加工检测模块单元改造..

目录

目录 (1)

摘要 (2)

一、机械系统课程实践的目的 (3)

二、课程设计任务及要求 (3)

三、机电一体化系统 (4)

四、M03加工检测单元分析和改进方案 (5)

五、M03单元改进设计说明书 (6)

1.机械系统 (6)

1.1凸轮分割器 (6)

1.2齿轮机构 (7)

1.3有限元分析 (9)

2.控制系统 (9)

2.1控制系统流程 (9)

2.2控制系统的选择 (9)

2.3控制系统的设定 (10)

2.4 PLC梯形图 (11)

3.执行系统 (12)

3.1气动系统 (12)

3.2电气系统 (14)

4、传感系统 (17)

5、动力系统 (19)

六、小结 (19)

参考资料 (20)

摘要

机械系统实验的目的是通过实验令学生能够正确掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤和掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想。本次实验的主要任务是改进M03加工检测模块单元，以适应新的工件的加工。相比原方案，我们小组增加了传感器的数量和新的定位机构以实现方案的改进计划。

一、机械系统课程实践的目的

机械系统实验的目的是令学生能够正确运用《机电系统设计》课程的基本理论和相关知识，掌握机电一体化系统（产品）的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力。

通过机械部分设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；通过课程设计提高学生应用手册、标准及编写技术说明书的能力，促进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高。

二、课程设计任务及要求

本次课程设计的任务是经过过学习和了解自动化生产线实验设备后，改变加工工件的大小尺寸，然后分小组改进生产线的各个模块单元，以适应新的工件加工。自动化生产线实验设备一共分为十个模块单元，分别是M01供料及检测单元，M02次品处理单元，M03加工检验单元，M04表面处理单元，M05分拣单元，M06装配单元，M07机械臂运动单元，M08冲压单元，M09产品标记单元，M10立体仓库单元。本小组的改进部分是改进M03加工检验单元，并且尽量与其他相关联的单元的改进方案建立联系，相互配合。

（自动化生产线设备）

三、机电一体化系统

机电一体化的目的是使系统(产品)高附加价值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化需求和生产的省力化、自动化需求。

机电一体化系统构成要素及功能构成主要为机械系统、控制系统、执行系统、传感系统、动力系统。本小组主要通过以上机电一体化系统的构

成要素分析M03加工检测单元并且对该单元加以改进。

（M03加工检测模块单元）

四、M03加工检测单元分析和改进方案

原工作方案：M02次品处理单元将合格的工件原料通过机械手夹具放置到M03加工检测模块单元的转盘上，光电漫反射传感器发出信号，步进电机工作，通过齿轮机构带动转盘转动，同时，M04表面处理单元的机械手转至M03单元方向。转盘转动到一定角度后，电机停止，夹具加紧工件。刀具选择盘转动选择刀具，并且钻孔。在钻孔的同时，带有电阻尺的探头检测工件钻孔加工情况并将检测情况变为电信号传送给M05分拣单元，同一时刻M04表面处理单元的机械手抓取工件到M04单元进行表面处理。

因需要加工的工件尺寸发生变化，所以，对M03加工检测单元进行了部分改进，以适应工件尺寸的变化。

改进方案：转盘原大小尺寸不变，厚度增加至40cm；因工件尺寸增

大，装夹的弧形定位槽尺寸增大；将检测工件是否接近M03单元的传感器改为槽式光电传感器；为保证转盘旋转时工件可以精确定位，在钻孔工

位增加一个光电漫反射传感器；为了提高旋转精度和降低转速，在齿轮机

构与转盘之间增加一个间歇机构------凸轮分割器；

需加工工件：直径50mm，高60mm,材料为钢材，密度为7.85g/cm³

五、M03单元改进设计说明书

1.机械系统

1.1凸轮分割器

凸轮分割器是一种标准化的自动机械转位分度部件，可以根据节拍时间及负载大小等参数要求向专业制造商订购。

凸轮分割器工作原理：通过输入轴上的共轭凸轮与输出轴上带有均匀分布滚针轴承的分度盘无间隙垂直啮合，凸轮轮廓面的曲线段驱

使分度盘上的滚针轴承带动分度盘转位，直线段使分度盘静止，并定

位自锁，就是做〔停止→分割→停止→分割→）的间歇分割回转运动。

通常情况下，输入轴旋转一圈（360°），输出轴便完成一动一停的一

个分度过程，在一个分度过程中，输出轴有一个转位时间和停止时间

之比叫动静比，动静比的大小与凸轮曲线段在整个凸轮圆周上所占的

角度大小有关系（通常把这段曲线所占的角度叫动程角），动程角越

大，比值越大，分割器运转越平稳；凸轮圆周上直线段所占的角度叫

静止角，动程角与静止角之和为360°。

凸轮分割器特点：1.结构简单：主要由立体凸轮和分割盘两部分组成。

2.动作准确：无论在分割区，还是静止区，都有准

确的定位。完全不需要其它锁紧元件。可实现任

意确定的动静比和分割数。

3.传动平稳：立体凸轮曲线的运动特性好，传动是

光滑连续的，振动小，噪声低。

4.输出分割精度高：分割器的输出精度一般≤±

50 〃。高者可达≤± 30 〃。

5.高速性能好：分割器立体凸轮和分割轮属无间隙

啮合传动，冲击振动小，可实现高速，达 900rPm.

6.寿命长：分割器标准使用寿命为 12000 小时。

凸轮分割器参数：1..驱动时间2秒，定位时间8秒

2.输入凸轮轴转速50rpm

3.凸轮曲线:变形正弦曲线

4.回转盘重量20kg

5.工件重量0.97kg

6..工件距离转盘支撑点200mm

因为凸输曲线是变形正弦曲线,因此查表可得:

Vm: 最大非向性速度Vm =1.76

Am: 最大非向性之加速度Am=5.33

Qm: 凸轮轴最大扭力系数Om=0.99

回转盘惯性矩：T1=10×0.23²/（2G）=0.054

工件惯性矩：T2;=0.97×0.2²/（2G）=0.0198

总惯性距：T=T1+T2=0.0738

输出轴最大角速度：α=Am×2π/s×(360/θh×N/60)²=6.75rad/s²

惯性扭矩：Ti=T×α=0.498

摩擦系数查表取0.15，则Tf=μ×（20+0.97）×0.2=0.6291kg.m

总负载扭矩：Te=Ti+Tf=1.127

因安全负载因数为fe=1.8,所以实际总负载扭矩Te=1.127×1.8=2.0286 根据以上所计算的资料以及输入轴的转数50rpm来选择,参考说明书上所记载,凡是输出轴扭矩高于以上所计算的Te值者均可选

用。所以,选择分割工位为6，动程角为270°，变形正弦曲线的凸轮

分割器。

1.2齿轮机构

机械结构分析

齿轮机构是应用最广的传动机构之一。其主要优点是：

1）使用的圆周速度和功率范围广；

2）效率较高；

3）传动比稳定；

4）寿命长；

5）工作可靠性高；故请选择齿轮机构作为传动机构。