FMS供料和檢測單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真

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摘 要 FMS50 柔性生產(chǎn)線代表了當(dāng)今現(xiàn)代化企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)可繼承的先進設(shè)計理念。每個工作單元均可根據(jù)設(shè)定的任務(wù)，選擇相應(yīng)功能和技術(shù)參數(shù)的氣動元件、傳感器、電氣元件及標(biāo)準(zhǔn)型材料集成而成，工作單元之間具有柔性結(jié)合方式，可以任意組合，系統(tǒng)的開放性很強，可不斷地將新技術(shù)融入系統(tǒng)中。 機械系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)總體設(shè)計方案，對 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元各部件進行設(shè)計。結(jié)合機械原理、機械設(shè)計的知識、力學(xué)的知識，以實現(xiàn)供料單元能完成我們所期望的動作：機械手的抓取和移動。設(shè)計過程中要結(jié)合機械制圖和 CAD 的知識畫出機械結(jié)構(gòu)圖和設(shè)計圖。 三維建模是根據(jù)結(jié)構(gòu)圖和設(shè)計圖，利用 3D 軟件 Solid Edge 或其他軟件進行系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和仿真，做出 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元的三維模型，模擬出 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元的工作原理：從物料倉抓取原材料，放在供料站，檢測到原材料后，機械手抓取移動，把原材料放在傳動帶上。 控制系統(tǒng)設(shè)計是在完成 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，對供料單元進行控制包括供料單元的各部分電路，氣路控制的設(shè)計和供料單元運動和進行各種要求動作的程序設(shè)計。另外，在本設(shè)計中還對供料系統(tǒng)進行了經(jīng)濟效益分析，該系統(tǒng)經(jīng)濟效益良好，有很大的市場潛力，適合大規(guī)模推廣。 關(guān)鍵詞：FMS50，柔性制造，供料系統(tǒng)，氣壓傳動 II Abstract The FMS50 flexible production line stands for advanced and designed principle which is the modernize enterprise product to develop and inherit. According to thearranged mission, each work unit can be integrated by choosing pneumatic element and transducer and electric element standard material of corresponding function and the technical parameter .Among work unit have flexible and combined method, and can be combined arbitrarily. The capability opening of system is so strong that can integrate the new technique into the system constantly. The machine system design according to total design project, for FMS50 the gentle production line provide to anticipate each parts of unit to carry on a design. Combine the knowledge of knowledge, mechanics of the machine principle, the machine design,providing to anticipate unit by realization can complete the action that we expect: The machine hand grab at with move. The knowledge that designs to want to combine the machine graphics and CAD in the process draws a machine structure diagram and the design diagram. 3D set up a mold according to the structure diagram and the design diagram, make use of the 3 D software Solid Edge or other softwares to carry on a whole structure design of system with imitate really, do a production line with gentle FMS50 to provide 3D model of anticipate the unit, imitate a work principle that production line with gentle FMS50 provides to anticipate unit: The appurtenance anticipates a camalig to grab at original material, put Be providing to anticipate a station, examine to the backoriginal material, the machine hand grabs at ambulation, putting original material on spreading to move to take.Control the system design is at complete a gentle production line of FMS50 to provide to anticipate unit of structure design after, anticipate unit to carry on each parts of electric circuits that control includes to provide to anticipate unit towards provide, annoy the design of the road control with provide to anticipate the unit sport and carry on various program design that the request act. Besides, the economic benefit of distribution system is analysed in this thesis. It has