机电一体化技术综合应用实例

1、项目一项目一 机电一体化技术综合应用实例机电一体化技术综合应用实例 v供料单元供料单元 v加工单元加工单元 v装配单元装配单元 v分拣单元分拣单元 v输送单元输送单元 以以20082008年全国职业院校技能大赛指定设备年全国职业院校技能大赛指定设备YL-335AYL-335A为例来介绍机电一体化技术在机电产品中为例来介绍机电一体化技术在机电产品中的应用。的应用。YL-335AYL-335A型自动生产线实训考核装备由安型自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、加工单元、装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元装配单元、输送单元和分拣单元5

2、5个单元组成。其个单元组成。其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。也都是一个机电一体化的系统。 供料单元的基本功能：按照需要将放置在料仓中待加工的工件自动送出到物料台上，以便输送单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他工作单元。 任务一：供料单元任务一：供料单元1 1、供料单元的结构组成、供料单元的结构组成 供料单元的结构组成如图1所示。其主要结构组成为：料仓、料槽、物料台、顶料气缸、推料气缸、端子排组件、PLC、传感器、电磁阀组、走线槽、底板等。图图1 供料单元的结构供料单元的结构供料单元的工作过程：供料单元的工作

3、过程： 工件垂直叠放在料仓中，推料缸工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位时，它与最下层工件处于同一水平位置，而顶料气缸则与次下层工件处于置，而顶料气缸则与次下层工件处于同一水平位置。同一水平位置。 在需要将工件推出到物料台时，在需要将工件推出到物料台时，首先使顶料气缸的活塞杆推出，压住首先使顶料气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台推出，从而把最下层工件推到物料台上

4、。在推料气缸返回并从料仓底部抽上。在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使顶料气缸返回，松开下层出后，再使顶料气缸返回，松开下层工件。这样，料仓中的工件在重力的工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。为下一次推出工件做好准备。 本站工作过程如下：系统启动后，顶本站工作过程如下：系统启动后，顶料气缸伸出顶住倒数第二个工件；推料气料气缸伸出顶住倒数第二个工件；推料气缸推出，把料槽中最底层的工件推到物料缸推出，把料槽中最底层的工件推到物料台上工件抓取位。工件到位台上工件抓取位。工件到位传感器传感器检测到检测到工件到位后，

5、推出气缸和顶料气缸逐个缩工件到位后，推出气缸和顶料气缸逐个缩回，倒数第二层工件落到最底层，等待推回，倒数第二层工件落到最底层，等待推出。搬运站机械手伸出并抓取该工件，并出。搬运站机械手伸出并抓取该工件，并将其运送往加工站。将其运送往加工站。此单元共有七个传感器：此单元共有七个传感器： 四个磁感应接近开关，装在两四个磁感应接近开关，装在两个气缸的退回、伸出限位极限位置。个气缸的退回、伸出限位极限位置。 磁感应接近开关的基本原理是磁感应接近开关的基本原理是当磁性物质接近传感器时，传感器当磁性物质接近传感器时，传感器便会动作，并输出传感器信号。在便会动作，并输出传感器信号。在气缸的活塞或活塞杆上安装

6、上磁性气缸的活塞或活塞杆上安装上磁性物质，在气缸缸筒外面的两端位置物质，在气缸缸筒外面的两端位置各装一个磁感应式接近开关，就可各装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器标识气缸运动的以用这两个传感器标识气缸运动的两个极限位置。当气缸的活塞杆运两个极限位置。当气缸的活塞杆运动到哪一端时，哪一端的磁感应式动到哪一端时，哪一端的磁感应式接近开关就动作，发出信号。接近开关就动作，发出信号。此单元共有七个传感器：此单元共有七个传感器： 三个漫射式光电接近开关，底座三个漫射式光电接近开关，底座和第四层工件位置、物料台下面分和第四层工件位置、物料台下面分别判断料仓中有无物料、物料是否别判断料仓中有无物料

7、、物料是否足够、物料台有无工件。足够、物料台有无工件。 漫射式光电接近开关的基本原漫射式光电接近开关的基本原理是利用光照射到被测物体上后反理是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，它的光发射回来的光线而工作的，它的光发射器和光接收器处于同一侧位置，射器和光接收器处于同一侧位置，在工作时，光发射器始终发射检测在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内出光，若接近开关前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接收到足够的漫射光够，则接收器接收到足够的漫射光使开关动作改变输出的状态。使开关动作改变输出的状态。扁平型光电接近传感器

