機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元設(shè)計(jì)【全套圖紙】

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題題 目：目： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 學(xué)學(xué) 院：院： 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 09（4）班）班 姓姓 名：名： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 2013 年 05 月 24 日 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 浙浙 江江 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 畢業(yè)論文誠信聲明 我謹(jǐn)在此保證：本人所寫的畢業(yè)論文，凡引用他人的研究成果均已 在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。論文主體均由本人獨(dú)立完成，沒有抄襲、剽 竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。 聲明人（簽名）： 年 月 日 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 摘摘 要要 科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，正在把人類推向信息時(shí)代。但是，面對(duì)著加工業(yè)70%80%的 中小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，如何達(dá)到自動(dòng)化的目的，一直是工業(yè)界探索的課題。數(shù) 控機(jī)床問世雖為這部分工廠自動(dòng)化創(chuàng)造了條件，但實(shí)踐證明，獨(dú)立、分散的單機(jī)自 動(dòng)化解決不了傳統(tǒng)批量生產(chǎn)所固有的生產(chǎn)率同生產(chǎn)柔性、加工批量同制造成本、生 產(chǎn)同市場變化之間的矛盾，必須尋找更完善的自動(dòng)生產(chǎn)體系。FMS就是在這種追求下 誕生的。其優(yōu)勢在于把生產(chǎn)率同生產(chǎn)柔性、加工批量同制造成本、先進(jìn)技術(shù)同科學(xué) 管理高度統(tǒng)一起來。從而提高產(chǎn)品制造柔性，提高效率縮短生產(chǎn)周期，降低能耗及 成本，節(jié)約設(shè)備占地面積。在柔性制造系統(tǒng)中采用全自動(dòng)化生產(chǎn)，減少了認(rèn)為的因 素一次也提高了產(chǎn)品的精度。以上可見，柔性制造系統(tǒng)以上優(yōu)點(diǎn)是如今制造業(yè)中非 常需要的。 關(guān)鍵詞:柔性制造；立體庫；碼垛機(jī)；流水線 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 Abstract The rapid development of science and technology, human to the information age. But，Processing industry 70% -80% of the face of the economic structure of the small and medium volume, how to achieve the purpose of automation has been the industry to explore the subject.Although the advent of CNC machine tools to create the conditions for this part of the factory automation，but practice has proved that independent, decentralized stand-alone automation can not solve the productivity inherent in traditional mass production with the production of flexible processing the same batch manufacturing costs, the contradiction between production and market changes, we must find better automatic production system.FMS is born in this pursuit.The advantage of the productivity with flexible production, processing and batch manufacturing costs, with advanced technology with scientific management of highly unified.Thereby increasing manufacturing flexibility, improve efficiency, shorten the production cycle, reduce energy consumption and cost saving equipment footprint.Fully automated production, reducing the human factors and therefore improve the accuracy of the product in a flexible manufacturing system.Above that, the advantages of flexible manufacturing systems is much needed in the manufacturing industry today. Key words: Flexible manufacturing; stereo storage; palletizer; pipeline 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 目 錄 摘 要 AbstractAbstract 第一章 緒 論1 1.1 柔性制造背景1 1.2 柔性制造的工作流程.1 第二章 立體庫的設(shè)計(jì)3 2.1 立體庫優(yōu)點(diǎn)及功能.3 2.2 國內(nèi)立體庫發(fā)展趨勢.3 2.3 立體庫的外形3 2.4 立體庫各部分材料選擇.4 2.4.1 底座材料選擇與外形設(shè)計(jì)4 2.4.2 立體庫主體設(shè)計(jì).6 2.4.3 托盤設(shè)計(jì).8 2.5 立體庫儲(chǔ)存能力及主要設(shè)備.9 2.5.1 立體庫儲(chǔ)存能力計(jì)算9 2.5.2 主要設(shè)備.9 第三章 流水線的設(shè)計(jì)10 3.1 流水線的工作原理.10 3.1.1 流水線的工作原理及流程圖10 3.2 電路中主要元器件的介紹.11 3.2.1 對(duì)射開關(guān)的原理及應(yīng)用11 3.2.2 CCD 顏色尺寸檢測單元工作原理及應(yīng)用11 3.2.3 PLC 及其擴(kuò)展單元12 3.3 流水線系統(tǒng)控制13 3.3.1 流水線電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制13 3.3.2 流水線電機(jī)啟動(dòng)/停止控制13 3.4 流水線設(shè)計(jì)13 3.4.1 流水線技術(shù)參數(shù).13 3.4.2 