任务书-机电一体化系统设计课程设计指导书（实训台）

机电一体化综合实践 设计 指导书 1 概 述 近年来，由于计算机与微电子技术的迅速发展，促进了电子技术与机械技术的有机结合，不仅使各种机械设备和产品以崭新的面貌出现而且产生了一些单纯靠机械或电子技术都难以达到优良功能的新产品或系统。 一机电一体化系统的基本概念、名词及术语： 系统 相互作用或相互依存的任何一组形成统一体的事物（广义定义）；任何存在某种因果关系的一组物理元件的组合体（一般定义）。 输入 /输出 系统中的因由称为输入，系统中的结果称为输出。 机电一体化 机械与电子 的集成技术。它是多种学科的集成方法或技术。核心学科是机械工程、电子工程以及信息与控制技术。 现代工业大量采用“复合化技术”。复合是指交叉学科领域的技术，有机的集成形成一种具有新功能的技术。机电一体化也是一种复合化技术。 机电一体化系统 按照机电一体化方法设计出来的机械与电子紧密结合的产品或制造系统。机电一体化应用环境包括工厂自动化、办公自动化、家庭自动化及社会服务自动化。机电一体化系统包括机电一体化产品和机电一体化制造系统两大类。 二机电一体化技术的广泛采用，其效果表现为以下两种形式： 1 机械产品的电子化 原机械产品由于采用电子技术使产品在质量、功能、效率和节能方面向更高水平发展或使产品产生新的功能。 在原有机械产品上采用电子控制设备，实现高性能和多功能。如计算机控制的数控机床、电子式自动变速器、工业机器人等。 原来起控制作用的机构被电子装置取代。如电子缝纫机中用微处理器代替了原来的凸轮机构，石英电子钟表代替了机械式钟表。 原来执行信号处理功能的机械被电子装置所取代。如电子计算器取代了手摇机械式计算机等。 机械的主要功能被全部取代。如 1950 年的电火花加工机床， 1968 年的线切割机床，1974 年的计算机控制线 切割机等均能代替原有的机械加工功能以及今年来出现的虚拟轴机床。 2机械技术与电子技术的有机结合开辟了两者单独都达不到的新应用领域。 信息设备和电子装置有机结合。如传真机、打印机、复印机、绘图机和磁盘存储器等。 检测系统中电子装置与机构有机结合。如自动探伤机、形状识别装置、 描诊断装置等。 机电一体化系统还在不断吸收其它学科领域的知识技术，某一具体的机电一体化系统其主要组合技术有所不同，以仿生或测试、机械和电子技术为主也称为机电仪一体化，以信息传输、控制、转换、存储和显示为主的机电产品也称机信（信号）一 体化。 目前，很多传统的机械产品已经“电子化”并在结构、功能等方面发生了很大变化，机械与微电子技术紧密结合的机电一体化产品或系统大量涌向市场，在工厂自动化、办公自动化、家庭自动化及社会服务自动化等领域起着越来越明显的巨大作用。在这种背景下注重学生在这方面实验技能和实际应用能力的培养十分重要。 2 课程设计 的目的和要求 机电一体化系统的硬件一般由机械主体部分、传感器、信息处理、计算机及电路部分和执行元件等构成。数控机床、工业机器人、三坐标测量机、电子称、邮件自动处理机以及门类繁多的家用自动化智能化装置等 都是机电一体化产品。它们的设计内容和设计方法大同小异，基本上归纳为以下几个方面： 1 采用微型计算机（包括单片机）进行数据采集、处理和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制。 2 选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑电动机的选择及驱动力矩的计算及控制电动机电路的设计。 3 精密执行机构的设计。主要考虑数控机床工作台传动装置的设计问题。要弄清机构或机械执行的主要功能（如传递运动、动力、位置控制、微调、精密定位或高速运转等），进行力（力矩）、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算 。