南工院,基于plc的加工中心自动换刀系统(带CAD图）带机械图
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装订线南京工业职业技术学院毕业论文毕 业 设 计课题名称自动生产线导轨设计系/专 业 机械工程系/机电一体化技术班 级 机 电1321学 号 1301653208学生姓名 高旭生指导教师：李金热2016年 5 月 27 日摘 要我国社会经济的迅猛发展，汽车作为一种便利的交通工具已经走入千家万户。这为汽车工业的蓬勃发展奠定了坚实的基础。但我国制造业生产汽车零部件的性能却跟不上汽车制造商的要求，汽车零部件性能检测设备也就应运而生了。当下的汽车的三大组成部分：发动机、底盘、变速箱。这三大组件基本决定了汽车的驾驶性能，其中变速箱对于操作体验最为明显。本文针对与变速箱配套使用的按键式换挡器耐久性检测试验台进行设计。首先，对试验台的总体方案进行设计。接着设计它的机械结构，再基于试验的机械结构进行电气部分设计。最终，通过对试验台的工作分析完成PLC控制程序和触摸屏程序设计。关键词：按键式换挡器、耐久性检测、PLC、触摸屏AbstractWith the rapid development of the social economy, the car as a convenient means of transportation has entered thousands of households. Consumers always want the car to be durable, for this purpose, the automobile manufacturers to auto parts suppliers to the production of parts of the reliability, durability put forward higher requirements. The durability testing equipment of auto parts came into being.Three major components of the current car: engine, chassis, gearbox. These three major components basically determine the driving performance of the car, which is the most obvious gearbox for the operating experience. In this paper, the design of the test bench for the durability test of the key press type gear box which is matched with the gearbox is used. First, the overall design of the test bench is designed. Then design its mechanical structure, and then based on the mechanical structure of the electrical part of the design. Finally, through the analysis of the work of the test bench to complete the PLC control program and touch screen program design.Key words: key type shift device, durability testing, PLC, touch screen目录第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 汽车零部件性能检测行业现状11.1.2汽车零部件性能检测行业的发展趋势11.2 课题来源21.3 本设计的意义及主要内容3第2章 机械方案设计52.1 设计主要参数52.2 工艺分析52.3 方案设计52.3.1传动机构设计52.3.2固定机构设计72.3.3手爪设计7第3章 电气系统设计93.1 电气系统硬件设计93.1.1驱动组建件选型93.1.2 触摸屏选型113.1.3传感器选型123.2 电气系统软件设计123.2.1 PLC及扩展模块选型133.2.2 I/O地址分配143.2.3 电气原理图153.2.4 PLC程序设计17第4章 触摸屏组态194.1 组态界面设计194.1.1 登陆界面设计194.1.2 主界面设计204.1.3参数设定界面214.1.4 报警界面设计224.1.5 手动运行界面设计23总结25致谢26参考文献27III第1章 绪论1.1 课题背景1.1.1 汽车零部件性能检测行业现状在中国国民对汽车的旺盛需求在政府大力推进利好的相关政策的情景下，中国的汽车工业蓬勃发展。在“诚信为本，质量为王”的当下，汽车制造商对汽车零部件供应商所生产的零部件的可靠性、耐久性的标准不断提高。汽车零部件供应类的企业所生产出来的汽车部件想要进入市场，都必须进行可靠性、耐久性等性能的检查与测试。这极大的促进了汽车零部件性能检测行业的发展，各大汽车零部件生产制造厂商纷纷建立起自己的试验室。