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長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)PASSAT邁騰汽車(chē)的后保險(xiǎn)杠的裝配線的設(shè)計(jì)，本次裝配線分為后保險(xiǎn)杠的壓裝機(jī)和裝配機(jī)兩部設(shè)備。其中壓裝機(jī)進(jìn)行的工作內(nèi)容是導(dǎo)流板的壓裝和拖鉤蓋板的安裝，而裝飾條的安裝是手工裝配的。而裝配機(jī)的工作內(nèi)容是對(duì)側(cè)面導(dǎo)向支架、隔熱板和U型夾的安裝。本次設(shè)計(jì)的框架是用標(biāo)準(zhǔn)型材構(gòu)成，并且一整套連接和支架結(jié)構(gòu)都用此配套設(shè)備。
設(shè)計(jì)過(guò)程是由給定的后保險(xiǎn)杠以及其定位元件（非金屬材料）為基準(zhǔn)在運(yùn)用CATIA三維建模知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在裝配圖條件下直接生成實(shí)體模型.壓裝機(jī)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,除了整體框架結(jié)構(gòu),還要有線性導(dǎo)軌支撐的定位元件框架整體結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)元件推動(dòng)的壓頭來(lái)完成導(dǎo)流板的壓裝工序.設(shè)計(jì)完成后要通過(guò)對(duì)氣缸的壓力數(shù)據(jù)記錄而對(duì)后保險(xiǎn)杠壓裝機(jī)的門(mén)字梁進(jìn)行受力校核,看主梁是否滿足強(qiáng)度和剛度的要求.最后對(duì)某一壓頭的加工進(jìn)行分析并記錄加工程序【1】.
關(guān)鍵字:支架結(jié)構(gòu) 線性導(dǎo)軌 氣動(dòng)元件 導(dǎo)流板
ABSTRACT
This design is mainly directed against PASSAT Mai Tang Bumper cars after the assembly line design,The assembly line is the pressure after bumper assembly plants and two aircraft equipment.Pressure which installed the important work is the pressure plate,and trailers loaded hook decked installation,and decoration of the installation of manual assembly.And the assembly of the contents of the work-oriented aspect of the stent installation and insulation panels and the U-shaped clip installation.The framework is designed with standard profile form,and a set of connectivity and support structure using this set of equipment.
Design process is given after the Bumper and its positioning devices (non-metallic materials) as a benchmark in the use of CATIA 3D Modeling knowledge for the design,assembly drawings generated directly under the conditions of solid model.Pressure installed more complicated the design,Apart from the overall framework structure,Linear guide will be supported by positioning components and the overall structure of the framework of pneumatic components-driven pressure around the plate to complete the installation of pressure sequence.Upon completion of design right through to the cylinder pressure data records Bumper pressure right after the doors installed word beam force Verification,Girder see whether they meet strength and stiffness requirements.Finally,the pressure of a first analysis of the processing and recording processes
Keywords: Stand Structure Linear Guide Pneumatic Components Deflector
47
目錄
緒論 1
1.設(shè)計(jì)背景 1
2.汽車(chē)保險(xiǎn)杠的安裝方法 2
3.設(shè)計(jì)任務(wù) 2
第一章 裝配線的部件選擇 3
1.1氣缸的選擇 3
1.1.1氣缸的輸出力的大小 3
2.1.2負(fù)載率β 3
1.1.3缸徑的計(jì)算 4
1.2直線導(dǎo)軌的選擇 4
1.2.1 HIWIN型線性導(dǎo)軌的特點(diǎn) 4
1.2.2 HG系列線性滑軌特點(diǎn) 5
1.2.3滑塊的安裝 6
1.3直線軸承的選擇 7
1.4型材的選擇 9
1.5連接元件的選擇 12
1.6支撐元件的選擇 15
第二章 人機(jī)工程設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 16
第三章 總體方案設(shè)計(jì) 17
3.1后保險(xiǎn)杠裝配工藝方案 17
3.2 設(shè)計(jì)方案 17
第四章 定位元件的加工和加工程序 20
第五章 保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24
5．1保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 24
5．1．1生產(chǎn)線控制原理分析 24
5．1．2生產(chǎn)線控制系統(tǒng)功能分析 25
5．2 PLC選型和資源配置 26
5．2．1控制系統(tǒng)PLC選型 26
5．2．2 PLC的I／o資源配置 27
5.3 PLC程序設(shè)計(jì) 29
5.3．1可編程控鑭器編程軟件 29
5．3．2控制系統(tǒng)控制流程 30
5．4本章小結(jié) 35
結(jié) 論 36
參考文獻(xiàn) 37
致 謝 38
緒論
1.設(shè)計(jì)背景
隨著現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，各個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都在設(shè)計(jì)更先進(jìn)和舒適的汽車(chē)，從汽車(chē)性能到耐用，從環(huán)保狀況到外形車(chē)身設(shè)計(jì)，而且也越來(lái)越注重人性化設(shè)計(jì)，不僅能使車(chē)身美觀，而且也增加了安全性的要求，對(duì)汽車(chē)保險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)安裝也提高起來(lái)。
汽車(chē)保險(xiǎn)杠是吸收緩和外界沖擊力、防護(hù)車(chē)身前后部的安全裝置。20年前，轎車(chē)前后保險(xiǎn)杠是以金屬材料為主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成Ｕ形槽鋼，表面處理鍍鉻，與車(chē)架縱梁鉚接或焊接在一起，與車(chē)身有一段較大的間隙，好像是一件附加上去的部件。
隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)保險(xiǎn)杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路上。今天的轎車(chē)前后保險(xiǎn)杠除了保持原有的保護(hù)功能外，還要追求與車(chē)體造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。為了達(dá)到這種目的，目前轎車(chē)的前后保險(xiǎn)杠采用了塑料，人們稱(chēng)為塑料保險(xiǎn)杠。
