機械電氣課程設計設計報告--功能檢測單元

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設計題目--------------------------------------------------------2</p><p>　　立項報告--------------------------------------------------------2</p>&l

2、t;p>　　方案論證報告--------------------------------------------------2</p><p>　　形式實驗報告--------------------------------------------------5</p><p>　　PLC梯形圖---------------------------------------------

3、--------7</p><p>　　設計說明書-----------------------------------------------------9</p><p>　　操作面板示意圖----------------------------------------------11</p><p>　　使用說明書-----------------------

4、-----------------------------11</p><p>　　研制總結報告-------------------------------------------------11</p><p>　　整機裝配圖----------------------------------------------后附1</p><p>　　氣動原理圖----

5、------------------------------------------后附2</p><p>　　電氣原理圖----------------------------------------------后附3</p><p><b>　　設計題目</b></p><p><b>　　功能檢測單元</b><

6、/p><p><b>　　立項報告</b></p><p>　　設計這個功能檢測單元的目的是設計一種用于檢測工件高度，并將合格與不合格工件分別輸送到其他單元的檢測單元。它的主要工作內(nèi)容包括：機械手機械系統(tǒng)設計、電路設計、PLC控制程序編制。</p><p>　　下面我們從社會效益和經(jīng)濟效益兩個方面來闡明為什么要進行這次設計。</p>

7、<p><b>　　首先是經(jīng)濟效益：</b></p><p>　　在原來的工作中，工人通過人工進行工件高度的檢測，判斷工件合格與否。這樣的人工檢測耗時長，效率偏低，并且最終的工件合格率可能受工人工作經(jīng)驗的影響：熟練工人合格率高，而非熟練工人的合格率低，可能對產(chǎn)品質(zhì)量保證有不好的影響。</p><p>　　現(xiàn)在使用功能檢測單元代替工人工作，一方面可以減少雇傭的

8、工人數(shù)量，并且每年雇傭一個工人需要5萬元（RMB），而一臺功能檢測單元的運行費用是3萬元（RMB），這樣我們可以每年節(jié)省2萬元（RMB），在除去設計費用和制造費用1萬元（RMB），當年一臺機器就可以節(jié)約1萬元（RMB），隨后的效益更是可觀的；另一方面，也可以提高工作效率，產(chǎn)品質(zhì)量也能得到穩(wěn)定的保障。</p><p><b>　　其次是社會效益：</b></p><p>

9、;　　人工檢測時，工人需要在比較嚴酷的工作環(huán)境下進行單一重復的工作，受到噪音污染等其他各方面的影響。我們工程技術人員當然是看在眼里，淚流心里。為了讓工人們脫離苦海，我們需要設計可以自動檢測工件的機械手。另外，工人進行檢測工作時，必須全神貫注，在危險環(huán)境下進行工作時，每天都在冒著風險。而對于一些產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的關系到人民正常生活的產(chǎn)品，單單依靠工人自己的自覺與專注是遠遠不夠的。為此，設計一個自動化功能檢測單元，是很有必要的。</p

10、><p>　　現(xiàn)在剩下的問題就是如何能設計出這次功能檢測單元。</p><p><b>　　技術可行性分析：</b></p><p>　　快速：使用PLC控制技術，機械手動作快捷、準確。</p><p>　　低成本：本產(chǎn)品采用了國際先進的FESTO氣缸，制造、安裝和維護的費用都明顯低于市場上的同類產(chǎn)品。</p>

11、<p>　　可維護性：每一部機器都不可以脫離維修的工作，但我們相信，F(xiàn)ESTO氣缸的維修費用將會肯定低于其他產(chǎn)品。另外，我們提供快速維修服務以及直接替換配件，使您無后顧之憂。</p><p>　　技術支持：對于長時間使用的設備，技術支持是很重要的。我們可以為客戶提供低費用、長期的技術支持和升級服務，您可以利用網(wǎng)絡免費下載我們的升級軟件以及低成本升級我們更改的硬件。</p><p&g

12、t;<b>　　方案論證報告</b></p><p>　　本次的課程設計，我們小組共提出兩種設計方案。一種是直線運動加回轉運動方案，另一種是完全的直線運動方案。</p><p>　　下面，我們就這兩種方案進行討論。</p><p><b>　　方案一：</b></p><p><b>　　

13、結構示意圖：</b></p><p>　　這種方案是由兩種氣缸組成：直線運動氣缸和擺動氣缸。</p><p>　　優(yōu)點：由于擺動氣缸的回轉速度很快，因此這種方案的最大優(yōu)點就是運動速度快。其次，由于氣缸數(shù)量較少，因此，安裝方便、噪音小、維護簡單、壽命長。</p><p>　　缺點：顯而易見，由于注塑機的機內(nèi)空間有限，不可能將機械手安裝在注塑機內(nèi)部。又因為是

