MPS上料检测站和搬运站机械设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 共 24 页 摘要 模块化模拟生产系统 (一套模拟实际工业生产过程具有大量复杂控制的教学培训装置，它具有模块化、综合性和易扩充等特点。 该系统由上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站、分类站等六个部分组成。每一站都有一套独立的 能单独完成一个动作过程，将各站按一定顺序联接在一起后，就组成了一个模块化生产系统。本次毕业设计的任务就是完成六个模块的机械装置和气动回路的设计。 该系统的设计特点是模块化，结构简单，模拟性强，操作简便。每一站就是一个模块，各自有一套独立的功能。各模块之间又能相互联系， 利用 验装置，除进行基本的大纲要求的理论和实践学习以外，还可以进一步提升学习内容。如对 现在的单机使用方法外，可以将所用 接成网，用一台计算机进行监控与编程，组成 型的 可按照相关的通信协议，组成如 是一台较理想的理论知识和技能训练相结合的教学设备，非常适合高等职业技术学校进行模块化教学。 该设计课题为多人分做，本人的设计重点是安装站的机械装置和气动回路部分 ，包括 同步齿型带与带轮的设计。 江南大学毕业设计（论文） 第 2 页 共 24 页 目 录 1 总体方案设计概述 （ 01） 2 上料检测站设计说明 （ 02） 务分析与引入 （ 02） 关知识 （ 02） 动回路 （ 02） 它部分组成 （ 05） （ 06） （ 08） （ 10） 作过程 （ 11） 择电动机 （ 11） 道角度设计 （ 13） （ 14） （ 14） 3 搬运站设计说明 （ 13） （ 15） （ 15） （ 17） （ 17） （ 18） 结论 （ 19） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 共 24 页 谢辞 （ 20） 参考文献 （ 21） 江南大学毕业设计（论文） 第 4 页 共 24 页 第一章 总体方案设计概述 模块化生产系统由上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站 ,分类站六部分组成。在上料检测站中有一个回转仓，仓内存储着黑、白两种颜色的大工件，在安装站有一个料仓，仓内存储着黑、白两种颜色的大小工件。每一站都有一套独立的 能单独完成一个动作过程，而将各站按一定顺序联接在一起后，就组成了一个模块化生产系统，如图 1所示。 安装站上料检测站搬运站加工站安装搬运站分类站图 1 1 系统方框图 模块化 生产系统工作过程简述如下：通过程序的控制，上料检测站将大工件从回转料仓内送出，搬运站把大工件从上料检测站搬至加工站，加工站将大工件加工、检测后送出，安装搬运站把大工件搬至安装工位放下，安装站把对应的小工件装入大工件中，而后，安装搬运站将安装好的工件送至分类站，分类站再将工件按要求送入相应的仓库。 直流电动机有调速性能好，起动力矩大的特性，能较好地适合本系统要求，所以考虑原动机械选用直流电动机。又因该系统为教学实验设备。动力较小，主要是满足运动要求，所以气缸主要根据运动要求进行选择。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 共 24 页 第二章 上料检测站设计说明 务分析与引入 上料检测工位 是 模拟自动生产线 的第一工位，其主要功能是将系统要加工的大工件从回转 料仓 中送出。当工件被送至输出平台时， 光电式接近开关 1大工件进行颜色检测，并在送出工件的同时，将检测到的颜色信号输出，等待下一工位的搬运机械手来取走。 相关知识 动回路 上料检测工位的气动回路如图 2 1所示，图中虚线框中是调压过滤器，实物如图 2 2所示。 1 1 上料检测工位气动回路 江南大学毕业设计（论文） 第 6 页 共 24 页 调压过滤器的作用是 滤除压缩空气中的杂质，达到系统所要求的净化程度，并 将从贮气罐传来的压缩空气调到所需的压力，减小压力波动，保持系统压力的稳定。 1号气缸是可调双向缓冲气缸（如图 2 3所示），由单控二位五通电磁位五 换向 阀控制其往复运动。单控二 通电磁换向阀实物如图 2 4所示。当电磁线圈 1控二位五通电磁换向阀控制 压缩空气的走向 ，使气缸活塞杆收缩（工作台上升），活塞杆的运动速度由单向节流阀 1控制。 1单控二位五通电磁换 向阀控制气缸活塞杆伸出（工作台下降），活塞杆的运动速度由单向节流阀 2控制。 