畢業(yè)設(shè)計（論文）-CCH片式高壓瓷介電容器在電路設(shè)計

摘要CCH片式高壓瓷介電容器在電路設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用，需求龐大。由于第一代的效果不太好，廠家希望對這個生產(chǎn)線進行一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以提高設(shè)備精度和生產(chǎn)效率。本論文的主要工作就是對該生產(chǎn)線的芯片上料局部進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化上料機構(gòu)，把原生產(chǎn)線上料裝置的單線上料改成雙線同時上料，并對相關(guān)結(jié)構(gòu)進行改良。例如：在電容芯片吸放機構(gòu)局部增加兩條導(dǎo)軌，吸放裝置的改良，各裝置的布局設(shè)置等。最后到達(dá)減少工序，延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備精度和生產(chǎn)效率的目的。本課題的創(chuàng)新點主要就在于把單線上料改成雙線上料，便于雙線同時運輸及同時吸放，使上料所用時間減少了將近一半，效率提高一倍。關(guān)鍵字：芯片上料機，雙線上料，芯片吸放機構(gòu)，導(dǎo)軌裝置，氣缸AbstractTheCCHhighVoltageCeramicCapacitorsarewidelyusedintheelectriccircuitdesign.Therequirementishuge.Factorieshopetocarryonsomestructurechangestothisproductionline,toimproveequipmentaccuracyandproductionefficiency.Thispaperre-designstheautomaticmaterialsupplydevice,tomakethedeviceworkbetter,changetheoriginalone-linematerialsupplydeviceintotwo-linematerialsupplydevice,andcarryonanimprovementtorelatedstructures.Forexample,addafusetensedevice,improvethecutoffdevice,changethelayoutconstitutionofeachdeviceandsoon.Eventuallyreduceworksteps,improveequipmentaccuracyandproductionefficiency.Themaincontributionliesinchangingtheone-linematerialsupplydeviceintotwo-linematerialsupplydevice.Itcanbeeasytotransportandcutbytwolinesatthesametime.Itsaveshalfofthematerialsupplytime.Keywords:automaticmaterialsupplydevice,two-linematerialsupply,fusetensedevice,cutoffdevice,aircylinder目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第1章引言 1課題來源 1課題的目的及意義 1國內(nèi)外技術(shù)開展現(xiàn)狀與趨勢 21.4工程的成果應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景分析 3第2章產(chǎn)品及課題介紹 5產(chǎn)品結(jié)構(gòu)介紹 5生產(chǎn)線流程介紹 6生產(chǎn)線布置 6工作流程 7工藝流程 8驅(qū)動與控制系統(tǒng) 8課題介紹 9設(shè)計軟件介紹 9原方案介紹 12原方案存在的問題 13任務(wù)介紹 14第3章自動上料機總體方案設(shè)計 15總體方案設(shè)計 15具體方案設(shè)計 15雙排自動上料機方案設(shè)計 15引線輸送方式的設(shè)計 15引線切斷裝置設(shè)計 16系統(tǒng)工裝及換位機構(gòu)設(shè)計 16第4章自動上料機具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 174.1雙排自動上料機結(jié)構(gòu)設(shè)計 17引線輸送方式具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 18張緊機構(gòu)的設(shè)計 18引線支撐板設(shè)計 19步進電機介紹 194.步進電機的改裝 21引線切斷裝置具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 224.3.1具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 224.3.2氣缸的選擇 24系統(tǒng)工裝及換位機構(gòu)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 304.4.1具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 304.4.2氣缸的選擇 32系統(tǒng)總裝配關(guān)系圖 33第5章控制系統(tǒng)簡介 355.1電氣控制系統(tǒng) 355.2人機界面 375.3控制面板 375.4上機位監(jiān)控 385.5現(xiàn)場總線 41第6章結(jié)論 456.1該課題的創(chuàng)新點 456.2個人體會 45參考文獻(xiàn) 46致謝 47外文資料原文 48譯文 57第1章引言1.1課題來源當(dāng)今世界，生產(chǎn)效率已經(jīng)成為許多行業(yè)追求的目標(biāo)，也是競爭力的關(guān)鍵所在。在同樣的產(chǎn)品面前，誰擁有高的效率，誰就擁有更多的市場。外表貼裝元器件(片式元器件)是適用于外表貼裝工藝的新一代無引線電子元器件，其應(yīng)用標(biāo)志一個國家電子工業(yè)的組裝水平，是電子裝備更新?lián)Q代的根底，已成為當(dāng)今世界電子元器件開展的主流。外表貼裝元器件主要有片式電阻、片式電感、片式電容、片式電位器和片式IC等，廣泛應(yīng)用于通信、計算機和播送電視產(chǎn)品中。其中CCH——1.1㎜雙面被敷銀電極框架式引線為Ni42合金材料，單邊長182.5㎜，厚度0.1㎜，外表電鍍錫，鍍層厚度10—15微米單邊框架引線有25只引腳雙邊組合成品塑封環(huán)氧樹脂材料，兩縱向側(cè)面外露引線彎腳。該電容體積小，安裝方便，壽命長，因而在電路設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用，需求龐大，不可缺少。然而，這種電容的外形尺寸較小,裝配過程動作復(fù)雜,定位要求高，其生產(chǎn)過程以前主要靠人工完成，落后的生產(chǎn)工藝限制了它的產(chǎn)量的提升。