自动喷漆生产线.docx
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自动喷漆生产线
自动喷漆生产线
南京工程学院大专毕业论文
前言
一、机电一体化技术发展的历程及趋势
自电子技术一问世，电子技术与机械技术的结合旧开始了，只是出现了半导体集成电路，尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后，“机电一体化”技术之后又了明显的进展，引起了人们的广泛注意。
（一）“机电一体化”的发展历程
1、数控机床的问世，写下了“机电一体化”的第一页;
2、微电子技术为“机电一体化”带来了勃勃生机;
3、可编程序控制器、电力电子等发展为“机电一体化”提供了将强的基础;4、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶。
（二）“机电一体化”发展趋势
1、光机电一体化，一般的机电一体化系统是由传感系统，能源系统，信息处理系统、机械结构等部件构成，因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效的改进机电一体化的传感系统，能源系统和信息处理系统，光机电一体化是电产品发展的重要趋势。
柔性化。
未来的机电一体化产品，控制和执行系统有足2、自律分配系统化——
够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好的应付突发事件被设计成“自律分配系统”。
其中，各个系统是相互独立照顾的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同的反应。
其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。
这样，及增加了系统的适应能力，由不因某一子系统的故障而影响到整个系统。
二、机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。
硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。
因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手。
（一）机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。
现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。
只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。
（二）传感技术
传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。
为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。
对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。
（三）信息处理技术
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机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。
为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。
（四）驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。
目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
（五）接口技术
为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。
接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。
目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
（六）软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。
为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
二、典型的机电一体化产品
机电一体化分产品和基础元，部件两大类。
典型的机电一体化系统有:
数控机床、机器人、汽车电器产品、智能化仪器仪表、电子排版系统、CAD/CAM系统等。
典型的机电一体化元、部件有:
电力电子及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。
与课题相关的技术
随着社会生产和科学技术的发展与进步，PLC技术正在不断地深入到各个领域并迅速地向前推进，在机电领域更是体现了其强大功能。
如:
在原有的基础上,对其进行改造,成为有触摸屏、PLC控制的数控铣床。
实现曲线、直线等不同的加工路线，力求达到各种工件的加工要求和工件的美观性。
如此在机床系统中采用了触摸屏、PLC控制，使电气部分的抗干扰能力增加，提高了机床的运行可靠性，因而增加了设备的柔性，提高了设备的使用效率。
PLC=ProgrammablelogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计
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数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
是工业控制的核心部分PLC=Programmable
PLC的基本概念
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。
PLC的基本构成
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为:
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b.中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
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存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块
f、通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等
PLC和记录仪的比较
PLC在功能上比记录仪强上很多，但是在简单的控制和记录上面，可能记录仪显得的简单和经济实惠型，而且PLC又需要编程，需要电脑或者触摸屏等等。
但是记录仪做为一个成品，稳定性显得的比较的好。
PLC发展历史
起源:
1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。
1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
1969年，美国研制出世界第一台PDP-14
1971年，日本研制出第一台DCS-8
1973年，德国研制出第一台PLC
1974年，中国研制出第一台PLC
本课题把PLC及步进电机联系起来，通过PLC进行自动化控制，使其单独的零部件组合成完整的简单化机电化一体的产品。
适应了数字控制的发展趋势，从另一方面也推动了数字控制系统的发展和完善。
1.简介自动喷漆设备及预期效果
1.1简介
该装置是机床行业直线驱动部分的简单模型，达到传动效率高、传动可逆性、使用寿命长，未达到定位精度高。
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1.2预期效果
如图1所示，工作部分是由两个直流流电动机控制平台的往返运动，以及翻料部分由一个旋转汽缸完成，由PLC机实现其启动、急停、复位。
具体操作如下:
按下按钮，按照工作原理，喷嘴由复位的位置开始移动到料面上方，然后喷嘴开始前后来回喷漆。
一个回程过后，喷嘴左右来回喷漆。
待运行完成后，喷嘴复位，下面的装料的旋转气缸<或电机>旋转180?