二十年前，轎車(chē)前后保險(xiǎn)杠是以金屬材料為主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成U型槽鋼，表面處理鍍鉻，與車(chē)架縱梁鉚接或焊接在一起，與車(chē)身有一段較大的間隙，好象是一件附加上去的部件。 隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)保險(xiǎn)杠做為一種重要的安全裝置也走上了革新的道路。今天的轎車(chē)前后保險(xiǎn)杠除了保持原有的保護(hù)功能外，還要追求與車(chē)體造型和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。
為了達(dá)到這種目的，目前轎車(chē)的前后保險(xiǎn)杠興用了塑料，人們稱(chēng)為塑料保險(xiǎn)杠。 塑料保險(xiǎn)杠是由外板、緩沖材料和橫梁等三部分組成。其中外板和緩沖材料用塑料制成，橫梁用厚度為1.5毫米左右的冷軋薄板沖壓而成U型槽；外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車(chē)架縱梁螺絲聯(lián)接，可以隨時(shí)拆卸下來(lái)。
這種塑料保險(xiǎn)杠使用的塑料，大體上使用聚脂系和聚丙烯系兩種材料，采用注射成型法制成。例如標(biāo)致405轎車(chē)的保險(xiǎn)杠，采用了聚脂系材料并用反應(yīng)注射模成型法做成；而大眾的奧迪、高爾夫、上海的桑塔納、天津的夏利等型號(hào)轎車(chē)的保險(xiǎn)杠，采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成。
國(guó)外還有一種稱(chēng)為聚碳酯系的塑料，滲進(jìn)合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出來(lái)的保險(xiǎn)杠不但具有高強(qiáng)度的剛性，還具有可以焊接的優(yōu)點(diǎn)，而且涂裝性能好，在轎車(chē)上的用量越來(lái)越多。 塑料保險(xiǎn)杠具有強(qiáng)度、剛性和裝飾性，從安全上看，汽車(chē)發(fā)生碰撞事故時(shí)能起到緩沖作用，保護(hù)前后車(chē)體，從外觀上看，可以很自然地與車(chē)體結(jié)合在一塊，渾然成一體，具有很好的裝飾性，成為裝飾轎車(chē)外形的重要部分。
2.汽車(chē)保險(xiǎn)杠的安裝方法
安全性是現(xiàn)代轎車(chē)設(shè)計(jì)中首先要考慮的問(wèn)題。從轎車(chē)的安全設(shè)施來(lái)講一般分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是主動(dòng)性安全設(shè)施，例如制動(dòng)及ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)行防患未然；另一類(lèi)是被動(dòng)性安全設(shè)施，例如保險(xiǎn)杠、安全氣囊，車(chē)門(mén)保險(xiǎn)杠。汽車(chē)設(shè)計(jì)者從交通事故中發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)發(fā)生側(cè)面碰撞的案件比較多，尤其是路面濕滑或車(chē)速較快的情況下，因各種原因造成汽車(chē)攔腰碰撞的可能性大大增加。因此，近幾年有關(guān)防側(cè)撞的安全問(wèn)題已經(jīng)引起人們的關(guān)注，有些國(guó)家還制定了嚴(yán)格的汽車(chē)防側(cè)撞安全條例，規(guī)定汽車(chē)要實(shí)施防側(cè)撞的安全措施。
轎車(chē)上實(shí)行防側(cè)撞的安全措施有二種常見(jiàn)方法，一種是從設(shè)計(jì)上改進(jìn)轎車(chē)車(chē)廂的結(jié)構(gòu)，使其能起到分散、側(cè)撞沖擊力的作用；另一種是安裝車(chē)門(mén)保險(xiǎn)杠，增強(qiáng)車(chē)門(mén)的防撞沖擊力。后一種方法實(shí)用，簡(jiǎn)單，對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)的改動(dòng)不大，已經(jīng)普遍推廣使用。早在93深圳國(guó)際汽車(chē)展覽會(huì)上，參展的本田雅閣牌轎車(chē)將一扇車(chē)門(mén)剖開(kāi)一部分，專(zhuān)門(mén)露出車(chē)門(mén)保險(xiǎn)杠給觀眾看，以示其良好的安全性能【2】。
3.設(shè)計(jì)任務(wù)
本次課題是對(duì)帕薩特邁騰的車(chē)輛的保險(xiǎn)杠的裝配生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，帕薩特邁騰的后保險(xiǎn)杠分為兩道裝配工序，分別是裝配和壓裝，共需兩個(gè)專(zhuān)用的設(shè)備。設(shè)計(jì)要求為：
后保險(xiǎn)杠在裝配設(shè)備上定位準(zhǔn)確；確定后保險(xiǎn)杠位置（RPS）的支撐元件與壓頭表面形狀與保險(xiǎn)杠（導(dǎo)流板）內(nèi)表面形狀相互吻合；后保險(xiǎn)杠漆面不允許有劃傷和壓痕；工人操作簡(jiǎn)單可靠，符合人機(jī)工程原理。
裝配要求采用氣壓傳動(dòng)壓緊裝置來(lái)設(shè)計(jì)，對(duì)后保險(xiǎn)杠的壓裝機(jī)要設(shè)計(jì)含有導(dǎo)軌的裝置，這樣方便操作，大大節(jié)約了工人的安裝時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
設(shè)計(jì)安裝的高度要符合工人的操作高度。生產(chǎn)線的材料用多功能鋁合金型材，方便搬運(yùn)，質(zhì)量輕巧并且耐用。氣壓?jiǎn)?dòng)裝置要安裝在方便位置，便于工人操作。生產(chǎn)線中要有翻轉(zhuǎn)和壓緊裝置，提高安裝生產(chǎn)的工作效率。各個(gè)型材采用特殊的螺栓連接方式，并帶有三角架連接加強(qiáng)連接強(qiáng)度。
第一章 裝配線的部件選擇
1.1氣缸的選擇
由于有壓緊工序的存在，所以需要?jiǎng)恿Σ糠纸o工件力來(lái)完成壓裝，本次設(shè)計(jì)的裝配工序采用氣壓傳動(dòng)。氣壓傳動(dòng)有取之不盡用之不竭的空氣作為介質(zhì)氣壓傳動(dòng)反應(yīng)動(dòng)作快，動(dòng)作迅速。壓縮空氣的工作壓力低，使得元件更加容易制作。氣動(dòng)元件制作方便，不易堵塞。
1.1.1氣缸的輸出力的大小
理論輸出力
普通的雙作用氣缸的理論推力F單位為牛N
F=πD2P
式中D為缸徑（m）
P為氣缸的工作壓力 單位為帕斯卡
其理論拉力為F=(D2-d2)
式中的d為活塞桿的直徑，單位為米
本次設(shè)計(jì)采用了SU系列的標(biāo)準(zhǔn)氣缸
且四個(gè)氣缸均用于壓裝機(jī)中，裝配機(jī)中不用
壓裝機(jī)中的三個(gè)氣缸用于壓裝的壓頭上，壓頭通過(guò)活塞桿傳來(lái)的壓力而對(duì)保險(xiǎn)杠進(jìn)行所需要的工位安裝。另一個(gè)氣缸用于工件支架在直線導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成壓裝過(guò)程。
氣缸未加載時(shí)所輸出的力是受到氣缸活塞和活塞本身的摩擦力的影響，如活塞和缸角之間的摩擦，活塞桿和前缸蓋之間的摩擦，用氣缸的效率和氣缸的缸徑和工作壓力有關(guān)，缸徑增大，工作壓力提高，則氣缸的工作效率增加。在氣缸的缸徑增大時(shí)，在同樣的工作條件下，摩擦力在氣缸的理論輸出力中所占的比例明顯減少了，故氣缸的效率提高了，一般效率在0.7-0.95之間【3】。
普通的雙作用氣缸實(shí)際推力為F
F=D2Pη
實(shí)際輸出的拉力為
F拉為F=(D2-d2) Pη
1.1.2負(fù)載率β
氣缸的負(fù)載律的定義：氣缸的實(shí)際負(fù)載/氣缸的理論輸出力
氣缸的實(shí)際負(fù)載由工況決定，若確定了氣缸的負(fù)載率，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而計(jì)算出氣缸的缸徑。氣缸的負(fù)載率的選取與負(fù)載性能及氣缸的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。
氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和負(fù)載律的關(guān)系
當(dāng)阻性負(fù)載為靜負(fù)載時(shí)，β《=0.8