目前采用的CCH高壓瓷介電容自動生產(chǎn)線來生產(chǎn)電容，大大提高了產(chǎn)量，給企業(yè)帶來了很大的效益，但在生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線存在一些缺陷，需對該生產(chǎn)線進行優(yōu)化設(shè)計，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，節(jié)省材料，降低生產(chǎn)本錢。1.2課題的目的及意義隨著液晶電視、液晶顯示器筆記本電腦等的高速開展，外表帖裝元件〔SMT〕越來越多，片式電容就是其中一種。其中片式陶瓷電容器為多層陶瓷電容器(MLCC)，但在片式高壓電容器中，小容量規(guī)格用MLCC制作相對困難。單層圓片陶瓷電容器制作本錢比片式高壓陶瓷電容器更為優(yōu)越，而且從技術(shù)、本錢上遠(yuǎn)比多層陶瓷電容器更具競爭力。目前只有日本松下公司有類似產(chǎn)品，但產(chǎn)量并不大。僅中國大陸市場，液晶顯示器、逆變器及開關(guān)電源、模塊電源等產(chǎn)品每個月對小容量片式高壓瓷介電容器的需求量在11000萬以上，年需求兩在13.2億只以上，并且據(jù)估計僅液晶顯示器的年增長率在30%以上。國外具有更加廣闊的市場，同時開關(guān)電源的模塊化趨勢必將大量增加對片式高壓瓷介電容器的需求。本課題產(chǎn)品在性能以及價格上都占有優(yōu)勢。本課題的目的就是針對南方宏明公司的專利產(chǎn)品〔專利號：ZL02227213·5〕CCH片式高壓瓷介電容器的自動生產(chǎn)線中的上料機局部進行優(yōu)化設(shè)計。CCH片式高壓瓷介電容器是以單層陶瓷為介質(zhì)，燒滲銀為電極，扁平引線引出，環(huán)氧樹脂模塑外殼封裝，整體結(jié)構(gòu)鞏固牢靠，防潮性能好，可靠性高，適宜SMT貼裝。它是通過適用于載流焊的外表貼裝技術(shù)，由圓片陶瓷電容芯片和樹脂封裝做成。由于使用的陶瓷介質(zhì)材料消耗小，產(chǎn)品本身的發(fā)熱小，且溫度特性和頻率特性良好，是具有高可靠性的產(chǎn)品。1.3國內(nèi)外技術(shù)開展現(xiàn)狀與趨勢隨著世界外表貼裝技術(shù)的開展，以及片式陶瓷電容器具有體積小、可靠性高、低ESR、價廉等特性。國際市場對片式陶瓷電容器的需求以年平均15～20%的速度增長。2000年日本片式陶瓷電容器的產(chǎn)量為2370億只，其中日本村田公司占世界總量的50%；2006年日本片式陶瓷電容器的產(chǎn)量達(dá)5580億只，近三年年平均開展速度為19%，其中日本村田公司2080億只〔含其外鄉(xiāng)外的生產(chǎn)量〕，世界約為3500億只。國內(nèi)市場對片式陶瓷電容器的需求，同樣開展很快。尤其是近三年，對片式陶瓷電容器的進口量、值都在翻番增長，2006年到達(dá)629億只、7.17億美元。國內(nèi)陶瓷電容器的開展可見一斑。國內(nèi)片式陶瓷電容器的生產(chǎn)連年高速增長。2000年生產(chǎn)量以超過480億只，同比增長速度大于80%，出口比重超過95%；主要生產(chǎn)企業(yè)家家高速開展，2005年更是開足馬力生產(chǎn)，產(chǎn)品還是供不應(yīng)求，整個村田公司四班三運轉(zhuǎn)，息人不息機，仍只能滿足客戶需求量的60%。由上可見，片式陶瓷電容器的國內(nèi)、國際市場一片興旺。2005年國內(nèi)市場對片式陶瓷電容器的總需求量近500億只，其中進口350億只，國內(nèi)生產(chǎn)只占國內(nèi)市場的三分之一。參加WTO之后，隨著電子信息產(chǎn)品關(guān)稅達(dá)幅度下降直至零時，國外高品質(zhì)低價的片式元件產(chǎn)品也要大量進入國內(nèi)，對國內(nèi)市場造成的沖擊將更大，為此國內(nèi)企業(yè)要更進一步加快開展開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新的產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝，同時配備先進的全自動生產(chǎn)線，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；痆1]。1.4工程的成果應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景分析該產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括筆記本電腦，液晶顯示器，液晶電視等。主要用于LCD背光逆變器電路與開關(guān)電源的初級電路和緩沖電路。此外，由于該產(chǎn)品可靠性高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)牢固，也可應(yīng)用于軍用電子設(shè)備中。南方宏明生產(chǎn)的CCH型貼片式電容器在國外都屬于新型產(chǎn)品，有自主知識產(chǎn)權(quán)，目前已經(jīng)建立手工生產(chǎn)線和一條自動生產(chǎn)線，產(chǎn)品已經(jīng)得到韓國三星等外國公司的認(rèn)可，市場需求非常大。且國外的貼片式電容的生產(chǎn)工藝及自動化生產(chǎn)線均嚴(yán)格保密；市場上只有此類產(chǎn)品，但結(jié)構(gòu)形式和性能都有很大差距，南方宏明的產(chǎn)品在小容量高耐壓領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。片式電容生產(chǎn)情況除南方宏明以外，國內(nèi)至今是一個空白。片式高壓瓷介電容器主要應(yīng)用于各種高壓電路，在LCD逆變電源中應(yīng)用廣泛,主要應(yīng)用領(lǐng)域為：液晶電視；液晶電腦顯示器；手提電腦；便攜式DVD；汽車，火車飛機載電視；GPS顯示；博彩游戲機；便攜電視；兒童學(xué)習(xí)機；掌上電腦；游戲機；OA工業(yè)儀器顯示；可視；燈箱、廣告等方面。據(jù)相關(guān)資料和部門預(yù)測，未來幾年LCD的應(yīng)用開展很快：在車用電視方面的增長率將在15%以上；在其它方面的應(yīng)用也將有較快增長。〔據(jù)統(tǒng)計全球光電顯示器2004年比2003年增長約28%〕。全球LCD行業(yè)的龍頭企業(yè)均在加大投入，并加快在中國建廠或擴大在中國生產(chǎn)基地的規(guī)模。LCD在珠江三角洲，長江三角洲，北京等地的開展很快，主要代表廠家有：北京東方電子集團；上海廣電集團；韓國三星；LG；現(xiàn)代大學(xué)；福建冠捷電子及TCL；康佳；創(chuàng)維；海信；長虹等公司。開關(guān)電源主要通信；電子電器設(shè)備；程控交換機；電力電子設(shè)備；計算機；醫(yī)療；控制設(shè)備電源等領(lǐng)域，目前大局部電源已經(jīng)實現(xiàn)了開關(guān)電源化。通信電源應(yīng)用的主要客戶為：中國電信，移動公司，中國聯(lián)通，開發(fā)生產(chǎn)的廠家主要有：中興通訊，華為，大唐電信，艾默生電源等。