CCD 檢測單元支架設(shè)計(jì).14 3.4.3 對(duì)射開關(guān).16 第四章 四自由度碼垛機(jī).21 4.1 碼垛機(jī)簡介21 4.1.1 碼垛機(jī)性能參數(shù).21 4.1.2 四自由度的實(shí)現(xiàn).21 4.1.3 線性滑臺(tái)簡介.22 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 4.2 碼垛機(jī)各部分設(shè)計(jì)安裝.23 4.2.1 底座設(shè)計(jì).23 4.2.2 底座高度尺寸計(jì)算.24 4.2.3 底座設(shè)計(jì)方案與材料選擇25 4.3 碼垛機(jī)控制箱的設(shè)計(jì).28 4.3.1 碼垛機(jī)控制箱位置擺放28 4.3.2 控制箱內(nèi)電器元件.28 4.3.3 控制箱外形設(shè)計(jì)及材料選擇29 4.4 機(jī)械爪的設(shè)計(jì)29 4.4 主要電器元件介紹.35 第五章 外部控制系統(tǒng)36 第六章 結(jié)束語38 參考文獻(xiàn).39 致 謝40 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 第一章 緒 論 1.1 柔性制造系統(tǒng)的背景 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增加，而 產(chǎn)品的市場壽命日益縮短，更新?lián)Q代加速，中、小批量生產(chǎn)占有越來越重要的地位。 面臨這新的局面，必須大幅度提高制造柔性和生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，保證產(chǎn) 品質(zhì)量，降低能耗，從而降低生產(chǎn)成本，以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。柔性制造系統(tǒng)正 是在這種形勢下應(yīng)運(yùn)而生的。從機(jī)械制造行業(yè)來看現(xiàn)在 FMS 不僅能完成機(jī)械加工 而且還能完成鈑金加工、鍛造、焊接、裝配、鑄造和激光、電火花等特種加工以 及噴漆、熱處理、注塑和橡膠模制等工作。FMS 相對(duì)于傳統(tǒng)加工有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）縮短生產(chǎn)線且變得簡潔。 2）減少設(shè)備投資、減少庫存。 3）提高利用率，降低成本。 所以，研究 FMS 是一個(gè)很有意義的項(xiàng)目。 1.2 柔性制造系統(tǒng)的工作流程 如今較普遍的柔性制造系統(tǒng)流程是工件或毛坯由四自由度碼垛機(jī)器人從自動(dòng)化 立體倉庫單元的毛坯庫中取出，送到自動(dòng)化輸送系統(tǒng)單元輸送線上。皮帶運(yùn)輸機(jī)將 工件或毛坯送至 CCD 形狀識(shí)別單元處停止，由高速 CCD 工業(yè)相機(jī)對(duì)工件進(jìn)行形狀識(shí) 別。形狀識(shí)別結(jié)束，工件向下運(yùn)送至橫向輸送機(jī)氣推處，氣推裝置將工件送至?xí)捍?區(qū)，再由上下料搬運(yùn)機(jī)器人抓取工件，送入相應(yīng)的柔性加工單元（并聯(lián)加工中心或 數(shù)控車床）進(jìn)行加工。加工完成后，由上下料搬運(yùn)機(jī)器人取出工件，將工件放回到 輸送線上。工件被運(yùn)送到 CCD 尺寸檢測單元，對(duì)已加工的工件進(jìn)行尺寸及位置偏差 檢測。檢測結(jié)束，工件被運(yùn)送到分揀單元，不合格的產(chǎn)品由氣推裝置送到廢品存放 處。合格的產(chǎn)品將繼續(xù)傳送至條碼打印及粘貼處，由人工貼上條碼再放回到輸送線 上。工件經(jīng)條碼掃描后，碼垛機(jī)根據(jù)條碼及工件的形狀、尺寸將工件從輸送機(jī)上取 下并送至自動(dòng)化立體倉庫單元的成品庫，完成一個(gè)工作流程。流程圖如圖 1-1 所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 2 圖圖 1-1 柔性加工系統(tǒng)流程圖柔性加工系統(tǒng)流程圖 本設(shè)計(jì)中的柔性制造系統(tǒng)中，主要包括三大塊：立體庫、碼垛機(jī)、流水線。立 體庫主要是用來存放毛胚和加工后的產(chǎn)品。碼垛機(jī)有 4 個(gè)自由度分別是 X、Y、Z 及 機(jī)械爪的轉(zhuǎn)動(dòng)。流水線主要是運(yùn)送毛胚到數(shù)控加工中心加工以及加工完成后在運(yùn)送 回去，其間完成 CCD 尺寸檢測系統(tǒng)完成對(duì)加工好的零件進(jìn)行檢測。大致的工作流程 如下：4 自由度碼垛機(jī)將毛胚從立體庫上取下運(yùn)送到流水線上，流水線上的第 1 對(duì) 對(duì)射開關(guān)檢測到信號(hào)通過 PLC 控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將毛胚運(yùn)送到第一個(gè) CCD 檢測單元， 此處的第 2 對(duì)射開關(guān)將電機(jī)停下。CCD 檢測單元檢測完成之后，發(fā)出信號(hào)電機(jī)繼續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)將毛胚運(yùn)送到流水線第 4 對(duì)射開關(guān)處，對(duì)射開關(guān)再次發(fā)出信號(hào)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)， 機(jī)械手抓取毛胚運(yùn)送到加工中心。加工完成后機(jī)械手將零件放在流水線上，此時(shí)第 4 對(duì)對(duì)射開關(guān)檢測到信號(hào)，通過 PLC 控制電機(jī)反轉(zhuǎn)將零件運(yùn)送到第 3 個(gè)對(duì)射開關(guān)處， 電機(jī)停下。CCD 檢測單元完成對(duì)零件的檢測后發(fā)出信號(hào)，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)將零件運(yùn)送 到第一對(duì)對(duì)射開關(guān)處，電機(jī)停下。碼垛機(jī)將零件從流水線上取下,尺寸比合格品小的 報(bào)廢處理，合格品運(yùn)送到立體庫中去。如此重復(fù)工作。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 第二章 立體庫的設(shè)計(jì) 2.1 立體庫的優(yōu)點(diǎn)及功能 立體庫的優(yōu)點(diǎn)： 1) 多層儲(chǔ)存，節(jié)約占地面積，提高空間利用率。 2) 自動(dòng)存取，運(yùn)行和處理速度快，同時(shí)能方便的納入物料管理系統(tǒng)。 3) 計(jì)算機(jī)控制，便于清點(diǎn)和盤庫，減少庫存。 立體庫的功能： 1) 收貨，倉庫從供應(yīng)商或生產(chǎn)車間接收各種材料半成品或成品，供生產(chǎn)、加工、 裝備配之用。 2) 存貨，將寫下的貨物放到自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)定的位置。 3) 取貨，根據(jù)需求情況從庫房取得所需的貨物。 2.2 國內(nèi)立體庫發(fā)展 目前，在國內(nèi)多家企業(yè)中立體倉庫已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。立體庫以其節(jié)約空 間，便于管理等優(yōu)勢得到眾多企業(yè)的青睞。但是與國外相比，在國內(nèi)大多企業(yè)當(dāng)中 所用的立體倉庫還存在很大的差距。