机电一体化的设计与实现课程设计.docx
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机电一体化的设计与实现课程设计
机电一体化的设计与实现课程设计
题目自动生产线加工设计
学生姓名:
刘振冬学号12020535
组别第二组
班级1205班
专业机电一体化
分院工程技术分院
指导教师宋云艳
2014年6月24日
目录
一加工单元控制系统实训
1.1加工单元的结构和工作过程
2.1相关的知识点
1了解直线导轨
2.2加工单元的气动元件
3.1加工单元的安装技能训练
3.2加工单元PLC控制系统设计
1工作任务
3.3PLC的I/O分配及系统安装接线
4.1调试PLC控制程序与调整
一加工单元控制系统实训
1.1加工单元的结构和工作过程
加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方;完成对工件的冲压加工,然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。
加工单元装置侧主要结构组成为:
加工台及滑动机构,加工(冲压)机构,电磁阀组,接线端口,底板等。
其中,该单元机械结构总成如图1-1所示。
图1-1加工单元机械结构
1.2、物料台及滑动机构
加工台及滑动机构如图1-2所示。
加工台用于固定被加工件,并把工件移到加工(冲压)机构正下方进行冲压加工。
它主要由手爪气动、手指、加工台伸缩气缸、线性导轨及滑块、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。
滑动加工台的工作原理:
滑动加工台在系统正常工作后的初始状态为伸缩气缸伸出,加工台气动手指张开的状态,当输送机构把物料送到料台上,物料检测传感器检测到工件后,PLC控制程序驱动气动手指将工件夹紧→加工台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸活塞杆向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→加工台重新伸出→到位后气动手指松开的顺序完成工件加工工序,并向系统发出加工完成信号。
为下一次工件到来加工做准备。
图1-2加工台及滑动机构
在移动料台上安装一个漫射式光电开关。
若加工台上没有工件,则漫射式光电开关均处于常态;若加工台上有工件,则光电接近开关动作,表明加工台上已有工件。
该光电传感器的输出信号送到加工单元PLC的输入端,用以判别加工台上是否有工件需进行加工;当加工过程结束,加工台伸出到初始位置。
同时,PLC通过通信网络,把加工完成信号回馈给系统,以协调控制。
移动料台上安装的漫射式光电开关仍选用E3Z-L61型放大器内置型光电开关(细小光束型),该光电开关的原理和结构以及调试方法在前面已经介绍过了。
移动料台伸出和返回到位的位置是通过调整伸缩气缸上两个磁性开关位置来定位的。
要求缩回位置位于加工冲头正下方;伸出位置应与输送单元的抓取机械手装置配合,确保输送单元的抓取机械手能顺利地把待加工工件放到料台上。
1.3、加工(冲压)机构
加工(冲压)机构如图3-3所示。
加工机构用于对工件进行冲压加工。
它主要由冲压气缸、冲压头、安装板等组成。
冲压台的工作原理是:
当工件到达冲压位置既伸缩气缸活塞杆缩回到位,冲压缸伸出对工件进行加工,完成加工动作后冲压缸缩回,为下一次冲压做准备。
冲头根据工件的要求对工件进行冲压加工,冲头安装在冲压缸头部。
安装板用于安装冲压缸,对冲压缸进行固定。
图1-3加工(冲压)机构
2.1相关的知识点
1了解直线导轨
直线导轨是一种滚动导引,它由钢珠在滑块与导轨之间作无限滚动循环,使得负载平台能沿着导轨以高精度作线性运动,其摩擦系数可降至传统滑动导引的1/50,使之能地达到很高的定位精度。
在直线传动领域中,直线导轨副一直是关键性的产品,目前已成为各种机床、数控加工中心、精密电子机械中不可缺少的重要功能部件。