此外，在廣電，專網(wǎng)〔包括電力網(wǎng)，鐵道網(wǎng)，軍事網(wǎng)，石油網(wǎng)等〕領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅江蘇省每個月的背光模塊生產(chǎn)量至少在600萬片，珠江三角洲每個月的背光模塊生產(chǎn)量也在800萬片以上，假設(shè)再考慮其它地區(qū)的產(chǎn)量，僅中國市場每個月的背光模塊生產(chǎn)量至少在2000萬片以上，由于每個背光源模塊需要1—32只高壓瓷介電容器〔目前已開發(fā)出64燈管及以上的背光源，即每個背光源要使用64只以上高壓瓷介電容器〕，平均每片背光源模塊用6只高壓瓷介電容器計算，每個月僅LCD行業(yè)對高壓瓷介電容器的需求量應(yīng)在12000萬只以上，再按片式化50%的保守估計，每個月對片式高壓瓷介電容器的需求量也在6000萬以上。片式高壓瓷介電容器在開關(guān)電源，模塊電源等電源中仍然被大量選用，開關(guān)電源廣泛應(yīng)用在計算機，通信，電力，醫(yī)療等電子設(shè)備中，并且隨著開關(guān)電源模塊化的快速開展，即模塊電源的應(yīng)用將越來越廣泛，而模塊電源那么要求選用片式高壓瓷介電容器，因此市場需求越來越大。據(jù)相關(guān)資料顯示，開關(guān)電源，模塊電源行業(yè)每個月對片式高壓瓷介電容器的需求量至少在5000萬只以上。所以僅中國大陸市場，液晶顯示器逆變器及開關(guān)電源，模塊電源等產(chǎn)品每個月對小容量片式高壓瓷介電容器的需求量在11000萬只以上，年需求量在億只以上，并且據(jù)估計僅液晶顯示器的年增長率在30%以上。同時開關(guān)電源的模塊化趨勢必將增加工業(yè)對片式高壓瓷介電容器的需求。由于電子信息產(chǎn)品及裝備的小型化、薄型化、輕型化及模塊化的迫切需要，外表安裝技術(shù)(SMT)和電子元件片式化必將快速開展，SMT已經(jīng)逐步成為整機生產(chǎn)的主要工藝，并且隨著3G及數(shù)字化的到來，數(shù)字電視、通訊、計算機、電力以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)及信息化設(shè)備的快速開展，LCD、開關(guān)電源、模塊電源、各種適配器轉(zhuǎn)換器、充電器等電源的廣泛應(yīng)用，因此對瓷介電容器的片式化要求越來越高，因此片式高壓瓷介塑封型電容器的應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊[2]～[3]。第2章產(chǎn)品及課題介紹上一章我對課題的來源、目的及意義進行了介紹，還介紹了國內(nèi)外技術(shù)開展現(xiàn)狀與趨勢，工程的成果應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景。這一章主要介紹CCH高壓瓷介電容產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)流程、驅(qū)動與控制系統(tǒng)及我的課題介紹。2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)介紹片式高壓瓷介電容器是以單層陶瓷為介質(zhì)，燒滲銀為電極，扁平引線引出，環(huán)氧樹脂模塑外殼封裝，整體結(jié)構(gòu)鞏固牢靠，防潮性能好，可靠性高，適宜SMT貼裝。-5mm-圖2-1芯片示意圖由圖可以看出芯片的結(jié)構(gòu)，而引線接于芯片的兩面，引線也是片式結(jié)構(gòu)，且引線為框架式引線，為Ni42合金材料，單邊長,厚度,引線外表電鍍Sn,鍍層厚度為10-15μm,單邊框架引線有25只引線腳，雙邊組合。芯片的裝配就是把上引線，芯片和下引線通過錫膏印在一起，最后再塑封的過程，下列圖2-2為引線、芯片裝配過程示意圖：圖2-2芯片與引線裝配示意圖芯片裝配好以后，最后通過塑封，切除框架，成為可供使用的電容。2.2生產(chǎn)線流程介紹CCH片式高壓瓷介電容器南方宏明公司的專利產(chǎn)品〔專利號：ZL02227213·5〕，生產(chǎn)該產(chǎn)品的生產(chǎn)線的產(chǎn)量比手工工藝的產(chǎn)量有非常大的提高。下面介紹CCH片式陶瓷電容器的生產(chǎn)線。2.2.1生產(chǎn)線布置考慮到引線備料的方便和定位的準(zhǔn)確性，引線采用卷料備料方式。一個夾具一次裝配一排元件，每排25個瓷片。因為裝配所需的引線為卷料，需要引線上料機構(gòu)；引線上的助焊劑的印抹、引線的切斷必須定位，需要一個印焊膏設(shè)備——印錫機；瓷片的抓取、搬運、放置動作比較復(fù)雜，這一過程安排一個瓷片上料機構(gòu)來完成。裝配機構(gòu)和卸料機構(gòu)是整個裝配線的核心局部，在這兩個機構(gòu)上分別完成裝配件的裝配和裝配完成品的卸載工作。為了減少占用空間，更好的滿足靈活、可靠的要求，生產(chǎn)線采用環(huán)形生產(chǎn)線，這樣還可以讓夾具循環(huán)使用，提高生產(chǎn)效率和平安性。生產(chǎn)線布置示意圖如圖2-3所示。圖2-3生產(chǎn)線布置示意圖2.2.2工作流程系統(tǒng)采用卷料式芯片引線，并使用一個步進電機同時牽動兩排引線，引線按要求25芯一組，通過沖壓機剪斷，經(jīng)過錫膏印刷機填印錫膏，通過振動料斗填裝芯片，然后通過翻轉(zhuǎn)機構(gòu)翻轉(zhuǎn)貼合上下引線和芯片，裝配好送入回流焊焊接，最后通過自動卸料等工序生產(chǎn)符合規(guī)格的芯片電容，整個流程如下列圖2-4：圖2-4工作流程圖2.2.3工藝流程在片式高壓瓷介電容器的開發(fā)中，設(shè)計合理的工藝流程至關(guān)緊要，是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的前提。大量借鑒了有關(guān)片式元件生產(chǎn)流程的成功經(jīng)驗，做到了以最小的投入獲得了最有效的工藝流程方案。工藝流程如下列圖2-5。圖2-5工藝流程圖2.3驅(qū)動與控制系統(tǒng)整個系統(tǒng)采用氣動驅(qū)動，傳送裝置采用步進電機，便于定位，采用電磁閥和PLC進行控制。電氣控制系統(tǒng)：圖2-6所示?？刂葡到y(tǒng)的中央處理器采用高可靠性的工控PLC操作人員在微機的圖形輸入單元輸入數(shù)據(jù)，通過RS232送入CPU通過開關(guān)兩輸入模塊采集位狀態(tài)采集到的各種傳感器信號和各種位狀態(tài)信號經(jīng)過PLC進行信息處理，處理結(jié)果直接控制機械動作系統(tǒng)，結(jié)果數(shù)據(jù)也通過RS232送回人機接口輸入輸出單元進行顯示。圖2-6電氣控制系統(tǒng)2.4課題介紹引線自動上料局部是整個生產(chǎn)流程的第一個環(huán)節(jié)，引線在這個環(huán)節(jié)被切斷并輸送到下一個環(huán)節(jié)，我的課題是CCH高壓瓷介電容引線自動上料機設(shè)計，是用AutoCAD對原生產(chǎn)線的上料機局部進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。