这些试验室大多集设计、研发、检测于一体,为企业研发出大量非标的汽车总成检测设备。它们结合了现如今迅速发展的计算机技术、可编程逻辑控制器技术、电工电子技术、液压与气动技术等等自动化技术，实现了汽车零部件检测的标准化、自动化、无人化以及能提供更准确更有说服力的检测数据。不仅能保证总装后的汽车性能的稳定性，还能反向作用于汽车零部件的生产，促使其生产的标准化提高产品的质量在接下来的几年中我国汽车行业的生产水平将快速接近世界先进水平，顺应时代的潮流，为国内经济的发展提供助力，这也必将刺激市场消费，加大汽车零部件性能检测的市场需求，所以国内的汽车零部件性能检测企业在未来的作用将会更大，那么汽车零部件件检测设备随着市场需求的不断增加，必须加快创新的脚步，用高效、节能、稳定型的检测设备来跟上市场需求、改善行业发展。1.1.2汽车零部件性能检测行业的发展趋势当下汽车零部件性能检测设备市场特别有发展前景，但仍存在诸多问题比如自动化水平低、稳定性和可靠性差、外观设计不合理、使用寿命短等问题也使国内汽车零部件性能检测设备的口碑较差。同时，我国很多技术较为先进的汽车零部件性能检测设备的研发还在模仿国外的设备，自主开发的能力不足。为此，很多国外大型汽车检测设备公司将先进的技术和部件输入中国，在中国完成设备的生产制造，从而进一步节约了生产成本，大大提高了企业的市场竞争力。我国汽车零部件性能检测设备要满足汽车制造行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破“小而散”的行业态势，在“高精尖”的方向上不断前进。随着科技的发展，未来汽车零部件性能检测设备将顺应汽车工业的自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多样化、结构设计标准化、模块化、控制方式智能化、高精度化等几个方向发展。总的来说汽车零部件性能检测设备发展趋势可归纳为以下的三个方面：（1）汽车工业业需求迅速提升，但汽车零部件性能检测设备行业增长缓慢在接下的几年里，汽车零部件性能检测设备的市场将继续保持良好的连续上升势头，尤其是换挡器、变速箱检测设备的需求大幅度上扬，其将占有汽车零部件性能检测设备的大部分市场份额，但其他检测设备的市场需求也在上升。由于汽车零部件性能检测设备的制造行业并未形成规模化、专业化。研发制造依旧为各汽车零部件制造厂自建的实验室为主，且研发出来的产品多为某型号汽车部件专用的试验设备，行业规模增长缓慢。（2）自动化程度的大幅度提升在新兴科学技术不断涌现和社会经济的飞速发展的当下，市场的对汽车零部件性能检测设备的要求日趋苛刻，传统的检测设备已不能满足飞速发展的汽车制造业的检测需求，可以预见汽车零部件性能检测设备的自动化水平必须与时俱进。当今汽车零部件性能检测行业需要的是功能灵活多变、检测效率高、操作简单便捷、稳定性高、适应能力更强的检测设备。（3）“绿色检测”节能环保与新技术新材料共同而来的是严峻的市场竞争，为了提高检测设备的市场竞争力汽车零部件性能检测设备制造商必须要考虑节约能源和降低成本。为了适应国际汽车零部件性能检测市场的竞争，把握经济全球化带来的机遇，汽车零部件性能检测设备的制造商都应向技术先进、功能灵活多样、产品节能环保的方向努力发展。1.2 课题来源南京奥联汽车电子电器股份有限公司是一家集销售、设计、制造、安装调试和服务培训于一体的规范化的现代企业，汇集了国内众多从事于汽车制造检测工业专业技术人才，凭借雄厚的经济和技术实力，在短短的数年时间里便跻身同类先进企业行列。公司专业从事于研发、生产、销售汽车电子电器零部件产品，拥有一批高精尖技术人才组成的江苏省省级工程技术研究中心，具备自主研发及验证能力，拥有多项产品专利。公司建有相关产品的试验中心，并获得上海通用资质认可证书，拥有环境温度振动试验室、高低温试验箱、湿热试验箱、盐雾试验等多种试验设备。顶岗实习期间，有幸作为电气工程师助理加入南京奥联汽车电子电器股份有限公司的产品试验中心。参与了一系列公司产品检测设备的设计、研发、安装与调试，并对多种产品进行相关性能的检测试验，了解了汽车零部件检测的方式、类型以及如何操作试验器械。今年公司生产制造部生产了一批上海伊顿公交车的按键式换挡器（如图1-1所示），该型产品出厂前需对其按键的耐久性进行测试（不间断长时间交替对按键施加压力），依靠人力来完成测试是不现实的。且以前并没有相关设备，那么试验中心需要设计与该型按键式换挡器相配的耐久性的检测设备。图1-1 按键式换挡器因此结合顶岗实习的实际经验和在学校掌握的机械电气设计的相关知识，以及按键式换挡器耐久性试验台对于该型产品检测现实意义。在认真咨询导师李金热老师的意见后，选择按键式换挡器耐久性试验台设计作为毕业设计的课题。1.3 本设计的意义及主要内容展望未来，汽车零部件性能检测设备的自动化趋势是不可逆的。即使包汽车零部件性能检测市场的大多数份额依旧被传统的机械检查设备占据，但随着技术的更新换代，PLC等控制器价格的进一步下降，汽车零部件性能检测设备制造商必将转向自动化程度更高、稳定性更好的汽车零部件性能检测设备，以满足客户日益多样化的要求。我国汽车制造工业良好的发展趋势，巨大的市场需求，技术相对落后的现状以及客户需求越来越个性化的势头，预示着研究发展具有中国完全独立自主知识产权的汽车零部件性能检测设备，有着打破日本、德国等发达国家垄断汽车零部件性能检测设备制造市场的积极意义。