首先是硬件設(shè)備達(dá)不到要求，這樣就造成了效 率慢，對(duì)于物流行業(yè)來說，倉儲(chǔ)作為重要組成部分之一，已經(jīng)越來越多的運(yùn)用到物 流中心。效率慢直接導(dǎo)致物流成本提高。 立體庫在國內(nèi)普及率與國外還有差距，首先是因?yàn)榱Ⅲw倉庫一次性投入較大， 其運(yùn)行所需的設(shè)備有叉車、電腦集成、信息控制系統(tǒng)等都需要很高的成本：其次， 制造企業(yè)很多都存在搬遷難的問題。 隨著我國制造業(yè)和物流業(yè)的迅速發(fā)展，自動(dòng)化立體倉庫必將會(huì)收到廠商的更多 關(guān)注，我國的自動(dòng)化倉庫技術(shù)必將會(huì)有很大的發(fā)展，向發(fā)達(dá)國家靠攏。 2.3 立體庫的外形 立體庫技術(shù)要求：倉位尺寸：220mm280mm220mm； 倉位數(shù)量：5 列 3 層 15 個(gè)； 外形尺寸：1500mm280mm800mm； 立體庫主要是用來存放毛胚和加工好的零件的，因此立體庫設(shè)計(jì)成倉位格的樣 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 4 子。每個(gè)單元格中放置一個(gè)貨物支撐板，板上設(shè)計(jì)一個(gè)托盤用以盛放毛胚及零件。 形狀如圖 2-1 所示： 圖圖 2-12-1 立體庫圖立體庫圖 2.4 立體庫各部分材料選擇 2.4.1 底座材料的選擇與外形設(shè)計(jì) 底座主要是固定立體庫的整體構(gòu)架和承載重量的，所以在材料方面主要選擇45 號(hào)鋼，以保證強(qiáng)度。底座主要分為3部分焊接而成。 圖圖2-22-2 底座焊件底座焊件1 1 托盤 立體庫骨架 底座 固定角鐵 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 圖圖2-32-3 底座焊件底座焊件2 2 圖圖2-3 底座焊件底座焊件3 最后底座的如圖2-4所示： 通過膨脹螺絲與地連 接 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 6 圖圖2-4 底座底座 2.4.2 立體庫主體的設(shè)計(jì) 立體庫在設(shè)計(jì)過程中主要考慮在易安裝，重量輕，成本底。綜合以上最終選擇 了鋁型材。立體庫主體骨架是由 PS-8-4040 型材組裝起來的。型材如圖 2-5 所示： 圖圖 2-5 PS-8-4040W 鋁型材鋁型材 立體庫主體設(shè)計(jì)高度是 1400mm，需兩根長為 1400mm 的 PS-8-4040W 鋁型材，寬 度設(shè)計(jì)是 1500mm,需四根長為 1500mm 的 PS-8-4040W 鋁型材。倉位部分由設(shè)計(jì)技術(shù) 要求可進(jìn)行寬度及長度計(jì)算，所要求的倉位凈寬度為 2205=1100mm，凈高度為 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 2203=660mm。倉位需要做成單元格的形式，那倉位格也需要尺寸不同的型材。倉 位是 53，那就需要橫置 10 跟長為 800mm 的 PS-8-4040W 鋁型材，橫置 20 跟長為 200 的 PS-8-4040W 鋁型材。型材連接采用腳件加螺栓螺母連接。連接方式如圖 2-5 所示: 圖圖 2-6 型材連接圖型材連接圖 組裝后的立體庫的 2 維與 3 維圖如下所示: 圖圖 2-7 立體庫立體庫 2 維圖維圖 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 8 圖圖 2-8 立體庫立體庫 3 維圖維圖 2.4.3 托盤的設(shè)計(jì) 托盤主要是盛放毛胚或者零件的，托盤的外形要能夠滿足碼垛機(jī)機(jī)械爪搬運(yùn)， 還要能夠在立體庫上能夠放置。托盤設(shè)計(jì)如下圖： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 圖圖 2-9 托盤托盤 托盤承載物品重量在 1KG 左右，因此托盤的強(qiáng)度要求不高，可以采用 ABS。根 據(jù)毛胚及零件考慮托盤尺寸并統(tǒng)一，設(shè)計(jì)托盤尺寸為（長、寬、高）: 24018052。 2.5 立體庫庫存能力及主要設(shè)備 2.5.1 立體庫庫存能力計(jì)算 立體庫采用單貨位方式，每個(gè)倉位寬度為 220mm，每個(gè)貨位長度為 280mm，倉位 高度為 220mm. 立體庫為 5 列 3 層，共 15 個(gè)倉位。 貨架寬度為 1260mm,高度為 840mm. 2.5.2 主要設(shè)備 立體庫主要配套設(shè)備有一臺(tái) 4 自由度碼垛機(jī)，用于取毛胚及存放零件。 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 10 第三章 流水線的設(shè)計(jì) 3.1 流水線的工作原理 3.1.1 流水線的工作原理及流程 1) 傳送帶運(yùn)動(dòng)，第 1 對(duì)對(duì)射開關(guān)檢測到碼垛機(jī)運(yùn)送毛胚時(shí)流水線停下。 2) 毛胚件放好后，發(fā)出信號(hào)流水線前進(jìn)。 3) 毛胚件到第二對(duì)對(duì)射開關(guān)，發(fā)出信號(hào)流水線停下。 4) CCD 顏色識(shí)別單元識(shí)別毛胚顏色，確定加工零件形狀。 5) 檢測完畢，傳送帶繼續(xù)前進(jìn)，將毛胚件運(yùn)送到流水線末端第四對(duì)對(duì)射開關(guān)，發(fā) 出信號(hào)，傳送帶停下。 6) 零件加工完成后機(jī)械手將零件放在傳送帶上，第四對(duì)對(duì)射開關(guān)發(fā)出信號(hào)，PLC 控制電機(jī)反轉(zhuǎn)。 7) 零件到達(dá)第 3 對(duì)對(duì)射開關(guān)發(fā)出信號(hào)電機(jī)停下。 8) CCD 檢測單元對(duì)加工好的零件進(jìn)行檢測，檢測完成發(fā)出信號(hào)，傳送帶前進(jìn)。 9) 零件到達(dá)第一對(duì)對(duì)射開關(guān)，傳送帶停下。 流水線工作順序如下： 傳送帶先是正轉(zhuǎn)，當(dāng)碼垛機(jī)將毛胚件運(yùn)來，第一對(duì)對(duì)射開關(guān)檢測到發(fā)出信號(hào)， 電機(jī)停下，碼垛機(jī)將毛胚件在傳送帶上放好之后，發(fā)出信號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。將毛胚件用 到第二對(duì)對(duì)射開關(guān)處，第二對(duì)對(duì)射開關(guān)發(fā)出信號(hào)，電機(jī)再次停下，CCD 顏色識(shí)別單 元對(duì)毛胚件顏色進(jìn)行識(shí)別，以確定加工零件的形狀，識(shí)別完成發(fā)出信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)， 傳送帶將毛胚件運(yùn)到第四對(duì)對(duì)射開關(guān)處，對(duì)射開關(guān)發(fā)出信號(hào)，電機(jī)停下。機(jī)械手將 毛胚件拿到加工中心進(jìn)行加工。加工完成，機(jī)械手將零件放到傳送帶上，第四對(duì)對(duì) 射開關(guān)檢測到后發(fā)出信號(hào)，PLC 控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，傳送帶將零件運(yùn)送到第三對(duì)對(duì)射開 關(guān)處，對(duì)射開關(guān)發(fā)出信號(hào)，電機(jī)停下。CCD 尺寸對(duì)加工好的零件進(jìn)行尺寸檢測，檢 測完畢發(fā)出信號(hào)。