當(dāng)阻性負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度《100MM/S時(shí)β《0.65
當(dāng)阻性負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度100-500MM/S時(shí)β《0.5
當(dāng)阻性負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度>500β《0.35
1.1.3缸徑的計(jì)算
由氣缸帶動(dòng)的負(fù)載，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及工作壓力，就可以對(duì)氣缸的缸徑進(jìn)行計(jì)算和選擇
1.根據(jù)氣缸帶動(dòng)的負(fù)載，計(jì)算氣缸的軸向負(fù)載力。
2.由氣缸的平均速度來(lái)選定氣缸的負(fù)載率，氣缸的運(yùn)動(dòng)速度越高，負(fù)載率應(yīng)選的越小。
3.若系統(tǒng)的工作壓力在0.6MPA時(shí)候，氣缸的工作壓力計(jì)算時(shí)候，一般選為0.4MPA，當(dāng)然，系統(tǒng)的工作壓力低于0.6MPA時(shí)候，計(jì)算時(shí)候工作壓力也應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整。
4.由氣缸的理論輸出力計(jì)算公式，負(fù)載率及工作壓力P計(jì)算缸徑，由計(jì)算的缸徑再調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)缸徑。
通常缸徑計(jì)算到此結(jié)束，但若氣缸的緩沖性能較不符合要求，應(yīng)重新選擇氣缸的缸徑或者采用外部緩沖措施，加緩沖回路。
安裝組件如圖1.1
圖1.1 氣缸安裝附件
1.2直線導(dǎo)軌的選擇
1.2.1 HIWIN型線性導(dǎo)軌的特點(diǎn)
本次設(shè)計(jì)中后保險(xiǎn)杠的壓裝機(jī)部分有壓緊工位需要移動(dòng)保險(xiǎn)杠，由于人工操作移動(dòng)的速度慢，定位不準(zhǔn)確的原因，我們采用氣壓缸推動(dòng)直線導(dǎo)軌來(lái)進(jìn)行對(duì)保險(xiǎn)杠工作臺(tái)的控制【4】。
直線導(dǎo)軌又稱(chēng)為線性滑軌，由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無(wú)限的滾動(dòng)循環(huán)，負(fù)載平臺(tái)能沿著滑軌輕易的做線性運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的滑軌相比較，滾動(dòng)引導(dǎo)的摩擦系數(shù)可以降低到原來(lái)的百分之二，由于振動(dòng)引起的摩擦力大大減少，相對(duì)的減少無(wú)效運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，因此可以輕易的定位，再加上滑塊的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得它可以承受來(lái)自不同方向的載荷，大大的提高了機(jī)械效率。
本次選用HIWIN型線性導(dǎo)軌。它有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
1.定位精度高
使用線性滑軌作為線性運(yùn)動(dòng)的引導(dǎo)時(shí)，由于線性滑軌的摩擦方式為滾動(dòng)摩擦，因此摩擦系數(shù)大大的減少，并且不會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象。
2.磨耗少能長(zhǎng)時(shí)間的維持精度
傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌，無(wú)法避免會(huì)因?yàn)橛湍つ媪饕疬\(yùn)動(dòng)的精度不良，因此運(yùn)動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑不充分，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)導(dǎo)軌與滑塊的結(jié)合面磨損嚴(yán)重，影響運(yùn)動(dòng)精度，而滾動(dòng)的影響精度非常的小，故能長(zhǎng)時(shí)間的維持精度。
3.可用于高速運(yùn)動(dòng)和降低工作臺(tái)移動(dòng)需要的馬力
由于線性滑軌的移動(dòng)時(shí)摩擦非常小，只需要很小的力就可以運(yùn)動(dòng)，我們就可以選用氣壓傳動(dòng)這種低能耗的傳動(dòng)方式來(lái)控制滑塊的運(yùn)動(dòng)最終控制工作臺(tái)的移動(dòng)。
4.可同時(shí)承受各向不同的載荷
由于在后保險(xiǎn)杠的壓裝過(guò)程中需要有好幾個(gè)方向的受力，由于導(dǎo)軌的滑塊的特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得它能承受多方向的壓力，如果選用其他的類(lèi)型的導(dǎo)軌，可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)的精度的下降。
5.組裝的容易和互換性
組裝時(shí)候只需要研磨床臺(tái)上與滑軌結(jié)合裝配的表面，并一次將滑軌，滑塊分別以特定的扭力固定在機(jī)床臺(tái)上，就能出現(xiàn)加工時(shí)候的高的精密度。傳統(tǒng)的導(dǎo)軌引導(dǎo)，必需對(duì)運(yùn)行軌道加以精度加工，浪費(fèi)時(shí)間和金錢(qián)，且一旦床的精密度不高，則必須重新加工，線性導(dǎo)軌的互換性能，可以分別得更換滑塊或者滑軌。
6.潤(rùn)滑的構(gòu)造簡(jiǎn)單
運(yùn)動(dòng)引起的潤(rùn)滑不良時(shí)，將會(huì)造成表面的金屬破壞影響機(jī)床的磨損，而滑動(dòng)導(dǎo)軌引起潤(rùn)滑不足并不容易，線性滑軌已在滑塊的表面噴油，也可以直接注油或這打入油脂。
1.2.2 HG系列線性滑軌特點(diǎn)
本次設(shè)計(jì)使用的是HG系列線性滑軌。其優(yōu)點(diǎn)是：
1.自動(dòng)調(diào)心能力
來(lái)自圓弧溝槽的DF(45°組合，在安裝的時(shí)候，藉由鋼珠的彈性變形及接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，即使安裝面多少有-45°)些偏差，也能被線軌滑塊內(nèi)部吸收，產(chǎn)生自動(dòng)調(diào)心能力之效果而得到高精度穩(wěn)定的平滑運(yùn)動(dòng)。
2.具有互換性
由于對(duì)生產(chǎn)制造精度嚴(yán)格管控，線性滑軌尺寸能維持在一定的水平內(nèi)，且滑塊有保持器的設(shè)計(jì)以防止鋼珠脫落，因此部分系列精度具可互換性，客戶(hù)可依需要訂購(gòu)滑軌或滑塊，亦可分開(kāi)儲(chǔ)存滑軌及滑塊，以減少儲(chǔ)存空間。
3.所有方向皆具有高剛性
運(yùn)用四列式圓弧溝槽，配合四列鋼珠等45度之接觸角度，讓鋼珠達(dá)到理想的兩點(diǎn)接觸構(gòu)造，能承受來(lái)自上下和左右的負(fù)荷；在必要時(shí)更可施加預(yù)壓以提高剛性。
1.2.3滑塊的安裝
使用裝配螺絲將承載平臺(tái)大概固定于滑塊上。使用固定螺絲，將滑塊側(cè)邊基準(zhǔn)面緊固于平臺(tái)側(cè)邊。裝配面上，以確定滑塊位置。鎖緊裝配螺絲將承載平臺(tái)按1～4對(duì)角線順序緊固于滑塊上。
本次設(shè)計(jì)采用了HG35型號(hào)的滑軌，長(zhǎng)度為1100mm
圖1.2 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的滑塊安裝位置
圖1.3 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的安裝步驟
1.3直線軸承的選擇
直線軸承特點(diǎn)及技術(shù)資料：
直線軸承是一種以低成本生產(chǎn)的直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，用于無(wú)限行程與圓柱軸配合使用。由于承載球與軸承點(diǎn)接觸，故使用載荷小。鋼球以極小的磨擦阻力旋轉(zhuǎn)，從而能獲得高精度的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。
直線軸承廣泛用于電子設(shè)備，拉力試驗(yàn)機(jī)及數(shù)字化三維坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備等精密設(shè)備，以及多軸機(jī)床、沖床、工具磨床、自動(dòng)氣割機(jī)、打印機(jī)、卡片分選機(jī)、食品包裝機(jī)等工業(yè)機(jī)械的滑動(dòng)部件【5】。
