〔大学论文〕MPS加工站机械设计（含word文档）.pdf

第 1 章 MPS 总体方案设计概述模块化生产系统由上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站, 分类站六部分组成在上料检测站中有一个回转仓，仓内存储着黑、白两种 颜色的大工件，在安装站有一个料仓，仓内存储着黑、白两种颜色的大小工 件每一站都有一套独立的 PLC 控制系统，都能单独完成一个动作过程，而 将各站按一定顺序联接在一起后，就组成了一个模块化生产系统，如图 1 所 示上 料 检测工位搬 运 工搬 运 工位位加工加工加工加工工位工位工位工位安 装 搬安 装 搬安 装 搬安 装 搬运工位运工位运工位运工位分类分类分类分类工位工位工位工位安装安装安装安装工位工位工位工位图 1模拟自动生产线安 装 站上料 检测 站搬 运 站加 工 站安装 搬运 站分 类 站图 1-1系统方框图模块化生产系统工作过程简述如下：通过程序的控制，上料检测站将大 工件从回转料仓内送出，搬运站把大工件从上料检测站搬至加工站，加工站 将大工件加工、检测后送出，安装搬运站把大工件搬至安装工位放下，安装 站把对应的小工件装入大工件中，而后，安装搬运站将安装好的工件送至分 类站，分类站再将工件按要求送入相应的仓库 直流电动机具有调速性能好，起动力矩大的特性，能较好地适合本系统 要求，故考虑某些原动机械选用直流电动机。

由于气压传动的工作介质是空气，排放方便，不污染环境，空气粘度小， 便于远距离传输，能源损失小；另外，气压传动反应快，维护简单，工作环 境适应性好，允许工作温度范围广，有过载保护作用因此，也采用气缸来 提供部分动力和传递运动，而不用液压传动又因该系统为教学实验设备， 动力较小，主要是满足运动要求，所以气缸主要根据运动要求进行选择 MPS 是模拟生产系统的英文缩写，用于模拟一个典型的顺序控制系统 在该系统中必须完成对工件颜色的判别、加工、搬运、分类等这些功能实 现的一个很重要的环节，是必须对工件、系统机械部件的位置及工件的颜色 进行感知，即检测，而这一工作的完成很大程度上依赖于传感器的使用 传感器按其机理及转换形式分类有结构型、物性型、数字（频率）型、 量子型、信息型和智能型按敏感材料分类有半导体型、功能陶瓷型、功能 高聚物型等按测量对象参数分类有光传感器、湿度传感器、温度传感器、 磁传感器、压力（压迫）传感器、振动传感器、超声波传感器等按应用领 域分类有机器人传感器、医用（生物）传感器、环保传感器等 在这套 MPS 设备中用到了无接近式传感器（电容传感器、电感传感器）、 光电传感器、磁传感器（磁性开关） 。

分别判别黑白工件；检测工件、系统机械传动装置及气缸运动是否到位等功能第 2 章 加工站设计说明2.1 功能介绍 它是模块化生产系统的第三站，其主要功能是把第二站搬运来的大工件进 行加工，并在加工过程中将大工件的颜色信号也同步进行传递 2.2 方案设计 由一圆形旋转加工台和钻削、检测两加工点组成电机 M1 带动圆形旋转 加工台转动，光电式传感器 B1 专门检测搬运站有无工件送来，圆形旋转加工 台的定位问题依靠光电式传感器 B2 来解决圆形旋转加工台上有四个工位， 均匀分布在加工台的边上，其中两个工位正好位于鉆削和检测两加工点，剩 余的工位一个靠近第二站，等待搬运站把要加工的工件运来;另一个靠近第五 站，等待把已加工的工件运走我们把靠近第二站的工位称一号工位，在鉆 削加工点的工位称二号工位，在检测加工点的工位称三号工位，靠近第五站 的工位称四号工位 钻削加工点由电机 M2、1 号气缸组成3 号气缸是双作用气缸，由单控电 磁阀 3Y1 控制，模拟对被加工工件的加紧和放松电机 M2 带动钻头转动1 号气缸是双作用气缸，由单控电磁阀 1Y1 控制，主要带动电机 M2 和钻头一起 上下动作，对工件进行钻削加工。

