毕业论文-自动涂胶设备设计

天津轻工技术学院天津轻工技术学院 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 设计题目：设计题目： 自自 动动 涂涂 胶胶 设设 备备 完成期限：自完成期限：自 2010 年年 9 月月 1 日日 所属系部所属系部机械工程系机械工程系 班班级级08 数控数控 2 班班 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师史清卫史清卫 系主任签字系主任签字 批准日期批准日期 一 、 设计（论文）的原始依据：设计（论文）的原始依据： 通过实践考查，结合工作实际，设计适用于自动生产线上的自动涂胶设备， 该设备要将机械结构和气动技术及电气技术有机的结合在一起， 形成机电一体化 设备。 原始数据： 阻挡气缸输出力 F=50N，行程 L=20mm；摆动气缸输出力 F=100N 摆角 =360； 垂直升降气缸输出力 F=400N， 行程 L=50mm； 涂胶气缸输出力 F=100 N， 行程 L=100mm。驱动机构采用气压传动气源提供气压 P=6bar，采用 PLC 对设备进 行控制。 二二 、 设计内容和要求：设计内容和要求： 1设计适用于自动生产线上的自动涂胶设备的机械结构 2设计自动涂胶设备的动态演示图 3完成气动系统的设计（系统气动系统原理图一张；元件缸、阀的选型） 4完成控制系统设计（PLC 接线原理图、I/O 地址分配、控制程序设计） 5完成毕业设计说明书一份 毕业设计（论文）答辩成绩记录表毕业设计（论文）答辩成绩记录表 机械工程系机械工程系专业专业 数控技术数控技术班级班级 08 级级 2 班班学员学员 课题名称自 动 涂 胶 设 备 课题来源企 业起止时间 2010.9.12010.12.30 学员在本课题中完成任务的情况： 指导教师对学员完成本课题的评语及成绩： 指导教师签字年 月 日 答考评组的评语及成绩 组长签字年 月 日 毕业设计（论文）总成绩： 答辩委员会签字年 月 日 天津轻工职业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 （论文）（论文） 论文题目论文题目自自 动动 涂涂 胶胶 设设 备备 系（部）系（部）机械工程系机械工程系 专专业业数控技术数控技术 班班级级0808 数控数控 2 2 班班 姓姓名名 学学号号 指导教师指导教师史清卫史清卫 2010 年年12月月30 日日 目目录录 第一部分：概述*（1） 第二部分：涂胶设备装配图*（2） 第三部分：设计方案的比较*（3） 第四部分：涂胶设备动作时序图*（4） 第五部分：涂胶设备流程图*（5） 第六部分：涂胶设备气动系统原理图*（6） 第七部分：元件选型*（9） 第八部分：I/O 地址分配*（15） 第九部分：控制程序*（16） 第十部分：设计参考资料*（22） 第一部分第一部分概述概述 设计的题目：设计的题目： 涂胶设备涂胶设备 设计的内容设计的内容：涂胶设备动画效果，涂胶设备三视图，时序图，流程图，气路图， 电路图，PLC 接线图，元件选型，I/O 地址表，控制程序 设计的目的设计的目的：该设备主要将机械结构和气动技术及电气技术有机的结合在一起， 通过对系统方案的比较、气动系统的设计、控制程序的编制、主要元件的选型使 我们将所学的机械制图、 机械设计、 电工电子技术、 气动技术、 传感器技术、 PLC 技术、电气安装技术有机的结合在一起，对所学的知识进行综合检测。 涂胶设备涂胶设备主要功能：主要功能： （1）工件的传送、工件的涂胶是利用气动技术实现的，可以在本毕业设计 中熟练掌握气动系统的设计方法； （2）涂胶设备可以提高生产效率，还可以降低废料的产生，并且可以大大 地降低劳动力。在工业生产中可发挥巨大的作用。通过本次的设计熟悉机械 结构、认识机械设计在生产线设计中的重要性； （3）具有计算机管理功能； （4）系统位置的检测由传感器来完成，可拆装更换，体现了传感器在工业 中的应用； （5）可进行 PLC 的安装、编程和调试，认识程序设计的方法。 设计的意义设计的意义：通过这次毕业设计使我们掌握了气动技术、PLC 选型与编程和传感 器的应用。