安裝
配合間隙
建議與軸承座內(nèi)孔和光軸直徑使用的配合公差。通常，軸承是不能加預(yù)載的，但高精度、輕預(yù)載可以加到軸承上，然而，負(fù)的直徑公差不應(yīng)超過(guò)表中數(shù)據(jù)。
軸承箱和軸與軸承的配合間隙。
安裝時(shí)注意事項(xiàng)：
將直線軸承裝入軸承座時(shí)，應(yīng)使用輔助工作，避免直接敲擊端面或密封圈，應(yīng)使用軸承均勻?qū)?，用緩沖板借助輕輕地敲擊裝入將光軸穿入直線軸承，必須將軸和軸承的中心線成一直線。若軸傾斜插入，滾珠可能會(huì)脫落，或造成保持架變型，而對(duì)直線軸承造成損壞外加載荷應(yīng)該平均分配在整個(gè)軸承上，尤其是承受瞬間載荷時(shí)，應(yīng)使用兩個(gè)或更多的軸承。直線軸承不承受旋轉(zhuǎn)載荷，否則可以導(dǎo)致意外事故。
.標(biāo)準(zhǔn)型
用卡環(huán)和固定板安裝軸承箱的幾種方法。
用定位螺釘安裝軸承會(huì)引起軸承外套變形，應(yīng)盡量避免。
.法蘭型
安裝法蘭型直線軸承時(shí)，與之配合的軸承箱內(nèi)孔表面精度須精確。
.可調(diào)整型（小開(kāi)口型）
軸承上和軸承箱上的開(kāi)口相垂直，就能得到圓周方向上均勻的預(yù)載。
.大開(kāi)口型
如果與合適的軸承座配合使用，大開(kāi)口軸承也可以進(jìn)行間隙調(diào)整，甚至可以加輕預(yù)載。
后保險(xiǎn)杠裝配機(jī)的壓緊力由氣缸提供，為了增加氣缸活塞桿的穩(wěn)定性，需要采用導(dǎo)向柱，為了提高導(dǎo)向的精度，導(dǎo)向柱和支架之間采用直線軸承聯(lián)結(jié)起來(lái)，因此需要選擇直線軸承。
通過(guò)資料收集發(fā)現(xiàn)帶法蘭形式的直線軸承不能滿足要求，因?yàn)榉ㄌm上的螺釘孔之間的距離和型材的凹槽之間的距離不匹配，所以必須另外設(shè)計(jì)。
首先選擇一標(biāo)準(zhǔn)（LM）型直線軸承產(chǎn)品，選擇時(shí)要考慮的問(wèn)題是內(nèi)徑要和導(dǎo)向柱匹配，而為了增加穩(wěn)定性，導(dǎo)向柱不能選太小。接下來(lái)就是設(shè)計(jì)直線軸承的固定部件。如圖1.4。
為了加工經(jīng)濟(jì)和方便，將固定部分設(shè)計(jì)為兩部分，如圖中2.壓筒,6.固定板
兩部分采用焊接方式連接。
1.上導(dǎo)向柱；2.壓筒；3.直線軸承；4螺釘.；5. 彈簧墊片；6.固定板；7. 型材；
圖1.4 上直線軸承設(shè)計(jì)圖
1.4型材的選擇
帕薩特邁騰的后保險(xiǎn)杠的裝配機(jī)和壓裝機(jī)的支架機(jī)構(gòu)均采用了標(biāo)準(zhǔn)型材。此種型材具有各種的優(yōu)良性能，方便連接，強(qiáng)度和剛度足夠大，能夠承受一定的壓力和沖擊力。其材料多采用鋁鎂硅等構(gòu)成，因此質(zhì)量輕巧，便于搬運(yùn)。型材的截面又設(shè)計(jì)的便于連接，且實(shí)體截面積小。
由于這種型材的優(yōu)點(diǎn)，其廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，其材料的特性也決定了它比傳統(tǒng)的型材具有一定的優(yōu)點(diǎn)【6】。
結(jié)構(gòu)精度高
型材是用特制的鋁合金棒在加熱的狀態(tài)下擠壓成型的，具有極高的幾何精度和表面光潔度。組立方式全部采用標(biāo)準(zhǔn)附件連接，不存在熱加工變形。
外觀精美
型材表面已按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了陽(yáng)極氧化處理，天然的金屬光澤后經(jīng)磨砂，電泳漆，噴塑后處理可獲得任何想要的外觀效果。
易于拆裝
模組化和標(biāo)準(zhǔn)附件連接的特點(diǎn)決定了每個(gè)部件不但易于拆裝，而且有更好的重復(fù)裝配精度
價(jià)格低廉
型材加工設(shè)備簡(jiǎn)單，附件標(biāo)準(zhǔn)化，切斷，連接的組立方式也可以節(jié)省大量工作時(shí)間，使得產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，不必?fù)?dān)心日益增長(zhǎng)的勞動(dòng)力成本。
本次汽車(chē)保險(xiǎn)杠的裝配線設(shè)計(jì)采用了4種截面不同的型材，其中裝配機(jī)用了兩種，分別是截面積為45X90和45X45（單位：mm）.而壓裝機(jī)則選擇了四種截面的型材，分別是45X45 ,45X90,80X80和160X80（單位：mm）的型材。
其截面形狀和各種參數(shù)如圖所示
圖1.5 型材截面1
圖1.6 型材截面2
圖1.7 型材數(shù)據(jù)1
圖 1.8 型材截面3
圖1.9 型材截面4
圖1.10 型材數(shù)據(jù)2
1.5連接元件的選擇
裝配線的各種型材的連接均采用了專(zhuān)用的型材連接方式，錨式連接法。用一種特殊的錨式連接銷(xiāo)來(lái)連接各種型材。
錨式連接銷(xiāo)
用途 型材的T型連接
特點(diǎn) 連接強(qiáng)度高，連接件隱蔽，是型材間最可靠的連接形式，同時(shí)具有連接和鎖緊的功能，保證連接沒(méi)有縫隙，連接時(shí)只占用一個(gè)T型槽位，有利于其他的部件的安裝
材料 碳鋼鍍鋅
顏色 鍍鋅銀白色
圖1.11 錨式連接圖 圖1.12 連接件軸側(cè)圖
圖1.13 連接件尺寸標(biāo)注
而在有些需要加強(qiáng)連接強(qiáng)度的地方需要用壓鑄角鋁連接。
用途 型材的T型連接和十字連接
特點(diǎn) 連接強(qiáng)度高，通用性能好，但隱蔽性能不好
材質(zhì) 壓鑄鋁鋅合金
顏色 表面拋丸處理，銀灰色
圖1.14 壓鑄角鋁結(jié)構(gòu)圖1
圖 1.15 壓鑄角鋁軸測(cè)圖
圖1.16 壓鑄角鋁結(jié)構(gòu)圖2
1.6支撐元件的選擇
本產(chǎn)品采用了特制的尼龍支角
用途 設(shè)備支撐，壓桿可傾斜，增強(qiáng)尼龍底盤(pán)下裝有橡膠墊，起防滑減振作用
材質(zhì) 增強(qiáng)尼龍底盤(pán)，碳鋼鍍鋅壓桿，橡膠墊
顏色 底盤(pán)為白色 啞光，表面皮紋，牙桿為亮白色
圖1.17 尼龍支角
支角架的連接板也是標(biāo)準(zhǔn)件，材質(zhì)為碳鋼
圖1.18 支角架連接板
圖1.19 支角連接示意圖
第二章 人機(jī)工程設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
人機(jī)工程學(xué)是運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等有關(guān)科學(xué)知識(shí)，研究組成人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)器和人的相互關(guān)系，以提高整個(gè)系統(tǒng)工效的新興邊緣科學(xué)。
人機(jī)工程學(xué)研究在設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)時(shí)如何考慮人的特性和能力，以及人受機(jī)器、作業(yè)和環(huán)境條件的限制。人機(jī)工程學(xué) 還研究人的訓(xùn)練，人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，以及同人機(jī)系統(tǒng)有關(guān)的生物學(xué)或醫(yī)學(xué)問(wèn)題。對(duì)于這些研究，在北美稱(chēng)為人因工程學(xué)或人機(jī)工程學(xué)，蘇聯(lián)稱(chēng)為工程心理學(xué)，歐洲，日本和其他國(guó)家稱(chēng)為工效學(xué)。
設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)時(shí)，要把人和機(jī)器作為一個(gè)整體來(lái)考慮，合理地或最優(yōu)地分配人和機(jī)器的功能，保證系統(tǒng)在環(huán)境變動(dòng)下達(dá)到要求的目標(biāo)。有些人機(jī)系統(tǒng)能用定量的系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)，如一位操縱人員和一臺(tái)機(jī)器構(gòu)成的單參數(shù)跟蹤系統(tǒng)，操縱人員被看作是系統(tǒng)中一個(gè)元件，可用定量方法，即用傳遞函數(shù)或其他數(shù)學(xué)方法近似表達(dá)操縱人員的動(dòng)態(tài)特性，建立操縱人員的準(zhǔn)線性數(shù)學(xué)模型；用控制理論方法對(duì)操縱人員的傳遞函數(shù)，和機(jī)器的傳遞函數(shù)進(jìn)行綜合，便可得到調(diào)節(jié)品質(zhì)合乎要求的穩(wěn)定的人機(jī)跟蹤系統(tǒng)。