直线导轨副通常按照滚珠在导轨和滑块之间的接触牙型进行分类,主要有两列式和四列式两种。
YL-335A上均选用普通级精度的两列式直线导轨副,其接触角在运动中能保持不变,刚性也比较稳定。
图2-1(a)给出导轨副的截面示意图,图(b)装配好的直线导轨副。
图2-1两列式直线导轨副
安装直线导轨副时应注意:
①要小心轻拿轻放,避免磕碰以影响导轨副的直线精度。
②不要将滑块拆离导轨或超过行程又推回去。
加工单元移动料台滑动机构由两个直线导轨副和导轨安装构成,安装滑动机构时要注意调整两直线导轨的平行。
移动料台及滑动机构组件的安装方法将在后面“加工单元的安装技能训练”任务中讨论。
2.2加工单元的气动元件
加工单元所使用气动执行元件包括标准直线气缸、薄型气缸和气动手指,下面只介绍前面尚未提及的薄型气缸和气动手指。
1、薄型气缸
薄型气缸属于省空间气缸类,即气缸的轴向或径向尺寸比标准气缸有较大减小的气缸。
具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点。
图2-2是薄型气缸的一些实例图。
图2-2薄型气缸的实例图
薄型气缸的特点是:
缸筒与无杆侧端盖压铸成一体,杆盖用弹性挡圈固定,缸体为方形。
这种气缸通常用于固定夹具和搬运中固定工件等。
在YL-335B的加工单元中,薄型气缸用于冲压,这主要是考虑该气缸行程短的特点。
2、气动手指(气爪)
气爪用于抓取、夹紧工件。
气爪通常有滑动导轨型、支点开闭型和回转驱动型等工作方式。
YL-335B的加工单元所使用的是滑动导轨型气动手指,如图2-3(a)所示。
其工作原理可从其中剖面图(b)和(c)看出。
图2-3气动手指实物和工作原理
3、气动控制回路
加工单元的气动控制元件均采用二位五通单电控电磁换向阀,各电磁阀均带有手动换向和加锁钮。
它们集中安装成阀组固定在冲压支撑架后面。
气动控制回路的工作原理如图2-4所示。
1B1和1B2为安装在冲压气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关,2B1和2B2为安装在加工台伸缩气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关,3B1为安装在手爪气缸工作位置的磁感应接近开关。
1Y1、2Y1和3Y1分别为控制冲压气缸、加工台伸缩气缸和手爪气缸的电磁阀的电磁控制端。
图2-4加工单元气动控制回路工作原理图
3.1加工单元的安装技能训练
1、训练目标
将加工单元的机械部分拆开成组件和零件的形式,然后再组装成原样。
要求着重掌握机械设备的安装、调整方法与技巧。
2、安装步骤和方法
气路和电路连接须注意事项在供料单元实训项目中已经叙述,这里着重讨论加工单元机械部分安装、调整方法。
加工单元的装配过程包括两部分,一是加工机构组件装配,二是滑动加工台组件装配。
然后进行总装,图3-1是加工机构组件装配图,图3-2是滑动加工台组件装配图,最后图3-3是整个加工单元的组装。
图3-1加工机构组件装配图
图3-2加工台机械装配过程
图3-3加工单元组装图
在完成以上各组件的装配后,首先将物料夹紧及运动送料部分和整个安装底板连接固定,再将铝合金支撑架安装在大底板上,最后将加工组件部分固定在铝合金支撑架上,完成该单元的装配。
安装时的注意事项:
⑴调整两直线导轨的平行时,要一边移动安装在两导轨上的安装板,一边拧紧固定导轨的螺栓。
⑵如果加工组件部分的冲压头和加工台上的工件的的中心没有对正,可以通过调整推料气缸旋入两导轨连接板的深度来进行对正。
3.2加工单元PLC控制系统设计
1工作任务
只考虑加工单元作为独立设备运行时的情况,本单元的按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关应置于“单站方式”位置。
具体的控制要求为:
1、初始状态:
设备上电和气源接通后,滑动加工台伸缩气缸处于伸出位置,加工台气动手爪松开的状态,冲压气缸处于缩回位置,急停按钮没有按下。