，使工料翻面，待料翻转换面后，喷嘴再开始喷刷翻过来的工料面，同上个工作回程一样，待结束后，喷嘴再自动复位。
图1工作部分
2.器件选择
2.1直流电机（详细资料见参考文献?
）
直流电机选用的是上海司壮电机，型号是24JX10K139G6D/2430-24120，之所以考虑这样的型号是因为它的转速是每分钟86转，额定电压为24V,很符合本课题想要的数据，大小也很适用，电机长度为90mm，直径为24mm，电机轴直径为6mm…
电机主要参数（图2所示）
电机型号24JX10K139G6D/2430-24120
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图2直流电机
额定电压24V、空载转速12000r/min、空载电流60mA、额定转速9000r/min、额定转矩、输出功率3.2W、额定电流300mA、堵转力矩140g.cm、堵转电流1.2A、电机转速86r/min、电机轴直径6mm、电机直径24mm、电机长度90mm、电机轴长度18.5mm。
2.2旋转汽缸
旋转汽缸是选用与SMC系列，型号是CDRBU2W40-180S，之所以考虑选择这样的一款汽缸，是因为它工作稳定，汽缸本身自带节流调速阀，可以根据具体情况调节汽缸轴旋转的速度，选择角度可以通过磁性开关的调节而达到自己想要的旋转角度，是一款很不错的旋转汽缸，也是本课题所想要的数据，它能够完整的实现想要的效果。
2.3直线导轨（详细资料见参考文献?
）
直线导轨选用的是上海海创机电设备，型号为标准型MR15MLEU导轨长度400mm，导轨的长度参考现有设备长度选400mm比较适宜。
而滚珠式导轨的使用优点:
传动灵敏，传动精度高，负载小，能够达到预想的效果…直线导轨的主要参数（图3所示）
图3-1
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图3-2
图3-3
图3-4
2.4同步齿轮
同步齿轮没有考虑它的齿数与齿距，只选用了一定直径的同步轮，因为它在工作中只需要完成转动，以及配合电机转动的转数来达到在一定时间内完成想要的带传动的距离。
2.5联轴器（见参考文献?
）
除了考虑与电机轴与齿轮的连接，还应具有一定的弹性，以避免应电机轴与
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齿轮连接的度精度误差而带来的电机支架晃动，电机不能正常工作，齿轮脱落等。
所以我选择了一体成型具有弹性的铝合金，夹紧靠螺丝固定的联轴器。
联轴器主要参数
联轴器的型号为LK7-C20C0506
2.6中间继电器
中间继电器在这里所起到的作用是弱电控制强电，好处是增强安全系数，降低人员的触电事故的发生。
中间继电器的线圈的控制电压为24V，而控制的强电为220V，从而来控制交流接触器的220V的线圈。
2.7二位五通双线圈电磁换向阀
首先，它在里面的作用只是起到通过线圈得电，使阀门换向，从而达到使汽
缸正旋转与反旋转的效果。
因为要求的是自动换向，所以选用的是电磁式的，
还有，为了使汽缸可以正反旋转，所以采用的是双线圈。
2.8指示灯
指示灯的选择要考虑其:
工作电压、灯泡类型、外形尺寸、颜色、生产厂家。
无论按钮还是指示灯，选择时应慎重考虑以下两点:
从安全色方面考虑:
不同的颜色表示不同的意义，其中绿色表示提示安全状
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态，红色表示禁止、停止;黄色表示警告注意;蓝色表示指令，选择时应根
据实际需要，否则就违背了其使用目的。
从经济方面考虑，在满足使用要求的前提下，应正确选择厂家，一般选择周
围附近常见的国产型号。
3装配流程
图2装配流程
装配流程（见图2）:
先装支柱，汽缸支架，翻料支架，接着把支柱块和底板装好，装好后把直线导轨装上，再装电机和齿轮（在此之前要安装好各支架），最后装上所需要的一些限位开关支架，以及排好所需用的线等等…具体安装方法如下:
3.1支柱的安装
