機(jī)械電氣課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告--功能檢測(cè)單元

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目--------------------------------------------------------2</p><p>　　立項(xiàng)報(bào)告--------------------------------------------------------2</p>&l

2、t;p>　　方案論證報(bào)告--------------------------------------------------2</p><p>　　形式實(shí)驗(yàn)報(bào)告--------------------------------------------------5</p><p>　　PLC梯形圖---------------------------------------------

3、--------7</p><p>　　設(shè)計(jì)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(jié)報(bào)告-------------------------------------------------11</p><p>　　整機(jī)裝配圖----------------------------------------------后附1</p><p>　　氣動(dòng)原理圖----

5、------------------------------------------后附2</p><p>　　電氣原理圖----------------------------------------------后附3</p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　功能檢測(cè)單元</b><

6、/p><p><b>　　立項(xiàng)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)這個(gè)功能檢測(cè)單元的目的是設(shè)計(jì)一種用于檢測(cè)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(cè)單元。它的主要工作內(nèi)容包括：機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、PLC控制程序編制。</p><p>　　下面我們從社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)方面來闡明為什么要進(jìn)行這次設(shè)計(jì)。</p>

7、<p><b>　　首先是經(jīng)濟(jì)效益：</b></p><p>　　在原來的工作中，工人通過人工進(jìn)行工件高度的檢測(cè)，判斷工件合格與否。這樣的人工檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)，效率偏低，并且最終的工件合格率可能受工人工作經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(cè)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(gè)工人需要5萬元（RMB），而一臺(tái)功能檢測(cè)單元的運(yùn)行費(fèi)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(shè)計(jì)費(fèi)用和制造費(fèi)用1萬元（RMB），當(dāng)年一臺(tái)機(jī)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(huì)效益：</b></p><p>

9、;　　人工檢測(cè)時(shí)，工人需要在比較嚴(yán)酷的工作環(huán)境下進(jìn)行單一重復(fù)的工作，受到噪音污染等其他各方面的影響。我們工程技術(shù)人員當(dāng)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(shè)計(jì)可以自動(dòng)檢測(cè)工件的機(jī)械手。另外，工人進(jìn)行檢測(cè)工作時(shí)，必須全神貫注，在危險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行工作時(shí)，每天都在冒著風(fēng)險(xiǎn)。而對(duì)于一些產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的關(guān)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為此，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化功能檢測(cè)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(shè)計(jì)出這次功能檢測(cè)單元。</p><p><b>　　技術(shù)可行性分析：</b></p><p>　　快速：使用PLC控制技術(shù)，機(jī)械手動(dòng)作快捷、準(zhǔn)確。</p><p>　　低成本：本產(chǎn)品采用了國際先進(jìn)的FESTO氣缸，制造、安裝和維護(hù)的費(fèi)用都明顯低于市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品。</p>

11、<p>　　可維護(hù)性：每一部機(jī)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(fèi)用將會(huì)肯定低于其他產(chǎn)品。另外，我們提供快速維修服務(wù)以及直接替換配件，使您無后顧之憂。</p><p>　　技術(shù)支持：對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間使用的設(shè)備，技術(shù)支持是很重要的。我們可以為客戶提供低費(fèi)用、長(zhǎng)期的技術(shù)支持和升級(jí)服務(wù)，您可以利用網(wǎng)絡(luò)免費(fèi)下載我們的升級(jí)軟件以及低成本升級(jí)我們更改的硬件。</p><p&g

12、t;<b>　　方案論證報(bào)告</b></p><p>　　本次的課程設(shè)計(jì)，我們小組共提出兩種設(shè)計(jì)方案。一種是直線運(yùn)動(dòng)加回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方案，另一種是完全的直線運(yùn)動(dòng)方案。</p><p>　　下面，我們就這兩種方案進(jìn)行討論。</p><p><b>　　方案一：</b></p><p><b>　　