本课题设计的汽车按键式换挡器耐用性检测试验台是针对与国民生活息息相关汽车安全耐用性，自主设计了能在触摸屏上设定相关参数、PLC控制动作功能的车按键式换挡器耐用性检测试验台，将按键式换挡器的检测过程自动化。首先设计汽车按键式换挡器耐用性检测试验台的项目方案，再根据硬件的机械结构进行电气设计，然后通过对机构动作的分析完成PLC控制程序和触摸屏程序设计，实现硬软件系统的结合以达到设计目的。本次设计拟实现的功能如下：1) 基于PLC控制；2）可以实时监控测试状态；3）可以改变按压速度、力、间隔；4）可以同时进行三组试验，每组的试验参数可独立设定；4.1.3参数设定界面本课题所设计的换挡器耐久试验台，需对三组单元进行独立的参数设定，在设计中对软件进行设计实现参数设定的功能。参数设定界面（轴1设定界面）上需实现的功能：三轴参数设定界面切换、开关设定、数值读取数值写入。1)界面切换参数设定界面上需切换至登陆画面、回主画面、报警画面、轴2参数设定界面、轴3参数设定界面、手动界面。切换画面的按钮设计为“元件-开关-功能”然后描述按钮，选择功能为切换窗口，再选择目标界面的窗口编号、松开有效。在“图片”、“标签”下对按键的外观标签进行设计。2)开关设定参数设定界面上需要使用：数值清零、启动、停止、复位、回原点的开关。为元件-开关-位状态切换开关”在读取地址中选择实验台所用PLC的名称，地址类型选PLC的中间寄存器M、对应的地址，属性中开关类型选择复归型。3)数值读取、写入参数设定界面上需要对试验台各单元的当前次数、回原点次数、初始距离、速度的参数进行读取，显示在触摸屏上。以及设定目标次数、目标距离、停留时间、按压力，输入到PLC去。“元件-数值-设置”，不启用输入功能（设定测试数据需启用）在一般属性PLC读取（写入）中选择实验台所用的PLC型号，地址类型选择PLC的寄存器D，输入寄存器编号。参数设定界面如图4-3所示。图4-3 参数设定界面4.1.4 报警界面设计实验台操作人员发现设备异常或危及人身安全时，按下紧急按钮，实验台停止一切操作，触摸屏转至报警界面。待异常排除后，复位报警信号，切换至其它界面。1)界面切换报警界面上需切换至登陆画面、回主画面、报警画面、手动界面。切换画面的按钮设计为“元件-开关-功能”然后描述按钮，选择功能为切换窗口，再选择目标界面的窗口编号、松开有效。在“图片”、“标签”下对按键的外观标签进行设计。2)复位报警信号元件-开关-位状态切换开关”在读取地址中选择实验台所用PLC的名称，地址类型选PLC的中间寄存器M、对应的地址，属性中开关类型选择复归型。此开关按下，PLC复位报警状态，等待下一步指令。报警界面如图4-4所示。图4-4 报警界面4.1.5 手动运行界面设计手动运行是为了检测汽车换挡器耐久实验台能否正常运行，保证检测工作的正常开展。手动界面上需实现界面的跳转、数据的读取写入、信号显示以及各类开关。1)界面跳转手动运行界面（默认轴1的手动运行界面）需要跳转至登陆界面、主画面、报警画面、参数设定界面、轴2手动界面、轴3手动界面。切换画面的按钮设计为“元件-开关-功能”然后描述按钮，选择功能为切换窗口，再选择目标界面的窗口编号、松开有效。在“图片”、“标签”下对按键的外观标签进行设计。2)数值读取、写入手动运行界面需要对实验台的手动速度、点动速度、目标距离进行设定，以及读取当前的距离、当前力值。“元件-数值-设置”，不启用输入功能（设定测试数据需启用）在一般属性PLC读取（写入）中选择实验台所用的PLC型号，地址类型选择PLC的寄存器D，输入寄存器编号。3)开关手动运行界面需要控制点动控制中电机的正反转、定位、力值清零、启动、停止、复位、回原点。元件-开关-位状态切换开关”在读取地址中选择实验台所用PLC的名称，地址类型选PLC的中间寄存器M、对应的地址，属性中开关类型选择复归型。4)信号显示在触摸屏上用指示灯，显示实验台插针的位置以及急停按钮的信号。“元件-指示灯-位状态元件指示灯”在读取地址中选择实验台所用PLC的名称，地址类型选PLC的输入X、对应的地址，置于合适的位置。手动界面设计如图4-5所示。4-5 手动运行界面（轴1）总结本课题所完成的主要工作有：客观分析了国内的汽车零部件性能检测行业的现状和发展趋势，对我国汽车零部件性能检测行业有了清晰的认识；对按键式汽车换挡器耐久性检测实验台的设计目的、使用环境进行了深入的调研为该实验台的设计奠定了坚实的基础；设计了试验台的机械结构以及“电机+联轴器+滚珠丝杆”的传动方式；根据设计要求对试验台进行电气原理的设计并选择合适的电气元件；最后完成了本次设计中最为重要的触摸屏和PLC程序设计。所设计的换挡器耐久性试验台是机电一体化技术综合应用的产物，实现了对按键式换挡器耐久性的自动检测、实时监测、可变更参数等功能，同时试验台使用了“触摸屏+PLC”模式的开发平台，实现了对步进电机、下压力、的精准控制，以及对插针下压次数、时间、下压力的实时监控，人机界面友好，简单易操作。该试验台可同时独立（设定不同参数）检测三组按键式换挡器，随着我国汽车工业的不断发展以及巨大的市场需求，汽车零部件性能检测行业的发展也会登上新台阶。本课题设计，由于时间较为仓促，以及本人知识和经验的不足，如有考虑不周或错误，请不吝指教。致谢毕业设计写到这里，突然发觉
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