8、传感器介绍引线接法：引线接法：黑：输出线黑：输出线 NPN输出输出 低电平驱动低电平驱动棕：棕：+24电源输入端电源输入端蓝：蓝：0V电源输入端电源输入端安装上气缸节流阀的气缸安装上气缸节流阀的气缸磁感应接磁感应接近开关近开关气管接口气管接口消声器消声器汇流板汇流板电源插针电源插针手动换向、手动换向、加锁钮加锁钮 气动控制回路是本工作单元气动控制回路是本工作单元的执行机构，该执行机构的控制的执行机构，该执行机构的控制逻辑功能是由逻辑功能是由PLC实现的。气动实现的。气动控制回路的工作原理如图控制回路的工作原理如图2所示。所示。图中图中1B1和和1B2为安装在推料缸的为安装在推料缸的两个极限工作

9、位置的磁感应接近两个极限工作位置的磁感应接近开关，开关，2B1和和2B2为安装在推料气为安装在推料气缸的两个极限工作位置的磁感应缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。接近开关。1Y1和和2Y1分别为控制分别为控制推料气缸和顶料气缸的电磁阀的推料气缸和顶料气缸的电磁阀的电磁控制端。电磁控制端。图图2 供料单元供料单元气动控制回路工作原理图气动控制回路工作原理图2 2、气动控制回路、气动控制回路任务一：供料单元任务一：供料单元 本单元中，传感器信号本单元中，传感器信号占用占用7个输入点，留出个输入点，留出 1个个点提供给启点提供给启/停按钮作本地停按钮作本地主令信号，则所需的主令信号，则所需的PL

10、C I/O点数为点数为 8点输入点输入/2点输点输出。选用西门子出。选用西门子S7-222 主主单元，共单元，共8点输入和点输入和6点继点继电器输出，供料单元的电器输出，供料单元的I/O接线原理图如图接线原理图如图3所示。所示。 图图3 供料单元的供料单元的I/O接线图接线图3 3、PLCPLC的的I/OI/O接线图接线图任务一：供料单元任务一：供料单元蓝负、棕正蓝负、棕正蓝蓝棕棕蓝蓝棕棕黑黑图图4 供料站的顺序功能图供料站的顺序功能图4 4、顺序功能图、顺序功能图M0.0M0.1M0.2M0.3M0.4I0.5物料有Q0.1推料I0.2推料到位SM0.1首次扫描I0.3推料复位Q0.0顶料缩

11、回I0.1顶料复位I0.0顶料到位I0.6物料台无任务一：供料单元任务一：供料单元 在料仓中有工件，各个执在料仓中有工件，各个执行机构都在初始位置情况下，行机构都在初始位置情况下，顶料气缸的活塞杆推出，压住顶料气缸的活塞杆推出，压住次下层工件，推出气缸将把存次下层工件，推出气缸将把存放在料仓中的工件推出到物料放在料仓中的工件推出到物料台。在推料气缸返回后，顶料台。在推料气缸返回后，顶料气缸返回，料仓中的工件下移。气缸返回，料仓中的工件下移。只要料仓中有工件，物料台上只要料仓中有工件，物料台上的工件被取走，此工作就继续。的工件被取走，此工作就继续。在运行过程中，料仓中无工件在运行过程中，料仓中无

12、工件或者物料台工件没取走，停止或者物料台工件没取走，停止运行。运行。图图5 供料站参考程序供料站参考程序5 5、参考程序、参考程序任务一：供料单元任务一：供料单元 加工单元加工单元主要结构组成主要结构组成为：物料台及为：物料台及滑动机构、加滑动机构、加工（冲压）机工（冲压）机构、电磁阀组、构、电磁阀组、接线端口、接线端口、PLC 模块等。模块等。加工单元加工单元任务二：加工单元任务二：加工单元 加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件送加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上到物料台

13、上. .物料台物料台物料台及滑动机构物料台及滑动机构 物料台物料台用于固定用于固定被加工工件，并把工被加工工件，并把工件移到加工（冲压）件移到加工（冲压）机构加工。其主要由机构加工。其主要由气动手爪、气动手指、气动手爪、气动手指、物料台伸缩气缸、线物料台伸缩气缸、线性导轨及滑块、磁感性导轨及滑块、磁感应接近开关、漫射式应接近开关、漫射式光电传感器等组成。光电传感器等组成。物料台的传感器物料台的传感器 在移动物料台上安装在移动物料台上安装一个漫射式光电开关一个漫射式光电开关。若物。若物料台上没有工件，则漫射式光电开关处于常态；若物料台上没有工件，则漫射式光电开关处于常态；若物料台上有工件，则光电