電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，將零件運(yùn)送到第一對(duì)對(duì)射開關(guān)處，再次發(fā)出信號(hào)， 電機(jī)停下碼垛機(jī)從傳送帶上將零件從傳送帶上將零件取下，如此循環(huán)下去。 根據(jù)流水線工作順序，可以畫出如圖 3-1 所示的流程圖： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 停止 前進(jìn) 反轉(zhuǎn) 顏色識(shí)別 停止 前進(jìn) 停止 圖圖 3-13-1 流水線控制系統(tǒng)流程圖流水線控制系統(tǒng)流程圖 3.2 電路中主要的元器件 3.2.1 對(duì)射開關(guān)原理及應(yīng)用對(duì)射開關(guān)原理及應(yīng)用 對(duì)射式光電開關(guān)由發(fā)射器和接收器組成，其工作原理是：通過發(fā)射器發(fā)出的光 線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之前阻斷光線時(shí)，光電開關(guān) 就產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。與反射式光電開關(guān)不同之處在于，前者是通過電-光-電的轉(zhuǎn)換， 而后者是通過介質(zhì)完成。對(duì)射式光電開關(guān)的特點(diǎn)在于：可辨別不透明的反光物體， 有效距離大，不易受干擾，高靈敏度，高解析，高亮度，低功耗，響應(yīng)時(shí)間快，使 用壽命長，無鉛，廣泛應(yīng)用于：投幣機(jī)，小家電，投幣機(jī)，自動(dòng)感應(yīng)器，傳真機(jī)， 掃描儀等設(shè)備上面。 3.2.2 CCD 顏色尺寸檢測單元工作原理及應(yīng)用顏色尺寸檢測單元工作原理及應(yīng)用 CCD 顏色尺寸識(shí)別單元原理是 CCD 圖像傳感器可直接將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電 流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù) 現(xiàn)。其顯著特點(diǎn)是：1.體積小重量輕；2.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動(dòng)，性 能穩(wěn)定，壽命長；3.靈敏度高，噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍大；4.響應(yīng)速度快，有自掃描功 能，圖像畸變小，無殘像；5.應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高， 尺寸精確。 流水線所使用的 CCD 顏色檢測單元包括光源、鏡頭、圖像采集卡、圖像處理軟 件和其它設(shè)備（支架、工作臺(tái)等） 。能夠組成一個(gè)相對(duì)完整的視覺檢測開發(fā)系統(tǒng)，硬 件之間應(yīng)匹配。通過圖像識(shí)別功能可檢測工件尺寸是否合格,圖像處理軟件能快速檢 測用戶所規(guī)定工件的尺寸和位置偏差，精度為 0.05mm。 技術(shù)參數(shù)如下： CCD 尺寸 1/3“ 有效像素(K)子 P440K 同步系統(tǒng) 內(nèi)同步 尺寸檢測 零件就位 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 12 掃描系統(tǒng) 2:1 視頻輸出 1Vpp-75 解晰度（水平） 480Lines(Y/C480Lines) 最低照度(Lux) 0.1Lux F1.2（AGC High） 自動(dòng)動(dòng)增益控制(dB) ON=836 (Hl) 824 (LO) OFF=8 信噪比(dB) 50 灰度特性 0.45/1.0 背光補(bǔ)償 ON/OFF 自動(dòng)電子快門 EI:OFF 1/501/1. 檢測幅面 200*200mm，精度 1mm。 3.2.3 PLC 及其擴(kuò)展單元及其擴(kuò)展單元 圖圖 3-23-2 歐姆龍歐姆龍 PLCPLC 選用歐姆龍 PLC，其技術(shù)參數(shù)如下: 型號(hào)：CP1H-X40DT 輸入：24 點(diǎn) 輸出：16 點(diǎn)（晶體管） 高速計(jì)數(shù)器：4 點(diǎn) 脈沖輸出：100KHz 2 點(diǎn) 30KHz 2 點(diǎn) 定時(shí)器：4096 位 計(jì)數(shù)器：4096 位 內(nèi)部輔助繼電器：8192 點(diǎn) 保持繼電器：8192 點(diǎn) 輸入中斷：8 點(diǎn) 脈沖捕捉輸：8 點(diǎn) 8.1.3.2 PLC 擴(kuò)展單元 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 型號(hào)：CPM1A-40EDR 輸入：24 點(diǎn) 輸出：16 點(diǎn)（繼電器） 3.3 流水線系統(tǒng)控制 3.3.1 流水線電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制流水線電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 流水線的電機(jī)是通過變頻器控制的，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)速，過流/過壓/過載保護(hù)。 在此情況下實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)接線方式為：PLC 的兩個(gè) Y 點(diǎn)接到電機(jī)正反轉(zhuǎn)的端子上， 再將 PLC 的 COM 與變頻器的 COM 相接即可實(shí)現(xiàn)。 3.3.2 流水線電機(jī)停止流水線電機(jī)停止/啟動(dòng)控制啟動(dòng)控制 毛胚或者零件經(jīng)過光電對(duì)射開關(guān)時(shí)，對(duì)射開關(guān)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給 PLC，通過 PLC 控制其擴(kuò)展單元繼電器，切斷電機(jī)電源，這樣電機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送 帶停下。 3.4 流水線設(shè)計(jì) 3.4.1 流水線的設(shè)計(jì)要求流水線的設(shè)計(jì)要求 有效工作寬度：300mm； 有效工作高度：750mm； 有效工作長度：3000mm； 運(yùn)行速度：5m/min10m/min； 承載能力：5kg； 框架材質(zhì)：鋁合金型材框架。 由以上參數(shù)可以看出，流水線的承重為 5KG，承載的重量較輕所以選擇皮帶式 流水線。流水線設(shè)計(jì)圖如下圖所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 14 圖圖 3-33-3 流水線設(shè)計(jì)圖流水線設(shè)計(jì)圖 3.4.2 CCD 顏色尺寸檢測單元支架設(shè)計(jì)顏色尺寸檢測單元支架設(shè)計(jì) 在本流水線中需要兩個(gè)支架，分別是 CCD 顏色識(shí)別單元支架與尺寸檢測單元支 架。雖兩個(gè)檢測單元功能不同但是支架是相同的。首先是材料的選擇，CCD 檢測單 元本身重量較輕，對(duì)材料強(qiáng)度要求不高。從安裝方便方面考慮，從之前立體庫的經(jīng) 驗(yàn)中我選擇了鋁型材，不僅能夠滿足要求而且重量輕方便與流水線安裝。鋁型材截 面如下 3-4 圖所示： 圖圖 3-4 PS-8-4040W 鋁型材鋁型材 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 15 流水線有效工作高度為 750mm，支架的高度要能夠滿足 CCD 檢測單元可以獲得 足夠好的視野，以減少檢測誤差。