机电系统实践no

1 目录目录 1 1 摘要摘要 3 1 1 试验目的 3 1 2 试验室建设的思路 3 1 3 建设实验室的意义 4 2 2 机电实践课程设计任务机电实践课程设计任务 5 2 1 工作过程的要求 5 2 2 工件尺寸要求 6 3 3 气缸的选择气缸的选择 7 3 1 气压传动的基本原理与组成 7 3 2 气压的优点 7 3 3 气缸选择的流程 8 2 3 4 气缸的确定 11 4 4 其他机构的选择与设计其他机构的选择与设计 12 4 1 工件外套的结构设计 12 4 2 推块的结构设计 12 4 3 导件套的结构设计 13 4 4 料仓的结构设计 13 5 5 电气系统设计及电气系统设计及 PLCPLC 编程编程 14 5 1 工艺过程的介绍 14 5 2 PLC 控制系统型号的确定 14 5 3 PLC 控制系统 I O 口分配 15 5 4 PLC 控制系统外部接线图 16 3 5 5 PLC 控制系统状态转移图 17 5 6 PLC 控制系统梯形图 18 6 6 气缸推杆有限元分析气缸推杆有限元分析 20 6 1 最大主应力分析 20 6 2 最大剪应力分析 21 6 3 应力分析 21 7 7 三维装配图三维装配图 22 8 8 参考数据参考数据 23 8 1 电器元件 23 8 2 气动元件 23 9 9 实训总结实训总结 24 4 参考文献参考文献 25 1 1 摘要 摘要 1 11 1 试验目的 试验目的 机械工业发展的需要 就业对于大学生能力的需要 学生学习对于全局认识的需要 遵循 卓越工程师教育培养计划 的要求 培养具有工程实践能力 创新 能力 学习能力 团队协作能力 多学科视野的学生 卓越工程师教育培养计划 是2010 2020 年期间最重要 国家投入力度 最大的教学改革计划 其目的是培养造就一大批创新能力强 适应经济社会发 展需要的高质量各类型工程技术人才 为国家走新型工业化发展道路 建设创 新型国家和人才强国战略服务 对促进高等教育面向社会需求培养人才 全面 提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用 1 21 2 实验室建设的思路 实验室建设的思路 根据 卓越工程师教育培养计划 对院校的办学要求 可以看出 对于以 机电 自动化为主的院校 机电自动化综合实践基地是教学改革的基础 在机 电自动化综合实践基地的基础上构建工程专业人才培养体系 培养具有较强工 5 程实践能力和创新精神 具有团队协作能力和快速学习能力 适应国家新型经 济社会发展模式的卓越工程师 从社会需求的角度上看 随着世界范围内的工业自动化 先进制造业的快 速发展 加上国家大力提倡中国制造业由低端向高端转型 由劳动密集型向技 术密集型转型 国内对工业自动化人才的需求出现了前所未有的浪潮 工业自动化产业需要几种类型的人才 工业自动化核心部件及技术开发人才 整系统设计人才 工业自动化设备的运用工程师 维护工程师 使用工业自动化设备的高级技师 高等院校重点培养一类人才 但是目前传统的实验装备和教学体系具有相 当的局限性 不能将工业自动化最先行的技术 系统 部件展现在学生面前 不能为学生提供工业自动化系统的实验 实训机会 为了能够让学生在学习期间就能够接触到工业现场的真实设备 认识工业 现场设备的组织形式和控制方式 掌握引导制造工业走向辉煌的先进运动控制 技术和数控技术等重要知识 五邑院校引进了一套完善的 集光 机 电 气 以及计算机信息技术一体化的 模块化生产制造系统 MPS 实验室建设方案 1 31 3 建设实验室的意义 建设实验室的意义 1 机电自动化实训室可以为工科专业的很大一部分课程提供实验环境 在开始理论教学之前 先演示模块化生产制造系统 UP MPS 高效 先 进的生产制造过程 这个过程让学生明白此门课程的实际运用价值 了 解实际运用方式 调动学生学习积极性 开课的过程 穿插合适的实验课程 阶段性的进行知识巩固和加深 在课程末期 以实验为重要的成绩考核方式 通过实际动手操作来考核 学生的实际掌握程度 2 实训室可以为光电检测技术 机电控制系统 自动化仪器仪表 PLC 编程 机械动力学 机械设计 