调压钮 储水器 出水口 放水钮 压力表 手动阀门 出气口 进气口 图 2 2 调压过滤器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 共 24 页 气缸是 气动回路 的执行元件，作用 是将压缩空气的能量转化为机械能， 用于实现直线往复运动和旋转运动。 缓冲气缸内设置有缓冲装置，使活塞接近 气缸端盖时逐渐减速，可以防止活塞与气缸端盖发生碰撞。 换向阀是气动回路的控制元件，其工作原理是利用换向阀内阀芯相对阀体的运动，使图 2 3 气缸 节流阀 2 调速钮 活塞杆 节流阀 1 磁性接近开关 磁性接近开关 缸体 图 2 4 单控二位五通阀 阀体 电磁线圈 按钮 江南大学毕业设计（论文） 第 8 页 共 24 页 气路接通或关断，从而使气动执行元件实现起动、停止或变换运动方向。 单向节流阀同样 是气动回路的控制元件，其工作原理 是通过改变阀的流通截面积来实现控制气体的流量，以达到改变执行元件运动速度的目的。 2 它部分组成 （ 1）蜂鸣器 1F 、警灯 1电机 1M 分别由继电器 111制，其电路原理如图 2 5所示。 （ 2） 光电 传感器（光电式接近 开关 ）实物如图 2 6所示，光电式接近 开关 原理示 意图 2 5 电原理图 图 2 6 光电式接近开关 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 共 24 页 图如图 2 7 所示 ，它 是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（ 或 激光二极管。接收器 由 光电二极管或光电三极管组 成。在发射器 、 接收器的前面，装有光学元件如滤镜和光圈等。在接收器后面的是检测电路，它能滤出有效信号 并 应用该信号。 根据光电开关在检测物体时，发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同， 可分为对射型、漫反射型、镜面反射型 等 。 使用的 光电 传感器 属于 漫反射型 ，其工作原理 是 ： 当 光源 发射 出 光束时，目标物 产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件 （即该种开关集发射器和接收器于一体） ，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化。 其 有效作用距离是由目标的反射能力决定 的 ， 即 由目标表面性质和颜色决 定 。当被测物体的表面光亮或其反光率较高时， 漫反射型光电开关 是首选的检测器件。从另外一个角度而言，对于反光率低的物体，如 表面为吸收光的 黑色 物体， 漫反射型光电开关 反应 不敏感， 将不会产生开关信号。 电开关 这一特性来判别黑、白工件的。 （ 3）舌簧传感器是 磁性接近开关的一种，如图 2 3中所示。 当磁性目标接近时，舌簧闭合经放大输出开关信号。 它 适用于气动、液 压传 动、气缸和活塞泵的位置测定 ， 亦可作限位开关用。 是采用舌簧传感器，由气缸活塞的磁环发出信号， 对气缸的伸出和缩回是否到位进行检测。 功能介绍 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 15- M a r - 2005 S he e t F i l e : H : 教材 单站 r a w n B y :接收发射器电路 整形放大 开关量输出被测物体接收器图 2 7 光电式接近开关原理示意图 江南大学毕业设计（论文） 第 10 页 共 24 页 传感器简介 模拟生产系统的英文缩写，用于模拟一个典型的顺序控制系统。在该系统中必须完成工件颜色的判别、加工、搬运、分类等。这些功能实现的一个很重要的环节，是必须对工件、系统机械部件的位置及工件的颜色进行感知，即检测，而这一工作的完成很大程度上依赖于传感器的使用。 由于大规模集成电路等电子及信息技术的飞速发展，计算机得到广泛应用。与此同时，要求能够迅速、准确、灵敏地将有关信息获取并传输到电子设备或系统的器件电子传感器便显得特别重要并得到了很 大发展。 电子传感器作为一种独立器件，当它和微电子技术与微处理技术结合后，出现了新的突破。现阶段正朝着集成化，智能化的方向快速发展。如果把传感元件与信号处理的电路集成到一块芯片上，就成了信息型传感器；如果能把微处理器也集成到同一芯片上，就成了智能型传感器。 传感器按其机理及转换形式分类有结构型、物性型、数字（频率）型、量子型、信息型和智能型。按敏感材料分类有半导体型、功能陶瓷型、功能高聚物型等。按测量对象参数分类有光传感器、湿度传感器、温度传感器、磁传感器、压力（压迫）传感器、振动传感器、超声波传感器等。按 应用领域分类有机器人传感器、医用（生物）传感器、环保传感器等。 在本设计中用到了无接近式传感器（电容传感器、电感传感器）、光电传感器、磁传感器（磁性开关）。