此課題以外，我還要對計算機輔助虛擬設(shè)計，Pro/E機構(gòu)運動仿真平臺，以及該生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)進行一些學(xué)習(xí)和了解。2.4.1設(shè)計軟件介紹一、虛擬設(shè)計概述虛擬設(shè)計是20世紀(jì)90年代開展起來的一個新的研究領(lǐng)域，是計算機圖形學(xué)、人工智能、計算機網(wǎng)絡(luò)、信息處理、機械919.htm"設(shè)計與制造等技術(shù)綜合開展的產(chǎn)物。隨著計算機輔助設(shè)計〔CAD〕技術(shù)的迅速開展，虛擬設(shè)計逐漸取代實體設(shè)計成為產(chǎn)品研發(fā)階段的關(guān)鍵步驟。這樣不緊大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，更為企業(yè)大大提高了生產(chǎn)效率，帶來了巨大的經(jīng)濟效益[4]。虛擬設(shè)計是指設(shè)計者在虛擬環(huán)境中進行設(shè)計。設(shè)計者可以在虛擬環(huán)境中用交互手段對在計算機內(nèi)建立的模型進行修改。就“設(shè)計〞而言，所有的設(shè)計工作都是圍繞虛擬原型而展開的，只要虛擬原型能到達(dá)設(shè)計要求，那么實際產(chǎn)品必定能到達(dá)設(shè)計要求；而傳統(tǒng)設(shè)計時，所有的設(shè)計工作都是針對物理原型〔或概念模型〕而展開的。就“虛擬〞而言，設(shè)計者可隨時交互、實時、可視化地對原型在沉浸或非沉浸環(huán)境中進行反復(fù)改良，并能馬上看到修改結(jié)果。虛擬設(shè)計具有以下優(yōu)點：⑴虛擬設(shè)計繼承了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的所有特點〔3I〕。⑵繼承了傳統(tǒng)CAD設(shè)計的優(yōu)點，便于利用原有成果。⑶具備仿真技術(shù)的可視化特點，便于改良和修正原有設(shè)計。⑷支持協(xié)同工作和異地設(shè)計，利用資源共享和優(yōu)勢互補，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。⑸便于利用和補充各種先進技術(shù)，保持技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢。虛擬設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)包括：虛擬模型的建立虛擬模型的建立包括如下方面的研究：(1)基于微機的虛擬環(huán)境體系結(jié)構(gòu)計算機硬件開展的日新月異為基于微機的普及型虛擬環(huán)境體系結(jié)構(gòu)的建立提供了物質(zhì)根底。(2)基于幾何建模和圖像相結(jié)合的建模方法和相關(guān)算法采用虛物實化、實物虛化、虛實結(jié)合、增強現(xiàn)實的方法既可以使模型的真實感強，又可以有效地減少模型的數(shù)據(jù)量，以滿足實時交互性的要求。(3)基于圖像的虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)圖像建模具有模型簡單、數(shù)據(jù)量小的優(yōu)點，適合于微機環(huán)境的實時建模和瀏覽。如何建立快速圖像壓縮和解壓縮算法，實現(xiàn)基于圖像的機械產(chǎn)品模型的三維重建等是關(guān)鍵。具有物理屬性的虛擬模型的建立建立具有物理屬性的虛擬模型有著巨大的應(yīng)用價值。如果用它來進行虛擬試驗，既可以節(jié)省珍貴的產(chǎn)品開發(fā)時間，又可以節(jié)約試驗費用。在某些情況下，試驗的費用可能很大，甚至無法做試驗。采用這種技術(shù)，設(shè)計人員將能設(shè)計出價格低廉、滿足顧客各種各樣需求的產(chǎn)品。二、三維造型技術(shù)概述三維造型技術(shù)已迅速成為CAD技術(shù)的主流，這是因為它具有傳統(tǒng)的平面二維設(shè)計所無法比較的優(yōu)越性。平面二維CAD技術(shù)雖然能夠提高作圖效率，但還是像手工繪圖那樣用投影圖來描述物體。而三維造型設(shè)計技術(shù)那么是利用計算機提供一個模擬的三維空間，工程師們可以直接地在這個三維空間里建造物體的模型，表達(dá)自己的設(shè)計意圖。三維空間對幾何形體的描述比傳統(tǒng)的二維技術(shù)更真實、更準(zhǔn)確、更全面。三維造型技術(shù)是虛擬設(shè)計以及虛擬裝配的技術(shù)根底[5]。三、三維造型設(shè)計的特點及優(yōu)勢CAD軟件具有一個完整的三維造型系統(tǒng)，具有以下幾方面的特點:1)對于每個特定的點和空間的任何一個位置的圖形對象，CAD都具有一個完全的三維坐標(biāo)系統(tǒng);為了局部區(qū)域的操作，具有一個可移動的用戶坐標(biāo)系統(tǒng)。2)可在空間的任何位置設(shè)置視點，以任意方向觀察對象，可將屏幕分成多個視口，同時從不同視點和方向觀察三維空間。3)對實體外表進行了很好的分類，便于構(gòu)造多種開頭的外表模型。4)能將三維模型轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的多個視圖，標(biāo)注帶有尺寸的產(chǎn)品圖。5)內(nèi)置渲染器，配有各種光源和外表材質(zhì)，具有根據(jù)三維模型制作真實感著色圖的能力。從設(shè)計的觀點來看，人們頭腦中所構(gòu)思的設(shè)計對象就是三維物體，因此，直接用三維實體形式來描述設(shè)計對象是最直觀、方便省力的設(shè)計方式。隨著三維CAD圖形技術(shù)的開展，使用三維設(shè)計的有如下優(yōu)勢:(1)三維模型比二維圖形更接近真實的對象。(2)三維模型可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€視圖，并可在標(biāo)注帶有尺寸的二維產(chǎn)品圖，從而獲得二者的最正確形式。這種從三維模型轉(zhuǎn)為二維圖形的優(yōu)點是:對于模型和任何修改將自動反映到相應(yīng)的視圖上。(3)三維模型可生成具有真實感的渲染圖。產(chǎn)品圖是非常有價值的，但渲染圖常常更清楚地展現(xiàn)一個設(shè)計;并有利于找出設(shè)計缺陷和驗證設(shè)計。(4)可直接作為不需要用圖紙的對象成型。通常采用第三方面的程序?qū)⒛Ｐ娃D(zhuǎn)換為數(shù)控加工的格式。四、本課題設(shè)計軟件介紹本課題的設(shè)計工作所用的軟件是AutoCAD，它具有非常強大的創(chuàng)立二維模型功能，而AutoCAD2006和AutoCAD2007更是在保持原來版本非常強大的創(chuàng)立二維模型功能的根底上，增加了創(chuàng)立三維模型功能，模型立體感強，對二維模型設(shè)計起到很好的輔助效果。AutoCAD2007提供了一個新的三維建模環(huán)境，用戶可以通過VISUALSTYLES命令并選擇任一非二維樣式來訪問該環(huán)境。由于在二維和非二維樣式之間循環(huán)使用VISUALSTYLES可以重置顯示，所以REGEN和REGENALL無需清理雜亂顯示內(nèi)容。