14、开关动作，表明物料台上已有料台上有工件，则光电开关动作，表明物料台上已有工件。该光电传感器的输出信号送到加工单元工件。该光电传感器的输出信号送到加工单元PLC的的输入端，用以判别物料台上是否有工件需进行加工。输入端，用以判别物料台上是否有工件需进行加工。 移动物料台伸出和返回到位的位置是通过调整伸移动物料台伸出和返回到位的位置是通过调整伸缩气缸上缩气缸上两个磁性开关两个磁性开关位置来定位的。要求缩回位置位置来定位的。要求缩回位置位于加工冲头正下方；伸出位置应与整体状态下的输位于加工冲头正下方；伸出位置应与整体状态下的输送单元的抓取机械手装置配合，确保输送单元的抓取送单元的抓取机械手装置配合，确

15、保输送单元的抓取机械手能顺利地把待加工工件放到该物料台上。机械手能顺利地把待加工工件放到该物料台上。 在气动手指内部有在气动手指内部有一个磁性开关一个磁性开关，判断气动手爪，判断气动手爪是否把工件夹紧，工件夹紧后把信号送给是否把工件夹紧，工件夹紧后把信号送给PLC，伸缩，伸缩气缸接到信号后方能动作。气缸接到信号后方能动作。扁平型光电接近传感器传感器介绍引线接法：引线接法：黑：输出线黑：输出线 NPN输出输出 低电平驱动低电平驱动棕：棕：+24电源输入端电源输入端蓝：蓝：0V电源输入端电源输入端安装上气缸节流阀的气缸安装上气缸节流阀的气缸磁感应接磁感应接近开关近开关棕棕-I口，电源口，电源24V

16、蓝蓝 -0V加工机构加工机构 加工机构加工机构用于都工件进用于都工件进行冲压加工。行冲压加工。其主要由冲压其主要由冲压气缸、冲压头、气缸、冲压头、安装板、等组成。冲压头根据工件的要求对工件安装板、等组成。冲压头根据工件的要求对工件进行冲压加工，冲压头安装在冲压气缸头部，安进行冲压加工，冲压头安装在冲压气缸头部，安装板用于安装冲压气缸，对冲压气缸进行固定。装板用于安装冲压气缸，对冲压气缸进行固定。加工机构加工机构 当工件到达冲压位置，即当工件到达冲压位置，即伸缩气缸活塞杆缩回到位，冲伸缩气缸活塞杆缩回到位，冲压头伸出对工件进行加工，完压头伸出对工件进行加工，完成加工动作后冲压头缩回。成加工动作后

17、冲压头缩回。 冲压头伸出和返回到位的位置是通过调整冲压头伸出和返回到位的位置是通过调整冲压气缸上冲压气缸上两个磁性开关两个磁性开关位置来定位的。下限位置来定位的。下限位置确定冲压到位，到位后缩回，到达上限位位置确定冲压到位，到位后缩回，到达上限位置时，伸出气缸缩回。置时，伸出气缸缩回。加工单元的工作过程加工单元的工作过程1）开始时，伸缩气缸伸出，物料台气动手爪张开。）开始时，伸缩气缸伸出，物料台气动手爪张开。2）输送机构把物料送到物料台上，光电传感器检测到工）输送机构把物料送到物料台上，光电传感器检测到工 件后，件后，PLC控制程序驱动气动手指将工件夹紧。控制程序驱动气动手指将工件夹紧。3）磁

18、性开关检测夹紧后，程序驱动伸缩气缸缩回到加工）磁性开关检测夹紧后，程序驱动伸缩气缸缩回到加工 区域冲压气缸下方。区域冲压气缸下方。4）伸缩气缸上的磁性开关检测伸缩到位后，驱动冲压气）伸缩气缸上的磁性开关检测伸缩到位后，驱动冲压气 缸冲压工件，到冲压气缸下限后，冲压气缸向上缩回。缸冲压工件，到冲压气缸下限后，冲压气缸向上缩回。5）到冲压气缸上限后，物料台重新伸出，伸出到位后，）到冲压气缸上限后，物料台重新伸出，伸出到位后， 气动手指松开。气动手指松开。气动控制回路气动控制回路任务二：加工单元任务二：加工单元气缸的初始状态：气缸的初始状态：物料夹紧气缸松开，料台伸缩气缸伸出，物料夹紧气缸松开，料台