big economic benefit and market potential, this systems should be widely used. Keywords:FMS50, flexible manufacturing, distribution system, pneumatic FMS 供料和檢測單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真 目 錄 36 第一章 緒 論 3 1.1 柔性制造的由來 3 1.1.1 柔性系統(tǒng)的組成部分 4 1.1.2 柔性制造系統(tǒng)的分類 5 1.2 柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 6 1.3 供料單元 6 1.4 檢測單元. 7 1.5 本課題所研究的內(nèi)容 7 第二章 總體方案設(shè)計 9 2.1 供料系統(tǒng)的機械設(shè)計 9 2.2 供料系統(tǒng)的建模 10 第三章 供料和檢測單元的實體建模及三維仿真 11 3.1 供料站的機械元件的三維建模 12 3.2 檢測站的機械元件的三維建模 15 第四章 供料和檢測單元控制系統(tǒng)的設(shè)計 17 4.1 傳動方式的選擇 17 4.1.1 汽缸的選擇 18 4.2 氣動執(zhí)行和控制元件的選擇 20 4.2.1 氣路圖設(shè)計 21 4.3 供料系統(tǒng)控制程序設(shè)計 22 4.3.1 供料系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的設(shè)計 22 4.4 供料系統(tǒng)的軟件設(shè)計. 26 4.4.1 供料站程序設(shè)計： 26 4.4.2 檢測站程序設(shè)計： 32 第五章 供料系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分析 34 5.1 技術(shù)經(jīng)濟分析報告 34 第六章 設(shè)計體會及展望 35 6.1 畢業(yè)設(shè)計體會 35 6.2 設(shè)計展望 36 參 考 文 獻 37 致 謝 38 聲 明 39 FMS 供料和檢測單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真 第一章 緒 論 1.1 柔性制造的由來 柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System—FMS）的雛形源于美國馬爾羅西（MALROSE）公司，該公司在 1963 年制造了世界上第一條加工多種柴油機零件的數(shù)控生產(chǎn)線。FMS 的概念由英國莫林（MOLIM）公司最早正式提出，并在 1965 年取得了發(fā)明專利，1967 年推出了名為“Molins System—24”（意為可 24 小時無人值守自動運行）的柔性制造系統(tǒng)，但最終由于經(jīng)濟和技術(shù)上的困難而未全部建成[1,2]。 同年，美國的懷特森斯特蘭公司建成 online I 系統(tǒng)，它由八臺加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機床間傳送和進行加工。這種柔性自動化設(shè)備適于少品種、大批量生產(chǎn)中使用， 在形式上與傳統(tǒng)的自動生產(chǎn)線相似，所以也叫柔性自動線 [3]。 所謂柔性制造系統(tǒng)，其實是指由計算機控制的，由若干獨立或半獨立的工作站和一個物料傳送系統(tǒng)所組成的，能高效率地制造多品種、中批量零件的系統(tǒng)， 顯然柔性制造系統(tǒng)至少應(yīng)有三個重要組成分:一是能夠進行獨立工作的數(shù)控設(shè)備; 二是連接各設(shè)備和裝卸站的物料運輸系統(tǒng);三是使各部分協(xié)調(diào)工作的計算機控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).FMS 作為一個復(fù)雜的制造系統(tǒng).一個非常重要的特點就是系統(tǒng)應(yīng)具有良好的柔性，以適應(yīng)不同的加工要求。直觀地看，可以說 FMS 的基本組成與特征（見圖 1.1）： 圖 1.1 FMS 的基本組成與特征 柔性制造系統(tǒng)(FMS)是具有自動化程度高的制造系統(tǒng)。目前所談及的 FMS 通常是指在批量切削加工中以先進的自動化和高水平的柔性為目標(biāo)的制造系統(tǒng)。隨著社會對產(chǎn)品多樣化、低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切，F(xiàn)MS 發(fā)展頗為迅速，并且由于微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、機械與控制設(shè)備的發(fā)展， 也促使柔性制造技術(shù)日臻成熟，80 年代后，制造業(yè)自動化進入一個嶄新時代， 即基于計算機的集成制造(CIMS)時代，F(xiàn)MS 已成為各工業(yè)化國家機械制造自動化的研制發(fā)展重點。柔性系統(tǒng)生產(chǎn)線是當(dāng)今制造業(yè)中比較先進的生產(chǎn)設(shè)備，它采用先進的氣壓技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)與精密加工技術(shù)，整條生產(chǎn)線有較高的精度與重復(fù)精度。 而且是較短的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。由于采用的是計算機控制其生產(chǎn)，因此，在大多數(shù)情況下只需改變程序即可更換加工零件。所以，它可以按市場需要進行生產(chǎn)， 減少了庫存量，甚至可實行零庫存。 FMS50 可以實現(xiàn)無人化操作。從進料、輸送、制造到檢測、暫存等工序全部可以自動化，只需定時上料和取走工件。還可以實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)管理，以便及時掌握加工系統(tǒng)的運行與生產(chǎn)情況。柔性加工系統(tǒng)具有很強的自我診斷功能，具有先進的遠(yuǎn)程服務(wù)功能。通過及時地對設(shè)備的故障與解決辦法進行指導(dǎo)，以保證設(shè)備長期無故障運行[4,5]。 1.1.1 柔性系統(tǒng)的組成部分 FMS 的組成隨待加工工件是隨著其它條件的變化而變化的。但系統(tǒng)的擴展必須以模塊結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。 用于切削加工的 FMS 主要由如下幾部分組成： 1.若干臺數(shù)控機床用以自動地完成多種工序的加工，根據(jù)不同加工對象可設(shè) 有加工中心、車削中心或計算機數(shù)控(CNC)車、銑、磨及齒輪加工機床等。 2.物料搬運系統(tǒng)用以實現(xiàn)工件及工夾具的自動供給和裝卸，以及完成工序間 的自動傳送、調(diào)運和存貯工作。該系統(tǒng)包括各種傳送帶、自動導(dǎo)引小車、工業(yè)機器人及專用起吊運送機等。 3. 計算機控制系統(tǒng)用以處理 FMS 的各種信息，輸出控制 CNC 機床、物料搬運系統(tǒng)等自動操作所需的信息，通常采用多級分布式計算機系統(tǒng)。 4. 系統(tǒng)軟件用以確保 FMS 有效地適應(yīng)中、小批量多品種生產(chǎn)過程的管理、控制及優(yōu)化工作。