仿真加工实验装置控制单元的设计

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真加工实验装置控制单元的设计与开发摘要机电体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我国机电行业产品结构产业结构调整大门的钥匙。现在化的自动生产设备几乎说都是机电体化设备。本文通过研究的控制系统并设计出控制程序，实现模块化生产加工系统的加工单元对加工工件进行模拟钻孔加工及钻孔质量检测，并通过旋转工作台模拟物流传送的过程。论文首先简单介绍了机电体化的定义主要技术特征和发展然后从本身的特征出发介绍了系统的特点的和在教学中的作用其次讲述了加工单元功能控制单元各种控制比较检测单元驱动单元的设计论文最后介绍了编程软件加工单元程序开发和调试。关键词机电体化，控制系生产系统的目的与意义.模块化自动生产系统的配置第二章加工单元的设计.加工单元的机构加工单元的基本功能加工单元的基本结构.与其他工业控制器的比较.传感器的选取和输入地址的设计传感器的选取传感器地址设计.气动控制回路.人机操作界面设计设备功能加工单元的第三章加工单元程序开发和调试.编程软件简介基本功能软件界面及其功能介绍.加工单元的自动连续运行控制控制任务生产工艺流程设计.加工单元的地址分配表.加工单元的程序设计.程序调试第四章总结与展望.工作总结.技术展望参考文献致谢附录第章绪论机电体化技术是在以大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术高度发展并向传机械工业领域迅速渗透机械电子技术高度结合的现代工业的基础上，将机械技术电工电子技术微电子技术信息技术传感器技术信号变换技术接口技术软件编程技术等多种技术有机地结合并综合应用的技术。在综合应用这些技术时，要根据系统的功能目标和优化组织结构目标，合理配置布局驱动机构，控制机构，传感检测机构信息的接收传输与处理机构执行机构等，并使它们在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在起，达到物质与能量的有序运动。因此，机电体化是在高性能高质量高可靠性低能耗的意义上实现特定功能价值的系统工程。.机电体化的主要技术特征机电体化技术的主要特征有机械技术电子技术和信息技术的彼此功能交互，大多以机械系统的高级微机控制的形式出现。在个具体的物理单元中，在不同子系统空间上的集成。机电体化系统的控制功能的智能化。越来越先进的控制功能取代了许多操作人员的推理和判断。柔性化使得机电体化产品能够灵活地满足各种要求，适应各种环境。采用微处理器控制的系统，易于增加或改变功能，而无需增加硬件成本。控制功能采用电子技术微电子技术微机控制技术来实现，因此，对用户来说，机电体化系统的内部运行机制是隐蔽的。在机电体化技术中，设计思想方法与制造技术紧密联系在起的，它们是并行发展的。.机电体化的应用与发展随着科学技术日益走向整体化交叉化和数字化以及微电子技术信息技术的迅速发展，机电体化技术的应用也越来越广泛，随着科技的发展和市场需求的多样化，国内外工程机械厂家日益关注产品的多功能开发。以满足用户对产品环保节能操作舒适性及智能化监控维护的要求。纵观国内外机电体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电体化将朝着以下几个方向发展。.智能化智能化是机电体化与传统机械自动化的主要区别之,也是世纪机电体化的发展方向。智能机电体化产品可以模拟人类智能,具有种程度的判断推理逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。.系统化系统化的表现特征之就是系统体系结构进步采用开放式和模式化的线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。未来的机电体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电体化产品以人的智能情感人性显得越来越重要。.微型化微型机电体化系统高度融合了微机械技术微电子技术和软件技术,是机电体化的个新的发展方向。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。.模块化模块化也是机电体化产品的个发展趋势,是项重要而艰巨的工程。由于机电体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口电气接口动力接口信息接口的机电体化产品单元是项复杂而重要的事,它需要制订系列标准,以便各部件单元的匹配和接口。机电体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。.网络化网络技术的飞速发展对机电体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电体化产品。.绿色化绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计制造包装运输使用到废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。.开发模块化自动生产系统的目的与意义传统的工程学科教学中，通常做法是各门课程单独传授，学生很少有机会了解各种技术在实际工程中是如何被综合性应用的。学生在学习专业课程时，每门课程虽然都有相应的实验，但这些实验都是各自独立进行的。