将机电一体化技术集中在一起，使我们在这个领域中得到了初步的认 识。此次设计，在涂胶设备中我们选用的是 SMC 与 FESTO 气缸，在 PLC 的选型我 们选用的是 SIEMENS S7-200，电磁阀选用的是 SMC 产品。至此，我们在中德的 三年学习与实践当中使我们了解到这么多关于机电一体化的知识， 所以我们忠心 感谢学校老师对我们的教导与培养。 1 第二部分第二部分涂胶设备装配图涂胶设备装配图 注：见图纸注：见图纸 2 第三部分：设计方案的比较第三部分：设计方案的比较 一执行系统的比较 气动系统与液压系统相比，气动系统的结构简单，反映速度快，动作迅速， 维护简单，管路不容易堵塞，安全可靠性高，且优于电子和电气系统。液压系统 价格要比气动系统高，而且结构复杂，液压油会造成环境污染，而且还可能引起 火灾爆炸事故，液压元件的制造精度要求高，价格较贵。出现故障时不容易找出 原因。 使用和维修要求有较高的技术水平。因为设计的加工系统不需要太大的压 力， 所以选择气动系统， 而气动系统与电机相比， 电机转化为直线运动比较复杂， 不适合经常拆装，维护要求较高，价格昂贵。综合考虑卡簧自动安装机采用气动 系统优于液压系统和电机设备，所以选择气动执行元件来驱动机构的动作，选择 PLC 进行控制。 二控制系统的比较 PLC 与继电器相比， 继电器控制系统是针对一定的生产机械固定的生产工艺 设计的，采用硬接线方式装配而成的，只能完成既定的，逻辑控制、定时、计数 等功能，一旦生产工艺过程改变，则控制柜必须重新设计，重新配线。而 PLC 由于应用了电子技术和计算机技术，各种控制功能都是通过软件来实现的，只要 改变程序并改动少量的接线端子，就可以适应生产工艺的改变。从适应性，可靠 性，安装维护等各方面比较，PLC 都有显著的优势。PLC 与气动系统相比更灵 活，过去，电器工程师必须为每套设备配置专用控制装置。有了可编程控制器硬 件设备采用相同的可编程控制器，只需编写不同的应用软件即可。而且可以用一 台可编程控制器控制几台操作方式不同的设备。而且便于改变和修正，相对传统 的电气控制线路可编程控制器为改进和修订原设计提供了极其方便的手段。 以前 要花几周的时间，而用可编程控制器只需用几分钟就可完成。并且动作快速，编 程简单，使用方便。 3 第四部分第四部分涂胶设备动作时序图涂胶设备动作时序图 1 号阻挡气 缸 升降气缸 涂料缸 计量装置 摆动气缸 2 号阻挡气 缸 4 第五部分第五部分涂胶设备流程图涂胶设备流程图 5 第六部分第六部分 涂胶设备气动系统原理图涂胶设备气动系统原理图 涂胶设备气路图涂胶设备气路图 摆动气缸1 号阻挡气缸2 号阻挡气缸 升降气缸涂胶气缸计量装置 6 气路图说明： 将工件接触到 B8 传感器时按启动按扭Y1 得电使得一号阻 挡气缸退回将工件放入加工区当工件接触到 B6 传感器时，使 一号阻挡气缸复位，挡住第二个待加工工件当工件接触到 B6， 传感器时使得 Y6 得电，升降缸上升当升降缸上升将工件顶出 并到 S2 位置时，Y3 得电涂胶缸伸出带动涂胶头接近工件当涂 胶缸伸到S4位置时， 延时0.5秒， Y8得电， 计量装置开始挤胶当 胶被 B5 传感器检测到时，使得 Y4 得电，摆缸开始转动，开始为工 件涂胶 当摆缸转到 S8 位置时，Y8 断电，计量装置停止挤胶，退回到初始位 置当计量泵退回到 S5 位置时，使得 Y3 断电，涂胶缸退回 当涂胶缸退回到 S3 位置时，使得 Y6 断电，Y7 得电，升降缸退回 当升降缸退回到 S1 位置时，使得 Y4 断电，Y5 得电，摆缸转到初始 位置当摆缸到 S7 时，使得 Y9 得电，二号阻挡缸退回将工件放 出加工区的同时 1 号阻挡气缸退回新工件进入加工区工件被 放出加工区后接触到 B7 传感器使得 Y9 断电， 二号阻挡缸复 位。 7 PLC 接接 线线 图图 8 第七部分第七部分元件选型元件选型 气缸选型气缸选型 注：摆缸选用 FESTO 产品，其余三项气缸为 SMC 产品。 说明：表中型号 A两端内螺纹B通孔C橡胶缓冲D双动T单动 （弹簧压出）M杆端外螺纹 50、63、63、125 代表缸径（mm）20、100、 50 代表行程（mm）360 代表摆动角度 电磁阀选型电磁阀选型 此外，还选用了一个气动三联件，型号为 AC3000 口径为 3/8。 