首先先将支柱安装好，因为要考虑到所用的结构尺寸，以及具体位置，所
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以要线安装好支柱，支柱用的是30*30的铝型材，所以支柱的安装并不是很难，只要按照所量的位置，将铝型材正立着摆放，与面板接触的地方用30的角件安装，上紧螺丝就可以了。
（如图4所示）
图4支柱的安装
3.2架的安装
汽缸支架也是采用的铝型材，大小为60*60，因为他的大小几乎接近与旋转汽缸的大小。
至于支架的安装，我并没有采用角件与铝型材的固定，因为安放位置的原因，我采用的是在支架底部安装了一块铝块，在铝块上打孔，使铝块与面板用螺丝固定，这样会起到很好的效果，也可以任意的摆放汽缸支架在面板的位置。
3.3汽缸与支架的安装
汽缸的安装是配合只汽缸支架，但并不是只是安装在支架上，是有一个铝块
先安装在支架上，然后再将汽缸安装在这个铝块上，这样汽缸就会更加的稳
定。
3.4翻料支架的安装
翻料支架的安装也很简单，采用的也是30*30的铝型材，和支柱的安装几乎
是一样的，也可以借鉴图4的模样，不同的只是他们铝型材的长短不一样。
3.5支柱块和底板的安装
所谓支柱块，只是因为它是放在支柱上的铝块，它的作用是为了和导轨底板的配合，使整个上层工作部分稳定，从承载能力上考虑。
它的安装也配合着支柱，在支柱块上面打上与支柱相对应尺寸的沉头孔，用30的角件配合，用螺丝上紧，再将导轨底板与支柱块打连接起来。
3.6直线导轨的安装
直线导轨上面有本身自带的沉头孔，它所放的位置是再导轨底板上的，所以只要再导轨底板上打上与导轨相对应的孔，在将沉头螺钉放进去，在底部用螺帽紧固好就可以了。
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3.7电机的安装
电机的安装是采用电机与电机支架的配合，电机上本身自带螺纹孔，所以在
电机支架上对应的打出空，然后用螺丝上紧。
3.8齿轮的安装
齿轮的安装分为:
齿轮与电机的安装，齿轮与齿轮支架的安装。
齿轮与电机
的安装是采用联轴器，将齿轮与电机轴连在一起，利用电机的转动使齿轮转
动。
齿轮与齿轮支架的安装是在支架的顶部与底部打孔，利用一根轴插在里
面，然后通过齿轮中心的空，这样就会使齿轮在固定的位置达到转动（注:
为了使齿轮转动稳定，不脱落，不晃动，在齿轮的周边打上很小的螺纹孔，
用对应的螺钉拧紧，这样就会使齿轮和轴紧密的连接在一起，就大大减少了
齿轮在转动过程中产生的一些问题）如图5所示
图5齿轮与电机的安装
4.电器部分的设计
4.1电动机的正反转的设计
电动机的正转（CW）是红线与白线得~220V，反转（CCW）是红线与蓝线得~220V，白线与蓝线中间串电容。
设计:
25芯上针不可以通~220V的，用中间继电器做中介，控制交流接触器实现弱电控制强电。
PLC的一个输出端口Y0控制中间继电器K1，K1的常开触头（触头允许交流电压<250V）控制交流接触器KM1线圈，用KM1的常开触头控制电机的正转（反转），PLC另一个输出端口Y1控制中间继电器K2，K2的常开触头控制交流接触器KM2线圈，用KM2的常开触头控制电机的反转（正
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转），而Y0与Y1由限位开关X3，X4控制，KM1与KM2之间互锁。
5.调试
5.1同步带传动的调试
用手摆动在直线导轨上的滑块，由于同步带的一边是固定在滑块上的，所以通过滑块的运动，可以检测出带传动是否稳定，同步带与齿轮的配合是否有脱落现象，或者太紧而导致在传动的时候发生一些障碍。
5.2电机与联轴器的安装调试
固定好电动机支架，把电机轴上装上联轴器，联轴器的另一端装上齿轮轴，然后紧上联轴器两端的螺丝，转动电动机的轴，看联轴器弯曲大不，如果有弯曲，则要再紧上螺丝，使两端的螺丝紧固后，转动不发生弯曲，这样就算是很理想的联轴器与电机和齿轮轴的安装。
5.3转汽缸的调试
通上电源，将旋转汽缸的磁性开关按照所需要的180?