本次設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了很多人機(jī)工程學(xué)中的內(nèi)容，如工作臺(tái)的高度，設(shè)置為距離地面的高度為1200-1500mm之間，符合人的身高適合的工作高度，便于工人操作，且壓裝機(jī)的氣缸移動(dòng)的控制部分放在了操作臺(tái)的正中央，便于工人控制。裝配機(jī)的料斗也是應(yīng)用了同樣的原理選擇了合適于工人操作的高度【7】。
第三章 總體方案設(shè)計(jì)
3.1后保險(xiǎn)杠裝配工藝方案
為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和降低成本，結(jié)合汽車(chē)后保險(xiǎn)杠的形狀及與各裝配件的關(guān)系，本設(shè)計(jì)將其生產(chǎn)線設(shè)計(jì)為自動(dòng)化程度不高的專(zhuān)用制造裝備。該裝備采用兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行后保險(xiǎn)杠的裝配。兩臺(tái)設(shè)備的名稱(chēng)分別是后保險(xiǎn)杠導(dǎo)流板壓裝機(jī)，后保險(xiǎn)杠裝配機(jī)。裝飾條為手工裝配，兩臺(tái)設(shè)備的工作內(nèi)容如下：
后保險(xiǎn)杠導(dǎo)流板壓裝機(jī)
1.導(dǎo)流板的壓裝；
2.裝飾條
3.拖鉤蓋板
4.牌照燈總成裝配
其中裝飾條等為手工裝配
后保險(xiǎn)杠裝配機(jī)
1.側(cè)面導(dǎo)向支架
2.傳感器（選裝）
3.隔熱板和U型夾
4.線束、線束支架和線卡等的裝配
3.2 設(shè)計(jì)方案
本次設(shè)計(jì)汽車(chē)的后保險(xiǎn)杠的裝配線共有兩個(gè)設(shè)備，一臺(tái)裝配機(jī)，一臺(tái)壓裝機(jī)，其中壓裝機(jī)是最復(fù)雜的最重要的部分。不僅是因?yàn)樗墓に囆阅芤蟾撸瑱C(jī)器組裝的復(fù)雜和難度大，并且它和前保險(xiǎn)杠的裝配機(jī)相比較而言，多了很多控制部分，比如導(dǎo)軌上的滑塊的移動(dòng)由氣缸帶動(dòng)，壓頭完成的工序也由氣缸控制，而且工作的壓頭與氣缸之間有很復(fù)雜的鏈接方式，這些都是由標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)連接完成的。通過(guò)資料來(lái)看，我們需要一些高強(qiáng)度的系列型號(hào)的型材，來(lái)完成氣缸和配合壓頭運(yùn)動(dòng)的軸和孔，而軸和氣缸的活塞桿需要穿過(guò)這些型材來(lái)進(jìn)行安裝，因此需要截面積很大的型材，這時(shí)我們選擇了80X80 160X80的截面型材，并且選擇重型的型材，因?yàn)檫@些支架的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)可以看作是懸臂梁，需要高強(qiáng)度的型材支撐才能滿足氣缸推動(dòng)壓頭運(yùn)動(dòng)來(lái)對(duì)后保險(xiǎn)杠進(jìn)行壓裝，并且型材上面進(jìn)行打孔，使得軸和氣缸的活塞桿通過(guò)并且進(jìn)行安裝直線軸承。安裝的圖見(jiàn)直線軸承說(shuō)明。
本次在壓裝機(jī)的設(shè)計(jì)中由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，故沒(méi)考慮到后保險(xiǎn)杠的裝飾條的自動(dòng)裝配，故改為手工裝配【8】。
本次設(shè)計(jì)的后保險(xiǎn)杠裝配機(jī)的定位元件的材料為聚甲醛，壓裝機(jī)的定位元件為尼龍。
下圖是為后保險(xiǎn)杠的壓裝機(jī)的定位元件的位置關(guān)系示意圖
圖3.1 后保險(xiǎn)杠壓裝機(jī)定位元件位置關(guān)系1
圖3.2 后保險(xiǎn)杠壓裝機(jī)定位元件位置關(guān)系2
本次設(shè)計(jì)是在CATIA軟件的裝配圖下完成建模的，由各種不同的型材和部件組裝成型，主要利用了各個(gè)零件的位置關(guān)系來(lái)完成零部件的定位。
并且在繪制工程圖時(shí)由CATIA轉(zhuǎn)為CAD形成工程圖，安裝加工時(shí)一定要注意定位元件的形狀公差及其與整個(gè)裝配線和地面的位置公差。
圖3.3 后保險(xiǎn)杠壓裝機(jī)軸測(cè)圖
圖3.4 后保險(xiǎn)杠裝配機(jī)軸側(cè)圖
第四章 定位元件的加工和加工程序
本次針對(duì)后保險(xiǎn)杠的壓裝機(jī)的側(cè)壓頭進(jìn)行加工，加工階段共分兩個(gè)階段，分別是粗加工和精加工階段。以下是在CATIA軟件下進(jìn)行分析運(yùn)算的加工程序【9】。
側(cè)－右壓頭
側(cè)－左壓頭
圖4.1 加工零件的位置
圖4.2零件形狀以及加工坐標(biāo)系
圖4.3零件毛坯
圖4.4加工參數(shù)（粗加工給精加工留量2ｍｍ）
圖4.5粗加工刀具 圖4.6粗加工進(jìn)給量
圖4.7走刀路線（順銑）
圖4.8粗加工實(shí)體方針結(jié)果
粗加工程序：見(jiàn)Y600r.nc其中右壓頭是yj600r.nc
以下是精加工
圖4.9 精加工進(jìn)給量
圖4.10 走刀路線（精加工）
圖4.11 精加工實(shí)體仿真結(jié)果
精加工程序：見(jiàn)y600finsh.nc
左右壓頭公用一個(gè)程序，在機(jī)床上使用ｘ軸鏡像開(kāi)關(guān)。
圖4.12精加工刀具路線校驗(yàn)圖
第五章 保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5．1保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)通常采用可編程控制器PLC(Programmable Logic Controller)作
為控制核心元件，PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)
算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，其用途
是取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。
PLC是綜合繼電一接觸器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)而開(kāi)發(fā)的，是以微處理器
為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)于一體的控制裝置，PLC具
有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特
點(diǎn)。本文是采用西門(mén)子$7-200可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)保險(xiǎn)杠裝配線的控制的【10】。
5．1．1生產(chǎn)線控制原理分析
保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線具有定時(shí)性、順序性的特點(diǎn)，對(duì)控制系統(tǒng)的要求是準(zhǔn)確、
迅速地實(shí)現(xiàn)順序控制，本課題研究并實(shí)現(xiàn)是通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主電機(jī)和反轉(zhuǎn)電機(jī)
的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的順序運(yùn)動(dòng)，保證各工位能夠順利的完成零部件的裝配。
電機(jī)控制系統(tǒng)的原理如圖5.1和圖5.2所示。
圖5.1 典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖
圖5.2 控制系統(tǒng)原理圖
該控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：
(1)主電機(jī)控制的高穩(wěn)定性
主電動(dòng)機(jī)的換速設(shè)計(jì)保證工件到達(dá)各工位時(shí)沖擊力小，定位準(zhǔn)確。
(2)高精度定位
翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)上下限位開(kāi)關(guān)保證夾具實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。
(3)分工位的狀態(tài)透明
每個(gè)工位上都有分別表示不同工作狀態(tài)的指示燈，方便工人進(jìn)行安全操作。