與proe相比較AutoCAD2007的優(yōu)點主要表達(dá)在捕抓能功能強大，定位方便，缺點在于修改特別麻煩，尤其是修改已經(jīng)合并在一起實體。2.4.2原方案介紹如圖2-7所示，這是CCH高壓瓷介電容引線自動上料機的原裝配圖，引線通過最左端的卷料盤，被送上引線支撐板，經(jīng)過一個導(dǎo)引輪，連接到另一個被步進電機帶動的導(dǎo)引輪上，步進電機每次送25只引線腳到接料板上，經(jīng)過切斷裝置的切斷，25只引線腳就被放在了預(yù)定的位置上，固定在接料板下部的氣缸推動凸臺將引線腳推到引線卡位裝置上，引線就被固定了。然后固定在底板上的氣缸推動整個接料板向下移動，遇到定位裝置〔通過氣缸帶動〕就停止移動，然后步進電機又送25只引線腳到接料板上，再經(jīng)過切斷裝置的切斷，固定在接料板底部的氣缸推動凸臺再一次將引線腳推到引線卡位裝置上，第二段引線就又就被固定了。然后定位裝置縮回，固定在底板上的氣缸再次推動整個接料板，向前移動到引線吸附機構(gòu)的工位上，引線吸附機構(gòu)將兩條并排的引線吸走后，固定在底板上的氣缸將整個接料板拉回到初始位置，步進電機又送來25只引線腳到接料板上，不斷地重復(fù)這個過程。圖2-7上料機的原裝配圖2.4.3原方案存在的問題該上料機構(gòu)在生產(chǎn)實踐中存在如下問題：1．引線為單線上料，上料過程中要經(jīng)過送料-切斷-引線固定-接料板移動-二次送料-切斷-引線固定-接料板移動這8個工序才能將引線送到引線吸附機構(gòu)，后面的工位都是同時對上、下兩條引線進行操作。顯然原上料機采用單線上料，縮短了生產(chǎn)時間，降低了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。2．在步進電機帶動引線上料的過程中，步進電機將25根引線腳送到切斷工位的同時，后面的引線可能會由于慣性繼續(xù)向前移動，所以需要對引線有一個向后的張緊力，也就是需要一個張緊機構(gòu)對引線進行張緊。3．上料過程中要經(jīng)過送料-切斷-引線固定-接料板移動-二次送料-切斷-引線固定-接料板移動這8個工序才能將引線送到引線吸附機構(gòu)，每個工序都會有震動和精度誤差，整個裝置的精度受到影響。2.4.4任務(wù)介紹針對原方案存在的問題，廠家希望對這個裝置進行一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高設(shè)備精度和生產(chǎn)效率。所以，在俸培福老師和王海東老師的指導(dǎo)下，提出了改良方案。我的課題任務(wù)就是把原上料裝置的單線上料改成雙線同時上料，并對相關(guān)結(jié)構(gòu)進行改良，到達(dá)減少工序，提高設(shè)備精度和生產(chǎn)效率的目的。具體的任務(wù)包括：雙排自動上料機方案設(shè)計引線輸送方式的設(shè)計引線切斷裝置設(shè)計系統(tǒng)工裝及換位機構(gòu)設(shè)計第3章自動上料機總體方案設(shè)計3.1總體方案設(shè)計一、雙排自動上料機方案設(shè)計，將單線上料改裝成雙線上料，單個引線支撐板改成雙引線支撐板，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率。二、引線輸送方式的設(shè)計，包括增加一個張緊機構(gòu)，步進電機如何帶動雙排引線等等。三、引線切斷裝置設(shè)計，單排上料改成雙排上料后，切斷裝置應(yīng)該做一些改動。能夠進行雙線切割。四、系統(tǒng)工裝及換位機構(gòu)設(shè)計，雙引線經(jīng)過同時切斷后，被送到接料板上，此局部就是對接料板的動作進行設(shè)計。3.2具體方案設(shè)計3.2.1雙排自動上料機方案設(shè)計把單排上料機構(gòu)改裝為雙排上料，兩個機構(gòu)同時對引線進行張緊，輸送，切斷，卡位。這樣既可以提高加工精度，又可以加快引線的輸送，提高了生產(chǎn)效率，到達(dá)改裝的要求。3.2.2引線輸送方式的設(shè)計1．張緊機構(gòu)的方案選擇引線是通過最左端的卷料盤，被送上引線支撐板的，整個過程中，引線容易因慣性而繼續(xù)向前移動，從而造成引線局部彎曲。我們必須克服這個慣性力，使引線能夠張緊一些，因此,需要在卷料盤前增加一個張緊機構(gòu)，有2個方案可以選擇。方案一：張緊電機方案二：設(shè)計張緊機構(gòu)分析比照兩個方案，如果用張緊電機，整個電氣控制系統(tǒng)又會多一個控制環(huán)節(jié)，并且會增加生產(chǎn)本錢。而自己設(shè)計一個機械張緊機構(gòu)，就不涉及到電氣控制，本錢也不高?？紤]各種因素，并且經(jīng)過導(dǎo)師的知道，決定設(shè)計一個機械張緊機構(gòu)來張緊引線。2．步進電機的改良方案由圖2-7，引線是通過步進電機牽引的，這是單排時的情況，如果改裝成雙排，我考慮了3種方案。方案一：用兩個步進電機同時牽引引線方案二：用氣缸對引線進行牽引定位方案三：用一個步進電機牽引雙排引線比照兩方案，如果再加裝一個步進電機，不僅在本錢方面要增加，而且控制兩臺步進電機同時運行，電氣控制也變得更復(fù)雜，很難滿足不了精度要求。而用氣缸直接牽引的方式對引線進行牽引切割，每次牽引25個引線腳到切斷工位，定位精度可以到達(dá)要求，但是這個方案不易實施。如果用一個步進電機，對它的結(jié)構(gòu)進行一些加長改裝，讓它能夠同時帶動雙排引線，這樣能夠保證引線的同時同步輸送，進而保證了精度和效率，并且比較容易實施。經(jīng)過比較，決定采用第三個方案，即用一個步進電機牽引雙排引線。3.2.3引線切斷裝置設(shè)計我首先考慮到的是采用兩個切割裝置，但這樣做不僅復(fù)雜了電氣控制系統(tǒng)，也不能保證引線的同時同步切割，不利于提高生產(chǎn)精度和效率，而且增加了生產(chǎn)本錢，這個方案是不可行的。于是，我考慮到如果采用一個氣缸，帶動雙排切刀對2排引線同時進行切割，這樣不僅能保證引線的同時同步切割，而且對精度就有更好的保證。這樣我就需要對原切斷裝置進行徹底改裝，自主設(shè)計一個切斷裝置，以保證精度的需要。3.2.4系統(tǒng)工裝及換位機構(gòu)設(shè)計需要設(shè)計一個導(dǎo)軌，用一個氣缸帶動接料板在導(dǎo)軌上水平移動，跟切斷裝置產(chǎn)生一定的距離，這樣當(dāng)吸附機構(gòu)來吸取切斷的引線時，才能夠保證不與切斷裝置發(fā)生碰撞。第4章自動上料機具體結(jié)構(gòu)設(shè)計上一章我提出了自己的總體方案設(shè)計，即：一、雙排自動上料機方案設(shè)計，二、引線輸送方式的設(shè)計，三、引線切斷裝置設(shè)計，四、系統(tǒng)工裝及換位機構(gòu)設(shè)計，并且我對每個方案都進行了具體方案設(shè)計的說明，這一章我就針對第三章提出的方案進行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。4.1雙排自動上料機結(jié)構(gòu)設(shè)計原來的設(shè)備為單線傳送，結(jié)構(gòu)如圖2-7，只有一個引線支撐板，引線通過最左端的卷料盤，被送上引線支撐板，經(jīng)過一個導(dǎo)向輪，連接到另一個被步進電機帶動的導(dǎo)向輪上，再進行下一個工序。