分别判别黑白工件；检测工件、系统机械传动装置及气缸运动是否到位等功能。 其中无接触接近式传感器是一种具有开关量输出的位置传感器。当检测物接近检测区域时，能迅速输出信号，从而达到检测目的。（电容传感器主要用来检测各种物体的材料） 气压传动工作原理及特点 (气缸或气马达 )完成直线运动和旋转运动，而气压传动与液压传动相比：有传动反应快，维护简单，工作环境适应性好，允许工作温度范围宽，有过载保护作用能源损失小等优点。 气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的能量转化装置。包括气缸和气马达，其中气缸用于实现直线往复直线运动、气马达用于实现旋转运动。 本设计选用气缸，气缸又分单作用气缸和双作用气缸。 单作用气缸是指压缩空气作用在活塞端面上，推动活塞运动，而活塞的反向运动依靠复位弹簧力、重力或其他外力来完成。 双作用气缸是指活塞在两个方向上的 运动都是依靠压缩空气的作用而实现的。 气压传动的基本回路 气压传动基本回路是由一些气压元件组成并能完成某特定功能的典型气路结构。 a. 方向控制回路：用来控制气体的通、断及流动方向。 b. 压力控制回路：用来控制系统或系统某一部分的气体压力。 c. 速度控制回路：用来调节气缸的运动速度或气缸的缓冲等。一般气动系统的功率较小，因此调速方法主要是节流调速。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 共 24 页 d. 顺序动作回路：用来使执行元件按预定顺序动作。 控制面板的介绍 在控制面板上共装有八只操作开关，其中六只为 按钮开关，二只为转换开关，具体位置见图 2 2 所示。 当设备接通电源时，本站中的 上电。当按下“上电按钮”时，外围设备通电。当设备运行中出现意外需停止外围设备时，可按下急停按钮切断外围设备的电源，但此时 不停止运行。另外四个按钮和两个开关分别对应 六个输入点，面板上分别命名为开始、复位、特殊、自动 /手动、单站 /联站、停止，其实际操作功能由编程决定。开始、复位、特殊、停止、上电五个按钮均为带指示灯的按钮，四个指示灯（上电灯除外）分别由 四个输出点驱动，可根据需要通过编程实现不同的指示功能。 一般在编程中尽量根据面板名称使用各按钮、开关及指示灯。如“开始”按钮一般用来使设备中 外围设备开始按程序进行工作，当按下“停止按钮”时，止运行，按下“急停”按钮则外围设备断电。 “ 急停 ” 按钮 具有自锁功能，“ 急停 ” 按钮 操作设备断电后需手动复位才可重新上电。 开始 复位 特殊 自动 /手动 单站 /联站 停止 上电 急停 图 2 控制面板图 江南大学毕业设计（论文） 第 12 页 共 24 页 控制面板连线 如图 2 3所示。 急停系统控制回路 如图 2 4所示。 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 1- F e 003 S he e t F i l e : H : 讲义 单站 r a w n B y :1 2 3 4 5 6 7 89 1011 1213 14 15 16 17 18 19 20 212223 242 4 6 2 4 控制面板连线图 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 1- F e 003 S he e t F i l e : H : 讲义 单站 r a w n B y :0024 急停 上电指示 图 2停系统控制回路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 共 24 页 3、 上料检测站工作桌面 介绍 工作桌面如图 2 5 所示。 主要是由回转料仓及滑道、 1 号气缸、警灯和蜂鸣器组成。回转料仓的旋转是由电机 M 通过减速机构带动的，当电机 M 得电料仓旋转时，大工件可顺着滑道依次滑下。在滑道上装有电容式接近开关 11道的尽头与一个受 1号气缸控制的工作台相通，旁边装有光电式接近开关 来检测有无工件。工作台在 1号气缸控制下可作上下运动，装置在 1 号气缸上的二只磁性接近开关分别用作 1 号气缸的上下到位检测。在工作台的上限位旁边装有光电式接近开关 作用是检测工件的黑白颜色。当回转料仓中无工件送出时，报警装置（警灯和蜂鸣器）可报警 。 案设计 主要是由回转料仓及滑道、 1 号气缸、警灯和蜂鸣器组成。回转料仓的旋转是由电机M 通过减速机构带动的，当电机得电料仓旋转时，大工件可顺着滑道依次滑下。在滑道上装有电容式的接近开关 11道的尽头与一个受 1号气缸控制的工作台相通，旁边装有光电式接近开关 来检测有无工件。