(4)反饋控制
檢測(cè)工位通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)品發(fā)出反饋信號(hào)，使整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)回路。
5．1．2生產(chǎn)線控制系統(tǒng)功能分析
保險(xiǎn)杠自動(dòng)裝配生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
(1)夾具狀態(tài)指示
檢測(cè)央具的定位央緊狀態(tài)，并在夾緊力達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)出準(zhǔn)備就緒信號(hào)，
啟動(dòng)主電機(jī)和翻轉(zhuǎn)電機(jī)。
(2)主電動(dòng)機(jī)換速控制
為保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，需要使主電機(jī)(帑裝機(jī)構(gòu)動(dòng)力源)實(shí)現(xiàn)“啟動(dòng)——
高速——減速——停止——啟動(dòng)”的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，因此需要控制系統(tǒng)具有換速控
制功能，實(shí)現(xiàn)豐電動(dòng)機(jī)速度的平穩(wěn)、準(zhǔn)確變換。
(3)翻轉(zhuǎn)電機(jī)換向控制
保險(xiǎn)杠的裝配位置要求央具實(shí)現(xiàn)90。的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用如圖6.3所示的
“L”型機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：
翻轉(zhuǎn)電機(jī)接收到正翻轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)開(kāi)始正向高速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪
帶與}動(dòng)軸嚙合，被主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)，從而使從動(dòng)軸上升，碰到上限位開(kāi)關(guān)時(shí)控制
系統(tǒng)發(fā)出翻轉(zhuǎn)電機(jī)停止信號(hào)，翻轉(zhuǎn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，兩根從動(dòng)軸的合成運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾具
基架的正向翻轉(zhuǎn)：當(dāng)翻轉(zhuǎn)電機(jī)收到反翻轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，翻轉(zhuǎn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)軸
下降，碰到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)出停止信號(hào)，翻轉(zhuǎn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，夾具基架完
成反陽(yáng)翻轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)，只需控制翻轉(zhuǎn)電機(jī)的J下向或者反向轉(zhuǎn)動(dòng)，“L”型機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)
圖5.3 “L”型翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖
(4)安裝定時(shí)控制
根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍和實(shí)際節(jié)拍的要求，在工人進(jìn)行安裝時(shí)，需保持整個(gè)機(jī)構(gòu)在
安裝狀態(tài)靜止tgmax=58s，因此控制系統(tǒng)必須要實(shí)現(xiàn)這一定時(shí)控制。PLC為用戶(hù)
提供了一定數(shù)量的定時(shí)器，并設(shè)計(jì)了定時(shí)指令，一般均可以實(shí)現(xiàn)O．1---99．9s
及0．Ol一99．99s的定時(shí)控制，定時(shí)控制精度高，定時(shí)時(shí)間設(shè)置方便、靈活。
(5)檢測(cè)計(jì)數(shù)控制
保險(xiǎn)杠自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的最后一個(gè)工位是檢測(cè)工位，檢測(cè)工人通過(guò)目測(cè)來(lái)
確定產(chǎn)品表面是否有損壞、零件裝配是否有松動(dòng)，并將完成檢測(cè)的產(chǎn)品安合格
品和次品分類(lèi)計(jì)數(shù)。PLC提供了強(qiáng)大的計(jì)數(shù)功能，為用戶(hù)提供普通計(jì)數(shù)器、可
逆計(jì)數(shù)器、高數(shù)計(jì)數(shù)器等，以完成不同用途的計(jì)數(shù)控制。
(6)狀態(tài)指示燈
為方便工人作業(yè)，并為各個(gè)工位提供透明可視的工作狀態(tài)信息，控制系統(tǒng)
需要提供狀態(tài)指示功能，如正常指示、急停指示、安裝指示等【11】。
5．2 PLC選型和資源配置
5．2．1控制系統(tǒng)PLC選型
(1)西門(mén)子公司出產(chǎn)的S7—200系列PLC性?xún)r(jià)比高，電磁兼容性強(qiáng)，抗震
動(dòng)和沖擊能力強(qiáng)，擴(kuò)展性好，有多種數(shù)字量輸入／輸出模塊，用于S7—200的數(shù)
字量輸入和輸出，通過(guò)這些模塊，可以將數(shù)字傳感器和執(zhí)行元件與$7-200相連，
使控制器靈活的與任務(wù)相適應(yīng)。西門(mén)子S7—200系列以其卓越的性能廣泛應(yīng)用于
多種行業(yè)的控制系統(tǒng)。
(2)考慮到輸入輸出點(diǎn)數(shù)及存儲(chǔ)器容量，選用西門(mén)子公司的$7-200系列
PLC進(jìn)行控制，CPU確定為CPU226硬件配置見(jiàn)表5．1，該型號(hào)符合系統(tǒng)要求。
表5.1PLC硬件資源配置
5．2．2 PLC的I／o資源配置
(1)I／0端子分配
根據(jù)保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的功能要求，需要12個(gè)輸入點(diǎn)，十一個(gè)輸
出點(diǎn)，具體輸入輸出端子信號(hào)見(jiàn)表5．2，輔助元件見(jiàn)表5．3。
表5.2控制系統(tǒng)輸入輸出端子分配表
表5.3 編程輔助元件列表
(2)PLC外部接線圖
當(dāng)I／O端子分配度地址確定以后，就可以畫(huà)出PLC的外部接線圖了。如圖
5．4所示。
圖5.4 PLC外部接線圖
(3)輸入設(shè)備選擇
壓緊開(kāi)關(guān)采用壓阻式傳感器。壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)
在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感
元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，
各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出，從而形成數(shù)字輸入信
號(hào)。
接近丌關(guān)、到位開(kāi)關(guān)、上限位開(kāi)關(guān)、下限位開(kāi)關(guān)均采用干簧管觸點(diǎn)丌關(guān)。
干簧管是一種磁敏的特殊開(kāi)關(guān)。它的兩個(gè)觸點(diǎn)由特殊材料制成，被封裝在
真空的玻璃管里。只要用磁鐵接近它，干簧管兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)吸臺(tái)在一起，使電
路導(dǎo)通。因此可以作為傳感器用．用于計(jì)數(shù)，限位等等【12】。
(4)輸出設(shè)備選擇
主電機(jī)和翻轉(zhuǎn)電機(jī)均選用二相直流電機(jī)。
計(jì)數(shù)顯示選擇LED計(jì)數(shù)顯示屏。
指示燈選擇普通彩色燈泡：j下常指示、壓緊指示——綠色；安裝指示——
黃色；急停指示——紅色。
5.3 PLC程序設(shè)計(jì)
