第 11 页 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位加工工位安装搬运工位分类工位安装工位图1 模拟自动生产线图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。 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134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。继电器3SQ1旋转工件台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M=F，其中F=G=G+G+G由参考文献1表18查得：钢板密度=7.8g/cm工件（尼龙6）密度=1.14 g/cm：滚动摩擦因数 F：底板所受法向反力合力 G：底板总重 查www.micromotor.com.cn（西安微电机研究所）数据资料，选40ZY-DZ01永磁直流电动机，此电动机带减速器，相关参数为：电机型号额定电压额定电流额定转速额定功率转矩40ZY-DZ0124V1.1A3500r/min14.3W39.2103Nm对于模拟钻削电动机M2，只需满足模拟钻削功能（动作演示），无特殊功率、转矩等要求，选择型号：M28-832。2.7选择气缸型号气缸选择的要点：1 作用力的大小：根据外部工作所需要的力的大小。确定活塞杆上的推力或拉力。必须指出，同一个气缸时的实际出力大小随要求的工作速度不同而有很大 变化。速度增高，则由于背压增高等因素影响，出力将急剧降低，其变化并非直线关系。选择缸径时对此必须十分注意。应该依据工作条件不同，按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力近似地乘以1.152的备用系数，从而确定所需要气缸地内径。2 活塞行程的长短：行程就是气缸活塞所能移动的最大距离，带缓冲装置的气缸其缓冲部分的距离也包括在内。行程的长短于使用场合有关，也受加工和结构上的限制。3 安装形式：根据安装位置、使用目的等因素来决定。在一般场合下，多选用固定式气缸。在车床或磨床上，工作需作连续的旋转，应选用回转气缸。在活塞杆除作直线运动外。又