經(jīng)過我的改裝，設(shè)備成了雙線傳送，共有兩個引線支撐板，根據(jù)設(shè)計的要求，雙線傳送的結(jié)構(gòu)圖如下列圖4-1：圖4-1雙排自動上料機結(jié)構(gòu)圖圖4-1比照圖2-7,單線改成雙線之后，結(jié)構(gòu)也相應(yīng)的發(fā)生了變化，增加了引線張緊機構(gòu)，步進電機也做了改良，切斷裝置也發(fā)生了根本的變化，原來的接料板是縱向移動，現(xiàn)在變成了橫向移動。4.2引線輸送方式具體結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2.1張緊機構(gòu)的設(shè)計第三章的方案設(shè)計里講到，引線是通過最左端的卷料盤，被送上引線支撐板的，整個過程中，引線容易因慣性而繼續(xù)向前移動，從而造成引線局部彎曲。因此，我們必須克服這個慣性力，使引線能夠張緊一些，經(jīng)過一些方案比照，決定自己設(shè)計張緊機構(gòu)來張緊引線。通過AutoCAD設(shè)計平臺，對張緊機構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)圖如下列圖4-2：圖4-2張緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖張緊機構(gòu)的原理是：將引線卷在張緊機構(gòu)的凹槽內(nèi)，當(dāng)步進電機帶動引線運動時，引線拉直，會使張緊機構(gòu)內(nèi)的蝸卷彈簧開始變形，變形的蝸卷彈簧因為要克服變形，會產(chǎn)生一個回拉的力，這個力會使引線時時處于張緊狀態(tài)。當(dāng)蝸卷彈簧的變形到達(dá)極限時，不能再變形，但是步進電機還要帶動引線運動，這時因為蝸卷彈簧不能再變形，促使整個張緊機構(gòu)克服與主軸的摩擦，全部圍繞主軸轉(zhuǎn)動，因為蝸卷彈簧的力并沒有消失，所以引線始終處于張緊狀態(tài)[6]。整個過程中，蝸卷彈簧的力不能大到使引線產(chǎn)生變形，圍繞主軸轉(zhuǎn)動時，克服主軸摩擦的力與蝸卷彈簧的彈力之和也不能大到使引線產(chǎn)生變形。這些力只需起到張緊引線的作用就可以了。4.2.2引線支撐板設(shè)計引線是通過引線支撐板輸送的，原引線支撐板的結(jié)構(gòu)圖如下列圖4-3：圖4-3原引線支撐板結(jié)構(gòu)圖如上圖所示，該支撐板有兩個導(dǎo)向輪，并且還有兩個支撐座支撐，考慮到結(jié)構(gòu)的合理與需要，用一個導(dǎo)向輪就可以到達(dá)要求了。步進電機帶動導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪牽引著引線向前運動，為了保證引線不偏離軌道，我設(shè)計了一個凹槽，使引線能夠在導(dǎo)向輪的牽引下，沿著凹槽到達(dá)指定的切斷裝置。改裝后的支撐板結(jié)構(gòu)圖如下列圖4-4：圖4-4改裝后的引線支撐板結(jié)構(gòu)圖4.2.3步進電機介紹步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,

廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的開展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。

上個世紀(jì)就出現(xiàn)了步進電動機，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，動作原理和今天的反響式步進電動機沒有什么區(qū)別，也是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在本世紀(jì)初，由于資本主義列強爭奪殖民地，造船工業(yè)開展很快，同時也使得步進電動機的技術(shù)得到了長足的進步。到了80年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進電動機的控制方式更加靈活多樣。原來的步進電機控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計電路。計算機那么通過軟件來控制步進電機，更好地挖掘出電動機的潛力。因此，用計算機控制步進電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代趨勢。步進電機和普通電動機不同之處是步進電機接受脈沖信號的控制。步進電機靠一種叫環(huán)形分配器的電子開關(guān)器件，通過功率放大器使勵磁繞組按照順序輪流接通直流電源。由于勵磁繞組在空間中按一定的規(guī)律排列，輪流和直流電源接通后，就會在空間形成一種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子步進式的轉(zhuǎn)動，隨著脈沖頻率的增高，轉(zhuǎn)速就會增大。步進電機的旋轉(zhuǎn)同時與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反響式步進電機、永磁式步進電機、混合式步進電機和單相式步進電機等。其中反響式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)階段，反響式步進電機獲得最多的應(yīng)用。步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點，步進電機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。不過步進電機在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動機。在精度不是需要特別高的場合就可以使用步進電機，步進電機可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和本錢低的特點。使用恰當(dāng)?shù)臅r候，甚至可以和直流伺服電動機性能相媲美。步進電機廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機床的制造中，因為步進電機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機床的執(zhí)行元件。早期的步進電機輸出轉(zhuǎn)矩比較小，無法滿足需要，在使用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達(dá)。隨著步進電動機技術(shù)的開展，步進電動機已經(jīng)能夠單獨在系統(tǒng)上進行使用，成為了不可替代的執(zhí)行元件。比方步進電動機用作數(shù)控銑床進給伺服機構(gòu)的驅(qū)動電動機，在這個應(yīng)用中，步進電動機可以同時完成兩個工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。步進電機也可以作為數(shù)控蝸桿砂輪磨邊機同步系統(tǒng)的驅(qū)動電動機。除了在數(shù)控機床上的應(yīng)用，步進電機也可以并用在其他的機械上，比方作為自動送料機中的馬達(dá)，作為通用的軟盤驅(qū)動器的馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機和繪圖儀中。