9 气缸选型计算气缸选型计算 阻挡气缸 工况 50N 缸径 D= 4 P F 根据计算结果参照产品样本选择挡 气缸 CQ2B50-20T = 4 66 . 0 50 =4.2cm=42mm 摆缸 工况 100N 缸径 D= 4 P F 根据计算结果参照产品样本选择缸 DRQ63-360PPVJ = 4 66 . 0 100 =5.95cm=59.5mm 涂胶枪升降气缸 工况 100N 缸径 D= 4 P F 根据计算结果参照产品样本选择涂 胶枪升降气缸 CDQ2A63-100D = 4 66 . 0 100 =5.95cm=59.5mm 升降气缸 工况 400N 缸径 D= 4 P F 根据计算结果参照产品样本选择升 降气 CDQ2B125-50DCM = 4 66 . 0 400 =11.9cm=119mm 10 气缸选型性能特点概述气缸选型性能特点概述 我们所选用的四种气缸均为薄型气缸。其结构特征如下： 缸筒与无杆侧端盖压铸成一体，行程短，杆盖用弹性挡圈固定，缸体为方形， 体积小，重量轻、薄，安装空间小，安装方便，缸径125mm 以上有垫缓冲。可有 各种安装方式用于固定夹具和搬运中固定工件等。 阻挡气缸和涂胶缸我们均选用单作用式。下面说明一下它们涉及到的内容: 单作用气缸结构简单，耗气量少，缸体内安装了弹簧缩短了气缸的有效行程， 弹簧的反作用力随压缩行程的增大而增大，所以活塞杆的输出力随运动行程的增大 而减小，弹簧具有吸收动能的能力，可减小行程终端的撞击作用。一般用于行程短， 对输出力和运动速度要求不高的场合。 阻挡气缸安装使用注意事项如下： 安装时，连接配管内要充分吹洗，防止灰尘、切屑等混入缸内。 活塞杆的滑动部位不得损伤，以免使密封圈损伤造成漏气。 活塞杆的滑动部位不得使用油，以免产生误动作。 不要施加回转力矩。 液压缓冲器吸收能量不能过载。 换液压缓冲器时，阻挡螺钉的力矩为 0.3Nm。 摆缸和升降气缸我们选用双作用式。下面说明一下它们涉及到的内容: 双作用气缸的活塞前进或后退都能输出力（推力或拉力） 。结构简单，行程可根 据要求选择，气缸若不带缓冲装置，当活塞运动到终端时，特别是行程长的气缸活 塞撞击端盖的力很大，容易损坏零件。 双作用气缸有单活塞杆型和双活塞杆型。双活塞杆型气缸的活塞两侧的受压面 积相等，两侧运动行程和输出力是相等的，可用于长行程工作台的装置上，活塞杆 两端可固定气缸的缸筒可随工作台运动刚性增强，导向性好。 为了吸收行程终端气缸运动件的撞击能，在活塞两侧设有缓冲垫，以保护气缸 不受损伤。 11 摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在一定角度范围内作往复回转运动的气动 执行元件，用于物体的转位，翻转分类，夹紧，阀门的开闭以及机器人的手臂动作 等。 我们所选用的摆缸为双作用齿轮齿条式。其特点为体积较大，质量较大，通过 改变内部或外部挡块的位置来改变摆动角。缓冲装置容易设置，输出力矩较大，无 泄漏或很小，摆动角度范围可较宽，最低使用压力较小，用于中途停止状态可长时 间使用。 摆动气缸的选用步骤需要说明一下： 1由摆动气缸所受力矩预选缸的尺寸 根据摆动气缸所受负载的性质确定气缸的理论输出力矩 M。 M。=M/ M摆动气缸承受的实际力矩单位 Nm 负载率 确定使用压力 P 由摆缸承受的实际力矩 M 及负载率，计算出理论输出力矩 M。 2验算摆缸的缓冲能力，确定摆动气缸的品种规格。 3检查摆动气缸的轴向负载和横向负载应在允许范围内。 4计算耗气量正确选择充放气回路的 S 值（S 为有效截面积，单位 mm 2） 。 电磁阀选型性能特点概述电磁阀选型性能特点概述 电磁换向阀是气动控制元件中最主要的元件，品种繁多，结构各异，但原理无 多大区别。按动作方式分，有直动式和先导式。按阀芯结构形式分，有滑柱式、截 止式和滑柱截止式。按密封形式分，有弹性密封和间隙密封。按使用环境分，有普 通型、防滴型、防爆型、防尘型等。按所用电源分，有直流和交流。按功率大小分， 有一般功率和低功率。按润滑条件分，有不给油润滑和油雾润滑等。 