一般包括設(shè)計規(guī)劃軟件、生產(chǎn)過程分析軟件、生產(chǎn)計劃調(diào)度軟件與系統(tǒng)管理及監(jiān)控軟件[6]。 系統(tǒng)組成圖如下所示： 圖 1.2 柔性制造系統(tǒng)構(gòu)成框圖 1.1.2 柔性制造系統(tǒng)的分類 按 FMS 的規(guī)模大小可分為如下 4 類: 1.柔性制造單元(FMC) FMC 的問世并在生產(chǎn)中使用約比 FMS 晚 6--8 年，它是由 1-2 臺加工中心、工業(yè)機器人、數(shù)控機床及物料運送存貯設(shè)備構(gòu)成，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC 可視為一個規(guī)模最小的 FMS，是 FMS 向廉價化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物，其特點是實現(xiàn)單機柔性化及自動化，迄今已進入普及應(yīng)用階段。 2. FMS 通常包括 4 臺或更多臺全自動數(shù)控機床(加工中心與車削中心等)，由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運系統(tǒng)連接起來，可在不停機的狀況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工及管理。 3. 柔性制造線（FML）:它是處于單一或少品種大批量非柔性自動生產(chǎn)線與中、小批量多品種 FMS 之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心、CNC 機床; 亦可采用專用機床或 NC 專用機床，對物料搬運系統(tǒng)柔性的要求低于 FMS,但效率更高。它是以離散型生產(chǎn)系統(tǒng)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)性生產(chǎn)過程中的分散型控制系統(tǒng)（DCS）為代表，其特性是實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動化。其技術(shù)已日臻成熟，迄今已進入實用化價段。 4.柔性制造工廠（FMF） FMF 是將多條 FMS 連接起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統(tǒng)進行聯(lián)系， 采用從訂貨、設(shè)計、加工、裝配、檢驗、運送至發(fā)貨的完整 FMS。它也包括 CAD\CAM, 并使計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS )投入實際使用，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化及自動化， 進而實現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運過程的全盤自動化。FMF 是自動化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進的自動化應(yīng)用技術(shù)，它是將制造、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管理的自動化連成一整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)(CIMS)為代表，其特點是可以實現(xiàn)生產(chǎn)柔性化及工廠自動化[7][8]。 1.2 柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1967 年，英國莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的 FMS 基本概念，研制了“系統(tǒng) 24”。其主要設(shè)備是六臺模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機床，目標(biāo)是在無人看管條件下，實現(xiàn)晝夜 24 小時連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟和技術(shù)上的困難而未全部建成。 70 年代末期，F(xiàn)MS 在技術(shù)上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80 年代初期已進入實用階段，其中以由 3～5 臺設(shè)備組成的 FMS 為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。 1982 年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車間，由 60 個柔性制造單元 （包括 50 個工業(yè)機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導(dǎo)臺車傳送毛 坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續(xù) 24 小時運轉(zhuǎn)。這種自動化和無人化車間，是向?qū)崿F(xiàn)計算機集成的自動化工廠邁出的重要一 步。與此同時，還出現(xiàn)了若干僅具有 FMS 基本特征，但自動化程度不很完善的經(jīng)濟型 FMS，使 FMS 的設(shè)計思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用[9]。 1982 年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車間，由 60 個柔性制造單元 （包括 50 個工業(yè)機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導(dǎo)臺車傳送毛 坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續(xù) 24 小時運轉(zhuǎn)。這種自動化和無人化車間，是向?qū)崿F(xiàn)計算機集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時，還出現(xiàn)了若干僅具有 FMS 基本特征，但自動化程度不很完善的經(jīng)濟型FMS，使 FMS 的設(shè)計思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用[10]。 1.3 供料單元 供料系統(tǒng)是柔性加工的重要組成部分，它主要包括兩個部分供料站和檢測站兩個單元。供料站主要是提供原料來進行加工，而監(jiān)測站則是監(jiān)測所需原料是否 到位，即原料就是所需的原料。物料系統(tǒng)作為柔性制造的關(guān)鍵技術(shù)之一越來越多的受到重視。 從供料系統(tǒng)的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)改進到應(yīng)用機理的實驗研究一直都在進行。特別是隨著市場競爭力的逐漸加大，各國都紛紛尋找先進高效的生產(chǎn)設(shè)備，以謀取更大的利益。供料系統(tǒng)的不斷改進，從槽下供料到鏈板分選供料、機器人沖壓供料，無一不顯示出其改進的步伐。機器人沖壓供料是比較先進的工料方法，它是通過傳感器發(fā)出信號，再用 PC 機進行接收，并且用 PLC 進行控制，檢測信號來完成的。 