步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的開展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用該課題選擇的步進電機型號為：SH-2034M4.2.4步進電機的改裝引線是通過步進電機牽引的，對它的結(jié)構(gòu)進行一些改裝，讓它同時帶動2排引線，這樣不僅能夠保證引線的同時同步輸送，增加了生產(chǎn)精度和效率，并且對生產(chǎn)本錢根本不造成影響。原步進電機的結(jié)構(gòu)圖如下列圖4-5：圖4-5原步進電機的結(jié)構(gòu)圖改成雙線上料結(jié)構(gòu)之后，步進電機的結(jié)構(gòu)圖如圖4-6：圖4-6改良后的步進電機結(jié)構(gòu)圖改良后的結(jié)構(gòu)加長了主軸，就可以用一根軸同時帶動2個導(dǎo)向輪運動，實現(xiàn)引線的雙線同時切割，可以大大提高精度和生產(chǎn)效率。4.3引線切斷裝置具體結(jié)構(gòu)設(shè)計具體結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)單排上料改成雙排上料之后，對切斷裝置也要做出改良，采用一個氣缸，帶動雙排切刀對2排引線同時進行切割，這樣以保證精度的需要。原來的切斷裝置是單線切割，即用一個支座將氣缸固定在它的上面，氣缸的推桿連接切刀，靠氣缸的往復(fù)運動來實現(xiàn)對引線的切割的。而改良后的切斷裝置，其切割原理是相同的，但具體結(jié)構(gòu)發(fā)生了一些變化。原來的切斷裝置結(jié)構(gòu)圖如圖4-7：圖4-7原切割裝置結(jié)構(gòu)圖〔主視圖和左視圖〕改裝后的切割裝置結(jié)構(gòu)圖4-8：從圖上可以看到，在兩根支架架起的橫板上，固定了一個氣缸。兩個刀具固定在另一個橫板上，這個橫板也是支撐在支架上的，并且和支架之間安裝有軸承，可以產(chǎn)生相對滑動，兩個橫板通過氣缸的推桿相連，這樣，當(dāng)氣缸的推桿上下運動時，就可帶動刀具進行切割，實現(xiàn)雙線同時切割。圖4-8改裝后的切割裝置3視圖氣缸的選擇一、為什么選用氣動控制系統(tǒng)常見傳動裝置有,電機拖動，液壓傳動和氣壓傳動。相比之其他系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點[7]：空氣隨處可取，取之不盡，節(jié)省了購置，儲存，運輸介質(zhì)的費用和麻煩，用后的空氣直接排入大氣，對環(huán)境無污染，處理方便，無須設(shè)置回收管路；空氣黏度小〔約為液壓油的萬分之一〕，在管內(nèi)流動阻力小，壓力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送，即使有泄露，也不會象液壓油一樣污染環(huán)境；與液壓相比，氣動反響快，動作迅速，維護簡單，管路不易堵塞；氣動系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)性好，在惡劣的環(huán)境下工作，氣壓系統(tǒng)平安可靠性均優(yōu)于液壓；空氣具有可壓縮性，使氣動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動保護，也便于儲氣罐儲存氣體，以被急需；排氣時氣體因膨脹而溫度降低，因而氣動設(shè)備可以自動降溫，長期運行也不會發(fā)生類似與電機拖動系統(tǒng)的過熱現(xiàn)象；在本系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)中動作簡單，氣缸完全可以勝任，無需要使用運行本錢較高的電機；二、氣動系統(tǒng)的簡介(1)定位夾緊回路：圖4-9為定位夾緊回路氣動圖。圖4-9定位夾緊回路當(dāng)工件送達(dá)以后，碰下行程開關(guān)1，主閥3切換，氣缸活塞右行，當(dāng)工件碰下行程開關(guān)2時，主閥3復(fù)位，氣缸活塞自動返回，氣缸的伸縮是通過主閥的氣體流向來控制的，下列圖4-10是簡單的氣缸原理圖，不難看出氣缸的伸縮動作的實現(xiàn)；圖4-10普通緩沖氣缸

其中：1—活塞桿；2—活塞；3—緩沖柱塞；

4—節(jié)流閥；5—進，排氣孔；6—單向閥；7—端蓋(2)在夾緊前，為了減少沖擊，氣缸需要減速，氣動執(zhí)行元件的運動速度是通過氣體流量來控制的，而氣體的流量是通過改變流量控制閥的流通面積來實現(xiàn)的，節(jié)流閥是常用的流量控制閥，我們采用排氣節(jié)流的方法，圖4-11為出氣節(jié)流閥圖4-11節(jié)流閥氣流經(jīng)P口輸入，流過節(jié)流口的節(jié)流作用后經(jīng)A口輸出，節(jié)流口的流通面積與閥芯位移量之間有一定的函數(shù)關(guān)系，通過控制出氣量可以精確控制速度；三、氣源裝置和輔助系統(tǒng)設(shè)計(1)氣源裝置：圖4-12所示

圖4-12活塞式空壓機工作原理圖

其中：1—排氣閥；2—氣缸；3—活塞；4—活塞桿；

5，6—滑塊與滑道；7—連桿；8—曲柄；9—吸氣閥；10—彈簧氣源使用空氣壓縮機，上圖是活塞式空壓機工作原理圖，氣缸2左腔的壓力低于大氣壓力P0，吸氣閥9翻開，空氣在大氣壓力作用下進入氣缸2左腔，此過程稱為吸氣過程；當(dāng)活塞3向左移動時，吸氣閥9在氣缸2左腔內(nèi)壓縮氣體，此過程成為壓縮過程，當(dāng)氣缸左腔內(nèi)氣壓力增高到略大于輸出管路內(nèi)氣壓力P以后，排氣閥1翻開，壓縮空氣排入輸氣管道，此過程稱為排氣過程，活塞3的往復(fù)運動是有電動機〔或內(nèi)燃機〕帶動曲柄8裝動，通過連桿7，滑塊5，活塞桿4轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運動而產(chǎn)生的[8]。(2)輔助裝置由空氣壓縮機排出的壓縮空氣雖然可以滿足氣動系統(tǒng)工作時的壓力和流量要求，但是溫度高，并且含有汽化的潤滑油，水蒸氣和灰塵等污染物，因此需要將排出的氣體經(jīng)過冷卻器將溫度降到40-50℃，使高溫汽化的油份和水份凝結(jié)出來，然后通過油水別離器，將冷凝出的油滴和水滴雜質(zhì)等從壓縮空氣中別離，然后使用枯燥器來吸收，排除壓縮空氣中的水份，油份等，然后經(jīng)過過濾器過濾除去壓縮空氣中的灰塵顆粒雜質(zhì)。四、氣缸選擇的注意點(1)氣缸活塞桿的推力F1和拉力F2，其中D，d分別為氣缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑(m)，p為氣缸的工作壓力(Pa)，η為負(fù)載率公式〔4-1〕