控制工程基础 电工电子学 先进制造技术 数控技 术 液压气传动 传感器检测及应用 计算机控制技术 自动控制原理 信号与测 6 试 技术 机电一体化系统设计等课程提供实验条件 基于实践基地可以进行的众多的项目实践 比如立体仓库站点 可以进行以下方面的学习实践 立体仓库检测 气动元件学习与实践 PLC 可编程逻辑控制器编程与实践 直角坐标机器人学习与实践 组态监控软件与PLC 通讯学习与实践 项目式教学法将传统课程中的系统 完整的知识体系转化为若干个 教学项 目 围绕着这些项目来组织教学 使学生参与项目完成的全过程来进行学习 项目式教学强调以教案为重点过渡到以完成项目为重点 始终围绕着项目是否 能 够完成而进行 对知识结构的本着 实用 的原则进行组织 重点在于培养学 生 的动手的能力 独立获取信息的能力和自主构建知识的能力 2 2 机电实践课程设计任务 机电实践课程设计任务 2 12 1 工作过程的要求 工作过程的要求 模块化生产制造系统 共有10个模块 我们小组负责第六模块 外罩装 配站点 通过第五模块分拣站点 分拣出需求的产品 至第六模块进行外罩装 配 完成后被第七模块 机械臂站点的机械臂所钳走 控制任务 当设备接通电源与气源 PLC运行后 首先执行复位动作 推 料缸缩回到位 旋转摆臂摆回到位 然后进入工作运行模式 在料仓中有工件 各个执行机构都在其初始位置的情况下 当按触开始 S1 按钮时 供料单元 的执行机构将把存放在料仓中的工件取出并转送出去 例如 送到下一个工作 7 单元 并且 只要料仓中有工件 此工作就继续 即 自动连续运行 在运 行过程中 当按触停止按钮后或者当料仓中无工件时 供料单元应该在完成了 当前的工作循环之后停止运行 并且各个执行机构应该回到初始位置 在启动 前 供料单元的执行机构若不在初始位置 料仓中若无工件 则不允许启动 对综合课程知识的要求 计算机设计 CAD 机械原理 机械设计 液压与气压传动 机电传动 PLC技术 测试技术 控制工程 公差测量与工程材料等 外套装配站点实物图 2 22 2 工件尺寸要求工件尺寸要求 原工件 原工件 形状 圆柱体 重量 0 1KG 尺寸 x25 2x60mm 8 改进工件 改进工件 形状 正方体 重量 5KG 尺寸 20 x20 x20cm 3 3 气缸的选择气缸的选择 3 13 1 气压传动的基本原理与组成 气压传动的基本原理与组成 1 1 气源装置 气源装置 2 2 气动执行元件 气动执行元件 3 3 气动控制元件 气动控制元件 4 4 辅助元件 辅助元件 9 3 23 2 气压的优点 气压的优点 由于工作介质是空气 来源方便 用过后可直接排人大 气 而且不污 染环境 因空气的粘度很小 约为油粘度的万分之一 其沿程损 失也很小 节 能 高效 适于远距离输送和集中供气 气动动作迅速 反应快 维护简单 调节方便 可直接 利用气压信号 实现系统的自动控制 工作环境适应性好 在食品加工 轻工 纺织 印刷 精密检测等的高 净化 无污染场合 都能适用 气动元件结构简单 成本低 寿命长 易于标准化 系列化和通用化 3 33 3 气缸选择的流程 气缸选择的流程 步骤一 选择缸径尺寸 步骤二 选择气缸行程 步骤三 选择气缸系列 步骤四 选择安装形式 步骤五 选择缓冲形式 步骤六 选择磁性开关 步骤七 选择气缸配件 10 步骤一 选择缸径尺寸 确定负载重量 选定使用的空气压力 确认动作方向 上 下 水平 1 气缸的输出力计算 对于双作用缸 F p1A1 p2A2 f ma 为了计算方便 常将运动部件的惯性力 背压力 密封阻力等 以负载率 的形式计入公式 即 F Ap 式中 为气缸活塞杆所能承受的实际负载力与理论输出力 之比 一般 0 7 2 缸筒内经 D 计算 当无杆腔进气时 根据 A D2 4 带入上式得 D 4F p 1 2 步骤二 选择气缸行程 活塞的行程 L 一般是根据实际需要来确定 通常 L 值取 0 5 5 D 步骤三 选择气缸系列 11 根据使用目的 活塞直径 行程以及唯一精度要求 选择适当的系列 步骤四 选择安装形式 每种气缸都有不同的安装形式 步骤五 选择缓冲形式 按使用条件和要求 选择气缸的缓冲形式 12 