5.3．1可編程控鑭器編程軟件
S7-- 200可編程控制器使用STEP7一Micro／WIN32編程軟件進(jìn)行編程。
STEP7-Miero／WlN32編程軟件是基于Wmdows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，主要用
于開(kāi)發(fā)程序，也可用于適時(shí)監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可
在全漢化的界面下進(jìn)行操作?。
操作界面如圖5.5所示：
圖5.5 step7操作界面
5．3．2控制系統(tǒng)控制流程
(1)按下手／自動(dòng)按鈕， 選擇自動(dòng)模式，按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行初始化。
(2)工人采用手動(dòng)方式將保險(xiǎn)杠基架安裝在夾具上，夾具上的壓力傳感器通
過(guò)感應(yīng)夾緊力產(chǎn)生夾緊信號(hào)(脈沖信號(hào))輸入給PLC；
(3)主電動(dòng)機(jī)開(kāi)始高速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)碰到接近開(kāi)關(guān)時(shí)觸發(fā)換速信號(hào)，主電動(dòng)機(jī)由高
速運(yùn)行切換到低速運(yùn)行，碰到到位開(kāi)關(guān)時(shí)觸發(fā)停止信號(hào)，主電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；
(4)工人在工作臺(tái)上完成裝配工作，經(jīng)過(guò)延時(shí)時(shí)間(40s)后PLC計(jì)數(shù)器復(fù)位，
同時(shí)重新使主電動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)；
(5)如果正(反)翻轉(zhuǎn)按鈕被按下，則翻轉(zhuǎn)電機(jī)開(kāi)始高速轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)到
位后上(下)限位開(kāi)關(guān)閉合，翻轉(zhuǎn)電機(jī)停轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)運(yùn)行中，如果按下急停按鈕，則主電機(jī)及翻
轉(zhuǎn)電機(jī)都被切斷，系統(tǒng)停止運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)流程圖，如圖5．6所示。
圖5.6 控制系統(tǒng)流程圖
根據(jù)5．1．2的功能分析以及控制系統(tǒng)流程的要求，可以設(shè)計(jì)出以下一些基
本的模塊程序：
1)單按鈕啟?？刂颇K；
2)主電機(jī)換速控制模塊；
3)翻轉(zhuǎn)電機(jī)換向控制模塊；
4)安裝定時(shí)控制模塊；
5)檢測(cè)計(jì)數(shù)顯示控制模塊。
以下是各模塊控制梯形圖：
1)單按鈕啟停控制模塊
當(dāng)?shù)谝淮伟聪掳粹o10．0時(shí)，輸入繼電器4．0常開(kāi)接點(diǎn)短時(shí)閉合，在上升沿
獲取指令P的作用下，使輔助繼電器面4．O接通一個(gè)掃描周期，使置位指令S
起作用，從而使M4．1置位(閉合)并保持，M4．1的一對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)接通QO．O線
圈回路，QO．0輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，啟動(dòng)外部負(fù)載工作運(yùn)行；同時(shí)，M4．1的另一
對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)閉合，為M4．2接通做準(zhǔn)備。
當(dāng)?shù)诙伟聪?0．O時(shí)，10．0短時(shí)接通，上升沿獲取指令P使M4．O接通一
個(gè)掃描周期，M4．2被接通，使復(fù)位指令R起作用，從而使M4．1復(fù)位(斷開(kāi))
且保持，QO．1線圈回路斷開(kāi)進(jìn)而使外部負(fù)載停止工作運(yùn)行，之后再按下10．0
的工作情形與上述的相同，控制梯形圖如圖5．7所示。
圖5.7 單按鈕啟?？刂铺菪螆D
2)主電機(jī)換速控制模塊
主電動(dòng)機(jī)換速的控制線路如圖5．8所示。
圖5.8 主電動(dòng)機(jī)換速控制線路圖
主電動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，KCl、KC2閉合，MCl、MC2斷開(kāi)，電機(jī)在高速繞組工
作；當(dāng)主電機(jī)接收到換速信號(hào)時(shí)，由高速繞組轉(zhuǎn)到低速繞組，由于低速繞組串
聯(lián)電阻的作用，達(dá)到對(duì)主電機(jī)換速的目的。開(kāi)關(guān)G是系統(tǒng)的急停開(kāi)關(guān)。根據(jù)主
電機(jī)的換速控制線路圖，我們很容易得到主電動(dòng)機(jī)換速控制的梯形圖，如圖5．9
所示。
圖5.9 主電機(jī)換速控制梯形圖
主電機(jī)運(yùn)行至接近開(kāi)關(guān)時(shí)，接近開(kāi)關(guān)IO．6閉合，到位開(kāi)關(guān)10．7斷開(kāi)，線
圈Q0．1閉合，輸出主電機(jī)換速信號(hào)，主電機(jī)由高速繞組切換至低速繞組；主電
機(jī)運(yùn)行至到位開(kāi)關(guān)時(shí)，到位開(kāi)關(guān)10．7閉合，換速消除中間繼電器M4．7接通一
個(gè)掃描周期，使線圈QO．1斷開(kāi)，線圈QO．2閉合，實(shí)現(xiàn)換速消除并使主電機(jī)停
轉(zhuǎn)。
3)翻轉(zhuǎn)電機(jī)換向控制模塊
改變電機(jī)的運(yùn)行方向，實(shí)際上就是改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。要改變收三相電
機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，只要將其中任意二相電進(jìn)行交換即可。根據(jù)這一原理，可得翻
轉(zhuǎn)電機(jī)換向的控制線路圖如圖5．10所示。
圖5.10 翻轉(zhuǎn)電機(jī)換向控制線路圖
正轉(zhuǎn)接觸開(kāi)關(guān)SC接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)AC接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩相對(duì)換，
電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。根據(jù)換速線路圖，可得梯形圖如圖5．11所示，若壓緊開(kāi)關(guān)11．0
閉合，則壓緊中問(wèn)繼電器接通并保持，當(dāng)正翻轉(zhuǎn)按鈕10．4被按下時(shí)，正翻轉(zhuǎn)中
問(wèn)繼電器M4．4接通并保持，PLC發(fā)出正翻轉(zhuǎn)信號(hào)；當(dāng)反翻轉(zhuǎn)按鈕IO．5被按下
時(shí)，原理類(lèi)似，PLC發(fā)出反翻轉(zhuǎn)信號(hào)。
圖5.11 翻轉(zhuǎn)電機(jī)換向控制梯形圖
4)安裝定時(shí)控制模塊
當(dāng)?shù)轿婚_(kāi)關(guān)10．6和壓緊開(kāi)關(guān)IO．7閉合時(shí)，T1的常閉觸點(diǎn)也處于閉合狀態(tài)，
裝配生產(chǎn)線進(jìn)入安裝過(guò)程，安裝過(guò)程中間繼電器接通并發(fā)出主電機(jī)停轉(zhuǎn)信號(hào)，
主電機(jī)停轉(zhuǎn)，M5．0同時(shí)觸發(fā)安裝指示燈Q1．1和定時(shí)器T37的常開(kāi)觸點(diǎn)，計(jì)時(shí)
器延時(shí)40s后，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)也斷開(kāi)，中間繼電器M5．0斷開(kāi)，安裝
指示燈滅，安裝過(guò)程結(jié)束。如圖5．12所示：
圖5.12 安裝定時(shí)控制梯形圖
5)檢測(cè)計(jì)數(shù)顯示控制模塊
檢測(cè)計(jì)數(shù)顯示控制梯形圖如圖5．13所示，合格品按鈕被按下時(shí)，計(jì)數(shù)中間
繼電器M4．3接通，觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，并通過(guò)LED顯示屏輸出即時(shí)數(shù)據(jù)；次品
檢測(cè)原理類(lèi)似。