若设备在上述初始状态,则“正常工作”指示灯HL1常亮,表示设备准备好。
否则,该指示灯以1Hz频率闪烁。
2、若设备准备好,按下启动按钮,设备启动,“设备运行”指示灯HL2常亮。
当待加工工件送到加工台上并被检出后,设备执行将工件夹紧,送往加工区域冲压,完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。
如果没有停止信号输入,当再有待加工工件送到加工台上时,加工单元又开始下一周期工作。
③在工作过程中,若按下停止按钮,加工单元在完成本周期的动作后停止工作。
HL2指示灯熄灭。
3、在工作过程中,若按下停止按钮,加工单元在完成本周期的动作后停止工作。
HL2指示灯熄灭。
要求完成如下任务。
(1)规划PLC的I/O分配及接线端子分配。
(2)进行系统安装接线和气路连接。
(3)编制PLC程序。
(4)进行调试与运行。
3.3PLC的I/O分配及系统安装接线
1、装置侧接线端口信号分配如表3-3所示
表3-3加工单元装置侧的接线端口信号端子的分配
输入端口中间层
输出端口中间层
端子号
设备符号
信号线
端子号
设备符号
信号线
2
SC1
加工台物料检测
2
3Y
夹紧电磁阀
3
3B2
工件夹紧检测
3
4
2B2
加工台伸出到位
4
2Y
伸缩电磁阀
5
2B1
加工台缩回到位
5
1Y
冲压电磁阀
6
1B1
加工压头上限
7
1B2
加工压头下限
8#~17#端子没有连接
6#~14#端子没有连接
2、加工单元选用S7-224AC/DC/RLY主单元,共14点输入和10点继电器输出。
PLC的I/O信号表如表3-3所示,接线原理图如图3-4所示。
表3-4加工单元PLC的I/O信号表
输入信号
输出信号
序号
PLC输入点
信号名称
信号来源
序号
PLC输出点
信号名称
信号来源
1
I0.0
加工台物料检测
装置侧
1
Q0.0
夹紧电磁阀
装置侧
2
I0.1
工件夹紧检测
2
Q0.1
3
I0.2
加工台伸出到位
3
Q0.2
料台伸缩电磁阀
4
I0.3
加工台缩回到位
4
Q0.3
加工压头电磁阀
5
I0.4
加工压头上限
5
Q0.4
6
I0.5
加工压头下限
6
Q0.5
7
I0.6
7
Q0.6
8
I0.7
8
Q0.7
9
I1.0
9
Q1.0
正常工作指示
按钮/指示灯模块
10
I1.1
10
Q1.1
运行指示
11
I1.2
停止按钮
按钮/指示灯模块
12
I1.3
启动按钮
13
I1.4
急停按钮
14
I1.5
单站/全线
图3-4加工单元PLC的I/O接线原理图
4.1调试PLC控制程序与调整
1调试
加工单元主程序流程与供料单元类似,也是PLC上电后应首先进入初始状态检查阶段,确认系统已经准备就绪后,才允许接收启动信号投入运行。
但加工单元工作任务中增加了急停功能。
为此,调用加工控制子程序的条件应该是“单元在运行状态”和“急停按钮未按”两者同时成立,如图4-1所示。
图4-1加工控制子程序的调用
这样,当在运行过程中按下急停按钮时,立即停止调用加工控制子程序,但急停前当前步的S元件仍在置位状态,急停复位后,就能从断点开始继续运行。
加工过程也是一个顺序控制,其步进流程图如图4-2所示。
图4-2加工过程的流程图
从流程图可以看到,当一个加工周期结束,只有加工好的工件被取走后,程序才能返回S0.0步,这就避免了重复加工的可能。
2调整
(1)调整气动部分,检查气路是否正确,气压是否合理,气缸的动作速度是否合理。
(2)检查磁性开关的安装位置是否到位,磁性开关工作是否正常。
(3)检查I/O接线是否正确。
(4)检查光电传感器安装是否合理,灵敏度是否合适,保证检测的可靠性。
(5)放入工件,运行程序看加工单元动作是否满足任务要求。
(6)调试各种可能出现的情况,比如在任何情况下都有可能加入工件,系统都要能可靠工作。
(7)优化程序。
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- 机电 一体化 设计 实现 课程设计