CCD 檢測單元設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 總高度 1400mm; 寬度 250mm CCD 檢測單元與流水線傳送帶垂直距離 150mm。 圖圖 3-5 CCD 檢測單元支架設(shè)計(jì)圖檢測單元支架設(shè)計(jì)圖 檢測單元需固定在上圖的支架上，因此我還設(shè)計(jì)了攝像頭固定件，如下圖所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 16 圖圖 3-6 CCD 攝像頭固定件攝像頭固定件 3.4.3 對(duì)射開關(guān)對(duì)射開關(guān) 在流水線中設(shè)計(jì)有 4 對(duì)對(duì)射開關(guān)，它們發(fā)出信號(hào)用以控制電機(jī)停止和啟動(dòng)。第 一對(duì)對(duì)射開關(guān)是在碼垛機(jī)將毛胚件搬運(yùn)過來時(shí)將傳送帶電機(jī)停下，碼垛機(jī)將毛胚件 在傳送帶上放穩(wěn)。第二對(duì)對(duì)射開關(guān)放置在 CCD 顏色識(shí)別單元處，當(dāng)毛胚件到達(dá)第二 對(duì)對(duì)射開關(guān)處，電機(jī)停下 CCD 顏色識(shí)別單元對(duì)毛胚件進(jìn)行顏色識(shí)別。第三對(duì)對(duì)射開 關(guān)安裝在 CCD 檢測單元處，加工好的零件到達(dá)此處，電機(jī)停，CCD 尺寸檢測單元對(duì) 零件尺寸進(jìn)行檢測。第四對(duì)對(duì)射開關(guān)也是用來停下電機(jī)的，當(dāng)毛胚件到達(dá)此處電機(jī) 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械手將毛胚件從傳送帶上取下送到加功中心進(jìn)行加工。 流水線的運(yùn)輸速度為 5m/min，即 83.3mm/s.因此在 CCD 尺寸顏色檢測單元處的 對(duì)射開關(guān)位置設(shè)計(jì)需要計(jì)算。從流水線電機(jī)運(yùn)行了解到電機(jī)帶有抱閘從斷電到停止 大概所需的時(shí)間很短，而 CCD 尺寸檢測單元的照射范圍為 200200。則電機(jī)斷電后 零件和毛胚在流水線上移動(dòng)的距離很短，因此對(duì)射開關(guān)放置在 CCD 尺寸顏色檢測單 元下方即可。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 18 第一對(duì)對(duì)射開關(guān)： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 19 第二對(duì)對(duì)射開關(guān)： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 20 第三對(duì)對(duì)射開關(guān)： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 21 第四對(duì)對(duì)射開關(guān)： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 第四章 四自由度碼垛機(jī) 4.1 碼垛機(jī)的設(shè)計(jì) 碼垛機(jī)在整個(gè)柔性加工系統(tǒng)中扮演著“搬運(yùn)工”的角色，主要是用來取毛胚件 和存放零件的。碼垛機(jī)所需要實(shí)現(xiàn)的具體動(dòng)作是：水平移動(dòng)到達(dá)指令的立體庫的單 元格，然后機(jī)械爪上升，到達(dá)托盤的高度機(jī)械爪伸入托盤底部將托盤托起，然后機(jī) 械爪旋轉(zhuǎn)，水平移動(dòng)到達(dá)流水線處，機(jī)械爪向下移動(dòng)將托盤和毛胚件放到流水線上。 4.1.1 碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)要求 行程范圍：X 軸 1.5*Z 軸 0.8*Y 軸 0.3m； 負(fù)載能力：1KG； 最大速度：X 軸 60mm/s，Y 軸 100mm/s，Z 軸 50mm/s； 定位精度：1mm； 4.1.2 四自由度的實(shí)現(xiàn) 碼垛機(jī)中的四自由度為 X、Y、Z 軸的水平移動(dòng)及機(jī)械爪的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn) X、Y、Z 三軸的水平移動(dòng)我們選擇了三個(gè)線性滑臺(tái)立式使用以達(dá)到要求。機(jī)械爪的 轉(zhuǎn)動(dòng)是通 過電機(jī)驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸來實(shí)現(xiàn)機(jī)械爪的轉(zhuǎn)動(dòng)。 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 23 圖圖 4-14-1 線性滑臺(tái)組合示意圖線性滑臺(tái)組合示意圖 4.1.3 線性滑臺(tái)的選擇 直線滑臺(tái)主要組成由滾珠絲桿 直線導(dǎo)軌 鋁合金型材 滾珠絲桿支撐座 聯(lián)軸器 馬達(dá) 光電開關(guān)等組成： 1) 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想 的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直 線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承 從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于 各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器?？稍诟哓?fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。 2)直線導(dǎo)軌 又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場合，擁有比直 X 向移動(dòng) Y 軸向移動(dòng) Z 軸向移動(dòng) 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 24 線軸承更高的額定負(fù)載， 同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn) 高精度的直線運(yùn)動(dòng).結(jié)構(gòu),精度高;精密級(jí)導(dǎo)軌板。 3)鋁合金型材 鋁合金型材滑臺(tái)外形美觀、設(shè)計(jì)合理、剛性好、性能可靠，是組合 機(jī)床和自動(dòng)線較理想的基礎(chǔ) 動(dòng)力部件動(dòng)態(tài)性能好.滑臺(tái)剛度高,熱變形小,進(jìn)給穩(wěn) 定性高,從而保證了 加工狀態(tài)下（負(fù)荷下）的實(shí)際精度。 4)滾珠絲桿支撐座 選用的支撐座具有高剛性、高精度的超小型角接觸球軸承，能 獲得穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)性能。使用深溝球軸承的內(nèi)部軸承中裝入了適量的鋰皂基潤滑 脂，用特殊密封墊圈進(jìn)行密封，能直接安裝，長期使用。 5) 伺服電機(jī) 使滑臺(tái)可以快速進(jìn)退。利用滾珠絲杠和線軌獲得較高的精度，直線滑 臺(tái)可以用 PLC 控制，也可以直接利用機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。