工作台在 1号气缸控制下可作上下运动，装在 1号气缸上的二只磁性接近开关分别用作 1号气缸的上下到位检测。在工作台的上限位图 2 5 工作桌面图 警灯 1 号气缸 回 转 料仓 滑道 蜂鸣器 继电器 气阀 2 大工件 江南大学毕业设计（论文） 第 14 页 共 24 页 旁边有光电式接近开关 作用是检测工件的黑白。当回 转料仓中无工件送出时，报警装置（警灯和蜂鸣器）可报警。 1号气缸是双作用气缸，由单控制电磁 1动回路图如图 2 1所示。 工作过程 （ 1）系统复位、开始 设备接通电源，当按下“上电按钮”、“复位按钮”后， 外围设备都回到起始位置。这时“开关按钮”中的指示灯开始闪烁，当按下“开关按钮”后系统开始动作。 （ 2）料仓输出工件 回转料仓在电动机 工件顺着滑道依次滑下到达小平台上，使装在工作台旁边的光电式接近开关 作。 出信号至 电动机 M 断电，回转料仓停止 转动。 （ 3）工作台上升并送出检测信号 单控电磁阀 1 1号气缸阀杠收缩，带动工作台上升。当到达上限位时，装在 1 号气缸缸体上的磁性接近开关 1作， 1出型号至 知工作台到位。这时，光电式接近开关 将检测结果送至 大工件待取的状态信号和大工件的颜色信号通过通讯接口向第二站发送，等待第二站来读取信号和拿走大工件。 （ 4）工件台下降 第二站从工作台拿走大工件并从通讯接口读走颜色信号后，向第一站发送一个工件已取走信号， 到信号后使电磁 阀 1电， 1 号气缸阀杠伸出，带动工作台下降。当到达下限位时，装在 1 号气缸缸体上的磁性接近开关 1作。 1出信号至 电机 动回转料仓旋转，大工件又顺着滑道依次滑下，进入新一轮工作循环。 择电动机 回转料仓底板受到的钢珠滚阻力矩M 其中工胶钢 由参考文献 1表 1 8 查得：镍铬钢密度 1 =橡胶密度 2 =g/工件（尼龙 6）密度3= g/：滚动摩擦因数 板所受法向反力合力 G：底板总重 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 共 24 页 则 04k g / m 04k g / m 料仓满仓时约有 65 只工件 633 由参考文献 1表 1得： =3 2222222003202234 1 2 8 1 4 a d / a d / i n/ :动时间圆盘初始角速度距离：钢珠中心至转轴中心摩擦力矩：底板受到的总摩擦力则：钢珠直径：钢珠受到的总摩擦力又2 JM 文） 第 16 页 共 24 页 )( 5 0 5 09 5 5 052参考文献 表 1联轴器效率 1=速器效率 2=承效率 3=2 23221 安微电机研究所）数据资料，选 40磁直流电动机，此电动机带减速器，相关参数为： 电机型号 额定电压 额定电流 额定转速 额定功率 转矩 404V 500r/103N m 道角度设计 其中本站设计的主要点就是工件与滑道间的摩擦及滑道沿料仓螺旋而下的角度，要让工件在滑道上自动滑下来，首先要考虑工件与滑道的静摩擦因数以及工件的质量，经过我查相关手册后，工件与滑道间的静摩擦因数 滑道角度设计计算过程： P c o s*ma x c os*s 即 f 11 最大静摩擦力； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 共 24 页 P ：工件重力； 滑道对工件的法向反力； f ：静摩擦因数； 经过计算要让工件 顺利从滑道上滑下，滑道的安装角度要大于 11 。因本站要求 料仓中无料时能自动报警，所以在 滑道上端近料仓出口处和滑道下端近底部分别安装一个传感器，用以检测料仓和滑道上有无工件。故滑道所需距离较长，为了让工件既能顺利从料仓内送出，又节省安装面积，我把滑道设计成沿料仓螺旋而下的形式。 选择气缸型号 根据设计材料的质量及所需行程，查参考文献 选则如下： 1 号气缸 是双作用气缸，由单控电磁阀 1气动回路图如图 2 6 所示。 电机 M 、警灯和蜂鸣器分别由中间继电器 制，电路图如图 2 7所示。 材料选择 因本设计为教学所用，所以选择材料为 道选用不锈钢。 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 27- D e c - 2003 S he e t F i l e : I : 讲义 单站 .B k p D r a w n B y :2 1 2 4 图 2 7 电路图 图 2气动回路图 1江南大学毕业设计（论文） 第 18 页 共 24 页 第三章 搬运站设计说明 任务分析与引入 搬运工位是模拟自动生产线的第二工位，其主要功能是把上料检测工位准备好的大工件搬运到第三工位 (加工工位 )进行加工，并在搬运过程中将大工件的颜色信号也同步传送至加工工位。 