19、伸缩气缸伸出，冲压气缸缩回。冲压气缸缩回。加工加工单元气动控制回路工作原理图单元气动控制回路工作原理图当气源接通后，料台当气源接通后，料台伸出气缸的初始状态伸出气缸的初始状态是伸出位置。是伸出位置。加加工工单单元元的的I/O接接线线图图PLCPLC的的 I/O I/O 接线图接线图任务二：加工单元顺序功能图顺序功能图加工单元的顺序功能图加工单元的顺序功能图M0.0M0.1M0.3M0.4M0.5I0.0物料有物料有Q0.1料台缩料台缩回回I0.3缩回到缩回到位位Q0.2加工加工SM0.1首次扫首次扫描描I0.5加工下加工下限限I0.4加工上加工上限限Q0.0夹紧夹紧I0.1夹紧检夹紧检测测Q0

20、.0夹紧夹紧Q0.0夹紧夹紧Q0.0夹紧夹紧Q0.1料台缩料台缩回回Q0.1料台缩料台缩回回M0.6Q0.0夹紧夹紧I0.2伸出到伸出到位位T40延时延时M0.2T40延时到延时到M0.7I0.0物料无物料无任务二：加工单元任务二：加工单元把工件运送到物料台上把工件运送到物料台上物物料检测传感器检测到工件料检测传感器检测到工件机械手指夹紧工件机械手指夹紧工件物料台物料台回到加工区域冲压气缸的下回到加工区域冲压气缸的下方方冲压气缸向下伸出冲压冲压气缸向下伸出冲压工件工件完成冲压动作后向上完成冲压动作后向上缩回缩回冲压气缸缩回到位冲压气缸缩回到位物料台重新伸出物料台重新伸出到位后机到位后机械手指松

21、开械手指松开1 1）简易物料仓库简易物料仓库 2 2）物料分配机构物料分配机构 3 3）物料位置变换机构物料位置变换机构 4 4）机械手机械手5 5）半成品工件的定位机构半成品工件的定位机构6 6）电磁阀组电磁阀组7 7）警示灯警示灯 8 8）气动摆台气动摆台 任务三：任务三： 装配单元装配单元1 1、装配单元的结构组成、装配单元的结构组成 装配单元的基本功能：完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。 图10 装配单元的结构组成当搬运站的机械手把工件运送到装配站物料台上当搬运站的机械手把工件运送到装配站物料台上时，顶料气缸伸出顶住供料单元倒数第二个工件；时，顶料

22、气缸伸出顶住供料单元倒数第二个工件；挡料气缸缩回，使料槽中最底层的小圆柱工件落挡料气缸缩回，使料槽中最底层的小圆柱工件落到旋转供料台上，然后旋转供料单元顺时针旋转到旋转供料台上，然后旋转供料单元顺时针旋转180度（右旋），到位后装配机械手按下降气动度（右旋），到位后装配机械手按下降气动手爪手爪抓取小圆柱抓取小圆柱手爪提升手爪提升手臂伸出手臂伸出手爪手爪下降下降手爪松开的动作顺序，把小园柱工件顺利手爪松开的动作顺序，把小园柱工件顺利装入大工件中，机械手装配单元复位的同时，旋装入大工件中，机械手装配单元复位的同时，旋转送料单元逆时针旋转转送料单元逆时针旋转180度（左旋）回到原位，度（左旋）回到原

23、位，搬运站机械手伸出并抓取该工件，并将其运送往搬运站机械手伸出并抓取该工件，并将其运送往物料分解站。物料分解站。图图11装配装配单元气动控制回路工作原理图单元气动控制回路工作原理图2 2、气动控制回路、气动控制回路任务三：任务三： 装配单元装配单元图图12 装配单元的装配单元的I/0I/0接线图接线图3 3、PLCPLC的的I/O I/O 接线图接线图 任务三：任务三： 装配单元装配单元图图13 装配单元的装配单元的I/0I/0接线图接线图3 3、PLCPLC的的I/O I/O 接线图接线图 任务三：任务三： 装配单元装配单元编程要点：编程要点：1）本单元的编程分为三个部分：下料部分、旋转部分

24、和装配部分，）本单元的编程分为三个部分：下料部分、旋转部分和装配部分，各部分可单独编程。各部分可单独编程。2）顶料和挡料气缸在未通电时是伸出状态）顶料和挡料气缸在未通电时是伸出状态3）当判断左侧料盘无料时，要等待）当判断左侧料盘无料时，要等待2s之后再下料，以免料盘在旋之后再下料，以免料盘在旋转时（未旋转到位）会检测到左侧无料而下料，物料落不到料盘中转时（未旋转到位）会检测到左侧无料而下料，物料落不到料盘中4）落料时，稍延时一下，让料到位后，挡料再伸出）落料时，稍延时一下，让料到位后，挡料再伸出5）料盘的旋转条件是判断当前料盘是处于左转到位还是右转到位，）料盘的旋转条件是判断当前料盘是处于左转