直線滑臺(tái)的運(yùn) 動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)軌跡可以編程設(shè)置，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)用需求。 綜合滾珠絲杠的線性滑臺(tái)具有精度高、質(zhì)量輕、可控制的優(yōu)點(diǎn)最終我選擇了滾珠絲 杠的線性滑臺(tái)。按照設(shè)計(jì)要求繪制出圖紙如下圖所示： 圖圖 4-24-2 線性滑臺(tái)組合設(shè)計(jì)圖線性滑臺(tái)組合設(shè)計(jì)圖 4.24.2 碼垛機(jī)各部分設(shè)計(jì)與安裝碼垛機(jī)各部分設(shè)計(jì)與安裝 為實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的各項(xiàng)功能，碼垛機(jī)還需要以下配件：機(jī)械爪、底座、控制箱。 4.2.1 底座的設(shè)計(jì) 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 25 底座的設(shè)計(jì)尤為重要，原因在于碼垛機(jī)不是單獨(dú)工作的，是要在整一個(gè)柔性加 工系統(tǒng)中起著連接立體庫和碼垛機(jī)的重要作用，因此底座的高度需要滿足立體庫和 碼垛機(jī)的工作尺寸的。此外底座還需要滿足固定線性滑臺(tái)所需要的穩(wěn)定性和剛度的 指標(biāo)。 4.2.2 底座高度尺寸計(jì)算 流水線的工作尺寸為 750mm；立體庫最低單元格的高度為 778mm,最高高度為 1218mm。碼垛機(jī)高度尺寸如下圖： 圖圖 4-3 線性滑臺(tái)高度尺寸線性滑臺(tái)高度尺寸 由以上尺寸可以得到在沒有底座的情況下可進(jìn)行如下計(jì)算： 最底工作高度：156+72+51（機(jī)械爪安裝高度）=279mmm 最大工作高度：279+660=939mm 所需要底座高度的最小值為 1218-939=279mm，但是為了底座的尺寸方便制造所 以初選底座高度為 350mm。對(duì)所選尺寸進(jìn)行校核： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 26 加上底座后碼垛機(jī)工作最小高度：279+350=629mm1218mm 通過校核我們可以看出加上高度為 350mm 的底座后碼垛機(jī)的最小工作高度為 639mm，要比流水線的工作尺寸 750mm，立體庫最低單元格的高度 778mm 都要低；碼 垛機(jī)最大工作高度為 1289mm，比立體庫的最高單元格 1218mm 高，因此底座的高度 為 350mm 是合理的。此時(shí)可得立體庫、碼垛機(jī)、流水線的裝配簡圖 圖圖 4-4 高度裝配簡圖高度裝配簡圖 4.2.3 底座設(shè)計(jì)方案及材料選擇 首先底座的設(shè)計(jì)主要考慮的是尺寸和與線性滑臺(tái)的裝配。尺寸有了，接下來就 要考慮安裝了，在安裝之前我們首先來看看 X 方向線性滑臺(tái)底部的設(shè)計(jì)： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 27 圖圖 4-5 X 方向滑臺(tái)底部設(shè)計(jì)圖方向滑臺(tái)底部設(shè)計(jì)圖 F 處在底部有兩排，每排內(nèi)置有 8 個(gè)丁字型螺母，螺母需通過螺栓與底座連接固定。 由于線性滑臺(tái)需固定的在底部，且內(nèi)置螺母較多假如安裝是滑臺(tái)與整個(gè)底座安裝的 話這樣難度是相當(dāng)大的，安裝不上也是可能的。為此在設(shè)計(jì)時(shí)我就想先用一塊鋼板 通過螺栓螺母與線性滑臺(tái)連接起來，然后再將鋼板用螺栓螺母與底座主體部分固定 起來這樣的話安裝難度大幅度降低，蓋板 1 采用 45 號(hào)鋼板。底座頂部蓋板如下圖所 示： 圖圖 4-6 底座與線性滑臺(tái)固定蓋板底座與線性滑臺(tái)固定蓋板 既然底座的頂部是一塊鋼板的話，那其實(shí)底座可以設(shè)計(jì)成一個(gè)角鐵焊接成的骨 架，四周用鋼板與底座的骨架連接。底座骨架如下圖所示： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 28 圖圖 4-7 底座骨架底座骨架 底座骨架四周用鋼板封起來就是一個(gè)完整的底座了。 4.3 碼垛機(jī)控制箱的設(shè)計(jì) 碼垛機(jī)控制箱好比碼垛機(jī)的心臟，這是這部分實(shí)現(xiàn)了碼垛機(jī)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。 完成碼垛機(jī)的搬運(yùn)工作的。 4.3.1 碼垛機(jī)控制箱位置擺放 在開始設(shè)計(jì)碼垛機(jī)之前首先要考慮這個(gè)控制箱到底要放在什么位置。假設(shè)將控 制箱放在整個(gè)柔性制造系統(tǒng)外的一個(gè)地方，這樣的話做起來其實(shí)是很方便的，直接 幾根線牽出來接上就可以了，但是這樣的話接線要牽出去整個(gè)系統(tǒng)看起來會(huì)比較亂， 而且不夠節(jié)約場地。讓我們?cè)倩剡^頭來看看底座是怎么設(shè)計(jì)的，我們會(huì)注意到底座 骨架部分是角鐵焊接成的，在腳的部分有格子，我們可以把控制箱固定在這個(gè)位置。 在箱體的外面設(shè)計(jì)控制插口和網(wǎng)口，就像臺(tái)式電腦主機(jī)一樣。如果控制箱出現(xiàn)故障 的話，只要拔掉接線和網(wǎng)線控制箱就可以搬走進(jìn)行維修很是方便。 4.3.2 控制箱內(nèi)所需的電器元件 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 29 1) 航空插座：碼垛機(jī)有四個(gè)自由度，所以需要四個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別是三個(gè)線性滑臺(tái) 的步進(jìn)電機(jī)和機(jī)械爪轉(zhuǎn)動(dòng)所需的步進(jìn)電機(jī)，因此設(shè)計(jì)需四個(gè)航空插座。每個(gè)步 進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器需要需要接四根信號(hào)線，三個(gè)線性滑臺(tái)上安裝有位置傳感器， 每個(gè)線性滑臺(tái)需要兩個(gè)即 6 根線，機(jī)械爪需要一個(gè)位置傳感器控制機(jī)械爪的零 點(diǎn)位置。所以選用 4 個(gè) 12 芯的航空插座。 2) PLC：選用歐姆龍 PLC，其技術(shù)參數(shù)如下: 型號(hào)：CP1H-X40DT 輸入：24 點(diǎn) 輸出：16 點(diǎn)（晶體管） 高速計(jì)數(shù)器：4 點(diǎn) 脈沖輸出：100KHz 2 點(diǎn) 30KHz 2 點(diǎn) 定時(shí)器：4096 位 計(jì)數(shù)器：4096 位 內(nèi)部輔助繼電器：8192 點(diǎn) 保持繼電器：8192 點(diǎn) 輸入中斷：8 點(diǎn) 脈沖捕捉輸：8 點(diǎn) 3) 繼電器：當(dāng)線性滑臺(tái)移動(dòng)位置到達(dá)位置傳感器的位置即設(shè)定的最大位移處，此 時(shí)繼電器需要切斷步進(jìn)電機(jī)電源，所需 4 個(gè)繼電器。 4) 開關(guān)電源：為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，PLC 提供直流 24V 穩(wěn)壓電源。 4.3.3 控制箱外形設(shè)計(jì)及材料選擇 清楚了控制箱放置的位置和控制箱內(nèi)所需要放置的電器元件后，就可以開始電 器元件的設(shè)計(jì)。首先是控制箱的材料的選擇，控制箱內(nèi)放置的都是電器元件切重量 不大，為滿足絕緣性能，可以選用塑料這樣的材料而且也可以滿足強(qiáng)度的要求?？?