14、采用的擺動氣缸，機械臂的回轉半徑很大，很容易與注塑機的模具支撐裝置、注塑機的機體發(fā)生干涉，導致發(fā)生危險。</p><p>　　結論：回轉半徑過大，容易與其他部件發(fā)生干涉，穩(wěn)定性、可靠性較低。因此，不能采用該種設計方案。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p><b>　　結構示意圖：</b></

15、p><p>　　這種方案完全由直線運動氣缸組成。</p><p>　　優(yōu)點：可將機械手臂安裝在注塑機機體以外，由于直線運動氣缸的行程長而且便于控制，因此不會與注塑機的其他部件發(fā)生干涉。</p><p>　　缺點：安裝較為復雜，機械手的軸線要與注塑機模具的軸線對齊。</p><p>　　結論：可靠性、穩(wěn)定性強，結構簡單。應采用次種方案。</p

16、><p><b>　　形式實驗報告</b></p><p><b>　　動作順序圖：</b></p><p><b>　　氣動原理圖：</b></p><p><b>　　PLC動作轉換圖：</b></p><p><b>　

17、　PLC外部接線圖：</b></p><p><b>　　實驗儀器、設備：</b></p><p>　　FESTO氣缸綜合實驗臺；三菱PLC可編程控制器系統(tǒng)；PC機一臺；連接用導線若干。</p><p><b>　　實驗步驟：</b></p><p>　?。?）．繪制系統(tǒng)的裝置簡圖；&l

18、t;/p><p>　?。?）．確定動作順序和轉換條件；</p><p>　?。?）．繪制控制面板布置圖；</p><p>　　（4）．繪制系統(tǒng)的狀態(tài)轉換圖；</p><p>　?。?）．繪制PLC的外部接線圖；</p><p>　?。?）．編制I/O位及工作位分配表；</p><p>　?。?）．編

19、制系統(tǒng)的控制梯形圖。</p><p>　　7．I/O位及工作位的確定：</p><p><b>　　I/O表：</b></p><p><b>　　工作表：</b></p><p><b>　　實驗結論：</b></p><p>　　本次實驗非常成功，各

20、個氣缸的運行動作均順利實現(xiàn)，啟動、停止、復位、急停等功能也完全按照設計計劃實現(xiàn)，整個系統(tǒng)運行平穩(wěn)、流暢。達到初步的設計要求，可以進行進一步的設計工作。</p><p><b>　　PLC梯形圖</b></p><p><b>　　設計說明書</b></p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)：</b><

21、;/p><p>　　注塑機模具深度：120mm</p><p>　　注塑機模具中心到注塑機側面距離：580mm</p><p>　　注塑機側面上框架寬度：100mm</p><p>　　注塑機模具軸線到注塑機側面上框架距離：540mm</p><p>　　注塑機模具軸線到工件送出口距離：380mm</p>&

22、lt;p>　　2．氣動卡抓的選擇：</p><p>　　由于此次的工件的材料為塑料，因此工件的質(zhì)量不大，其最大質(zhì)量不超過0.2kg。</p><p><b>　　設m=0.2kg</b></p><p>　　垂直運動速度：V垂直=0.5m/s</p><p>　　緩沖長度：L垂直=0.6mm=0.0006m<

23、/p><p><b>　　垂直加速度：</b></p><p>　　水平運動速度：V水平=1m/s</p><p>　　緩沖長度：L水平=8mm=0.008m</p><p><b>　　水平加速度：</b></p><p>　　參照元器件手冊，選用HGP-16-A型平行氣動卡抓

24、。</p><p><b>　　雙作用氣缸的選擇：</b></p><p>　　卡抓自重0.185kg，工件最大質(zhì)量0.2kg，總質(zhì)量0.385kg</p><p>　　設最大負載：m=0.4kg</p><p><b>　　氣缸的軸向負載力：</b></p><p>　　F

25、=umg=0.25x0.4x9.8=0.98N</p><p><b>　　氣缸平均速度：</b></p><p>　　V=s/t=300/1=300mm/s</p><p><b>　　負載率：B=0.5</b></p><p><b>　　理論輸出力：</b></p&

26、gt;<p>　　F0=F/B=0.98/0.5=1.96N</p><p><b>　　雙作用氣缸缸徑：</b></p><p>　　由于該氣缸行程為380mm，所以參照元器件手冊，選用DSNU-25-400PPV-A型雙作用氣缸，缸徑25mm，行程400mm。</p><p>　　4．無桿氣缸的選擇：</p>&

