项目十 MPS系统供料单元、操作手单元气动系统设计安装

项目十 MPS 系统供料单元、操作手单元气动系统设计安装 一、项目组织结构图

二、项目简介

1、项目要求

掌握气动系统的设计方法

掌握气动系统的元件选择与安装调试方法 掌握气动系统的故障排除方法 掌握电气控制系统的设计与调试 2、技能培养

机-电-气综合系统的应用能力 气动综合系统的安装与调试能力 3、案例说明

本项目采用的案例是MPS 系统供料单元、操作手单元气动系统的设计安装与调试。 供料单元是MPS 中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。相当于实际生产加工系统中的自动上料系统。具体功能是：按照需要将放置在料

仓中的待加工工件（原料）自动地取出，并将其传送到检测单元。

操作手单元可以模拟提取工件、按照要求将工件分流的过程。

通过MPS系统的安装与调试，锻炼学生机—电—气的综合应用能力。

4、教具与操作工具

现场教学：机电技术实训室MPS系统。

三、教学设计

采用学做一体的教学模式

教学步骤分为：

（一）课前准备工作——学生自学、查阅相关资料

（二）边学边做——12课时

实施过程：

1．教师提出设计任务

2．学生分组，探讨设计方案

3．教师指导，优化设计方案

供料单元——

任务驱动1：

有一管状料仓用于存放圆柱形工件，且最多可存放8个。工件必须从顶端的开口处放入，从底部依次取出。设计一供料单元的气动控制回路为加工过程逐一提供加工工件，将工件从料仓中分离，直到堆栈排列的8个工件全部被推出为止。要求采用一双作用气缸，通过活塞杆的运动将工件推出；往复运动的过程中都能进行速度调节。

方案分析：

工件垂直叠放在料仓中，可采用一个双作用气缸的活塞杆将最底层的工件从料仓中推到机械限位位置。另外为节省工作空间，将气缸的活塞杆置于料仓底层并可从料仓的底部通过，当活塞杆在退回的位置时，它与最下层的工件处于同一水平位置。当气缸驱动活塞杆推出时，活塞杆便将最下层的工件水平推到预定位置，从而把工件移出料仓；而当气缸驱动活塞杆返回并从料仓底部抽出时，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为一下次的工件分离做好准备。

要控制双作用缸的动作需换向阀来实现，为便于进行电气控制，可用两位五通电磁换向阀。缸的前进和缩回速度通过单向节流阀调节，单向节流阀用于控制双作用气缸的气体流量，在相反方向上，气体通过单向阀流动。料仓中是否有工件由一个光电式传感器监测。

从光栅上导出一根光纤导线，传光栅发出红色可见光，如果料仓有工件，会遮挡住红色光。送料缸中活塞的位置通过电磁感应式接近开关监测。接近式传感器安装在气缸的末端位置，对安装在气缸上的永久磁铁进行感应。

任务驱动2：

将从料仓中分离出来的工件依次送到下一工位，下一工位需对工件进行颜色和高度的检测，以分离出不合格工件，因此工件也应是依次传送。要求采用一摆动缸，通过摆臂的摆动抓取工件；往复运动的过程中亦能进行速度调节。

方案分析：

考虑到工件传输应是依次进行，且两工位间有一定距离，因此可采用摆动缸进行传送，应用叶片式摆动气缸，将叶片所在轴上连接一摆臂，通过摆臂的摆动将工件移送到下一工位。摆动范围可以通过机械调整控制在0到180度之间。极限位置可以通过行程开关进行检测。为便于电气控制，摆动缸的往复摆动需电磁换向阀进行控制。另外需对叶片的摆动速度进行调节，在回路中可采用单向节流阀进行调节。

任务驱动3：

在任务驱动2中通过摆臂传送工件时如何通过气动装置简单又有效地达到目的？

方案分析：

可采用真空吸盘。将真空吸盘安装于摆臂的另一端，当压缩空气在流动过程中由于流速较快可在气管中产生局部真空，所以在回路中通过一个三通连接吸盘，即可产生负压，在大气压作用下将工件吸起，当摆臂摆到下一工位时再将真空关闭，工件落下。在这个过程中需对吸盘的真空度进行调节，可采用压力继电器。考虑到吸盘吸附工件的可靠性，需在吸盘前使用空气过滤器过滤杂质。回路中采用两个两位两通电磁换向阀，若两个换向阀同时导通，则接于它们之间的真空吸盘产生真空，若两换向阀同时截止则真空关闭。为防止真空产生时空气通过吸盘进入管路，使用单向阀和单向节流阀使气体单向导通。另外考虑到在摆臂吸起工件传送过程中，吸盘应始终朝下，因此在结构上可采用同步带来保证。

真空发生器的引射原理图

任务驱动4：

根据上述三个任务所建立的气动系统可实现对工件的提取及到下一工位的传送，但几个执行部件必须遵照一定的顺序动作方可实现，其动作过程为：

供料过程中，双作用气缸活塞杆从料仓中逐一推出工件，然后摆动缸摆臂上的真空吸盘产生真空将工件吸起，摆臂在摆动气缸的驱动下将工件移至下一个工作站的传输位置。

设计一电气控制回路，实现三个执行元件的顺序控制。

方案分析：

上述执行元件的动作是通过电磁换向阀控制的，因此上述动作顺序可采用电气控制设计电磁铁的得电顺序。

启动条件：料仓中装有工件

初始位置：送料缸活塞杆伸出、摆动缸处于“料仓”位置、真空关闭

工作流程：

1）如果料仓中有工件，按下START按钮后，摆动缸转换到“下一工位”位置；

2）送料缸活塞杆缩回，工件从料仓中推出；

3）摆动缸转换到“料仓”位置；

4）真空启动。当工件被吸起，真空开关切换；

5）送料缸活塞杆伸出，工件落下；

6）摆动缸转换到“下一工位”位置；

7）真空关闭；

8）摆动缸转换到“料仓”位置。

供料单元的气动控制系统原理图

操作手单元——

任务驱动：

设计一气动控制回路，要求其气缸活塞的往复运动能够带动工件一起动作；往复运动的过程中都能进行速度调节；气缸活塞能够在任意位置停止时实现锁紧。

方案分析：

为节省空间，此气缸采用的是无杆气缸，活塞和其要驱动的提取气缸是连动的。要控制无杆缸的往复运动需换向阀来实现，为便于进行电气控制，可用两位五通电磁换向阀（或两个二位三通电磁换向阀）；缸的前进和缩回速度通过单向节流阀调节，单向节流阀用于控制双作用气缸的气体流量，在相反方向上，气体通过单向阀流动；锁紧可以采用在气缸的两边气路上安装气控单向阀。送料缸中活塞的位置通过电磁感应式接近开关监测。接近式传感器安装在气缸的两端和中间位置，对安装在气缸上的永久磁铁进行感应。

下图中的无杆缸气动控制回路即可以上述功能。

操作手单元气动控制回路工作原理图

四、实做指导

（一）实做步骤：

（1）将设计好的气动控制回路原理图在FESTO软件上进行模拟

（2）教师检查，模拟无误后在MPS系统上进行实际调试运行