制箱如下圖所示：圖紙中由于繼電器較小在控制箱中不好固定所以選擇用 PCB 板固 定繼電器，再將繼電器固定在控制箱上，整個(gè)控制箱通過螺栓與底座固定。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 30 圖圖 4 4-8-8 碼垛機(jī)控制箱圖碼垛機(jī)控制箱圖 4.4 機(jī)械抓的設(shè)計(jì) 機(jī)械爪主要的動(dòng)作是轉(zhuǎn)動(dòng)，取到毛胚后機(jī)械抓旋轉(zhuǎn) 90；取到零件后機(jī)械抓反 轉(zhuǎn) 90。以上就是機(jī)械抓要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)。 爪的轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力是通過步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，軸再帶動(dòng)爪來轉(zhuǎn) 動(dòng)的。機(jī)械爪的下半部分設(shè)計(jì)如圖所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 31 圖圖 4 4-9-9 旋轉(zhuǎn)軸焊接件旋轉(zhuǎn)軸焊接件 圖中 2 是旋轉(zhuǎn)軸底座，3 是整個(gè)機(jī)械爪與線性滑臺(tái)固定板，4 是旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定 板，5 是旋轉(zhuǎn)軸電機(jī)底座。各部分焊接而成，構(gòu)成固定的基本骨架。 裝上電機(jī)后，電機(jī)帶動(dòng)聯(lián)軸器再通過聯(lián)軸器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，軸再帶動(dòng)爪轉(zhuǎn)動(dòng)。聯(lián) 軸器需要外購，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)如下圖： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 32 圖圖 4 4-10-10 旋轉(zhuǎn)軸圖旋轉(zhuǎn)軸圖 旋轉(zhuǎn)軸采用 45 號(hào)鋼，在這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)矩不大能夠滿足強(qiáng)度要求。為了滿足機(jī)械 爪轉(zhuǎn)動(dòng)位置的精確軸的加工相對(duì)要求較高。 電機(jī)通過連軸器傳遞轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，連軸器選擇的規(guī)格是 MCGL-5-5，如下 圖所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 33 圖圖 4 4-11-11 聯(lián)軸器圖聯(lián)軸器圖 對(duì)于機(jī)械爪需要能夠穩(wěn)穩(wěn)地托住托盤。而且所托的毛胚件重量不會(huì)超過 1KG，因此 材料選擇 45 號(hào)鋼能夠滿足強(qiáng)度的需要。爪如下圖所示： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 34 圖圖 4 4-12-12 爪外形圖爪外形圖 爪寬度為 86mm 能夠穩(wěn)穩(wěn)地托住托盤，厚度為 9mm 也能方便的伸入托盤底部。有以 上主要零件之后機(jī)械爪就呼之欲出了。其裝配圖如下圖所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 35 圖圖 4 4-13-13 機(jī)械爪裝配圖機(jī)械爪裝配圖 碼垛機(jī)各部分抖設(shè)計(jì)完成后就可以對(duì)整個(gè)碼垛機(jī)進(jìn)行裝配裝配圖如下圖所示： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 36 圖圖 4 4-14-14 碼垛機(jī)裝配圖碼垛機(jī)裝配圖 4.54.5 主要元器件介紹主要元器件介紹 1)步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱 為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖 個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率 來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一 種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于 各種開環(huán)控制。 2)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這種裝置就是步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移, 或 者說: 控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào), 通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。 所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所以，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻 率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位目的。 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 37 第五章 外部控制系統(tǒng) 外部控制系統(tǒng)是控制整個(gè)系統(tǒng)和協(xié)調(diào)立體庫、碼垛機(jī)、流水線工作的。我在這 里簡單介紹下。在流水線上，CCD 顏色識(shí)別單元通過識(shí)別毛胚顏色發(fā)出信號(hào)給外部 系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)出指令給加工中心，由加工中心設(shè)置的尺寸對(duì)零件進(jìn)行加工。此外， CCD 尺寸檢測單元在對(duì)零件尺寸檢測后發(fā)出指令給外部控制系統(tǒng)，外部控制系統(tǒng)控 制碼垛機(jī)，由碼垛機(jī)將零件放入指定位置。 總線控制系統(tǒng)組網(wǎng)圖 控制系統(tǒng)由 1 臺(tái)主控計(jì)算機(jī)、2 臺(tái)計(jì)算機(jī)、2 臺(tái)嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器、2 臺(tái) PLC 組 成。通過 ProfiBus-DP 總線同主控計(jì)算機(jī)控制中心做數(shù)據(jù)交換。 圖圖 5-15-1 系統(tǒng)控制組網(wǎng)圖系統(tǒng)控制組網(wǎng)圖 主機(jī)工作站 ProfiBus-DP 總線 PLC 自動(dòng)化輸 送系統(tǒng)單 元 PLC PC 機(jī) 嵌入式 控制系 統(tǒng)單元 嵌入式 控制系 統(tǒng)單元 PC 機(jī) 自動(dòng)化 碼垛機(jī) 與立體 庫單元 CCD 顏 色形狀識(shí) 別單元 上下料搬 運(yùn)機(jī)械手 單元 柔性加工 單元 CCD 尺 寸檢測單 元 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 38 實(shí)驗(yàn)安全保護(hù)系統(tǒng)（五級(jí)保護(hù)）由于該系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)、自動(dòng)化的設(shè)備多， 這對(duì)于建設(shè)一個(gè)國內(nèi)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室來說，實(shí)驗(yàn)的安全保護(hù)系統(tǒng)是非常重要的，系統(tǒng) 中設(shè)計(jì)了多層次多重保護(hù)措施。 