它與傳統(tǒng)物流系統(tǒng)最大的差異在于:FMS50 的組成單元都獨立地具有運行、預(yù)備和停止三種狀態(tài)，所有功能單元不是簡單地依次逐個進行動作，若某個單元處于停止?fàn)顟B(tài)或運行狀態(tài)，其它單元仍能夠毫無影響地獨自完成動作?；诖?， FMS50 可以歸納為四種系統(tǒng)運行模式:原料輸入到成品輸出、原料輸入到成品暫存、成品暫存到成品輸出以及原料輸入和成品暫存到成品輸出?；ギ愡\行模式涉及不同數(shù)量的功能模塊[11]。 1.4 檢測單元 檢測單元是供料系統(tǒng)中很重要的一部分，它通過對原料的檢測，來實現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，這樣也使得供料系統(tǒng)能夠很穩(wěn)定的運行下去，它適于多品種中、小批量生產(chǎn)應(yīng)用。 1.5 本課題所研究的內(nèi)容 研究的課題為 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元設(shè)計，其主要包括供料單元和檢測單元的總體設(shè)計和系統(tǒng)建模。 總體設(shè)計包括：機械系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計兩部分。機械系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)總體設(shè)計方案，對 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元各部件進行設(shè)計 [12]。 本設(shè)計是結(jié)合機械制圖、機械原理、機械設(shè)計、PLC 的知識還有力學(xué)與電學(xué)方面的知識，以實現(xiàn) FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元來完成我們所期望的動作：機械手對原料的抓取和移動。設(shè)計過程中要結(jié)合機械制圖、機械原理、機械設(shè)計的知識畫出機械結(jié)構(gòu)圖和設(shè)計圖，并用 CAD 把三視圖畫出來。 三維建模是根據(jù)結(jié)構(gòu)圖和設(shè)計圖。利用 3D 軟件 Solid Edge 或其他軟件進 行系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和仿真，做出 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元的三維模型，模擬出 FMS50 整個加工過程中的大概狀況。 柔性生產(chǎn)線供料系統(tǒng)的工作原理：通過電腦的控制讓機械手首先從物料倉抓取原材料，放在供料站，傳感器檢測到原材料后，會反饋到電腦上，電腦會自動執(zhí)行下一步的程序使機械手抓取移動，把原材料放在傳動帶上。 控制系統(tǒng)設(shè)計是在完成 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，對供料系統(tǒng)進行控制其中包括供料單元的各部分電路，氣路控制的設(shè)計和供料單元整個的運動和進行各種要求動作的程序設(shè)計和對每個器件包括汽缸、換向閥、節(jié)流閥選用的原因、各自的特點和在整個運作過程中的作用。其實汽缸是檢測單元的重點，我對汽缸進行了設(shè)計，為了保證在機械傳動方面我選擇用氣壓傳動來實現(xiàn)， 因為它具有著安全、方便和費用低等特點[13]。 PLC 的設(shè)計如下： 整個系統(tǒng)電路原理是每一個工作站各有一個電源開關(guān)來控制。所以他們的站是獨立，從供料站的一個引出到監(jiān)測站的輸出點。兩個工作站各有一個控制電板來控制，所以他們各個部分的信號是獨立。從供料站的 Q6 出來到檢測站的 I4， 而他們的輸出是相連的。通過傳感器的信號輸出來控制整個系統(tǒng)的工作。 整個電路系統(tǒng)所要通過傳感器來進行系統(tǒng)的各個動作的設(shè)計。首先，要檢查工作站是否復(fù)位，如果沒有復(fù)位則要進行復(fù)位動作。電路系統(tǒng)檢測供料站原料是否供上，以及氣缸的移動是否到位?？刂频牟糠种饕歉鱾€工件所需要移動的距離。檢測部分需檢測檢測站的原料臺上是否是空的，這樣才可以進行整個系統(tǒng)的動作。 系統(tǒng)的整體設(shè)計是供料站輸出接上檢測站的輸入。開始供料站有幾個開關(guān)來控制著，他們是電感式和接觸式，指示燈是用來指示工作站的工作狀態(tài)。從電源出來的線直接接到供料站的輸入，這時整個系統(tǒng)的電路也算是開始接線。供料站通過開關(guān)進行控制。 供料站由傳感器 IBI 來檢測下一站是否是空的，如果下一張是空的指示燈 4 就會亮，這時就會通知工作站來進行下一個動作。傳感器主要的顯示工作狀態(tài)和執(zhí)行動作所需要的條件。指示燈的功能主要是讓操作者更能直觀的看出系統(tǒng)所處的狀態(tài)，通過執(zhí)行不同的動作，來使傳感器處于不同的狀態(tài)。 最后，對供料系統(tǒng)進行經(jīng)濟效益的分析，并對市場前景予以展望以及我在整個畢設(shè)過程中的不足的地方。 第二章 總體方案設(shè)計 供料系統(tǒng)是 FMS50 柔性整個生產(chǎn)線的重要組成部分。它主要有供料站和檢測站組成。供料站主要是從生產(chǎn)系統(tǒng)輸送原料，監(jiān)測站主要是負(fù)責(zé)檢查原料是否合格，并且把它們送到生產(chǎn)線上。 研究的課題為 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元設(shè)計，它是整個柔性加工系統(tǒng)中的極為重要的一部分 14]。 圖 2.1 FMS50 柔性生產(chǎn)線流程圖 2.1 供料系統(tǒng)的機械設(shè)計 供料系統(tǒng)機械部分的設(shè)計主要是各個零部件的選擇。并且采用 AutoCad 2003 進行繪圖。 供料系統(tǒng)中的供料站所選用的機械零件主要有料倉、工作臺、擺動模塊，供料站的料倉是放原料的裝置。料倉由三部分組成，料倉桶，底座，推手。全部采用塑料制成。而底座和推手部分地方挖空，是為了減輕料倉的重量，還有節(jié)省成本。擺動模塊采用 4mm 鋼板制成，中間傳送帶采用橡膠制成 檢測站的氣缸、滑槽、支撐滑槽的柱臺、放原料的臺子。檢測站中，各部分組成部件采用 45#鋼和 4mm 鋼板制成。零件的選擇標(biāo)準(zhǔn)是在能夠滿足工作要求的 情況下盡可能的減少工作成本，減輕工作臺的重量。傳動方式的選擇： 傳動是整個供料系統(tǒng)的重要部分，它是整個系統(tǒng)原料傳送的關(guān)鍵。整個系統(tǒng)的動作所需的能量是機械能，由于整個系統(tǒng)不能直接提供機械能，所以只能通過其它形式的能量進行轉(zhuǎn)換。傳動方式可以有兩種氣壓傳動和液壓傳動。鑒于氣壓傳動動一系列優(yōu)勢，和別的傳動方式相比有著氣壓潔凈安全、便于存儲、價格低廉等等。所以本系統(tǒng)的傳動方式選用氣壓傳動。 2.2 供料系統(tǒng)的建模 供料系統(tǒng)的建模主要是對系統(tǒng)的各個零部件進行的三維模擬。建模所采用的軟件是 Solid Edge。 (1) 在 Solid Edge 環(huán)境下,進行裝載機工作裝置三維實體建模、虛擬裝配, 為運動仿真和應(yīng)力分析打下了基礎(chǔ)。 (2) 應(yīng)用 Solid Edge 軟件進行了動態(tài)仿真,解決了裝載機工作裝置傳統(tǒng)設(shè)計中無法直觀觀察工作裝置空間運動狀況的難題。 (3) 應(yīng)用 Solid Edge 軟件進行了應(yīng)力分析,可以直觀地從應(yīng)力云圖中得到最大應(yīng)力,可判斷動臂的強度是否安全可靠。 使用 Solid Edge 是為了在傳動過程進行仿真，而仿真中裝配是可以在 Solid Edge 的組件模塊中完成的。由于各部件之間的裝配關(guān)系不同, Solid Edge 提供了不同的裝配形式。如果裝配件與被裝配件之間沒有相對運動,裝配時應(yīng)使用“放置”選項板定義彼此之間的約束關(guān)系;否則,在裝配時應(yīng)使用“連接”選項板來定義它們之間的連接關(guān)系和約束關(guān)系。 鑒于這一軟件所具有的優(yōu)點，更能深刻的表現(xiàn)出元件的結(jié)構(gòu)和它們之間的裝配關(guān)系，再加上我們上學(xué)期由曹建樹老師教授并學(xué)習(xí)了這個軟件，使用起來相對比較順手，因此選用此軟件[15]。 第三章 供料和檢測單元的實體建模及三維仿真 供料系統(tǒng)是 FMS50 柔性生產(chǎn)線中重要組成部分，它主要是向生產(chǎn)線提供生產(chǎn)原料，并且檢測站檢驗供給的原料是否合格。供料系統(tǒng)主要包括兩部分即：供料站和檢測站。供料站主要是由料倉和擺動氣缸兩大部分組成，料倉通過傳感器控制并利用推手把原料從料倉中推出，而擺動氣缸則是通過真空吸附原理來吸取原料，把原料放在另一個平臺上。而且在這其中還有有一些傳感器，如光纖傳感器， 位移傳感器等等，通過信號的變化來告知人們當(dāng)前正處于什么樣子的狀態(tài)，以及實現(xiàn)這種狀態(tài)下所具備的條件是什么。 這樣就有利于實現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)的自動化，從而更好的提高生產(chǎn)效率，增加系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。當(dāng)然，供料部分還包括一個重要的 PLC 板，用它來進行人機互換， 通過使用計算機來進行控制整個生產(chǎn)的過程，是實現(xiàn)柔性化的關(guān)鍵，所謂柔性化的意義也在于此[12]。 因為這次畢業(yè)設(shè)計中還有一個重點就是實體建模，所以在建模開始的時候首先分了幾個單元來畫，最后并把他們進行裝配在一起。那幾個單元分別是供料站 （料倉和擺動氣缸）和檢測站(滑槽和檢測單元)以及工作臺。供料倉如下圖所示： 圖 3.1 供料倉 檢測站主要是由擺動氣缸和導(dǎo)軌組成。從供料站傳送過來的原料放在原料臺上，通過氣缸把它們送到導(dǎo)軌下面，這時由傳感器來檢測原料長度是否合格，如果合格就把它放在導(dǎo)軌上，有導(dǎo)軌連接傳送帶，完成整個工件的傳送。如果不合 格，則會重新調(diào)整長度，直到合適位置，開始其傳送過程。同供料站一樣，檢測站也存在著多種傳感器，它們主要也是進行信號顯示其工作狀態(tài)。PLC 同樣也是整個工作站的心臟。工作站還有一個重要組成部分就是閥島，整個工作站的傳動方式是氣壓傳動，所以用到的氣閥主要是二位五通閥。 檢測站如下圖所示： 圖 3.2 檢測站 3.1 供料站的機械元件的三維建模 本系統(tǒng)的三維建模主要是用 solid edge 進行的。 供料系統(tǒng)的工作臺主要是支撐各個工作件的，所以工作臺的材料應(yīng)該是盡量耐用，而且成本不能太高。本設(shè)計中為了達到目的選擇了長形帶槽形工作臺，它具有以下優(yōu)點：能夠使工作件有足夠的空間排開；溝槽形結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省材料，以達到節(jié)省成本的目的。溝槽形工作臺還可以減少整個系統(tǒng)的重量。 工作臺具體的形狀如下圖所示： 圖 3.3 工作臺 供料倉是整個供料系統(tǒng)的重要部分，主要是用來盛裝原料的，為了節(jié)省其成本，減輕整個工作臺的重量，供料倉的原材料選用的是塑料的，而且它的形狀也是盡量減少空間，供料倉的推手使用塑料設(shè)計的，因為塑料的成本較低，而且可以減輕重量，所以工作站的重量小了，整個系統(tǒng)所需要的壓力也大大減輕了，節(jié)省能源，最重要的是減少整個生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟效益。 所以它的設(shè)計如下圖所示： 圖 3.4 供料倉 擺動模塊是從供料倉中把料取出，通過真空原理來吸取原料。然后，擺臂擺出到工件臺上，放氣來放下原料。為了減輕擺臂的重量，以減少所需的能量，所以擺臂要設(shè)計成中空的，要用齒形帶來讓控制器轉(zhuǎn)動。 圖 3.5 擺動汽缸 FMS 供料和檢測單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真 3.2 檢測站的機械元件的三維建模 檢測站的小柱臺是與氣缸的支撐板相連的，它通過小板來支撐整個氣缸的重量。因為氣缸是上下移動的，如果檢測原料是不合格，要向下移動，為了限制它所移動的距離，所以用小板來固定。用小板來固定既減輕了整個工件的重量，節(jié)省了材料，又增加了工件的支撐面積，減少了單位面積的壓力，這樣更有利于工件的固定。氣缸的穩(wěn)定是整個工作臺穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。 圖 3.6 滑槽 檢測站是采用鋁合金制成，首先會對原料進行檢測，并且把物料輸送到傳送帶，進行下一站工作。 FMS 供料和檢測單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真 圖 3.7 檢測單元 通過與柱臺滑槽通過氣缸，將壓力調(diào)節(jié)成機械能，使氣缸上升，把工件放到滑槽中。比較儀通過電位器來檢測其高度，進行調(diào)整。 整個的供料系統(tǒng)的流程為：擺臂擺出到原料的臺子上面，以留出空間使料倉的推手把料從料倉中推出去，當(dāng)料被推出以后，擺臂手從料臺上擺到料倉部位， 通過氣源進行放氣來排除真空以達到吸取原料的目的。 最后，當(dāng)氣嘴已經(jīng)把原料吸住以后，擺臂擺出到工件臺上，這時氣源進行放氣把原料放到工件臺上。從供料站運送過來的原料放在原料臺上，通過氣缸把它們送到導(dǎo)軌下面，這時由傳感器來檢測原料高度是否合格，如果合格就把它放在導(dǎo)軌上，有導(dǎo)軌連接傳送帶， 這樣就完成整個工件的傳送。 通過與柱臺滑槽通過氣缸，將壓力調(diào)節(jié)成機械能，使氣缸上升，把工件放到滑槽中。比較儀通過電位器來檢測其長度，進行調(diào)整。 擺臂擺出去到原料的臺子上面，以留出空間使料倉的推手把料從料倉中推出去，當(dāng)料被推出以后，擺臂手從料臺上擺到料倉部位，通過氣源進行放氣來排除真空以達到吸取原料的目的。 最后，當(dāng)氣嘴已經(jīng)把原料吸住以后，擺臂擺出到工件臺上，這時氣源進行放氣把原料放到工件臺上。從供料站運送過來的原料放在原料臺上，通過氣缸把它們送到導(dǎo)軌下面，這時由傳感器來檢測原料長度是否合格，如果合格就把它放在導(dǎo)軌上，有導(dǎo)軌連接傳送帶，這樣就完成整個工件的傳送。 第四章 供料和檢測單元控制系統(tǒng)的設(shè)計 控制系統(tǒng)設(shè)計是在完成 FMS50 柔性生產(chǎn)線供料單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，對供料單元進行控制包括供料單元的各部分電路，氣路控制的設(shè)計和供料單元運動和進行各種要求動作的程序設(shè)計。 供料站和檢測站組成的供料系統(tǒng)是 FMS50 柔性加工系統(tǒng)的重要單元，系統(tǒng)本身的組成部分都是非常合理，而且資源配置也很優(yōu)化。