27、lt;p>　　雙作用氣缸自重1.5kg，卡抓自重0.185kg，工件最大質(zhì)量0.2kg</p><p>　　總負載1.885kg</p><p>　　設最大負載：m=2kg</p><p><b>　　氣缸的軸向負載力：</b></p><p>　　F=umg=0.25x2x9.8=4.9N</p>

28、<p><b>　　氣缸平均速度：</b></p><p>　　V=s/t=300/1=300mm/s</p><p><b>　　負載率：B=0.5</b></p><p><b>　　理論輸出力：</b></p><p>　　F0=F/B=4.9/0.5=9.8N

29、</p><p><b>　　無桿氣缸缸徑：</b></p><p>　　由于該氣缸行程為120mm，所以參照元器件手冊，選用DGPL-18-PPVA-GFB型無桿氣缸，缸徑18mm，行程200mm。</p><p>　　5．氣缸間連接的設計：</p><p>　　氣缸間的連接使用5mm厚的A3鋼板，由于使用量較少，其鋼

30、板總重量遠小于氣缸總重量，因此可以忽略不計，只需校核整個機械臂系統(tǒng)與注塑機間的連接強度。</p><p>　　雙作用氣缸自重1.5kg，卡抓自重0.185kg，工件最大質(zhì)量0.2kg，無桿氣缸自重1.5kg</p><p>　　系統(tǒng)總重3.385kg</p><p><b>　　設選用M10螺栓</b></p><p>

31、　　由于整個機械臂系統(tǒng)與注塑機間的連接使用4顆螺栓，因此每顆螺栓的最大拉應力和最大剪切應力分別為：</p><p>　　F剪=9.8x3.385=33.173N</p><p><b>　　F剪/4=8.3N</b></p><p>　　M=33.173x0.54=10.35Nm</p><p>　　F拉=M/0.025

32、=414N</p><p><b>　　F拉/2=207N</b></p><p>　　P拉=207/(10x10x3.14/4)=2.64Mpa</p><p>　　P剪=8.3/(3.14x10x6.4)=0.04Mpa</p><p>　　查表驗證，使用M10螺栓完全可以滿足強度要求。</p><

33、;p>　　注：連接件的具體尺寸和安裝位置要求詳見裝配圖及其對應的零件圖。</p><p><b>　　操作面板示意圖</b></p><p><b>　　使用說明書</b></p><p>　　使用前請先查看接線、插頭是否松動，確保安全。</p><p>　　打開PLC的電源開關，將PLC面板

34、上的開關撥至“RUN”處。</p><p>　　按動機械手臂操作面板上的“啟動”按鈕，機械手臂開始動作，并始終處于自動循環(huán)工作狀態(tài)，此時可無需有人在旁看守，機械手臂會自動循環(huán)運行。</p><p>　　按下“停止”按鈕，機械手臂會在本次循環(huán)動作結束后自動停止工作。</p><p>　　當遇停電或按下“急?！卑粹o后，可按下“復位”按鈕，則機械手臂會自動運行到初始位置后

35、停止工作，待再次按下“啟動”按鈕后，可繼續(xù)工作。</p><p>　　在機械手臂工作過程中，如遇突發(fā)情況需立即停機的，可按下“急?！卑粹o，機械手臂可在瞬間停止工作并保持不動。此時按動其他按鈕，均不會有任何反應。</p><p>　　解除“急?！狈椒ǎ罕尽凹蓖！卑粹o采用自保持式按鈕，解除“急?！睍r，應將“急?！卑粹o逆時針旋轉90度，“急?！卑粹o會自動彈起，并解除“急停”狀態(tài)。</p&g

36、t;<p>　　解除“急?！睜顟B(tài)后，須按“復位”按鈕，待機械手臂復位后，再按下“啟動”按鈕，機械手臂方可繼續(xù)工作。</p><p>　　機械手臂使用完畢后應及時關閉機械手臂的電源和PLC的電源，并將PLC面板上的開關撥至“STOP”處。</p><p><b>　　研制總結報告</b></p><p>　　實踐環(huán)節(jié)從來都是高等工科

37、教育中不可代替的重要環(huán)節(jié)。特別是隨著現(xiàn)代科技的高度發(fā)展，工程技術知識呈現(xiàn)爆炸式增長。爆炸的規(guī)模如此之大，以至于任何一個工科專業(yè)的畢業(yè)生都是不可能通過4年的大學教育掌握所學專業(yè)的全部知識。除此之外，統(tǒng)計資料表明，隨著技術不斷發(fā)展，工科學生在學校所學的知識每隔五年就會有一半變?yōu)殛惻f的技術而失去價值。所以現(xiàn)代高等教育強調(diào)的，不是增加學生掌握的知識的數(shù)量，而是培養(yǎng)他們通過實際工作不斷地學習和掌握先進技術的能力。這種能力的培養(yǎng)，在學校中，主要是通

