自动生产线上料系统设计.docx

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自动生产线上料系统设计

自动生产线上料系统设计

摘要

近年来，工业机械手在国民经济的各个部门得到了广泛的应用，采用机械手能够代替人工操作，大幅度减轻了操作者的劳动强度，提高了生产效率，节约了加工时间，提高了机械自动化生产水平，降低了企业成本。

本文以天煌THMSRX-3型自动生产线为平台，对该自动生产线的上料机构进行设计和分析，在实用的基础上，对自动上下料机械手直臂与夹持部件进行设计与仿真，该上料机械手具备手臂的回转运动，手臂的伸缩运动，手爪的上下运动三个自由度。

机械部分的设计采用了气动方式实现，机械部分主体分为手爪、手臂、腰臂几个部分。

整体机械手为直角坐标型，结构简单可靠，精度高。

最后，本文对上料机构进行了PLC机电控制系统的设计与仿真。

关键词：

机械手；天煌；上料；

目录

摘要2

目录3

1绪论4

1.1本文研究背景及意义4

1.2国内外研究现状5

2上料系统的总体设计8

2.1天煌THMSRX-3型自动生产线为平台概述8

2.2拟定总体设计方案9

3上料系统的详细设计14

3.1手部夹紧气缸的设计计算14

3.2手爪升降气缸的设计与选择17

3.3手臂伸缩气缸的设计与选择18

3.4手臂回转气缸的设计与选择21

3.5气路系统的设计与选择22

4控制系统的设计与仿真26

4.1PLC控制系统设计26

4.2宇龙平台的仿真27

总结29

参考文献30

1绪论

1.1本文研究背景及意义

随着社会的进步和经济的发展,客户对产品的需求呈现多样化,产品更新换代的周期越来越短,同时,人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高,产品的复杂程度也随之增高。

在这种情况下,为了赢得市场制造企业必须按照用户的不同要求开发新产品,传统的单品种、大批量的生产方式受到了挑战,这种挑战不仅对中小企业形成了威胁,同时也困扰着大中型企业。

我们知道只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高,才能构成规模经济效益;反之,多品种、小批量生产,设备的专用性低,在加工形式相似的情况下,频繁的调整工具,工艺稳定性难度增大,生产效率势必受到影响而降低。

为了同时提高制造工业的柔性和生产效率,使之在保证产品质量的前提下,缩短产品生产周期,降低产品成本,使中小批量生产能与大批量生产抗衡,柔性自动化系统便应运而生。

采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。

在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。

本文根据自动生产线上的自动化需求设计了一个机械手上料系统，实现生产的自动化。

该机械手选用圆柱坐标型，能实现机械手的伸缩，升降，旋转，加紧和放松等动作；驱动系统采用气压驱动，实现了伸缩、升降、旋转、夹紧和放松等动作。

控制系统采用PLC控制，机械手设手动和自动两种工作方式，可以通过转换开关进行工作方式转换。

系统设有报警功能，当机械手出现故障时，能及时报警。

同时采用了RGB颜色传感器检测物料的颜色，可以对不同颜色的物料进行分拣。

随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。

因此机械手就在这样诞生了,机械手是机械手系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。

其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：

它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；广泛的应用机械手，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代，提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，显著地提高劳动生产率，提高企业竞争力，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

本设计拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件，采用PLC控制，和传统继电器控制相比较，具有稳定性高，接线简单，抗干扰能力强，维修方便等优点。

可以简化控制线路，节省成本，进一步提高劳动生产率。

1.2国内外研究现状

目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。

日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、川崎等公司的产品。

欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB公司。

我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：

70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。

在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。

在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。

如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。

从二十世纪20年代开始，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。

在此之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。

第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目出现了急剧增加。

采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。

在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。

机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等自动线，也有包括不同性质的工序，如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。

自动线中设备的联结方式有刚性联接和柔性联接两种。

在刚性联接自动线中，工序之间没有储料装置，工件的加工和传送过程有严格的节奏性。

当某一台设备发生故障而停歇时，会引起全线停工。

因此，对刚性联接自动线中各种设备的工作可靠性要求高。

在柔性联接自动线中，各工序（或工段）之间设有储料装置，各工序节拍不必严格一致，某一台设备短暂停歇时，可以由储料装置在一定时间内起调剂平衡的作用，因而不会影响其他设备正常工作。

综合自动线、装配自动线和较长的组合机床自动线常采用柔性联接。

切削加工自动线在机械制造业中发展最快、应用最广。

主要有：

用于加工箱体、壳体、杂类等零件的组合机床自动线；用于加工轴类、盘环类等零件的，由通用、专门化或专用自动机床组成的自动线；旋转体加工自动线；用于加工工序简单小型零件的转子自动线等。