所以本次的設(shè)計的重點主要是它們傳動與控制方面的設(shè)計。 由于氣缸傳動是檢測單元中很重要的組成部分，通過傳動控制整個系統(tǒng)的供料，以及原料的運輸。所以本設(shè)計重點是傳動及控制的設(shè)計，經(jīng)慎重考慮選擇氣壓傳動方式[15]。 4.1 傳動方式的選擇 柔性加工的供料系統(tǒng)所采取的是氣動控制，其優(yōu)點如下： 1．氣動技術(shù)以空氣為工作介質(zhì)，空氣隨處可取，且粘性小，在管內(nèi)流動阻 力小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。同時氣動技術(shù)在廣泛的各種應(yīng)用中具有安全、方便和費用低的優(yōu)點。 2．氣動元件結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，用過的空氣可向大氣排放，處理方便， 不必使用回收管道。 3．氣動系統(tǒng)維護不復(fù)雜，也不需要特殊的培訓(xùn)和試驗設(shè)備。 4．適應(yīng)性強，現(xiàn)有的機器可方便的改為氣動傳動，氣缸可以直接安裝在要求出力的地方。 5．便于進行能量儲存，可以進行應(yīng)急或系統(tǒng)需要用。 6．氣壓傳動本身有過載保護性能。氣動執(zhí)行元件能長期在滿負(fù)荷下工作， 在過載時會自動停止。因為具有這些優(yōu)點，以氣動技術(shù)能在各個工業(yè)部門中得到日益廣泛的應(yīng)用。而氣動元件更是一種經(jīng)濟實用的機械化、自動化的理想元件?，F(xiàn)在，氣動技術(shù)和電子電器、液壓技術(shù)一樣，都成為自動化生產(chǎn)過程的有效技術(shù)之一，在國民經(jīng)濟建設(shè)中起著越來越大的作用。 4.1.1 汽缸的選擇 本設(shè)計中所選用的是 ADVU-16-1-P-A 型的雙作用緊湊型氣缸。如下圖所示 說明： 圖 4.1 緊湊性雙作用汽缸 氣口接活塞桿接頭：按 ISO6431 緩沖裝置：向緩沖行程長緩沖可調(diào)安裝位置：任意 工作介質(zhì)：壓縮空氣 工作壓力：0.15～1.0Mpa 特點： 采用鋁合金前后端蓋及缸筒外形美觀，重量輕。 四拉桿式結(jié)構(gòu)。 起動壓力≤0.02MPa，壽命≥1000km 以上，蠕動性小。 環(huán)境溫度-25～＋80℃（在不凍結(jié)條件下）。 可以按 ISO 標(biāo)準(zhǔn)式 Ceto P 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的氣缸互換。 缸徑 ΦD 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 工作壓力為0.4MPa 時 推力(N) 196 332 502 785 1247 2010 3141 4908 8042 12566 拉力(N) 164 276 422 660 1121 1814 2945 4626 7540 12064 工作壓力為 推力 490 804 1256 1963 3117 5026 7853 12271 20106 31416 行程長度按用戶要求，在規(guī)定范圍內(nèi)任選。理論作用力(N): FMS 供料和檢測單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真 1.0MPa 時 (N) 拉力(N) 412 691 1055 1649 2903 4535 7363 11564 18850 30160 行程范圍(mm) 60～ 400 70～ 600 70～ 700 80～ 1000 80～ 1400 100～ 1400 100～ 3000 120～ 3000 140～ 3000 140～ 3000 壁厚的計算： 因為在汽缸中不允許壁過薄，否則會導(dǎo)致安全性無法保障。 （1） 單位為 pa 因為選用的是缸徑為 25mm 的雙作用汽缸，經(jīng)查表拉力為 412。 － s-安全系數(shù)一般取 6～8，本次設(shè)計取 8 為安全序數(shù)經(jīng)過計算 （2） -汽缸筒的壁厚 D－汽缸筒的內(nèi)徑 mm 考慮到整個的汽缸不能太大所以選用缸徑為選用 25mm 的缸徑進行計算 P－汽缸工作壓力 pa 通過查找機械設(shè)計手冊為 1.5X pa 經(jīng)過計算 為 34mm。 通過計算得出 25mm 的缸徑雙作用汽缸滿足設(shè)計的要求。 氣缸是氣壓傳動中所使用的執(zhí)行元件。它主要是把壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，主要是進行直線往復(fù)運動和擺動。在供料系統(tǒng)中，氣缸主要是用來使原料進行移動的。當(dāng)供料站的擺動模塊把原料放在工作臺上時，為使原料能夠進入整個系統(tǒng)，也就是說能夠順利進入加工站進行加工。而滑槽離工作臺有190mm 的高度，需要一個動力使它能夠上升到這個高度，而 ADVU-16-1-P-A 型的雙作用緊湊型氣缸在 25mm 的缸徑下仍然可以達到 412N 的拉力，這樣保證了它的 正常運行。 4.2 氣動執(zhí)行和控制元件的選擇 汽缸是整個工作站的必要部分，通過汽缸和擺動模塊來使原料進行轉(zhuǎn)移。還有，吸氣和排氣則是吸料和放料所必需的。所以整個系統(tǒng)的氣動元件的選擇是很關(guān)鍵的。吸氣和排氣主要選用的是二位五通閥，中間氣體方向的改變而使換向閥的功勞，壓力大小的改變主要靠的是節(jié)流閥。 具體參數(shù)： （1）雙作用汽缸：壓縮空氣驅(qū)動活塞向兩個方向運動。 （2） 換向閥：型號為 CPV10_M1H_5LS_M7_gb，2 位 5 通換向閥，單電控。 （3）節(jié)流閥：調(diào)節(jié)流量和改變壓力。同時供料站也用到了真空吸附原理。真空產(chǎn)生原理是利用射流的卷吸作用，卷吸周圍的靜止氣體和它一起向前流動在射流周圍產(chǎn)生低壓區(qū)。 典型真空發(fā)生器簡介如下： 1 口進氣，2 口排氣，在 3 口產(chǎn)生真空。真空吸附回路主要的氣動執(zhí)行元件在有： （1） 真空發(fā)生器（型號：CPV10_M1H_VI70_2GLS_M7_gb），閥內(nèi)包括兩個電控閥和一個真空發(fā)生器。 （2） 真空開關(guān)（型號：VAF-PK-4）。 （3） 吸盤（VAS-8-M5-PUR）。 （4）真空過濾器。 4.2.1 氣路圖設(shè)計 氣動的系統(tǒng)設(shè)計是整個系統(tǒng)的重要組成部分。系統(tǒng)主要包括兩個工作站供料站和檢測站。這兩個系統(tǒng)是共用一個氣源。有兩個真空消聲器，整個系統(tǒng)的各個部分的氣流方向是同通過換氣閥來改變的。 整個系統(tǒng)主要用的是二位五通閥。從供料站的氣路是有一個氣源出來，是節(jié)流閥和換向閥來改變的，從氣源出來的氣通過一個二位五通閥來到達氣缸，氣缸改變氣體的換氣大小達到整個系統(tǒng)的要求。從系統(tǒng)出來的氣路通過一個氣路來到 FMS 供料和檢測單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真 達檢測站。 本系統(tǒng)的氣路主要是向系統(tǒng)提供氣源。通過壓縮空氣把壓力轉(zhuǎn)化為機械能來完成動作。整個系統(tǒng)所用的是一個氣源，來提供整個系統(tǒng)的能量。整個氣路圖的設(shè)計過程如下： 從氣源出來的氣體，經(jīng)過二位五通閥來改變氣體的壓力大小，然后通過單向閥來來到達氣缸，有汽缸的作用來改變壓力的大小。 經(jīng)過汽缸的氣體，這時會改變壓力大小，而產(chǎn)生機械能，機械能來推動整個系統(tǒng)的運動。