2015年制造系统自动化技术大作业

制造系统自动化技术大作业指导书
李松柏编
中南大学
2015年12月
目录
1. 前言 (1)
2. 第一作业控制自动化技术 (2)
作业题目：搬运机械手运动控制系统设计
3. 第二作业物料传输自动化技术 (4)
作业题目：自动导引式物料搬运小车系统设计
4. 第三作业检测自动化技术 (6)
作业题目：零件质量的自动化检测系统设计
5. 第四作业装配自动化技术 (8)
作业题目：滚动组件自动装配系统设计
6. 附录 (9)
1. 前言
《制造系统自动化技术》是机械设计制造及其自动化专业的主干选修课，通过系统全面的课堂教学和直观生动形象的实验教学，让学生全面深入地掌握制造系统自动化技术知识。

通过新知识的获取和以往所学知识的综合应用，培养学生分析和解决制造系统自动化问题的能力。

本课程作业设计是培养同学们进行制造系统自动化设计能力、综合运用所学知识能力、解决实际制造系统中问题能力的一个重要环节。

通过本作业的训练可使同学进一步掌握和了解制造自动化系统中各个环节的设计过程与方法，熟悉制造自动化技术的设计规范以及各种自动化机构、控制方法、检测元器件等的运用，为解决制造系统中的实际问题打下基础。

本课程作业涉及四个方面的技朮，分别为控制自动化技术、物料传输自动化技术、检测自动化技术和装配自动化技术。

要求同学严格地按着作业的设计内容来完成，需要手写文稿，要求结构合理、图纸规范、文字简练、书写工整。

作业内容和数量根据具体情况而定，一般要求每位同学完成一个以上作业。

编者
2015年12月
第一作业搬运机械手运动控制系统设计
一、搬运机械手功能示意图
图1
二、基本要求与参数
本作业要求完成一种二指机械手的运动控制系统设计。

该机械手采用二指夹持结构，如图1所示，机械手实现对工件的夹持、搬运、放置等操作。

以夹持圆柱体为例，要求设计运动控制系统及控制流程。

机械手通过升降、左右回转、前后伸缩、夹紧及松开等动作完成工件从位置A到B的搬运工作，具体操作顺序：逆时针回转(机械手的初始位置在A与B之间)—>下降—>夹紧—>上升—>顺时针回转—>下降—>松开—>上升，机械手的工作臂都设有限位开关SQi。

设计参数：
（1）抓重:20Kg
（2）最大工作半径：2000mm
（3）运动参数：
伸缩行程：0-1500mm；
伸缩速度：100mm/s；
升降行程：0-600mm；
升降速度：60mm/s
回转范围：0-180º
控制器要求：
（1）在PLC、单片机、PC微机或者DSP中任选其一；
（2）具备回原点、手动单步操作及自动连续操作等基本功能。

三、工作量
（1）驱动及传动方案的设计及部件的选择；
（2）二指夹持机构的设计及计算；
（3）总体控制方案及控制流程的设计；
（4）设计说明书一份。

四、设计内容及说明
（1）机械手工作臂及机身驱动部件的选择及设计，需设计出具体的驱动及传动方案，画出方案原理框图。

（2）末端夹持机构设计，该结构需保证抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能力。

设计应包括确定夹持方案、计算夹持范围、计算夹紧力及驱动力，完成夹持机构设计图。

（3）控制系统设计，包括确定控制方案、核心功能部件的选择、主要功能模块的实现原理、绘制控制流程框图。

第二作业自动导引式物料搬运小车系统设计
一、自动导引搬运小车功能示意图
图2 小车运行线路示意图
二、基本要求与参数
本作业要求完成一种自动导引式物料搬运小车系统设计。

小车主要实现的功能是自动寻迹并且完成物料的搬运。

如上图所示，小车首先在A区装载物料，然后开始沿着指定轨迹（黑色导引线）自动运行，导引线宽为20mm，小车上要求装有相应的传感器用来完成寻迹和小车运行轨迹调节，保证小车始终沿着指定轨
迹运行不偏离。