提出装配图和零件加工图。提出对电动机驱动和计算机控制要求。 4 采用传感器进行反馈控制或作为测量敏感元件。 一、课程设计的目的 机电一体化系统设计是机电一体化专业的一门必修课程，是机械技术与电子技术的有机结合，本课程设计的目的是使学生能在传统机电产品更新换代和新的机电一体化产品研制开发领域掌握必要的实验技能。培养学生对机电一体化产品的设计能力，主要包括以下几方面： （ 1） 通过课程设计，理解机电一体化系统设计的基本知识；建立正确的设计思想； （ 2） 掌握元部件的正确选择方法和特性参数的实验方法；学会运用手册、标准、规范等 资料； （ 3） 了解机电一体化系统的基本工作原理和运动控制方法； （ 4） 能在教师的指导下，运用所学的先修课程的知识，分析问题、解决问题； 二、课程设计 的内容与要求 机电一体化系统的硬件一般包括机械主体部分、传感器、信息处理、计算机及电路部分和执行元件等构成。数控机床、工业机器人、三坐标测量机、自动检测机、电子称、自动售票机、自动绘图机等，都属于机电一体化产品。 本课程设计主要进行 机电一体化实训台的控制系统设计。 本套系统由 8个单元组成：它们是储料单元、翻转送料单元、尺寸检测单元、材质检测单元、机械手送料单元、加工单元、搬运单 元、分检单元。每个单元有各自动作特点和要求，可成组编程，也可以单元分步编程，其工作任务是将 20工件由原料仓库取出，经过质量检测，材质检测，然后对非金属工件进行加工，最后按材料的不同将加工过的工件进行分捡。同时在几个工作单元之间配以不同形式的工件传送装置最终完成一整套工作及工艺过程。各个单元的具体工作方式如下： 1、 储料单元 动作过程： 工件由气缸推出到料板上，然后等待下一单元将工件取走。气缸的顶出与收回靠控制控制。由传感器识别顶料杆（气缸）的位置；当传感器无信号时说明料库中无原料，顶料杆不能推出 ；由行程开关完成识别工件是否已被推到料板上。 动作要求： - 工件通过顶料杆由仓库被分离到料板上。 - 判断料板上有无工件。 - 当料库无工件时，顶料杆将不能推出。 - 当工件被分离到料板上后，发出信号给下一单元。 2、 翻转送料单元 动作过程： 翻转臂在两个单元间设定的位置准确地传送工件。采用直流减速电机完成该动作，并通过真空吸盘抓取工件。系统通过两个传感器识别旋转臂的位置，并向其他单元发出启动信号；由一个微动开关实别工件是否被抓牢 。 动作要求： - 工件被抓取。 - 当工件被抓取后，旋转臂由左向右运动。 - 旋转臂到达右侧将释放工件。 - 释放工件后旋转臂向左运动。 3、 尺寸检测单元 动作过程： 当接到工件后，托料盘上升至顶端，由传感器识别工件的高度是否符合要求。若“合格”，托料盘下降至中部停稳后，推料气缸工作，将工件推出，工件将沿滑槽到下一单元，当下一站单元识别工件已到位，这时停在中部的托料盘继续下降到底端，等待下一工件的到来；若“不合格”，托料盘直接下降至底端。将不合格工件，推入废料槽。 动作要求： - 托料盘上升。 - 托料盘到达顶部，需要延时（进行检测）。 - 根据测量结果，托料盘下降到中部或底部推料。 - 记录检测结果。 4、 材质检测单元 动作过程： 当接到工件后（接料槽在“ 9 点钟”位置处），旋转托盘顺时针转 180，其间经过两个传感器，来识别工件的材质，到达“ 3点钟”位置后发出信号由下一个工作站将工件取走，之后旋转托盘复位，等待下一个工件的到来。 动作要求： - 由直流电动机和位置传感器来完成旋转托盘的旋转角度控制 - 存储工件的检测结果，提供给加工单元和分检单元 5、 气动手搬运单元 动作过程： 当工件被送到机械手下方后，机械手将向下运动，然后 锁紧夹爪，当工件被夹住后，机械手上升，到达上端后，机械手臂向右旋转 180。