13、結(jié)構(gòu)示意圖：</b></p><p>　　這種方案是由兩種氣缸組成：直線運(yùn)動(dòng)氣缸和擺動(dòng)氣缸。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：由于擺動(dòng)氣缸的回轉(zhuǎn)速度很快，因此這種方案的最大優(yōu)點(diǎn)就是運(yùn)動(dòng)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(hù)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)。</p><p>　　缺點(diǎn)：顯而易見，由于注塑機(jī)的機(jī)內(nèi)空間有限，不可能將機(jī)械手安裝在注塑機(jī)內(nèi)部。又因?yàn)槭?/p>

14、采用的擺動(dòng)氣缸，機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)半徑很大，很容易與注塑機(jī)的模具支撐裝置、注塑機(jī)的機(jī)體發(fā)生干涉，導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)。</p><p>　　結(jié)論：回轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)方案。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p><b>　　結(jié)構(gòu)示意圖：</b></

15、p><p>　　這種方案完全由直線運(yùn)動(dòng)氣缸組成。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：可將機(jī)械手臂安裝在注塑機(jī)機(jī)體以外，由于直線運(yùn)動(dòng)氣缸的行程長(zhǎng)而且便于控制，因此不會(huì)與注塑機(jī)的其他部件發(fā)生干涉。</p><p>　　缺點(diǎn)：安裝較為復(fù)雜，機(jī)械手的軸線要與注塑機(jī)模具的軸線對(duì)齊。</p><p>　　結(jié)論：可靠性、穩(wěn)定性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。應(yīng)采用次種方案。</p

16、><p><b>　　形式實(shí)驗(yàn)報(bào)告</b></p><p><b>　　動(dòng)作順序圖：</b></p><p><b>　　氣動(dòng)原理圖：</b></p><p><b>　　PLC動(dòng)作轉(zhuǎn)換圖：</b></p><p><b>　

17、　PLC外部接線圖：</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備：</b></p><p>　　FESTO氣缸綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)；三菱PLC可編程控制器系統(tǒng)；PC機(jī)一臺(tái)；連接用導(dǎo)線若干。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)步驟：</b></p><p>　?。?）．繪制系統(tǒng)的裝置簡(jiǎn)圖；&l

18、t;/p><p>　?。?）．確定動(dòng)作順序和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論：</b></p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)非常成功，各

20、個(gè)氣缸的運(yùn)行動(dòng)作均順利實(shí)現(xiàn)，啟動(dòng)、停止、復(fù)位、急停等功能也完全按照設(shè)計(jì)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、流暢。達(dá)到初步的設(shè)計(jì)要求，可以進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)工作。</p><p><b>　　PLC梯形圖</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)：</b><

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

22、lt;p>　　2．氣動(dòng)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(shè)m=0.2kg</b></p><p>　　垂直運(yùn)動(dòng)速度：V垂直=0.5m/s</p><p>　　緩沖長(zhǎng)度：L垂直=0.6mm=0.0006m<

23、/p><p><b>　　垂直加速度：</b></p><p>　　水平運(yùn)動(dòng)速度：V水平=1m/s</p><p>　　緩沖長(zhǎng)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(cè)，選用HGP-16-A型平行氣動(dòng)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(shè)最大負(fù)載：m=0.4kg</p><p><b>　　氣缸的軸向負(fù)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(fù)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(cè)，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(fù)載1.885kg</p><p>　　設(shè)最大負(fù)載：m=2kg</p><p><b>　　氣缸的軸向負(fù)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(fù)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(cè)，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(shè)計(jì)：</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(yuǎn)小于氣缸總重量，因此可以忽略不計(jì)，只需校核整個(gè)機(jī)械臂系統(tǒng)與注塑機(jī)間的連接強(qiáng)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(shè)選用M10螺栓</b></p><p>

31、　　由于整個(gè)機(jī)械臂系統(tǒng)與注塑機(jī)間的連接使用4顆螺栓，因此每顆螺栓的最大拉應(yīng)力和最大剪切應(yīng)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(yàn)證，使用M10螺栓完全可以滿足強(qiáng)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(duì)應(yīng)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(qǐng)先查看接線、插頭是否松動(dòng)，確保安全。</p><p>　　打開PLC的電源開關(guān)，將PLC面板