自动线的工件传送系统一般包括机床上下料装置、传送装置和储料装置。

在旋转体加工自动线中，传送装置包括重力输送式或强制输送式的料槽或料道，提升、转位和分配装置等。

有时采用机械手完成传送装置的某些功能。

在组合机床自动线中当工件有合适的输送基面时，采用直接输送方式，其传送装置有各种步进式输送装置、转位装置和翻转装置等对于外形不规则、无合适的输送基面的工件，通常装在随行夹具上定位和输送，这种情况下要增设随行夹具的返回装置。

自动线的控制系统主要用于保证线内的机床、工件传送系统，以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有故障寻检装置和信号装置。

为适应自动线的调试和正常运行的要求，控制系统有三种工作状态：

调整、半自动和自动。

在调整状态时可手动操作和调整，实现单台设备的各个动作；在半自动状态时可实现单台设备的单循环工作；在自动状态时自动线能连续工作。

控制系统有“预停”控制机能，自动线在正常工作情况下需要停车时，能在完成一个工作循环、各机床的有关运动部件都回到原始位置后才停车。

自动线的其他辅助设备是根据工艺需要和自动化程度设置的，如有清洗机工件自动检验装置、自动换刀装置、自动捧屑系统和集中冷却系统等。

为提高自动线的生产率，必须保证自动线的工作可靠性。

影响自动线工作可靠性的主要因素是加工质量的稳定性和设备工作可靠性。

自动线的发展方向主要是提高生产率和增大多用性、灵活性。

为适应多品种生产的需要，将发展能快速调整的可调自动线。

数字控制机床、工业机器人和电子计算机等技术的发展，以及成组技术的应用，将使自动线的灵活性更大，可实现多品种、中小批量生产的自动化。

多品种可调自动线，降低了自动线生产的经济批量，因而在机械制造业中的应用越来越广泛，并向更高度自动化的柔性制造系统发展。

自动生产线的维修和保养自动生产线节省了大量的时间和成本，近来，在工业发达的城市，自动生产线的维修成为热点。

自动生产线维修主要靠操作工与维修工来共同完成。

随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。

从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。

如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。

在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。

在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。

据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。

2上料系统的总体设计

2.1天煌THMSRX-3型自动生产线为平台概述

天煌THMSRX-3型自动生产线平台是典型的模块式柔性自动化生产线实训系统，是一种最为典型的机电一体化、自动化类产品，它是为职业院校、技工学校、教育培训机构等而研制的，它适合机械制造及其自动化、机电一体化、电气工程及自动化、自动化工程、控制工程、测控技术、计算机控制、自动控制、机械电子工程、机械设计与理论、等相关专业的教学和培训。

它在接近工业生产制造现场基础上又针对教学进行了专门设计，强化了各种控制技术和工程实践能力。

实训系统由8个单元组成。

分别为：

上料检测单元、搬运单元、加工与检测单元、搬运分拣单元、变频传送单元、安装单元、安装搬运单元和分类单元，控制系统可以选用西门子，三菱或欧姆龙的PLC进行控制，具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制，在基本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的两站、三站…直至八站连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。

实训系统包含了机电一体化专业中的气动、电机驱动与控制、PLC、传感器等多种控制技术，适合相关专业学生进行工程实践、课程设计及初上岗位的工程技术人员进行培训，是培养机电一体化人才的理想设备。

天煌THMSRX-3型系统将机械、气动、电气控制、电机传动、传感检测、PLC以及工业网络控制技术有机地进行整合，结构模块化，便于组合，可以完成各类单项技能训练和综合性项目训练。

可以进行机械部件安装与调试、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装和PLC编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试、工业网络控制系统安装与调试于一体，能较好地满足实训教学、工程训练的需要。

天煌THMSRX-3型系统无论机械结构还是控制，都采用统一标准接口，具有很高的兼容和扩展性，随工业现场技术的快速发展，本系统可以紧跟现场技术升级扩展，深入地满足实训教学的需要。

天煌THMSRX-3型系统可以锻炼学习者创新思维和动手能力，学习者可以利用本系统从机械组装、电气设计、接线、PLC编程与调试、现场总线组建与维修等方面进行工程训练。

西门子PLC采用西门子PROFIBUS-DP网络通信，使各站之间的控制信息和状态数据能够实时相互交换，配有10.4英寸，256色工业彩色触摸屏，实现工业控制。

天煌THMSRX-3型主要技术参数如下：