运行到C区以后停止，卸货后沿原路径返回A区再次装载物料，如此往复。

A、C区各有一条与导引线垂直的黑色边界线，线宽为20mm，要求小车在A、C区停止时，不能超出边界线限定范围。

（小车由蓄电池供电）相关设计参数：
（1）小车运动方式：全自动导引式。

（2）小车载重能力:20Kg，自重不超过15Kg。

（3）小车运动距离：8000mm。

（4）小车运行速度：不小于0.6m/s。

三、工作量
（1）小车轮系结构的设计与分析；
（2）自动导引方案的设计及传感器的选择与分析；
（3）小车驱动及运动控制方案的设计与分析；
（4）控制流程的设计以及控制程序的编写；
（5）设计说明书一份。

四、设计内容及说明
（1）根据要求选择合适的传感器，设计搬运小车的自动导引系统，并进行可行性分析，保证小车能够沿着给定的路径运动。

（2）确定小车的轮系结构，如主动轮与从动轮的个数以及转向方式。

设计小车的驱动方案，确定电机的个数与类型，计算小车载重、行驶速度等技术指标，并分析论证轮系结构与驱动方案的合理性，满足设计要求。

（3）小车控制系统设计，包括确定控制方案、控制核心器件的选择、自动导引功能的实现原理、绘制控制流程框图、编制控制程序。

第三作业零件质量的自动化检测系统设计一、零件结构图
二、自动检测项目
（1）孔是否已加工？
（2）面A和B是否已加工？
（3）孔φ15±0.01精度是否满足要求？
（4）凸台外径φ40±0.012精度是否满足要求？
（5）零件质量30±0.01kg是否满足要求？
（6）产品标签（白色）是否帖正或漏帖？
（7）如果不合格将其剔除到次品箱；
（8）对合格产品和不合格产品进行计数。

三、工作量
（1）设计一套检测装置，能完成所有检测内容；
（2）说明书一份，说明各个检测内容采用什么传感器，如何实现；
（3）自动检测流程图一份。

四、设计内容及说明
要求将检测装置画出，能完成所有检测内容；在完成自动检测功能的基础上，要求费用最少，以提高经济效益；检测装置结构简单可靠、易于加工和实现；自动检测流程图要求详细正确。

第四作业滚动组件自动装配系统设计
一、组件自动装配图及其相关参数
图a 组件装配图图b 非标准开口弹簧挡圈组件由轴、滚轮和非标准开口弹簧挡圈组成，如图(a)所示。

图(b)为非标准弹簧挡圈(材料为65Mn)。

图(a)中：A=φ40；B=φ38；C=φ20H7/h6；D=φ17；E=φ19.5。

二、设计内容及技术要求
（1）为了提高零件的生产效率，降低生产成本，拟将轴和滚轮的径向配合尺寸公差扩大三倍，但装配后仍保持φ20H7/h6的配合性质。

（2）绘制组件自动装配系统结构示意图，要求全面反映三个零件的装配过程及其结构(参见教材图6-4)。

（3）绘制三个零件的振动上料机构示意图，重点考虑滑道的设计，保证出口零件的方向性。

（4）绘制滚轮和轴尺寸选配的原理图，考虑尺寸选配传感器的选择或者设计，(参见课件第6章有关部分)。

（5）轴和滚轮的轴向配合为间隙配合。

三、设计内容及说明
撰写说明书一份，内容包括：
（1）绘制轴和滚轮的分组选配径向配合尺寸 20H7/h6的公差带示意图。

（2）绘制组件自动装配系统结构示意图。

（3）绘制三个零件的振动上料机构示意图。

（4）绘制滚轮和轴尺寸选配的原理图。

///////////////////////////////////////////////////////////////////// 6 附录封面格式（A4或16开纸）
中南大学
制造系统自动化技术课程大作业
题目：
班级：
学号：
姓名：
日期：
9。