当到达右侧后夹爪向下并释放工件，然后上升，最后机械手臂向左摆动、复位，并发出信号，将控制权交给下一单元。 动作要求： - 机械夹爪上下运动 - 机械夹爪锁紧后将有信号产生 - 机械手臂左右摆动（ 180） - 只有当机械手臂下降到低端时才能作开合动作 - 完成动作后，发出信号给下一单元 6、 加工单元 动作过程： 当工件被送到锁紧槽后，拉缸向后，将工件锁紧，然后钻机启动，并缓慢下降，当到达规定位置后钻机上升，升至顶端后停转，这时拉 缸复位向前，并发出信号，将控制权移交给下一站。 动作要求： - 钻机旋转 - 钻机上下运动 - 锁紧槽锁紧（既拉缸向后）后，钻机才能旋转并下降 - 锁紧槽释放后要发出一个信号给下一站 7、 传送单元 动作过程： 接到信号后，旋臂向上，然后顺时针旋转 180，当到达工件上方时，旋臂下降，再抽真空，工件被吸住后， 旋臂上升至顶端， 并逆时针旋转 180后旋臂再下降，到达低端后，抽真空释放将工件放置在分检车上，然后旋臂又上升，到达顶端后向下一站发出信号移交控制权，当分检车移到料仓位置，并推料入库后，旋臂便复位（ 即下降）。为下次动作作准备。 动作要求： - 旋臂做上下运动 - 旋臂顺时针或逆时针旋转 180 - 用抽真空抓取工件 8、 分捡单元 动作过程： 接到信号后，分检车向右行驶，根据材质检测单元的存储结果，分捡车将停在相应 3 个位置（如右图 3个工件槽），并推料入库（此时发出信号，使第 7单元中的旋臂复位下降），然后分捡车向左行驶，返回到接工件处，再发出信号，让系统连续运转或停止。 动作要求： - 分检车左右行驶 - 推料缸推料入库 - 当 右传感器 为“ 1”时，小车不能向右移动 - 小车向左移动时，到 左传感 器 处停止 - 料槽满后，推料缸不能推料 具体工作量要求如下： 进行系统工作原理的学习、完成控制系统设计、实现 相关 功能的软件编程。 总体工作量： （ 1） 1 张 机电一体化实训台 控制系统流程图 （ 指与自己设计题目相关 单元 的 控制系统 ） 。 （ 2） 12 张 机电一体化实训台 控制系统 的电器原理图（包括控制系统原理图、驱动电路图）。 （ 3） 12 张 机电一体化实训台 控制系统 的气路原理图 及 传感器布局图。 （ 4） 序软件编制。 3 控制系统硬 软 件设计 一、硬件设计： 在已经学过的几门技术基础课的基础上，查阅有关资料，了解基于 制器的控制系统的组成及工作原理。 运用有关说明书，掌握 所采用的 制器的工作原理、技术参数；掌握 基于 制器的 机电一体化实训台 控制系统各元器件的接口信号及规范； 掌握 控制系统所采用的传感器结构、各参数的作用； 掌握 所采用的驱动器的主要内部参数，其意义及如何设定； 掌握此类产品设计中电动机选择 的基本步骤 。 分析题目要求，确定系统的硬件实现方案，分别绘制控制系统原理图和控制系统接线图，其中原理图及接线图和题目要求完全吻合，要求满足 机电一体化实训台 控制系统 的控制功能。 二、 程序编制 : 阅读 制器 说明书，掌握 所采用 制 器 的用户程序开发方法 。 根据题目内容及硬件结构，确定相关功能实现方法，绘制程序流程图并进行软件编程 。 4 课程 设计 说明书要求 一、说明书用 16 开纸书写或打印。说明书、任务书及相关图装于资料袋并贴上标签。 二、说明书 字数要求按大纲 。 三、说明书的内容 一般应包括 （供参考）： 目录 第一章 机电一体化技术的发展及其所带来的影响（概述）。 第二章 课程设计的目的和要求； 第三章 控制系统设计 : 1. 机电一体化实训台 控制系统 （ 指与自己设计题目相关的 控制系统）的基本组成； 控制系统 方案确定（含运动控制及题目所要求的 制）及控制电路原理图； 制器的工作原理及类型、本系统所采用的 制器说明（功能、接口等）； 各控制或电器元件的接口说明、控制系统控制流程的说明