步骤六 选择磁性开关 磁性开关用于检测活塞的位置 使用磁性开关须使气缸内置磁环 步骤七 选择气缸配件 气缸配件是指按设计要求 配套活塞杆端的配件 3 43 4 气缸的确定 气缸的确定 根据实际情况 选用六角气缸SMCCQ2KB50 30DZ两个个 薄型气缸 SMCCDQ2B100 50DM一个 回转气缸AirtacHRQ30 A一个 六角气缸 SMCCQ2KB50 30DZ 13 薄型气缸 SMCCDQ2B100 50DM 回转气缸 AirtacHRQ30 A 4 4 其他机构的选择其他机构的选择 4 14 1 工件外套的结构设计 工件外套的结构设计 材料 塑料 14 尺寸 26x26x24cm 厚度 2cm 图示 4 24 2 推块的结构设计 推块的结构设计 推块的作用 推块将从料仓落下的工件外套推至物料落下的下方平台 然后在气缸的回程作用下复位 再继续将从料仓落下的工件外套推送 在正常 工作下如此循环运动 推块材料 尼龙 图示 4 34 3 外罩引导的结构设计 外罩引导的结构设计 外罩引导结构的主要作用是纠正工件的落入工件外套的位置 使工件准确 落入到工件外套中 防止工件因机械振动等因素的影响而跑出外套 15 图示 4 44 4 料仓的结构设计 料仓的结构设计 材料 塑料 高度 114cm 厚度 0 5cm 图示 5 5 电气系统设计及电气系统设计及 PLCPLC 编程编程 5 15 1 工艺过程的介绍 工艺过程的介绍 供料单元的主要任务是为检测单元适时的提供物料 当物料用完时产生报 16 警信号 同时暂停工作 直至加入物料 重新开始工作 供料单元的组成主要 有储料仓 推料杆 摆动气缸及传感器等 储料仓的作用是储存物料 在储料 仓的下端有个光电传感器 用以检测是否料空 推料杆的作用是适时的推出物 料 并固定物料 等待摆动气缸送出 摆动气缸是一个气动装置 其前端有个 真空吸盘 用以将物料送往下一站 在开始工作之前 先给气缸充气 当气体 达到一定压力值后 开始启动机器 先按下 复位 按钮 复位指示灯亮 机械 手摆到提料位置 真空吸盘产生正压放下物料 推料杆复位 然后 15 按下 开 始 按钮 只有当料仓有料并且下站空的情况下 开始指示灯亮才会亮起 否则 按下 开始 按钮不起作用 这时应加入物料或者清空下站 重新按下 开始 按 钮 摆动气缸摆到放料位置 推料杆推出工件 摆动气缸回到料仓位置 吸取 工件 达到设定的真空度后 摆动气缸摆到下一站位置 放下工件 完成一次 送料任务 在这个过程中 如果物料用完时 则料仓空指示灯亮起 系统暂停 工作 这时应补充物料 然后按下 开始 按钮 系统继续工作 5 25 2 PLCPLC 控制系统型号的确定控制系统型号的确定 自 1960 第一台可编程控制器诞生以来 经历了 30 多年的发展 可编程控 制器已经成为一种最重要 最普及 应用场合最多的工业控制器 5 2 15 2 1 SIEMENSESIEMENSE S7 300S7 300 PLCPLC 型号的确定型号的确定 CPU 模块 S7 300 有 CPU312 IFM CPU313 CPU314 CPU314 IFM CPU315 315 2DP CPU316 2DP CPU318 2DP 等 8 种不同的中央处理单元可供选择 CPU 以梯 形图 LAD 功能块 FBD 或语句表 STL 进行编程 依照设计要求 系统输入信号 有 3 个按钮 分别是复位 开始 停止 2 个限位开关 2 个磁感应式接近开关 1 个有料检测信号 1 个下站是否为空检测信号 物料提起和放下检测信号共计 11 个数字量输入信号 输出信号有机械手左摆 右摆驱动信号 推料杆推出 返 回驱动信号 工件吸住 放下驱动信号 3 个按钮指示灯信号共有 9 个数字量输 出信号 不需模拟量模块 选择 S7 300 系列的 CPU313 2DP 加上数字量输入 模块 SM321 及输出模块 SM322 就可以满足要求 而且还有一定的裕量 5 2 25 2 2 PLCPLC 电源电源 PS307 是西门子公司为 S7 300 专配的 24V DC 电源 PS307 系列模块除输出 17 额定电流不同外 有 2 A 5 A 10 