我们所选用的三种阀为两个单电控和一个双电控电磁换向阀，下面说一下所涉 及到的内容： 12 直动式电磁换向阀结构简单，切换速度快，动作频率高，但连接口径不宜大于 Rc1/8(除间隙密封滑阀和滑柱截止阀芯外)，通径大，所需电磁力要大，体积和电耗 都大。另外，当阀芯粘住而动作不良时，如是交流电磁铁，容易烧毁线圈，为克服 这些弱点，应采用先导式结构，直动式电磁阀只适用于小型阀。由电磁先导阀输出 先导力压力，此先导压力再推动主阀阀芯，称为先导式电磁换向阀。 按控制方式，先导式电磁换向阀有单电控和双电控之分。按先导压力来源，有 内部先导式和外部先导式。 先导式电磁阀的最大动作频度比直动式低， 大型阀尤为显著， 但主阀阀芯卡住， 不会烧毁线圈，耗电少。内部先导式电磁阀，响应时间受使用压力大小的影响，使 用压力太低时（0.10.2）MPa 以下，换向不稳定对响应时间要求稳定的使用场 合，应特别注意。外部先导式可分成真空、低压（0.2MPa 以下）用外部先导型和一 般用外部先导型，后者适用于入口节流较大、入口压力上升缓慢的场合以及吹除用 或向气罐充气用时输出侧配管阻力小的场合。上述情况若用内部先导式，由于阀的 入口压力变低，即先导压力不足，可能会出现阀的异常振动。外部先导式用于真空 压力时，主阀只靠弹簧复位。 按先导式电磁阀气控信号来源可分为自控式（内部先导式）和他控式（外部先 导式）两种。自控式电磁阀使用方便，但在换向的瞬间会出现压力降低的现象，特 别是在输出量过大时，有可能造成换向失灵，为了保证阀的换向性能或降低阀的最 低工作压力，由外部供给气压作为主阀控制信号的阀称为他控式电磁阀。 在我们这个气路图中我们选用了双电控三位四通电磁阀，单电控两位四通电磁 阀， 单电控两位三通电磁阀， 双电控两位四通电磁阀的中位机能， 我们选用了为 “O” 型中位机能的电磁阀。 其特点为：各气口全部封闭，系统保持压力，当突然断电时，由其阀控制的气 缸可停在当前位置，有安全保护作用，单电控两位四通电磁阀由于其控制的气缸为 双作用的缸，并且仅有伸出与退回无须中位机能，当断电后，电磁阀立刻复位，使 气缸复位。 单电控两位三通电磁阀由于其动作灵敏， 迅速才被选用在控制阻挡气缸， 立刻得电，立刻复位。 出现危险情况的排除，按复位按钮可完成的紧急情况。涂胶过程进行到一半， 在 S7 与 S8 传感器之间。刚涂胶时，突然断电。 13 PLC 选选 型型 根据涂胶设备的需要，我们选用西门子 S7-200 型 PLC 可编程序控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的计算机控制系统。它采 用可编程序的存储器，能够执行逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操 作功能，并通过开关量、模拟量的输入和输出完成各种机械或生产过程的控制。它 具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力，其硬件需根据实际需要选 配，其软件则需根据控制要求进行设计。 可编程序控制器的基本功能：1.逻辑控制 2.定时与计数控制 3.步进控制 4.A/D、 D/A 转换 5.数据处理 6.通讯与联网 7.控制系统监控 可编程序控制器的特点：1.高可靠性 2.灵活性 3.便于改进和修正 4.节点利用率 提高 5.丰富的 I/O 接口 6.模拟调试 7.对现场进行微观监视 8.快速动作 9.梯形图及布 尔代数并用 10.体积小、质量轻、功耗低 11.编程简单、使用方便 我们采用的是西门子 S7-200。它的特点是：1.极高的可靠性 2.丰富的指令集 3. 便捷的操作 4.丰富的内置集成功能 5.强劲的通讯能力 6.丰富的扩展模块 S7-200 系统组成：电源模板、CPU 模板、接口模板、I/O 模板。还可以扩展其他功 能模板，如：计数器模板、步进电机位控模板等等。 第八部分第八部分I/O 地址分配地址分配 14 符号地址数据类型描述 B1I 4.0BOOL1 号阻挡气缸后终端传感器 B2I 4.1BOOL1 号阻挡气缸前终端传感器 B3I 4.2BOOL2 号阻挡气缸后终端