检测加工点由 2 号气缸组成2 号气缸是双作用气缸，由单控电磁阀 2Y1 控制，主要是对钻削好的工件检测，检查加工质量 气动回路如图 2 所示2Y1V=02B12B23B2V=03Y13B11B11B2V=01Y1图 2气动回路图2.3 气路的一般分析 首先，考虑动力的合理分配和利用气路工作运行的特点是：1.在各工作 地点全部气动装置同时都在工作的情况是很少的； 2.每个气动装置的压缩空气 消耗量也不是固定的，有时要求量很大,而有时却又可能很小或完全不需要；3.由于工作要求的不同，各个气动装置所需要的工作压力也不相同因此，在 设计时，对空气压缩机的效率、排气量和工作压力的选择，应有适当的分析 和计算 其次，是网络的合理布置对于网络的设计要求是：1.线路最短，并尽量 做到拐弯少；2.尽量少采用供应较少而且较贵的橡胶软管；3.控制阀以及其它 辅助装置少 第三， 是保证各部分工作运行在时间上的协调 由于空气介质的可压缩性， 气压的能量转换过程较为复杂，而且不稳定，因此，在运用“一阀控制多缸” 原则时，还必须同时考虑多缸运动协调问题在设计气路、选用控制阀和辅 助装置时必须考虑这个因素 电控换向阀是利用电磁使阀心换向，它是由电磁控制部分和换向阀部分 组成的，换向阀部分称为主阀。

电磁控制部分按其对主阀的控制型式分为直 动式和先导式两种，主阀阀心的换向由电磁铁芯直接推（或拖）动的控制形 式，称为直动式如果主阀阀芯的换向是由电磁控制压缩空气来实现的，则 这种控制形式称为电磁先导式，而电磁控制部分称为电磁先导阀，它与主阀 组合成先导式电磁阀 本站选择单向电控阀 2.4 工作桌面介绍 加工工位工作桌面如图 3 所示它由一圆形旋转加工台和钻削加工位、检 测位等组成电机 3M1 通过减速器带动圆形旋转加工台转动，光电式传感器 3SQ1 透过加工台上的圆孔检测搬运工位有无工件送来圆形旋转加工台的定 位是依靠电感式传感器 3SQ2 来解决圆形旋转加工台上有四个工件位置，均 匀分布在加工台的圆盘上，如图 1—3—4 所示我们把靠近搬运工位接收工 件的 1 号位置称为接收点，搬运工位搬运来的工件被放在这里；钻削加工工 件的 2 号位置称为加工点；检测工件的 3 号位置称为检测点；靠近第五工位 的 4 号位置称为输出点，加工好的工件在这里被第五工位的机械手取走 加工点由电机 3M2、1 号气缸和 3 号气缸组成3 号气缸是可调双向缓冲气 缸，其动作受 3 号换向阀（单控二位五通电磁换向阀）的控制，模拟对被加 工工件的夹紧和放松。

电机 3M2 带动钻头转动 1 号气缸是可调双向缓冲气缸， 其动作受 1 号换向阀（单控二位五通电磁换向阀）的控制，它带动电机 3M2 和钻头一起做上下运动，对工件进行模拟钻削加工检测点由 2 号气缸组成 2 号气缸是可调双向缓冲气缸，其动作受 2 号换向阀（单控二位五通电磁换向 阀）的控制，其上下运动模拟对工件的检测，检查加工质量2.5 工作过程 （1）系统复位、开始 当按下“上电按钮” 、 “复位按钮”后，PLC 的外围设备都回到其始位置 这时“开始按钮”中的指示灯开始闪烁，按下“开始按钮”后系统开始动作 （2）圆形加工台转动并定位 当一号工位上检测到工件时，电机 M1 得电并带动圆形加工台转动，把一 号工位上的工件送到二号工位进行钻削加工（一号工位上暂无工件，等待搬继电器3SQ1旋转工件3 号气缸电机 3M21 号气缸2 号气缸3SQ2气阀1234图 3加工工位工作桌面运站把下一个工件运来） ，当到达位置时电感式接近开关 B2 动作并送出信号， PLC 得到信号后使电机 M1 失电，圆形加工台停止转动 （3）夹紧并加工工件 加工工件时先接通单控电磁阀 3Y1，3 号气缸带动夹具将工件夹紧。