圖5.13 檢測(cè)計(jì)數(shù)顯示控制梯形圖
5．4本章小結(jié)
本章主要的工作內(nèi)容是為第三章所確定的保險(xiǎn)桿裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)一套適合
的控制系統(tǒng)。本章采用了西門(mén)子公司的S7—200可編程控制器，并通過(guò)使用
STEP7-Micro／WIN32編程軟件進(jìn)行編程，在生產(chǎn)線所需要的操作功能中，設(shè)計(jì)
了急?？刂瞥绦颉⒎D(zhuǎn)電機(jī)控制程序、安裝定時(shí)控制程序、主電機(jī)換速控制程
序等，并詳細(xì)羅列出了實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的程序代碼。
結(jié) 論
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了幾個(gè)月查閱資料，構(gòu)思方案，觀察實(shí)踐，繪制圖紙，使用catia autocad等大型工程軟件，把大學(xué)四年所學(xué)的主要專(zhuān)業(yè)課如機(jī)械制造，機(jī)械設(shè)計(jì)，液壓氣壓傳動(dòng)，工程制圖等內(nèi)容系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了一次，對(duì)大學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)的了解。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)所學(xué)的課程也有了更加深入的認(rèn)識(shí)，也讓我們感受到了理論和實(shí)際之間的距離，知道了自己的缺點(diǎn)和差距。很多事情想上去是一個(gè)樣子，自己去做的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)還有很多事情要考慮，這也是我們的無(wú)法快速轉(zhuǎn)換角色的原因。我們還有太多的東西需要去了解，去掌握，不滿足與從紙面上得到知識(shí)，而要深入實(shí)踐中，在實(shí)際操作中把所學(xué)的知識(shí)再加工，再創(chuàng)造，使得所學(xué)的真正變成自己的學(xué)以至用的基本技能。
參考文獻(xiàn)
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致 謝
經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)論文，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
在論文寫(xiě)作過(guò)程中，得到了陳玲老師的親切關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從設(shè)計(jì)題目的選擇到設(shè)計(jì)的最終完成，陳老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個(gè)日日夜夜，陳老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我無(wú)微不至的關(guān)懷，除了敬佩陳玲老師的專(zhuān)業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向陳老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!謝謝你們!祝大家能在今后的工作學(xué)習(xí)和生活中一帆風(fēng)順。
附錄
----左側(cè)壓頭粗加工程序
%
G54
S500 M03
N1 G00 X0Y0Z280000
N3 X596361 Y-55904
N4 Z255902
N5 Z43070
N6 G1 X601867 Z40688 F500.
N7 X590364 Z42542
N8 X565624 Z46647
N9 X551140 Z49129
N10 X521838 Z54313
N11 X503330 Z57681
N12 X472103 Z63514
N13 X450468 Z67656
N14 X418420 Z73931
N15 X393686 Z78890
N16 X366618 Z84428
N17 X342954 Z89381
N18 X320065 Z94277
N19 X297533 Z99222
N20 X279503 Z103285
N21 X259626 Z107897
N22 X248514 Z110555
N23 X235289 Z113780
N24 X232442 Z114495
N25 X216048 Z118694
N26 X213512 Z119363
N27 X192847 Z125012
N28 X191161 Z125493
N29 X172401 Z131057
N30 X171276 Z131407
N31 X154191 Z136936
N32 X153442 Z137191
N33 X137843 Z142721
N34 X137345 Z142907
N35 X123069 Z148468
N36 X122740 Z148603
N37 X109644 Z154220
N38 X97385 Z160014
N39 X86138 Z165884
N40 X75773 Z171862
N41 X66180 Z177981
N42 X57261 Z184276
N43 X48931 Z190785
N44 X41114 Z197551
N45 X33745 Z204622
N46 X27447 Z211291
N47 X21259 Z218500
N48 X11878 Z230637
N49 X9860 Z232386
N50 X8050 Z233479
N51 X5695 Z234401
N52 X2818 Z234896
N53 X213 Z234802
N54 X-2678 Z234077
N55 X-4999 Z232954
N56 X-7539 Z230981
N57 X-8859 Z229499
N58 X-9976 Z227830
N59 X-11489 Z224138
N60 X-11722 Z223111
N61 X-12000 Z220227
N62 Z226227
N63 G0 Z242076
N64 X596359 Y-47904
N65 Z44077
N66 G1 X597062 Z43771
N67 X601869 Z41701
N68 X597062 Z42467
N69 X585345 Z44378
N70 X549944 Z50373
N71 X547580 Z50783
N72 X505744 Z58275
N73 X502696 Z58834
N74 X454619 Z67886
N75 X449943 Z68787
N76 X403532 Z77918
N77 X393595 Z79919
N78 X356139 Z87600
N79 X343269 Z90302
N80 X312880 Z96809
N81 X298201 Z100039
N82 X275036 Z105261
N83 X260549 Z108630
N84 X250059 Z111131
N85 X236258 Z114485
N86 X236021 Z114552
N87 X217376 Z119296
N88 X204716 Z122669
N89 X194137 Z125604
N90 X174046 Z131523
N91 X173412 Z131719
N92 X156060 Z137302
N93 X155206 Z137590
N94 X139849 Z143005
N95 X138866 Z143369
N96 X125155 Z148682
N97 X124104 Z149111
N98 X111656 Z154425
N99 X110694 Z154857
N100 X99339 Z160207
N101 X98452 Z160647
N102 X88272 Z165938
N103 X87223 Z166512
N104 X77891 Z171873
N105 X76878 Z172486
N106 X68272 Z177953
N107 X59323 Z184212
N108 X50959 Z190688
N109 X43107 Z197423
N110 X35701 Z204466
N111 X28984 Z211539
N112 X23452 Z217964
N113 X17129 Z226066
N114 X12772 Z232163
N115 X8852 Z238052
N116 X7809 Z239400
N117 X5878 Z240821
N118 X4142 Z241470
N119 X2528 Z241691
N120 X214 Z241442
N121 X-2182 Z240442
N122 X-3686 Z