固定好，然后通过二位五通换向阀来使旋转汽缸旋转，看汽缸的旋转是否出现爬行运动，或者是旋转的速度过快或过慢。
可以调节旋转汽缸上自带的截留调速阀。
然后看汽缸旋转的角度是否为180?
，如果不是，可以调节汽缸后面的磁性开关，使之达到旋转的角度为自己所想要的角度。
5.4电机正反转的调试
先不用PLC，直接用24V电源去点端子排Y0、Y1，看中间继电器是不是动作，动作了，通上~220V电源，再用24V电源去点端子排Y0、Y1，看交流接触器KM1、KM2动不动作。
动作了接PLC看限位开关X3、X4能不能控制Y0、Y1。
5.5限位开关的调试
通上PLC，滑动在直线导轨上的滑块，使滑块碰到安装在直线导轨两端的限位开关，看PLC的输入是否有信号，如果有，则限位开关有用，如果没有，则此限位开关没有用。
5.6同步齿轮的调试
通过滑动滑块，使同步带运动从而带动齿轮的转动，看齿轮是否有松动现象，如果有，可以拧紧在齿轮上的螺丝，使齿轮与齿轮轴有更好的连接，这样齿轮就不会出现松动现象。
6.安全保护/总结
6.1操作安全保护
操作时应注意操作安全规程，防止人身损伤或机器的损坏。
大致分为下面几点:
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在操作机器和活动部件时要注意不要危及自己及他人。
因此在运行机器前要
给出警告。
在有油脂、稀释剂、和清洁剂的环境中要注意保护皮肤。
工作时应穿绝缘鞋、劳动服，戴防护眼镜、防护手套。
贴标签:
在各个按钮上贴上相应的标签，以防止误动作损坏元器件，发生事
故。
在工作过程中如出现意外事故，按下急停按钮，停止全部输出，保护电器，
防止不必要损失。
钻加工时的注意事项:
严格遵守钻床的操作规程，严禁戴手套操作;钻孔过
程中需要检测时，必须先停车，后检测;钻孔时平口钳的手柄端应放置在钻
床工作台的左向，以防转矩过大造成平口钳落地伤人。
电子焊接的注意事项:
控制焊接的温度与时间。
温度高了会烫坏元器件，低
了会造成虚焊，烙铁功率选择25W就可以了。
每个焊点的焊接时间不超过
3S。
6.2总结
.设计优点:
经济性:
在满足动作要求的前提下，大部分元器件都用了国产较便宜的。
必要的保护措施:
a.上电按钮与启动按钮的使用:
上电按钮按钮为控制设备，启动按钮为操作设备。
凡没有明显分断点容易
产生误动作的开关（如启动按钮），必须在前一级加控制开关，以防止开
关误动作造成事故。
b.停止按钮与急停按钮的选用:
首先为了安全起见，两者都选用常闭。
如选用常开，在接触不良情况下会
造成事故。
其次，停止按钮可以切断电源，保护硬件。
而急停按钮除此功
能外，还可切断PLC电源，保护软件。
这里由于PLC机是独立的，无法
自行控制，所以急停按钮只能停止所有硬件输出。
按照常理两者还是需要
同时使用。
c.启动、停止时都用到了指示灯以警告注意。
设计缺点:
很多零件都是自己加工的，所以加工出来的零件并没有机械加工出来的准确，精准，粗糙度也不是很好。
包括一些别的零件的设计，并不是很符合实际的要求与合理。
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