1) 機(jī)械保護(hù)：對(duì)存在危險(xiǎn)性機(jī)械，碼垛機(jī)、六自由的機(jī)器人等設(shè)置有機(jī)械碰撞強(qiáng) 行停止運(yùn)行的措施。 2) 電氣停止保護(hù)：對(duì)存在危險(xiǎn)性機(jī)械，設(shè)置有危險(xiǎn)設(shè)置緊急電氣停止保護(hù)措施， 如碼垛機(jī)上下限位、軌道起點(diǎn)、終點(diǎn)限位緊急電氣停止運(yùn)行。 3) 電氣減速運(yùn)行保護(hù)：對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)械在上述危險(xiǎn)位置前設(shè)置有緊急減速運(yùn)行開關(guān)， 以便使碼垛機(jī)、四自由度串聯(lián)機(jī)器人在危險(xiǎn)位置就提前減速運(yùn)行。 4) 區(qū)域性安全保護(hù)：碼垛機(jī)、四自由度機(jī)器人運(yùn)行等區(qū)域，為避免產(chǎn)生危險(xiǎn)后果， 設(shè)置區(qū)域性報(bào)警、停止傳感器裝置，以便緊急停止運(yùn)行中的設(shè)備。 5) 人工緊急停止：在現(xiàn)場管理人員附近設(shè)置人工緊急停止按鈕，一旦出現(xiàn)不安全 預(yù)兆，可按下“緊?！卑粹o，緊急停止運(yùn)行設(shè)備。 柔性加工系統(tǒng)倉儲(chǔ)及輸送單元 26 第六章 結(jié)束語 畢業(yè)設(shè)計(jì)是考驗(yàn)我們大學(xué)這幾年來的所學(xué)，它要求我們將大學(xué)這幾年來所學(xué)到 的知識(shí)能夠融會(huì)貫通、熟練應(yīng)用，并要求我能夠理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)我們的綜合運(yùn) 用能力以及解決實(shí)際問題的能力。剛接到課題的時(shí)候，我們是一頭霧水，不知道該 如何下手。后來通過唐老師給我們的資料和一些仔細(xì)的講解，是我們對(duì)這個(gè)課題有 了一個(gè)大體的理解。我們自己也在網(wǎng)上和圖書館學(xué)習(xí)了一些相關(guān)的知識(shí)，為下面的 設(shè)計(jì)提供鋪墊，選擇控制系統(tǒng)是很重要的，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，涉及到了許多電與 控制的內(nèi)容，我本來是偏機(jī)械的，對(duì)電方面了解的不是很多，在起初階段我遇到了 很大的困難，因?yàn)槔锩嫔婕暗讲竭M(jìn)電機(jī)的控制，所以對(duì)于這一部分的控制搞不懂， 后來在老師的幫助下，才知道在控制的很多知識(shí)。在搞清楚了對(duì)碼垛機(jī)運(yùn)動(dòng)控制后， 我才可以開始對(duì)碼垛機(jī)底座的設(shè)計(jì)和機(jī)械爪的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)于配合電 器元件的擺放，剛開始我的方案是控制箱放在外部，經(jīng)唐老師的指導(dǎo)我才知道將控 制箱放在底座中這樣不僅節(jié)約占地而且維修也比較方便，使得整個(gè)倉儲(chǔ)和運(yùn)輸單元 結(jié)構(gòu)也顯得很緊湊，最終完成了設(shè)計(jì)。 一個(gè)人要不斷否定自己，不斷戰(zhàn)勝自己、不斷超越自己、不斷完善自己，這樣 才能不斷進(jìn)步，總之，通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，意外收獲也很大。 不僅進(jìn)一步學(xué)習(xí)了控制系統(tǒng)的一些重要知識(shí)，增強(qiáng)了自己動(dòng)手的能力，而且，還讓 自己學(xué)到了平時(shí)所學(xué)不到的東西，那就是只要自己有信心，肯努力就一定能夠 克服困難，做好任何事情都有可能。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我在畫圖方面收獲很大，也學(xué)到 了了很多。之前畫圖有很多的不規(guī)范，尤其實(shí)在畫裝配圖的過程中，對(duì)于標(biāo)注我學(xué) 到了很多。在畢業(yè)設(shè)計(jì)起初階段，唐老師會(huì)對(duì)我會(huì)的圖進(jìn)行細(xì)心的檢查，指出了我 很多的問題，在標(biāo)注的規(guī)范和裝配公差上存在很大的問題。通過此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)我 得到了很大的提高，在此謝謝唐老師指導(dǎo)和各位同學(xué)對(duì)我的幫助！ 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 39 參考文獻(xiàn) 1P 柔性加工系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 石玉良 沈陽自動(dòng)車床研究所 110052 2柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢 徐坤 黑龍江工程學(xué)院工程訓(xùn)練中心 15 0050 3柔性制造系統(tǒng)及其運(yùn)用 高紅 沈陽工程學(xué)院工程系 110136 4柔性制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究 中國石油開發(fā)技術(shù)有限公司 北京 5Simultaneous scheduling of machines and automated guided vehicles in flexible manufacturing systems using genetic algorithms I.A.Chaudhry S.Mahmood M.Shami 6PLC Controlling System of Transportation Manipulator and Simulation D ebugging Weina Han, Liwei Liu，2005，20(3)：20-22 7基于 PLC 控制的柔性制造系統(tǒng)的研究 - 河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) - 2007, 9 (4) 8基于柔性制造系統(tǒng)的自動(dòng)立體倉庫建立 - 中國制造業(yè)信息化 - 2003, 32(5) 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謝意和崇高的敬意。在此，我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們，正是 由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入設(shè)計(jì)到論文的順利完成，有 多少可敬的老師、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意! 最后祝愿每位忙于畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師工作順利，每位同學(xué)能夠順利的通過。