A 三种 其工作原理和各种参数都相同 PS307 可安装在 S7 300 的专用导轨上 除了给 S7 300 CPU 供电外 也可给 I O 模块提供负载电源 S7 300 的 CPU 有四种工作方式 通过可卸的专用钥匙控制 可编程运行方式 运行方式 停机方式 清零用钥匙开关进行程序的清 除 在开始一个新的编程工作时 我们需要将中央处理器进行清零处理 它将很 容易地通过操作 CPU 上的钥匙开关来实现 为此我们必须进行以下 的操作步骤 1 接通 PLC 工作电源 并等待至 CPU 的自检测运行完成 2 转动钥匙开关至 MRES 位置 并保持这个状态 直至 STOP 发光二极管 从闪动转为常亮状态 3 钥匙开关转至 STOP 位置并迅速转回 MRES 位置 保持这个状态 STOP 发光二极管开始快速闪动 4 STOP 发光二极管的快速闪动 表示 CPU 已被清零 5 松开钥匙开关 这时钥匙会自动返回 STOP 位置 6 可编程控制器已被清零 并可以传输新的控制程序程序的下传只能是 钥匙开关在 STOP 或 RUN P 位置进行 5 35 3 PLCPLC 控制系统控制系统 I OI O 口分配口分配 动作过程 气缸 推动料箱后缩回 气缸 动作 倒料块转到料箱上端 机械手装工件 导料块回到初始点 气缸 上升 机械手夹走工件 气缸 下降 若料仓右腔 空了 气缸 动作 料仓左腔空 气缸 返回 I O 分配表 输入输出 PLC 接线说明PLC 接线说明 18 X0 开始 Y0 气缸 动作 推料 X1 停止 Y1 气缸 动作导料块转动 X2 传感器检测装料台 Y2 气缸 动作 X3 气缸 前位传感器 Y3 机械手装工件 X4 装料台重力传感器 Y4 机械手夹走工件 X5 转动传感器前臂传感器 Y5 气缸 动作 X6 气缸 上位传感器 X7 气缸 右限位传感器 X8 料仓右腔传感器 5 45 4 PLCPLC 控制系统外部接线图控制系统外部接线图 5 55 5 PLCPLC 控制系统状态转移图控制系统状态转移图 19 5 65 6 PLCPLC 控制系统梯形图控制系统梯形图 20 21 6 6 气缸推杆有限元分析气缸推杆有限元分析 22 气缸推杆的有限元分析 6 16 1 最大主应力分析 最大主应力分析 6 26 2 最大剪应力分析 最大剪应力分析 23 6 36 3 应力分析 应力分析 7 7 三维装配图三维装配图 24 8 8 参考数据参考数据 25 8 18 1 电气元件 站点名称厂家型号DataSheet编号 M06光纤放大器OMRONE3X NA41DQ 02 0012 M06面板模块博创MMDQ 01 M06接口模块博创MIOP20 M06PLCSIEMENSCPU 226DQ 03 0003 M06GPIB线深圳蓝光1m M06开关电源捷力达JSJ55 A2S24 24V 3A M06漫反射光电传 感器 洞头恒大E12 D5PKDQ 02 0010 M06漫反射光纤RIKOFRS 410 M4漫反射距离 10 DQ 02 0014 8 28 2气动元件气动元件 单元描述1制造商目录数量 M06二联件AirtacAFC20001 M06排气节流SMCAS1201F 01 04K2 M06排气节流SMCAS1201F M5 04K6 M06六角气缸SMCCQ2KB50 30DZ1 M06薄型气缸SMCCDQ2B100 50DM1 M06磁性开关AirtacCS1 J2 M06磁性开关SMCD A934 M06磁性开关SMCD C732 M06回转气缸AirtacHRQ30 A1 M06接头SMCKJS04 01S8 M06接头SMCKJS06 01S2 M06接头SMCKQ2S06 02S3 M06T型接头SMCKQ2T08 061 M06三口二位机 械阀 AirtacM3PL110 06 R1 M06堵头国产PT1 43 M06五口4位汇 流板 SMCSS5Y5 20 041 M06五口二位双 作用电磁阀 SMCSY5120 5LZD 013 M06五口二位双 作用电磁阀 SMCSY5220 5LZD 011 9 9 实训总结实训总结 26 时光如流水 两周的机电系统实训转眼