【《某汽车零件生产企业生产车间自动翻转台的总体设计案例》3400字】

第2章总体设计第第页共93页某汽车零件生产企业生产车间自动翻转台的总体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u27308某汽车零件生产企业生产车间自动翻转台的总体设计案例 114401.1引言 1223751.2翻转台工作任务需求分析 1152621.3生产线自动翻转台控制系统的组成 2322631.4生产线自动翻转台的工作原理 3139681.4.1翻转台的结构 3263271.4.2翻转台的工作流程 7319461.5翻转台的检测系统 11269511.6伺服控制系统的工作原理 11288641.7小结 121.1引言总体设计是本次设计的基础，它能从总体上把握课题的设计要求，使课题的工作围绕其设计要求而进行，有助于工作的开展，同时也是工作达到预期目标的重要保证。本章主要从组成部分、设计依据、运动流程及设计方案等方面阐述其总体设计。1.2翻转台工作任务需求分析某汽车零件生产企业负责生产加工的SQ-2738型汽车配件每件成品质量约为90Kg，每件成品依据企业生产车间现行加工工艺标准以及目标企业定制生产需求应当经历两道打磨加工工艺，成品实例如图2-1所示。图2-1成品实例图原物料由传送带传送至指定点位，由机械手负责夹紧，随后两台维度电动机分别执行180°翻转转动将原物料运动至不同位置；打磨工艺同样采用两台电动机配合转动，分别进行两个加工维度的调整，并按顺序完成两道打磨加工工艺，使得整条生产线高效运作，达到高生产效率、低生产成本、高劳动安全性的生产需求。1.3生产线自动翻转台控制系统的组成翻转台的控制系统由调度计算机、人机交互界面、S7-1200PLC、XY维度轴和ZA加工轴电机及相应的变频器、传送带、机械夹臂、指示灯以及相关传感器构成，生产线自动翻转台的控制系统结构如图2-2所示：图2-2控制系统结构图生产线自动翻转台控制系统采用S7-1200PLC控制四台变频器，X、Y轴电机变频器分别对X、Y轴的电机进行调速控制，Z、A轴电机变频器分别对Z、A轴的电机在加工过程中进行控制。通过气缸的伸缩控制机械抓手抓取原物料。通过传送带运转实现物料的自动化运转，通过现场总线将调度计算机、人机交互界面(HMI)、传感器、指示灯等硬件设备与S7-1200PLC进行连接通信，在实现数据信息实时传输的同时，还能够对翻转台的工作状态进行实施监控。1.4生产线自动翻转台的工作原理1.4.1翻转台的结构为力求尽可能地更好地设计翻转台控制系统并与生产线实际生产需求相结合，针对本设计制作的翻转台的总体结构如图2-3所示。图2-3翻转台的总体结构生产线自动翻转台主要包括以下结构：设置X轴如图2-4，可由X轴电机控制依据生产需要进行沿横面360°水平转动。翻转台运行时，当X轴电机接收到动作信号，电动机按设定值动作，带动X轴转动至预定位置，进行工艺加工。图2-4翻转台X轴设置Y轴如图2-5，可由Y轴电机控制依据生产需要进行沿竖面180°轴转动。翻转台运行时，当Y轴电机接收到动作信号，电动机按设定值动作，带动Y轴转动至预定位置，进行工艺加工。图2-5翻转台Y轴设置Z轴如图2-6，可由Z轴电机控制依据生产需要进行沿轨道面横直线移动。翻转台运行时，当Z轴电机接收到动作信号，电动机按设定值动作，带动Z轴沿轨道移动至预定位置，进行工艺加工。图2-6翻转台Z轴设置A轴如图2-7，可由A轴电机控制依据生产需要进行沿轨道面竖直线移动。翻转台运行时，当A轴电机接收到动作信号，电动机按设定值动作，带动A轴沿轨道移动至预定位置，进行工艺加工。图2-7翻转台A轴加工轴的钻头如图2-8所示。图2-8加工钻头加工钻头会在机械夹臂运动到加工位给出信号后按程序开始加工动作。传送带如图2-9所示。图2-9翻转台传送带1.4.2翻转台的工作流程经过与生产现场管理人员的沟通与交流，结合生产线翻转台的实际使用需求，设计翻转台的工作流程分为自动作业模式和手动作业模式，工作流程图如图2-10所示。图2-10工作流程图(1)自动作业模式:操作人通过人机交互界面对翻转台进行控制，在人机交互界面上选择作业指令，翻转台在接收到作业指令后自动化的完成相应的作业任务。具体作业流程为：机械夹臂夹住原物料后，X轴电机水平转动180°到加工位后开始加工正面，如图2-11、图2-12所示。图2-11X轴水平转动图2-12X轴水平移动加工时，A轴首先按预定值下降，到位后钻头开始动作，同时Z轴沿轨道按预定值移动以完成加工，如图2-13所示。图2-13A、Z轴运动正面加工完成后，X轴按原转动方向反转180°，到位后，Y轴电机控制以轴架转动180°将零件反面置于加工钻头下方，A轴按预定值下降，到位后钻头开始动作，同时Z轴沿轨道按预定值移动以完成加工，如图2-14、图2-15、图2-16所示。图2-14X轴反转图2-15X轴反转图2-16X轴反转反面加工完成后，X轴按原转动方向反转180°将加工完成的零件置于传送带上方，机械夹臂放松，将零件放置在传送带上，传送带转动。(2)手动作业模式:操作人员通过人机交互界面对翻转台进行手动控制，手动控制翻转台四个轴的电机的转动、传送带的运动以及机械抓手气缸伸缩等操作，手动完成相应的作业任务。操作人员在调度计算机中输入调度信息，PLC在接受到调度计算机发送的任务指令后，控制翻转台自动完成相关作业指令。当翻转台系统启动时，系统初始化，将翻转台的x轴、Y轴转动至至原点位置，并将气缸缩进。初始化完成后由操作人员选择系统的控制模式。选择自动模式时，操作人员选择作业任务，系统调用相应的子程序并执行作业任务。完成作业任务后，系统根据操作人员的指令判断是否继续作业，若继续作业则重复以上指令，若不继续作业系统则结束工作。选择手动模式时，由操作人员手动操控翻转台完成相应作业任务。1.5翻转台的检测系统通过安装在生产线自动翻转台上的相关传感器检测装置，系统可以对翻转台的工作状态以及翻转台的安全性进行实时的检测与监控。为实现精准定位与感知，本设计采用无线射频识别即射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID），是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。完整的RFID系统由读写器(Reader)、电子标签(Tag)和数据管理系统三部分组成。射频识别在实时更新资料、存储信息量、使用寿命、工作效率、安全性等方面都具有优势。射频识别能够在减少人力物力财力的前提下，更便利的更新现有的资料，使工作更加便捷；射频识别技术依据电脑等对信息进行存储，最大可达数兆字节，可存储信息量大，保证工作的顺利进行；射频识别技术的使用寿命长，只要工作人员在使用时注意保护，它就可以进行重复使用；射频识别技术改变了从前对信息处理的不便捷，实现了多目标同时被识别，大大提高了工作效率；而射频识别同时设有密码保护，不易被伪造，安全性较高。翻转台的传感器检测系统主要包括以下模块:速度检测模块通过安装在两台伺服电机轴端的旋转编码器，对电机的运行速度进行实时检测，变频器通过旋转编码器反馈的速度信息对电机的转速进行调节。(2)位置检测模块