25、到位还是右转到位，如果左转到位且左侧有料，右侧无料，则料盘右转；反之亦然。如果左转到位且左侧有料，右侧无料，则料盘右转；反之亦然。6）装配时，因为没有松开到位，要延时一下，让手爪完全松开；）装配时，因为没有松开到位，要延时一下，让手爪完全松开；在装配完毕后，仍然要等物料被机械手拿走后，程序才回到初始步在装配完毕后，仍然要等物料被机械手拿走后，程序才回到初始步装配单元的顺装配单元的顺序功能图（序功能图（a a）下料部分顺序下料部分顺序功能图功能图4 4、顺序功能图、顺序功能图 M0.0M0.1M0.2M0.3M0.4I0.1物料有物料有Q0.0挡料缩回挡料缩回T40延时到延时到SM0.1首次扫描

26、首次扫描I1.0落料状态落料状态Q0.0挡料缩回挡料缩回T41延时到延时到I0.7挡料状态挡料状态I0.2左无左无T40延时延时2sT41延时延时500msM0.5M0.6Q0.1顶料缩回顶料缩回I0.6顶料复位顶料复位I0.1物料有物料有I0.5顶料到位顶料到位I0.7挡料状态挡料状态I0.1物料无物料无任务三：任务三： 装配单元装配单元装配单元的顺序装配单元的顺序功能图（功能图（b b）旋）旋转部分顺序功能转部分顺序功能图图 4 4、顺序功能图、顺序功能图 M2.0M2.1M2.3I0.2左侧有左侧有SM0.1首次扫描首次扫描T50延时延时1sI0.3右侧无右侧无I1.1左转到位左转到位M

27、2.2Q0.2旋转置位旋转置位I1.2右转到位右转到位I1.2右转到位右转到位Q0.2旋转复位旋转复位T50延时到延时到I1.1左转到位左转到位任务三：任务三： 装配单元装配单元装配单元的顺序功能图（c）装配部分顺序功能图4 4、顺序功能图、顺序功能图 M3.0M3.1M3.2M3.3M3.4I0.4物料台有物料台有Q0.3夹紧夹紧I1.4 下降到位下降到位SM0.1首次扫描首次扫描I1.3夹紧检测夹紧检测I1.5上升到位上升到位I1.7 伸出到位伸出到位I0.3右侧有右侧有Q0.4下降下降M3.5Q0.4下降下降M3.6I1.4下降到位下降到位T37M3.7Q0.5伸出伸出I1.5上升到位上

28、升到位Q0.4下降下降Q0.3夹紧夹紧Q0.5伸出伸出Q0.3夹紧夹紧Q0.3夹紧夹紧Q0.5伸出伸出Q0.5伸出伸出Q0.4下降下降M4.0I0.4物料拿走物料拿走任务三：任务三： 装配单元装配单元I1.6缩回到位缩回到位T37图图17 分拣单元的结构组成分拣单元的结构组成任务四：任务四： 分拣单元分拣单元 分拣单元的基本功能：完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。 分拣单元的结构组成如图17所示。其主要结构组成为：传送和分拣机构、传动机构、变频器模块、电磁阀组、接线端口、PLC模块、底板等。1 1、分拣单元的结构组成、分拣单元的结构组成分拣

29、单元的基本功能 分拣站主要有传送分拣站主要有传送带、变频器、三相带、变频器、三相电机、推料气缸、电机、推料气缸、电磁阀和定位光电电磁阀和定位光电传感器及区分黑白传感器及区分黑白两种颜色的光纤传两种颜色的光纤传感器构成感器构成 本站的功能是完成从装配站送来的装配好的工件本站的功能是完成从装配站送来的装配好的工件进行分拣。当搬运站送来工件放到传送带上并为进行分拣。当搬运站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区，如果进入分拣区工件为白色，件开始送入分拣区，如果进入分拣区工件为白色，则由检测白色物料的光纤传感器动作，

30、作为则由检测白色物料的光纤传感器动作，作为1号号槽推料气缸启动信号，将白色料推到槽推料气缸启动信号，将白色料推到1号槽里，号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，由检测黑色的光纤如果进入分拣区工件为黑色，由检测黑色的光纤传感器作为传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将黑色料号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到推到2号槽里。自动生产线的加工结束。号槽里。自动生产线的加工结束。图图18 分拣分拣单元气动控制回路工作原理图单元气动控制回路工作原理图2 2、气动控制回路、气动控制回路任务四：任务四： 分拣单元分拣单元3 3、 PLCPLC的的I/O接线接线图图19 分拣单元的分拣单元的 I/O 接线图接线图任务四：任务四： 分拣单元分拣单元4 4、顺序功能图、顺序功