其它部分 组成 （ 1）缓冲器如图 3 1 所示，当机械手左右旋转时，由于存在一定的转动惯性，将对其限位装置有冲击作用。缓冲器减小了这种冲击作用的影响。在设备调试时缓冲器的位置应配合接近开关的位置一起调试，以便达到准确定位的目的。 （ 2）电感式传感器（接近开关） 外形如图 3 2 所示。它对机械手的左右位置进行检测，当机械手的手臂（伸缩气缸体）靠近电感式接近开关时，它将到位信号传送给 图 3 2 电感式传感器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 共 24 页 电感式接近开关是 一种有开关量输出的位置传感器， 工作原理框图如图 3 3所示。它由 频振荡器和放大处理电路组成，利 用金属物 体接近时， 在 物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关内部振荡电路的参数发生变化，识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。 由此可见电感式传感器（ 接近开关 ）所 检测的物体必须是金属 物 体 ，此性能亦可用于判别金属与非金属工件。 这种接近开关能准确反应出运动机构的位置和行程，其定位精度、操作频率、使用寿命、 安装调整的方便性 等优点 和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所 不能相比的。 （ 3）机械手 随着自动化程度不断提高，实现工件的装卸、转向、输送等作业的自动化已越来越被人们所重视。机械手能按照既定程序，轨迹和要求，模仿人手的部分动作，实现工件的抓取、搬运和操作等工作的自动化。气动机械手是指以压缩空气为动力源驱动的机械手。 在生产中，应用机械手可以提高生产的自动化程度，减轻劳动强度，保証产品质量，图 3 1 缓冲器 缓冲器 电感式接近开关 2 号气缸 图 3 3 电感式接近开关工作原理示意图 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 15- M a r - 2005 S he e t F i l e : H : 教材 单站 r a w n B y :高频振荡电路整形检波信号处理开关量输出感应磁罐被测金属物体江南大学毕业设计（论文） 第 20 页 共 24 页 尤其在高温、高压、易燃、易爆、有毒放射性等恶劣环境中，它可以替代人进行正常工作，因此在自动化工作领域中得到了广泛应用。 方案设计 它是由一只具有三个自由度的机械手及相关器件组成，机械手的动作是依靠气缸的运动来完成的。 1号气缸是旋转气缸，受双控电磁阀 11要带动机械手的左右旋转， 11现位置检测； 2 号气缸是双作用气缸，由双控电磁阀 22制，实现机械手的伸缩动作， 223 号气缸是双作用气缸，由双控电磁阀33制，使机械手夹爪实现放松和夹紧动作， 3它的状态进行检测； 4 号气缸是双作用气缸，由单控电磁阀 4动机械手上下动作， 44行限位检测。气动回路图如图 3 4所示。 图 3 4 气动回路图 作过程 （ 1）系统复位、开始 当按下“上电按钮”、“复位按钮”后 械手靠近第一站）。这时“开始按钮”中的指示灯开始闪烁，当按下“按时按钮”后系统开始动作。 （ 2）机械手抓取工件 双控电磁阀 2电动作， 2 号气缸带动机械手伸出到位时，装在 2 号气缸缸体上的磁性接近开关 2作。 2出信号至 到信号后接通单控电磁 阀 44 号气缸带动机械手下降，当达到下限位时，装在 4 号气缸上的磁性接近开关 4作。 4到信号后接通双控电磁阀 3械手夹爪夹紧第一站工作台上的大工件。机械手在抓取大工件的同时，也将大工件的颜色信号由第一站读入第二站抓取大工件后 单控电磁阀 4电， 4 号气缸带动机械手上升。当到达上限位时，装在 4号气缸上的磁性接近开关 4出信号至 2号气缸带动机械手缩回。当到达限位时，装在 2号气缸缸体上的磁性接近开关 2作， 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 21 页 共 24 页 （ 3）由第一站向第三站移位 电并接通双控电磁阀 1 1号气缸到动机械手旋转。当机械手靠近第三站时，装在机械手旁边的磁性接近开关 11 （ 4）机械手放下工件 到信号后使双控电磁阀 2电动作， 2 号气缸带动机械手伸出。当到达限位时，装在 2号气缸缸体上的磁性接近开关 22到信号后使双控电磁阀 24 号气缸带动机械手下降。当到达限位时，装在 4号气缸缸体上的 磁性接近开关 44出信号至 械手夹爪松开将大工件放置在第三站，同时也将大工件的颜色信号在输出口送出。 （ 5）机械手返回 大工件放好后 单控电