当工 件被夹紧后，装在 3 号气缸缸体上的磁性接近开关 3B2 动作，3B2 送出信号， PLC 得到信号后接通单控电磁阀 1Y1 和电机 M2，电机 M2 带动钻头转动，1 号 气缸带动电机 M2 和钻头一起下降，对工件进行钻削加工 （4）钻头复位放松工件 加工完成后 PLC 使单控电磁阀 1Y1 和电机 M2 失电，1 号气缸带动电机 M2 和钻头一起上升当上升至限位时，装在 1 号气缸缸体上的磁性接近开关 1B1 动作，1B1 送出信号，PLC 得到信号后使单控电磁阀 3Y1 失电，3 号气缸带动 夹具将工件放松当工件放松后，装在 3 号气缸缸体上的磁性接近开关 3B1 动作，3B1 向 PLC 送出信号，表示当前工件的钻削加工已完成，等待搬运站把 下一个工件送至一号工位 （5）检测到下一个工件转过一个工位 当搬运站把下一个工件放置在一号工位后， 光点式传感器B1动作并向PLC 送出信号，PLC 使电机 M1 得电并带动圆形加工台转动，把一号工位上的工件 送到二号工位进行钻削加工， 把二号工位上的工件送往三号工位进行检测 （一 号工位上暂无工件，等待搬运站把下一个工件运来） 当到达位置时电感式接 近开关 B2 动作并送出信号，PLC 得到信号后使电机 M1 失电，圆形加工台停止 转动。

（6）夹紧、加工和检测工件 在二号工位上，加工过程同上在三号工位上，单控电磁阀 2Y1 得电后， 2 号气缸带动检测探头下降，对工件进行检测当下降至限位时，装在 2 号气 缸缸体上的磁性接近开关 2B2 动作，2B2 送出信号，PLC 得到信号后使单控电 磁阀 2Y1 失电，2 号气缸带动检测探头上升当上升至限位时，装在 2 号气缸 缸体上的磁性接近开关 2B1 动作，2B1 向 PLC 送出信号，表示当前工件的检测 工作已完成 当搬运站再把下一个工件放置在一号工位后， 光电传感器B1动作并向PLC 送出信号，PLC 使电机 M1 得电并带动圆形加工台转动，把一号工位上的工件 送到二号工位进行鉆削加工，把二号工位上的工件送往三号工位进行检测， 把三号工位上的工件送到四号工位准备运走，一号工位上暂时无工件，等待 搬运站把下一个工件运来 当工件到达工位时， 电感式传感器 B2 动作并向 PLC 送出信号，PLC 得到信号后使电机 M1 失电并同时接通单控电磁阀 2Y1 和 3Y1 在二号工位上，加工过程同上在三号工位上，检测工作过程同上当鉆削、 检测两加工点工作完成并且四号工位上工件已被运走时，搬运站再把工件放 置在一号工位，光电式传感器 B1 动作并向 PLC 送出信号，PLC 使电机 M1 再次 得电并带动圆形加工台转动，加工站进入下一轮工作循环。

2.6 选择电动机 M1旋转加工台受到的钢珠滚阻力矩 Mf=δFN，其中 FN=G=G钢+G盘+G工件由参考文献〈1〉表 1—8 查得：钢板密度ρ1=7.8g/cm3工件（尼龙 6）密度ρ3= 1.14 g/cm3δ：滚动摩擦因数FN：底板所受法向反力合力G：底板总重N4 . 41014137kg/mm108 . 74 mm1413715445641N4 .121032604kg/mm108 . 73622322 2236 11=××××===×−≈=×××××==−−gVnGVgVGρππρ盘钢四只盛料盘总重）（每只盛料盘体积mN1078. 1108 .1701. 0mm01. 01411N8 .1717.8NN77.1797. 04 . 44 .12N97. 010303041014. 144326 33⋅×=××=∴==∴≈=++==××××××==−−−fNMFGgVnGδπρ查得：—〉表由参考文献〈则则只工件，加工台上最多同时有四工距离：钢珠中心至转轴中心摩擦力矩力：加工台受到的总摩擦：钢珠直径：钢珠受到的总摩擦力又aaFFMFFFdMFdFdFMffffff ffffmN107 . 1mmN691. 1 381045. 4)(:N1045. 4N1045. 44101078. 132 02'234 '''⋅×≈⋅=××==×==×=××==∴⋅=−−。