供料站和檢測站是共用一個氣源的，從供料站出來的氣體經(jīng)過一個氣路到達檢測站，然后從氣閥流出經(jīng)過換向閥來改變方向，到達氣缸。從氣缸出來的氣體已經(jīng)改變了大小，壓力轉(zhuǎn)化為機械能，使氣缸上升，把工件放到滑槽中 [18]。 4.3 供料系統(tǒng)控制程序設(shè)計 控制器的選擇是可編程控制器 PLC?？删幊炭刂破魇且晕⑻幚砥鳛檩敵觯C合了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。PLC 是在計算機技術(shù)的促進下得以發(fā)展的新一代順序邏輯控制裝置，是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器、可以編成控制程序的控制器。 4.3.1 供料系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的設(shè)計 供料系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)置主要是 PLC 的選型和各個電動元件的選擇。PLC 的主要特點： (1) 可靠性高，抗干擾能力強。由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件的設(shè)計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。 (2) 編程簡單，使用方便。 (3) 通用性好，具有在線修改能力。PLC 硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以靈活地組態(tài)以適應(yīng)不同的控制對象，控制規(guī)模和控制功能的要求。且可通過修改軟件， 來實現(xiàn)在線修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業(yè)通用性。 (4) 縮短設(shè)計、施工、投產(chǎn)的周期，維護容量。目前 PLC 產(chǎn)品朝著系列化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選用相應(yīng)的模塊進行組合設(shè)計，同 時用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大減輕了接線工作，同時 PLC 還具有故障檢測和顯示功能，使故障處理時間縮短。 (5) 體積小，易于實現(xiàn)機電一體化[11]。SIEMENS-300 系列 PLC 軟件部分：采用 Step-7 軟件，大概流程：1.新建項目→硬件設(shè)置 2.建立變量表→確定元件地址→填寫符號表 3.任務(wù)分析→畫流程圖編程中的一些定義： OB：組織塊，操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用的程序塊，并用這個調(diào)用啟動用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。 FC：功能，功能是屬于你的編程塊。一個 FC 被不同的邏輯塊調(diào)用時這些程序總會被執(zhí)行。 FB：功能塊，在程序的分級結(jié)構(gòu)中位于組織塊之下，包含程序的一部分，可以在 OB1 中被多次調(diào)用。 PLC 功能原理： 第一部分是上電處理。PLC 通電后，對系統(tǒng)進行一次初始化工作，包括硬件初始化，F(xiàn)O 模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定及其初始化處理等。 第二部分是掃描過程。PLC 上電處理完成以后進入掃描工作過程。先完成輸入處理，其次完成與其他外設(shè)的通信處理，再次進行時鐘、特殊寄存器更新。當(dāng)CPU 處于 STOP 工作方式時，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。包括 3 個階段:輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 第三部分是出錯處理。PLC 每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定 PLC 自身的動作是否正常，例如 CPU、程序存儲器等是否異常或出錯。如果檢查出異常時，CPU 面板上的 LED 及異常繼電器都會接通，在特殊寄存器中會存入特殊代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時，CPU 被強制為 STOP 方式，所有的掃描停止。 系統(tǒng)電路圖的設(shè)計思路： 整個系統(tǒng)電路原理是每一個工作站各有一個電源開關(guān)來控制。所以他們的站是獨立，從供料站的一個引出到監(jiān)測站的輸出點。兩個工作站各有一個控制電板來控制，所以他們各個部分的信號是獨立。從供料站的 Q6 出來到檢測站的 I4， 而他們的輸出是相連的。通過傳感器的信號輸出來控制整個系統(tǒng)的工作。 整個電路系統(tǒng)所要通過傳感器來進行系統(tǒng)的各個動作的設(shè)計。首先，要檢查工作站是否復(fù)位，如果沒有復(fù)位則要進行復(fù)位動作。電路系統(tǒng)檢測供料站原料是否供上，以及氣缸的移動是否到位?？刂频牟糠种饕歉鱾€工件所需要移動的距離，比如供料站的擺臂所要擺動的距離，料倉的氣缸推手所要退出料的距離等等。檢測部分需檢測檢測站的原料臺上是否是空的，這樣才可以進行整個系統(tǒng)的動 作。 系統(tǒng)的整體設(shè)計是供料站輸出接上檢測站的輸入。開始供料站有幾個開關(guān)來控制著，他們是電感式和接觸式，指示燈是用來指示工作站的工作狀態(tài)。從電源出來的線直接接到供料站的輸入，這時整個系統(tǒng)的電路也算是開始接線。供料站通過開關(guān)進行控制。 供料站由傳感器 IBI 來檢測下一站是否是空的，如果下一張是空的指示燈 4 就會亮，這時就會通知工作站來進行下一個動作。傳感器主要的顯示工作狀態(tài)和執(zhí)行動作所需要的條件。指示燈的功能主要是讓操作者更能直觀的看出系統(tǒng)所處的狀態(tài)，通過執(zhí)行不同的動作，來使傳感器處于不同的狀態(tài)。 從供料站出來的線經(jīng)過電感式開關(guān)來控制指示燈的亮滅，這時就相當(dāng)于給操作者一個信號，通過一系列的傳感器來改變工作狀態(tài)。經(jīng)過開關(guān)的線主要是控制面板上的，來控制指示燈的。通過傳感器“reset”, “ reset-light”來檢測工作是否復(fù)位，如果復(fù)位燈亮，這時整個工作臺要進行復(fù)位，所以從控制面板出來的線要接在復(fù)位傳感器上；復(fù)位完成之后要進行下一步動作，所以先從復(fù)位那兒出來接到傳感器 IP-FL 上面，這是為了檢查下一個工作站是否是空的；后又傳感器“1B2”和“B4”來使擺動臂手?jǐn)[到下一站，最后按整個工作站要進行的動作使傳感器接上，所有的傳感器都是要接到控制面板上面的，由控制面板來統(tǒng)一管理整個系統(tǒng)的工作信號。 從供料站的Q6 出來的 Q6 要接到檢測站的I4 上面這樣兩個信號要傳到檢測站去，所以工作站的動作才能有序的進行下去，兩個站才真正的成為一個主體， 當(dāng)信號傳到檢測站以后，也會進行檢測工作站是否復(fù)位進行檢測，通過控制面板的指示燈來反映工作狀況。 整個工作系統(tǒng)的接線是通過工作站所要進行的動作而進行的，是一個有序的過程。