在很多情况下，实验中所使用的设备和器件很多都是实验室专用的，与工业生产中所使用的实际设备和器件有着较大的差异。自动化技术是门融机械电气电子及计算机等技术于体的综合技术，在这种技术中，不同领域和层次的知识与能力融会在起。与其他工程领域相比，在自动化生产中所使用的生产设备都是资金密集型的。因此，方面，般教学或培训单位是没有经济实力专门为教学购置真实的昂贵的自动化生产系统的另方面，拥有自动化生产系统的企业，因经济原因而不愿将其作为实训设备给学生使用。这样，学校在传授自动化技术时，只能用模型或采用计算机仿真作为种弥补的手段，但采用模型或计算机仿真的手段，学生无法学到真实生产系统所需的知识。从种意义上说，这样培养出来的学生是“半成品”，学生走上工作岗位后，面对实际的工业生产设备器件仍然感到陌生，需要经过较长的工作岗位适应期。为使自动化专业的学生在学习过程中，有机会将所学到各门专业课的知识综合性地应用到接近于生产实际的过程中，为他们走上工作岗位后应用这种新知识打下基础，我们设计开发套完全接近于生产实际的模块化自动生产系统，并配备了先进的软硬件。学生通过模块化自动生产系统的学习，对机械电气电子及计算机等技术的综合应用能力得到很大提高，使培养培训目标与企业的要求更贴近。在维修电工高级工技师的社会化培训和鉴定中，模块化自动生产系统是体现国家职业标准个很好的设备。.模块化自动生产系统的配置建成后的模块化自动生产系统，是个获得专业知识技能综合应用能力的理想学习平台，它是由供料单元检测单元加工单元搬运单元分拣单元五个单元组合而成，可完成对多种工件进行检测搬运加工测量组装传送和分类的加工任务。该系统拥有电容式电感式光电式等多种传感器，还有多种气动元件机械传动装置及控制电磁阀，每个加工工位都有台西门子的可编程控制器，可编程控制器通过控制硬件能独立完成本单元个加工过程，这样有利学生分组学习。而将各工位的可编程控制器联在起集成为系统后，就组成了个模块化自动制造系统。这套设备所用元件均为工厂实际使用的工业级产品，能真实地模拟出流水作业型自动加工设备的工况，可对学校学生和工厂的专业技术人员进行模拟工厂环境的技术培训。第二章加工单元的设计加工单元加工和检测的工件有两种材质三种颜色。加工工件如图.所示。工件尺寸如表.所示。表.工件尺寸明细表工件名工件工件工件直径高度内孔直径内孔深度材料尼龙尼龙铝合金颜色黑白银图.加工单元的加工工件.加工单元的机构加工单元的基本功能加工单元可以模拟钻孔加工及钻孔质量检测的过程,并通过旋转工作台模拟物流传送的过程。加工单元的机构如图.所示。图.加工单元的结构加工单元的基本结构加工单元主要由旋转工作台模块钻孔模块钻孔检测模块等组成。.旋转工作台模块旋转工作台模块如图.所示。它主要由旋转工作台工作台固定地盘传动齿轮直流电机定位凸块电感式接近开关传感器光电传感器支架等组成。图.旋转工作台模块在旋转工作台上有个工位，用于存放工件在每个工位的下面都有个圆孔，用于光电传感器对工件的识别。直流电动机用于驱动工作台旋转，它通过对齿轮减速后将动力传递到工作台。通过工作台的转动实现各工位上的工件的“流动”。.钻孔模块钻孔模块的结构如图.所示。图.钻孔模块钻孔模块实现的是钻孔加工的过程，主要由钻孔气缸钻孔电机钻孔导向装置夹紧气缸钻孔模块支架等组成。钻孔电机用于实现钻孔的动作，是钻孔的执行机构钻孔气缸用于实现钻孔的进给动作进给的速度可通过调节气缸气路的节流阀来调节夹紧气缸用于在钻孔时夹紧工件钻孔的导向装置由导向柱和导向套组成，用于保证钻孔电机沿着固定方向准确地运行。在钻孔气缸的两端夹紧气缸的两端都安装有磁感应式接近开关，分别用于判断两个气缸运动的极限位置。钻孔工作气缸的选取公司型号工作压力检测模块检测模块的结构如图.所示。图.检测模块检测模块用于实现对钻孔加工结果的模拟检测过程。检测模块主要由检测气缸检测气缸固定架检测模块支架及磁感应式接近开关组成。其工作原理是在检测工件时，若气缸杆能下降到位，则认为孔的深度加工合格，若气缸不能下降到位，则认为加工不合格。气缸的位置是通过安装在气缸两端的磁感应式接近开关来判断的。检测工作气缸的选取公司型号工作压力继电器由于电机的工作电流大,的数字量输出端口的驱动能力不够，因此采用由的电源直接给电机供电的方式，通过继电器的触点控制电机的供电电路的通断，再用的数字量输出信号控制继电器的线圈，从而实现对电机的逻辑控制。本单元中共使用了个继电器，分别用于控制钻孔电机和工作台的驱动电机。继电器的选取均选用型号的继电器.阀组本单元中的阀组由个电磁阀组成，其中个为带手控开关的双侧电磁先导控制阀，其余两个均为带手控开关的单侧先导控制阀。换向阀的选取个换向阀均选用型号的换向阀.与其他工业控制器的比较.与继电器控制器的比较如今，继电器控制已逐步被所代替，它已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与相比，存在着质的差别。与继电器控制器的比较见表.。表.与继电器控制器的比较比较名称继电器控制器控制功能的实现通过编程实现所需的控制要求通过对继电器进行硬接线完成相应的控制功能对生产工艺变化的适应性只需对程序修改，适应性强需进行重新设计与接线，适应性差可靠性采用大规模集成电路，采用抗干扰措施，可靠性高元器件多触点多，易出现故障灵活性和柔韧性有种类齐全的扩展单元，扩展灵活，灵活性好差控制的实时性微处理器控制，实时性好机械动作时间常熟大，实时性差占有空间与安装体积小，重量轻，安装工作量小体积大，笨重。安装工作量大复杂控制能力很强极差使用寿命长短价格较高低维护简单复杂从以上

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