滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

目次1引言11.1課題的背景11.2課題的研究目的與意義11.3研究方法和手段12滑塊厚度綜合檢測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案探討42.1檢測對象42.2總體設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案43機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)63.1自動(dòng)分料系統(tǒng)方案初步探討63.2自動(dòng)分料系統(tǒng)設(shè)計(jì)93.3復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì)113.4電磁鐵的選型143.5步進(jìn)電機(jī)的選型164滑塊厚度綜合檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)254.1控制系統(tǒng)的組成254.2控制系統(tǒng)的功能要求264.3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)264.4PLC控制電機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)284.5總控制流程圖30結(jié)論31致謝33參考文獻(xiàn)341引言尖端技術(shù)的發(fā)展要求機(jī)械制造工廠的生產(chǎn)向著快速、靈活、高質(zhì)量、大批量的自動(dòng)化方向發(fā)展，與此同時(shí)，產(chǎn)品檢測能否跟得上生產(chǎn)的速度就決定了工廠生產(chǎn)率的高低。顯然，傳統(tǒng)的人工操作檢測已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后了,尤其是對大批量生產(chǎn)的重要元件的檢測，靠人工檢測顯然費(fèi)力、費(fèi)時(shí)。此時(shí)，如果能有一條自動(dòng)檢測生產(chǎn)線來取代原來的手工操作，就顯得非常必要，本課題就屬于這樣的范疇。1.1課題的背景本課題的設(shè)計(jì)檢測主體滑塊是空氣調(diào)節(jié)器中的關(guān)鍵部件，其加工質(zhì)量嚴(yán)重影響了空氣調(diào)節(jié)器的性能指數(shù)，其加工的尺寸、平行度和垂直度等的精度要求非常高，因此滑塊檢測尤為重要。由于滑塊生產(chǎn)量較大，現(xiàn)同步相關(guān)工廠每天生產(chǎn)數(shù)萬只，對滑塊厚度的檢測采用人工手動(dòng)的方式，大部分測量用千分表來進(jìn)行，測量分辨率1m2m，部分測試項(xiàng)目用萬分表來進(jìn)行測量，測量分辨率0.1m0.2m，檢測效率是5000片/8人天。這樣不僅要耗費(fèi)較大的人力、物力、財(cái)力，若稍有不甚，檢測精度就較難保證，而且明顯與當(dāng)今機(jī)械制造、檢測自動(dòng)化的方向不符。少數(shù)國內(nèi)比較先進(jìn)的工廠都采用流水線作業(yè)的自動(dòng)檢測方式，從產(chǎn)品的尺寸測量、翻轉(zhuǎn)，到測點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸、與上位機(jī)的通訊，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)作分類處理，到最后實(shí)現(xiàn)分組，都是由生產(chǎn)線自動(dòng)完成的。1.2課題的研究目的與意義本課題就是擬采用流水線的作業(yè)方式對滑塊進(jìn)行檢測，核心工作就是要設(shè)計(jì)一套滑塊自動(dòng)檢測系統(tǒng)來取代原有的人工檢測，測試過程要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作工人只負(fù)責(zé)將滑塊放入工作臺(tái)第一個(gè)工位和收取流水線上分組后的滑塊。滑塊自動(dòng)檢測裝置的應(yīng)用，將有效地提高企業(yè)的自動(dòng)化水平，在提高了測量精度的基礎(chǔ)上，極大的提高工廠的生產(chǎn)檢測效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力，可以產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，此檢測裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，具有極高的實(shí)用價(jià)值與推廣價(jià)值，有著重要的意義1.3研究方法和手段本課題為實(shí)現(xiàn)滑塊厚度尺寸精度的綜合自動(dòng)檢測，主要采用的流水線為導(dǎo)軌式結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)軌中完成滑塊的運(yùn)行、姿態(tài)的變換，并在完成綜合檢測后自動(dòng)分料，導(dǎo)軌用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)雙面同步齒形帶傳動(dòng)，分料機(jī)構(gòu)用步進(jìn)電機(jī)及電磁鐵實(shí)現(xiàn)；采用可編程序控制器（PLC）作為系統(tǒng)的控制核心，通過串行通訊與工控機(jī)組成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對滑塊檢測、分料過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和自動(dòng)控制。1.3.1可編程控制器技術(shù)可編程控制器是一種典型的采樣控制系統(tǒng)，它通過循環(huán)方式進(jìn)行閉環(huán)控制，包括數(shù)字量和模擬量控制。