檢測站的比較儀是檢測工件的高度的，通過電位器進行控制的，所以從傳感器“B2”，“B4”出來的信號要接到比較儀“B5”上面，工件的檢測并不是一蹴而就的，所以需要用延時“DELAY”來進行延時，這時如果高度不合適就要調(diào)整， 這時接線就需要接到“2Y2”，“2Y1”上面，高度調(diào)整結(jié)束以后，就通過滑槽來把原料滑出到傳送帶上，這時整個工作過程就算結(jié)束了，傳感器“CYCLEEND”所對應(yīng)的指示燈就亮了，系統(tǒng)可以進入循環(huán)狀態(tài)。 從供料站的 Q6 出來的信號要傳到檢測站去，所以 Q6 要接到檢測站的 I4 上面這樣兩個工作站的動作才能有序的進行下去。通過控制面板調(diào)控整個系統(tǒng)的工作。所以所有的線都接在控制面板上面，通過控制面板進行信號的轉(zhuǎn)化，來到達下一個狀態(tài)。 4.4 供料系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.4.1 供料站程序設(shè)計： 供料站主要完成的任務(wù)是料倉的推手把遠(yuǎn)料從料倉中推出來，通過擺臂進行擺動到料倉的料臺上，這時就有擺臂把料取出放到原料臺上。 供料站的程序設(shè)計思路如下： 首先，要檢查供料站是否復(fù)位，復(fù)位后直接進行系統(tǒng)的工作；如果沒有復(fù)位要先進行復(fù)位。復(fù)位的具體步驟是復(fù)位燈亮，這時用改變傳感器的狀態(tài)就把工作臺變成激回初態(tài)，進行復(fù)位。 其次，檢查下一個工作站是否是空的，如果是空的則直接進行執(zhí)行動作，如果不是空的則要等到下一站是空的時間才能進行動作。如果不是空的話，執(zhí)行動作的方法是把擺臂擺到原料的臺子上面，以留出空間使料倉的推手把料從料倉中推出去，當(dāng)料被推出以后，擺臂手從料臺上擺到料倉部位，通過氣源進行放氣來排除真空以達到吸取原料的目的。 最后，當(dāng)氣嘴已經(jīng)把原料吸住以后，擺臂擺出到工件臺上，這時氣源進行放氣把原料放到工件臺上，整個系統(tǒng)的動作就完成了。 供料站程序流程圖： FMS 供料和檢測單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真 流程圖式的程序如下所示： FMS 供料和檢測單元機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真 圖 4.12 程序變量地址表 4.4.2 檢測站程序設(shè)計： 檢測站的主要工作是檢測供料站所提供的物料是否是正確的，通過傳感器來檢測其高度，從而來判斷應(yīng)該放到導(dǎo)軌上。 檢測站主要是由擺動氣缸和導(dǎo)軌組成。從供料站運送過來的原料放在原料臺 上，通過氣缸把它們送到導(dǎo)軌下面，這時由傳感器來檢測原料高度是否合格，如果合格就把它放在導(dǎo)軌上，有導(dǎo)軌連接傳送帶，完成整個工件的傳送。如果不合格，則會重新調(diào)整高度，直到合適位置，開始其傳送過程。通供料站一樣，檢測站也存在著好多傳感器，它們主要是進行信號顯示其工作狀態(tài)，以便人們更好的控制和駕馭它。 PLC 電板也占著舉足輕重的地位，使整個工作站的心臟。工作站還有一個重要組成部分就是閥島，由于整個工作站的傳動方式是氣動，所以閥島主要是一些氣閥的聚集地，整個工作站用到的氣閥主要是五位二通閥。 檢測站的程序設(shè)計思路如下： 首先，先檢查工作站是否復(fù)位，如果復(fù)位則直接進行系統(tǒng)的動作；如果工作臺沒有復(fù)位，這時復(fù)位燈亮，執(zhí)行復(fù)位動作，通過改變傳感器的信號來進行工作臺激回初態(tài)，重新復(fù)位。 其次，工作臺復(fù)位完成之后，要檢查工件臺上是否有工件，若沒有工件就不進行動作，如果有工件就通過監(jiān)測機器進行檢測工件的顏色以確定氣缸要生的高度。 最后，氣缸開始上升到一定高度，這是比較易通過電位器來進行監(jiān)測其高度， 如果高度合格，直接把工件放到滑槽中，滑向傳送帶開始下一個工作站的動作； 如果工件的高度不合格就會使氣缸下降，調(diào)整到合適的高度，再使元件放到工作臺上，推出工件。所有的工作完成之后，工件送到下一個工作站進行加工[18,19]。 第五章 供料系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分析 FMS50 經(jīng)濟效益主要是根據(jù)其柔性標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量衡準(zhǔn)來考慮的，由于是一個大規(guī)模的投資，而且成本回收不是很快，所以在開始是要考慮其機會成本，物質(zhì)成本，等等。 5.1 技術(shù)經(jīng)濟分析報告 項目經(jīng)濟效益分析： 目前進口的德國 FMS50 柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)，雖然技術(shù)比較先進，但是價格昂貴， 而且從德國進口路途遙遠(yuǎn)。國內(nèi)有他們的代理商，這是一切都方便不少。面對龐大而先進的機器，我們要向節(jié)省成本，獲取更大的利益，唯有自己研制，自己生產(chǎn)。 本項目研究的柔性加工供料系統(tǒng)是在 FMS50 的基礎(chǔ)上進行研究的，其生產(chǎn)價格在成批生產(chǎn)后預(yù)計為 10 萬元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于德國的價格。由以上價格對比可見， 本項目研究的柔性加工生產(chǎn)系統(tǒng)的直接經(jīng)濟效益是很大的，所以很有研究價值。 市場前景分析： 隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，制造業(yè)的地位越來越重要，自動化生產(chǎn)已經(jīng)是迫在眉睫的事情。傳統(tǒng)的制造業(yè)已經(jīng)不能夠滿足市場的需要。據(jù)目前的增長率估計，柔性加工生產(chǎn)線不僅在大中型企業(yè)中越來越重要。如果要全面推廣柔性加工生產(chǎn)線， 就大中型企業(yè)的需求量以很可觀，再加上其它的一些小的企業(yè)，事業(yè)部門的需要， 柔性加工生產(chǎn)線是一個很大的潛在市場，本項目成果的產(chǎn)品市場將會是相當(dāng)大的。 再者，本項目研制的這種柔性加工供料系統(tǒng)，目前在世界上尚屬最先進的制造業(yè)生產(chǎn)線，如果可能打入國際市場，這樣就能取得更大的經(jīng)濟效益與國際影響。還有，本項目研究的成果，不僅僅可用于制造業(yè)，而且可以用于其它方面。 社會效益分析： 目前國內(nèi)外的制造業(yè)方面雖然相比幾年前是一個很大的突破，各方面取得的成績是可喜的，而且自動化的程度越來越高。但相比著柔性加工生產(chǎn)線來說，這些職能說是一個小的進步，還存在著生產(chǎn)效率低下，次品率較高等一系列的問題。應(yīng)用本項目的柔性加工生產(chǎn)線，其操作過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)比以前的生產(chǎn)線簡單，而且自動化的程度比較高，可以有效地解決上述問題。 總之使用柔性加工生產(chǎn)線后節(jié)省了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的競爭力 [20,21]。 第六章 設(shè)計體會及展望 6.1 畢業(yè)設(shè)計體會 記得當(dāng)初選擇這個題目，是因為覺得所研究的題目的東西就在我身邊，而且我還實驗過，應(yīng)該相對簡單