34、上的開關(guān)撥至“RUN”處。</p><p>　　按動(dòng)機(jī)械手臂操作面板上的“啟動(dòng)”按鈕，機(jī)械手臂開始動(dòng)作，并始終處于自動(dòng)循環(huán)工作狀態(tài)，此時(shí)可無需有人在旁看守，機(jī)械手臂會(huì)自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。</p><p>　　按下“停止”按鈕，機(jī)械手臂會(huì)在本次循環(huán)動(dòng)作結(jié)束后自動(dòng)停止工作。</p><p>　　當(dāng)遇停電或按下“急?！卑粹o后，可按下“復(fù)位”按鈕，則機(jī)械手臂會(huì)自動(dòng)運(yùn)行到初始位置后

35、停止工作，待再次按下“啟動(dòng)”按鈕后，可繼續(xù)工作。</p><p>　　在機(jī)械手臂工作過程中，如遇突發(fā)情況需立即停機(jī)的，可按下“急?！卑粹o，機(jī)械手臂可在瞬間停止工作并保持不動(dòng)。此時(shí)按動(dòng)其他按鈕，均不會(huì)有任何反應(yīng)。</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(shí)，應(yīng)將“急停”按鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，“急停”按鈕會(huì)自動(dòng)彈起，并解除“急停”狀態(tài)。</p&g

36、t;<p>　　解除“急停”狀態(tài)后，須按“復(fù)位”按鈕，待機(jī)械手臂復(fù)位后，再按下“啟動(dòng)”按鈕，機(jī)械手臂方可繼續(xù)工作。</p><p>　　機(jī)械手臂使用完畢后應(yīng)及時(shí)關(guān)閉機(jī)械手臂的電源和PLC的電源，并將PLC面板上的開關(guān)撥至“STOP”處。</p><p><b>　　研制總結(jié)報(bào)告</b></p><p>　　實(shí)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(shù)知識(shí)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。爆炸的規(guī)模如此之大，以至于任何一個(gè)工科專業(yè)的畢業(yè)生都是不可能通過4年的大學(xué)教育掌握所學(xué)專業(yè)的全部知識(shí)。除此之外，統(tǒng)計(jì)資料表明，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，工科學(xué)生在學(xué)校所學(xué)的知識(shí)每隔五年就會(huì)有一半變?yōu)殛惻f的技術(shù)而失去價(jià)值。所以現(xiàn)代高等教育強(qiáng)調(diào)的，不是增加學(xué)生掌握的知識(shí)的數(shù)量，而是培養(yǎng)他們通過實(shí)際工作不斷地學(xué)習(xí)和掌握先進(jìn)技術(shù)的能力。這種能力的培養(yǎng)，在學(xué)校中，主要是通

38、過實(shí)踐環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)就是為機(jī)械工程學(xué)科專業(yè)學(xué)生安排得這樣一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。</p><p>　　機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)在時(shí)間上安排在學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了機(jī)械類和電類的基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課之后，正在準(zhǔn)備開始專業(yè)課的時(shí)候。通過這個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生一方面可以切身體會(huì)一下以往學(xué)過的知識(shí)和技能在實(shí)際工作中是怎樣應(yīng)用的，從而家生對(duì)這些知識(shí)和技能的掌握程度；另一方面可以通過簡(jiǎn)單的工程設(shè)計(jì)課題，加深對(duì)工程和工程問題的理解，為以后學(xué)習(xí)專

39、業(yè)知識(shí)做好準(zhǔn)備。</p><p>　　本實(shí)踐環(huán)節(jié)模擬產(chǎn)品生產(chǎn)和營(yíng)銷工作中一種常見的工作任務(wù)----為通用機(jī)械設(shè)備（例如壓力機(jī)，注塑機(jī)，車床等）裝配一臺(tái)用于上下料的機(jī)械手。在現(xiàn)代，這樣的機(jī)械手通常是用通用的氣動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)，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(jī)械零件就可以組裝成一個(gè)機(jī)械手。設(shè)計(jì)這樣一個(gè)裝置，既要有機(jī)械設(shè)計(jì)的能力，又要有電路設(shè)計(jì)的能力，既要有硬件設(shè)計(jì)，又有軟件設(shè)計(jì)，所以雖然比較簡(jiǎn)單，但