翻转台的横梁上装有条码带，翻转台运行时实时扫描条码带，条码阅读器将读取到的条码信息通过内置的解码器转换成距离信息，从而实现翻转台的精确定位.(3)抓取检测模块

翻转台的机械夹臂上安装有到位传感器，当机械夹臂抓取到原物料时，机械夹臂手不能完全闭合，故机械夹臂不能到位;若机械夹臂未抓取到原物料时，机械夹臂闭合到位，系统报错。1.6伺服控制系统的工作原理本文生产线自动翻转台控制系统采用三闭环的方式对伺服电机进行控制。电流环采用PI控制器，采用电压矢量控制方式对伺服电机的电流环进行控制。这种控制方式适用于中高速控制系统，但在低速控制系统中难以实现高精度的控制，因此单一的控制方式已经无法满足系统的要求。本文将前馈控制和反馈控制结合，在反馈控制回路之前引入前馈通路，组成新的控制系统来提升控制系统的性能。当系统选择合适的参数时，在保持系统稳定的同时，还可以降低由系统惯性带来的误差。基于输入补偿的复合控制系统如图2-17所示。图2-17复合控制系统图原输入信号产生的误差信号的大小，与引入前馈补偿装置后，在系统中增加的输入信号产生的误差信号大小相等，但方向相反。速度环是基于PI调节对电机进行闭环无级调速，采用旋转编码器作为电机转速的信号反馈装置，将预先给定的信号与旋转编码器反馈的信号传入速度控制器，在控制器计算出差值后对速度进行调节，使伺服电机稳定在预先设定的速度进行运转。位置环采用BPS认址，通过扫