38、過實踐環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。機電系統(tǒng)課程設計就是為機械工程學科專業(yè)學生安排得這樣一個實踐環(huán)節(jié)。</p><p>　　機電系統(tǒng)課程設計在時間上安排在學生已經(jīng)學習了機械類和電類的基礎課和專業(yè)基礎課之后，正在準備開始專業(yè)課的時候。通過這個實踐環(huán)節(jié)，學生一方面可以切身體會一下以往學過的知識和技能在實際工作中是怎樣應用的，從而家生對這些知識和技能的掌握程度；另一方面可以通過簡單的工程設計課題，加深對工程和工程問題的理解，為以后學習專

39、業(yè)知識做好準備。</p><p>　　本實踐環(huán)節(jié)模擬產(chǎn)品生產(chǎn)和營銷工作中一種常見的工作任務----為通用機械設備（例如壓力機，注塑機，車床等）裝配一臺用于上下料的機械手。在現(xiàn)代，這樣的機械手通常是用通用的氣動元件驅動，可用編程控制器控制。如果元件選用合理，通常只加工少量的機械零件就可以組裝成一個機械手。設計這樣一個裝置，既要有機械設計的能力，又要有電路設計的能力，既要有硬件設計，又有軟件設計，所以雖然比較簡單，但

40、具有較好的機電一體化典型意義，是一個比較合理實踐環(huán)節(jié)選題。</p><p>　　任務肅然比較簡單，但實際執(zhí)行起來，也像任何一個機械工程項目一樣，需要先進行調(diào)研和試驗工作以便證明其可行性和確定技術方案：然后進行機械設計和電子電路設計，繪制工作圖紙和編寫驅動軟件，分別制造它的機械部分和電控部分并最后將他們組裝，調(diào)試：還要完成裝置的試運行和最后的整理文件通過驗收等工作。作為對這樣一個任務的模擬，本實驗環(huán)節(jié)要求學生完成從

41、立項調(diào)研到會制圖紙和編寫軟件這一階段的工作。為了盡可能貼近工程實際，還要特別要求學生在客舍期間完成一個形式實驗。即按照自己設計的機器的工作原理，用標準的元器件組成一個實驗裝置，并在其上證明設計方案的可行性，和檢驗硬件與軟件方面的存在的缺陷。</p><p>　　通過這個實踐環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學生運用力學和機構學的基礎知識解決設計工程問題的能力，可以培養(yǎng)學生自覺地運用機械和電子兩方面的知識，創(chuàng)造性地解決工程實際問題的能

42、力。由于項目涉及到新技術和新產(chǎn)品的應用，需要學生自己去收集有關的技術資料并理解消化，所以可以鍛煉學生的檢索整理科技情報的能力，并通過閱讀外文資料提高運用外語的能力。對于機電一體化專業(yè)的學生，現(xiàn)場調(diào)試是最重要的技能之一，這可以通過形式實驗來得到提高。真正的工程設計，通常都是由幾個，幾十個或上百個工程技術人員協(xié)作完成的，因此協(xié)作能力被列為工科畢業(yè)生必備的素質(zhì)之一。為培養(yǎng)學生這種素質(zhì)，本實驗環(huán)節(jié)以工作小組為單位，學生在小組中分工合作，共同完成

43、一個設計任務。文字表達能力也是工科畢業(yè)生應有的素質(zhì)。本環(huán)節(jié)通過要求學生按照工程規(guī)范撰寫設計報告來鍛煉學生這種能力。</p><p>　　通過這次課程設計不僅使我對前面所學習的知識有了更新的認識，起到了“溫故而知新”的作用，而且將我以前學習的知識和其他一些學科聯(lián)系起來。更重要的是它提高了我的動手能力和其他各方面的技能。課程設計是對學生綜合能力的考驗。</p><p>　　從前我一直認為設計工

44、作就是按照書本上的例題一步一步地做下去得出結論與書后答案一致就可交差了，而現(xiàn)在覺得要想完整地設計出一臺機器真的是非常非常復雜和困難的工作，不但需要認真的計算和縝密的思考還要有百折不撓的精神。這一點我今天真的發(fā)自內(nèi)心的領悟到了。</p><p>　　因此，我對從事設計工作的專業(yè)設計人員和從事有關科目的研究人員，以及從事相關學科教學的廣大老師表示由衷的欽佩和深深的敬意！</p><p>　　最