40、具有較好的機(jī)電一體化典型意義，是一個(gè)比較合理實(shí)踐環(huán)節(jié)選題。</p><p>　　任務(wù)肅然比較簡(jiǎn)單，但實(shí)際執(zhí)行起來，也像任何一個(gè)機(jī)械工程項(xiàng)目一樣，需要先進(jìn)行調(diào)研和試驗(yàn)工作以便證明其可行性和確定技術(shù)方案：然后進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)和電子電路設(shè)計(jì)，繪制工作圖紙和編寫驅(qū)動(dòng)軟件，分別制造它的機(jī)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(yùn)行和最后的整理文件通過驗(yàn)收等工作。作為對(duì)這樣一個(gè)任務(wù)的模擬，本實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要求學(xué)生完成從

41、立項(xiàng)調(diào)研到會(huì)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(shí)際，還要特別要求學(xué)生在客舍期間完成一個(gè)形式實(shí)驗(yàn)。即按照自己設(shè)計(jì)的機(jī)器的工作原理，用標(biāo)準(zhǔn)的元器件組成一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，并在其上證明設(shè)計(jì)方案的可行性，和檢驗(yàn)硬件與軟件方面的存在的缺陷。</p><p>　　通過這個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用力學(xué)和機(jī)構(gòu)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)解決設(shè)計(jì)工程問題的能力，可以培養(yǎng)學(xué)生自覺地運(yùn)用機(jī)械和電子兩方面的知識(shí)，創(chuàng)造性地解決工程實(shí)際問題的能

42、力。由于項(xiàng)目涉及到新技術(shù)和新產(chǎn)品的應(yīng)用，需要學(xué)生自己去收集有關(guān)的技術(shù)資料并理解消化，所以可以鍛煉學(xué)生的檢索整理科技情報(bào)的能力，并通過閱讀外文資料提高運(yùn)用外語的能力。對(duì)于機(jī)電一體化專業(yè)的學(xué)生，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是最重要的技能之一，這可以通過形式實(shí)驗(yàn)來得到提高。真正的工程設(shè)計(jì)，通常都是由幾個(gè)，幾十個(gè)或上百個(gè)工程技術(shù)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(xué)生這種素質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以工作小組為單位，學(xué)生在小組中分工合作，共同完成

43、一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。文字表達(dá)能力也是工科畢業(yè)生應(yīng)有的素質(zhì)。本環(huán)節(jié)通過要求學(xué)生按照工程規(guī)范撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告來鍛煉學(xué)生這種能力。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)不僅使我對(duì)前面所學(xué)習(xí)的知識(shí)有了更新的認(rèn)識(shí)，起到了“溫故而知新”的作用，而且將我以前學(xué)習(xí)的知識(shí)和其他一些學(xué)科聯(lián)系起來。更重要的是它提高了我的動(dòng)手能力和其他各方面的技能。課程設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生綜合能力的考驗(yàn)。</p><p>　　從前我一直認(rèn)為設(shè)計(jì)工

44、作就是按照書本上的例題一步一步地做下去得出結(jié)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(shè)計(jì)出一臺(tái)機(jī)器真的是非常非常復(fù)雜和困難的工作，不但需要認(rèn)真的計(jì)算和縝密的思考還要有百折不撓的精神。這一點(diǎn)我今天真的發(fā)自內(nèi)心的領(lǐng)悟到了。</p><p>　　因此，我對(duì)從事設(shè)計(jì)工作的專業(yè)設(shè)計(jì)人員和從事有關(guān)科目的研究人員，以及從事相關(guān)學(xué)科教學(xué)的廣大老師表示由衷的欽佩和深深的敬意！</p><p>　　最