它既可進(jìn)行順序控制，也可實(shí)現(xiàn)過程控制，隨著微處理器技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的控制元件，其功能日益完善。它整合了CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出端口，使其成為一個(gè)小型微處理器，不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)繼電器吸合、延時(shí)等功能，還有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、指令運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換等控制功能，它與其它外部設(shè)備如數(shù)采卡、CRT、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)組成分布式測控系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成。1.3.2串行通訊技術(shù)串行通訊是按位傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式，由于其傳輸距離遠(yuǎn)、價(jià)格低而被廣泛使用。串行通訊分為同步通訊和異步通訊方式，采用同步方式時(shí)，除需傳送數(shù)據(jù)信號(hào)外，還需傳送用于位指示的時(shí)鐘信號(hào)；而采用異步方式時(shí)，收發(fā)雙方分別使用各自的時(shí)鐘信號(hào)，發(fā)送端可選擇任何時(shí)刻開始發(fā)送數(shù)據(jù)，異步通訊用一個(gè)起始位表示一個(gè)字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束，采用幀來傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送速度用波特率表示，其常用的波特率有：110、300、600、1200、2400、9600、14400、19200等。1.3.3擬采取的檢測方法經(jīng)研究決定，擬采用流水線為導(dǎo)軌式結(jié)構(gòu)，滑塊的運(yùn)行、姿態(tài)的變換均在導(dǎo)軌中完成，且由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)自動(dòng)完成，以滿足自動(dòng)化要求?；瑝K在檢測過程中每種工位完成不同的參數(shù)測試，最終滿足檢測的數(shù)據(jù)要求。根據(jù)初步的探討，自動(dòng)檢測系統(tǒng)采用接觸式測量，在待檢測滑塊運(yùn)動(dòng)到傳感器位置時(shí)，經(jīng)過一個(gè)傳感器探頭，獲得三個(gè)所需的厚度值，然后滑塊旋轉(zhuǎn)90，經(jīng)過另一個(gè)傳感器探頭，測得另三個(gè)所需的厚度值，滑塊繼續(xù)前進(jìn)，再經(jīng)過翻面過程，經(jīng)過另一組即先后兩個(gè)傳感器探頭，又獲得另一個(gè)面的五個(gè)（或六個(gè)，中間一個(gè)重復(fù)）所需厚度值，完成所需待測參量的測量。測試過程自動(dòng)化，操作工人只負(fù)責(zé)將滑塊放入測試平臺(tái)和收取測試分組后的滑塊。1.3.4本文的主要內(nèi)容如下在整個(gè)滑塊自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，本文將在簡述檢測平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)完成分料口部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第一章引言介紹了滑塊厚度測量系統(tǒng)的相關(guān)概念以及國內(nèi)外在該課題方面的發(fā)展概況及趨勢，并闡述了本課題研究的方法、手段及意義。第二章總體設(shè)計(jì)簡單介紹了本課題的總體設(shè)計(jì)思想，以及在測量、傳送、分類、數(shù)采等方面設(shè)計(jì)中遇到的難點(diǎn)及初步解決方案。第三章介紹了系統(tǒng)主體部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中，詳細(xì)介紹了滑塊傳送系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、方案認(rèn)證及其具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和選型進(jìn)行了詳細(xì)的分析、計(jì)算及認(rèn)證。且介紹了傳動(dòng)及分料機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的選型及驗(yàn)證。第四章滑塊厚度綜合檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分詳細(xì)地介紹了控制系統(tǒng)（主要是分料機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)）設(shè)計(jì)，包括控制系統(tǒng)組成、功能要求、PLC硬件選擇以及控制流程設(shè)計(jì)等。結(jié)論部分中隊(duì)本課題做了簡單總結(jié)，并詳細(xì)介紹了本人在本課題中所做工作、所得收獲，以及在工作中發(fā)現(xiàn)的不足、有待解決的問題等。