01电磁阀
2.D-C73磁性开关
负载电压:
24VDC/100VDC
最大负载电流和范围:
5-40mA/5-20mA
内部电压降:
2.4V
指示灯:
开启时红色发光二极管亮
D-C73磁性开关
5.E12-D5PK光电传感器
检测距离:
5cm
检测方式:
漫反射式
6.
DS1-H磁性开关
开关类型:
电子式无接点型
线制:
二线制
负载最大电压(V):
DC28
负载最大电流(mA):
50
温度范围(℃):
-10-70DS1-H磁性开关
7.
CS1-J磁性开关
使用电压范围:
AC5-380V/AC5-30V
使用电流范围:
AC5-40mA/AC5-50mA
反应时间:
最多0.3ms
使用温度范围:
0-60℃
CS1-J磁性开关
8.RIKO FRS-410漫反射光纤
检测方式:
漫反射式
电源电压:
12-24(V)
输出方式:
光钎传感器
使用环境温度:
25-55(℃)FRS-410漫反射光纤
9.
E3X-NA41光纤放大器
光源(发光波长):
红色发光二极管680nm
电源电压:
DC12-24V±10%
消耗电流:
35mA以下
负载电流:
50mA以下
响应时间:
动作·复位:
各200μs以下
E3X-NA41光纤放大器
5.3I/O分配表
I/O分配表
名称
代号
输入
名称
代号
输出
启动开关
SB1
X0
电磁阀1控制气缸1伸出
1DT
Y0
气缸1磁性开关1
SQ1
X1
电磁阀2控制气缸2转出
2DT
Y1
气缸1磁性开关2
SQ2
X2
电磁阀3控制气缸3伸出
3DT
Y2
光电开关1
SQ3
X3
气缸2磁性开关1
SQ4
X4
气缸2磁性开关2
SQ5
X5
光电开关2
SQ6
X6
气缸3磁性开关1
SQ7
X7
气缸3磁性开关2
SQ8
X10
5.4控制系统接线原理图
接线原理图
5.5控制系统PLC程序
6.气路接线图
7.总结
经过几周的努力,我们小组终于将《机电系统实践》课程设计完成。
在这次进行课程设计的过程中,我们遇到了许多困难,由于我们选择的M06装配单元基本是都是气动方面的知识,我们也是第一次接触这些气动元件,很多知识都不太懂,尽管如此,我们还是能够自己查询相关资料,了解相关知识,慢慢深入了解其中的原理。
尽管这次课程设计的时间是漫长的,过程是曲折的,但我们的收获还是很大的,我们不仅掌握了设计一个机电系统单元的步骤与方法,同时也对AutoCAD、UG、三菱PLC有了更进一步的掌握。
对我们来说,收获最大的是分析并解决的方法和能力。
在整个过程中,我觉得我们学生最缺少的是实践经验,没有感性的认识,空有理论知识。
而在设计的过程中,既让我们在实践中学习的知识,积累经验,同时还培养出了我们的团队精神,大家共同解决了许多个人无法解决的问题,在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足,在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。
总体来说,我觉得完成这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,综合应用这些知识才能实现机电一体化的目标,这让我们得到很好的锻炼。
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