2滑塊厚度綜合檢測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案探討滑塊自動(dòng)檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想如下：采用數(shù)字幾何量傳感器來進(jìn)行測量，測量分辨率高，能保證測試精度；各個(gè)測試數(shù)據(jù)點(diǎn)獨(dú)立測量，流水進(jìn)行，以保證測量的效率；利用數(shù)采卡采集數(shù)據(jù)，通過工控機(jī)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)，如厚度和平行度，以綜合判斷該滑塊合格或是不合格，并進(jìn)行分組。2.1檢測對象滑塊是空調(diào)壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其外形如圖2.1所示，滑塊規(guī)格見表2.1(單位：mm)。圖2.1滑塊外形圖本課題中，按產(chǎn)量最大的一個(gè)規(guī)格（53527）進(jìn)行設(shè)計(jì)，并保留足夠的空間以備在其后幾臺(tái)研制中通過更改夾具等方法兼容其它規(guī)格的測試要求。厚度檢測系統(tǒng)測試滑塊中心厚度及四個(gè)角的厚度，五個(gè)數(shù)據(jù)的最大差值為厚度平行差。設(shè)七個(gè)分組出口，按平均厚度分組：合格、中心厚度超上限、中心厚度超下限、平均厚度超上限、平均厚度超下限、平行差超。分組方式可以通過控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)整。2.2總體設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案檢測對滑塊的平面度和垂直度有一定要求，測量精度較高，測量分辨率0.1m,測量重復(fù)性0.1m，在此精度要求，接觸式傳感器完全可以滿足要求，且成本相對較低，所以我們采用接觸式傳感器，而不考慮用非接觸式傳感器。此外，用作測量的檢測平臺(tái)也要滿足很高的精度要求，才能作為基準(zhǔn)。需對滑塊兩個(gè)平面的厚度值進(jìn)行測量，因而要用一定裝置實(shí)現(xiàn)滑塊的定時(shí)定位旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，而且對旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)的時(shí)間也要有很好的控制。此時(shí)，可考慮先用氣缸將滑塊頂起，再由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)滑塊的翻轉(zhuǎn)。但這樣一個(gè)工位非常耗時(shí)，想要在2s3s內(nèi)完成不易實(shí)現(xiàn)，所以我們想辦法在滑塊傳送過程中，利用導(dǎo)軌來面符號(hào)尺寸最大最小S/T厚度d5.33.2U/V高度h4516W寬度w3023表2.1滑塊規(guī)格表：實(shí)現(xiàn)滑塊的旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，這就是本課題最終選用的設(shè)計(jì)方案。具體的介紹將由本團(tuán)體中另一同學(xué)詳細(xì)討論。測試速度要求較高，一般為每個(gè)測點(diǎn)2s3s，流水測試，每天至少要測試一萬片以上，由于流水線采用多工位測量方式傳動(dòng)，因而每個(gè)滑塊的檢測速度取決于滑塊通過最慢的工位所用的時(shí)間，因而生產(chǎn)線上每個(gè)工位的操作時(shí)間需要在2s3s內(nèi)完成?？v觀整個(gè)流水線作業(yè)過程，無疑分料口滑塊分類這一工位耗時(shí)最久，因而如何能在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一過程就是能否提高檢測速度的關(guān)鍵所在。由表2.1可知，檢測對象滑塊的外形相似，但尺寸大小不一，而且對滑塊的厚度、高度和寬度都有最大最小值界定，這給檢測之后的產(chǎn)品分組帶來一定難度，可采用可編程序控制器（PLC）作為系統(tǒng)的控制核心，通過串行通訊與工控機(jī)組成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對滑塊檢測、分料過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和自動(dòng)控制。采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將測點(diǎn)數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)庫，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理分組，在計(jì)算機(jī)上修改合格要求和分組要求。由于檢測工序的上述特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用接觸式測量的光柵測長儀。整個(gè)測試過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作工人只負(fù)責(zé)將滑塊放入測試平臺(tái)和收取測試分組后的滑塊。3機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)我們研制的滑塊厚度綜合檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。其可以分成三大功能單元，即滑塊傳送系統(tǒng)、滑塊翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)和自動(dòng)分料系統(tǒng)。本文主要對自動(dòng)分料系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。為滿足安裝和使用的方便，在總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中作