公式〔4-2〕(2)氣缸內(nèi)徑D，活塞桿直徑d的計算可以由上面兩個公式推導(dǎo)(3)一般氣缸筒壁厚δ與缸徑D之比小于1/10〔δ/D≤1/10〕：公式〔4-3〕公式〔4-4〕(4)一個往復(fù)行程的壓縮空氣耗氣量q的計算：公式〔4-5〕(5)氣缸作用力的大小根據(jù)工作機構(gòu)所需要力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力，由此來選擇氣缸時應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量，假設(shè)缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常的工作，但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重，本錢高，同時耗氣量增大，造成資源浪費，在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采用增力機構(gòu)，以減少氣缸的尺寸下面是氣缸理論輸出力的計算公式：

公式〔4-6〕

F：氣缸理論輸出力(kgf)

D：氣缸缸徑

P：工作壓力(kgf/cm2)(6)氣缸行程的長短氣缸的行程與使用場合和機構(gòu)的行程比有關(guān)，不同的安裝形式其氣缸的行程比不同，在工程設(shè)計中，先由作用力的大小選擇出氣缸缸徑，再根據(jù)使用場合的實際行程來驗算一下活塞桿的強度是否產(chǎn)生縱向彎曲。(7)活塞的運動速度 活塞的運動速度和氣源的壓力，負(fù)載，摩擦力，進排氣管接頭通徑等有密切關(guān)系，其中，以排氣速度影響最大，如果要求活塞桿高速運動時，應(yīng)選用內(nèi)徑較大的進排氣口及導(dǎo)管，通常為了得到緩慢的，平穩(wěn)的活塞桿運動速度，可選用帶節(jié)流閥的氣缸，節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速的調(diào)節(jié)方法有：(1)當(dāng)水平放置的氣缸去推負(fù)載時，推薦用排氣節(jié)流；如果用垂直安裝的氣缸舉升重物時，那么推薦用進氣節(jié)流，當(dāng)要求行程終點活塞桿平衡時，那么選用帶緩沖裝置的氣缸。(8)安裝形式的選擇由安裝位置，使用目的等因素決定，在一般場合下，多用固定式氣缸，在需要隨同工作機構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時〔車床，磨床〕應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在除要求活塞桿做直線運動外，又要求缸作較大的圓弧擺動時，那么選用軸銷式氣缸，僅需要在90°或180°之內(nèi)作往復(fù)擺動時，應(yīng)選用單葉片或雙葉片擺動氣缸，另有特殊要求，應(yīng)選用相適應(yīng)的特種氣缸和組合式氣缸。五、氣缸選型(1)計算氣缸推力計算下橫板的總體積：V=35××8+3×3×2.5(cm3)計算下橫板的質(zhì)量：m=(35××8+3×3×2.5)×10-3(kg)粗略計算下橫板的重力:G=(35××8+3×3×2.5)×10-3×粗略估計刀具切割引線瞬間需要10N的力粗略估計支架上彈簧的最大彈力為10N，那么氣缸要求的推力約為F=〕×2=N?？紤]留下一局部余量，所以取F=35N。(2)確定氣缸型號氣缸必須克服35N的力。標(biāo)準(zhǔn)氣缸CM2系列的最高使用壓強為15kgf/cm，保持最高壓強為kgf/cm。市面上提供的最常用的氣體壓強為4個大氣壓〔4kgf/cm〕，與外界大氣壓的壓強差為3kgf/cm。設(shè)氣缸的缸徑為D那么有：3×Pi×(D2)×=35N〔根據(jù)公式〔4-6〕〕計算出D=cm=mm所以選擇缸徑為40mm的氣根據(jù)圖紙計算出切刀大約需要98mm的運動距離，所以取標(biāo)準(zhǔn)行程為100mm的氣缸。所以確定氣缸的具體型號為：CM2B40-1004.4系統(tǒng)工裝及換位機構(gòu)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計具體結(jié)構(gòu)設(shè)計引線切割完成后，要對引線進行卡位，以保證吸附機構(gòu)能夠順利地抓取引線，原來連接在接料板上的氣缸相關(guān)機構(gòu)需要保存。如果引線剛被切斷就用吸附機構(gòu)來吸取，這樣吸附機構(gòu)就會與切斷裝置發(fā)生碰撞，所以，引線切割完后，接料板需要一個橫向移動，這就需要一個設(shè)計一個導(dǎo)軌，用一個氣缸帶動接料板橫向移動，跟切斷裝置產(chǎn)生一定的距離，這樣當(dāng)吸附機構(gòu)來吸取引線時，才能夠保證不與切斷裝置發(fā)生碰撞。這就是系統(tǒng)工裝及換位機構(gòu)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計需要做的任務(wù)。原接料板的結(jié)構(gòu)圖如圖4-13：圖4-13原接料板的結(jié)構(gòu)圖如4-13圖所示，固定在接料板底部的氣缸推動凸臺將引線腳推到引線卡位裝置上，引線被固定。然后連接到底板的氣缸推動整個接料板向左移動，遇到定位裝置就停止移動，然后步進電機再送25只引線腳到接料板上，經(jīng)過切斷裝置的切斷，固定在接料板底部的氣缸推動凸臺再一次卡位引線，引線又被固定。然后定位裝置縮回，連接到底板的氣缸再次推動整個接料板，向左移動到引線吸附機構(gòu)的工位上，引線吸附機構(gòu)將兩條并排的引線吸走后，連接到底板的氣缸將整個接料板拉回到初始位置，接著步進電機送來25只引線腳到接料板上，不斷地重復(fù)整個過程。改裝后接料板的結(jié)構(gòu)圖如圖4-14：圖4-14改裝后接料板的結(jié)構(gòu)圖如下圖，改裝后接料板的結(jié)構(gòu)，除了引線卡位機構(gòu)沒有變化之外，其余結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化。當(dāng)切斷裝置將2根引線同時切斷后，固定在接料板底部的氣缸推動凸臺將引線腳推到引線卡位裝置上，引線就被固定。然后連接到底板的氣缸推動整個接料板沿導(dǎo)軌運動至定位裝置，接料板停止運動。下一步就是吸附裝置吸附引線的過程了。引線被吸附走以后，連接到底板的氣缸將帶動整個接料板回到接料板初始的位置，繼續(xù)重復(fù)之前的動作。新裝置的上料工序比原裝置的上料工序減少了一半，節(jié)省了大量的時間，可以大大提高生產(chǎn)效率。氣缸的選擇(1)接料板下部連接底板的氣缸選擇計算氣缸推力×35××7×(cm3)×35××7×4.7)×10-3(kg)粗略計算接料板的重力:G=m×取最大可能的滑動摩擦系數(shù)μ那么氣缸要求的推力約為××2=N考慮留下一局部余量，所以取F=5N。確定氣缸型號氣缸必須克服5N的力。標(biāo)準(zhǔn)氣缸CM2系列的最高使用壓強為15kgf/cm，保持最高壓強為9.9kgf/cm。市面上提供的最常用的氣體壓強為4個大氣壓〔4kgf/cm〕，與外界大氣壓的壓強差為3kgf/cm。設(shè)氣缸的缸徑為D那么有：3×Pi×(D2)×=5N〔根據(jù)公式〔4-6〕〕計算出D=1.46cm=1mm，所以選擇缸徑為20mm的根據(jù)圖紙計算出切刀大約需要111mm的運動距離，所以取標(biāo)準(zhǔn)行程為150mm的氣缸。所以確定氣缸的具體型號為：CM2B20-150(2)固定在接料板底部的氣缸選擇引線切割完成后，對引線進行卡位，引線卡位機構(gòu)跟原機構(gòu)相比，沒有變化，因此原來連接在接料板上的氣缸相關(guān)機構(gòu)需要保存。采用的是型號為AirTACTN16X30的汽缸，共2個。4.5系統(tǒng)總裝配圖1．系統(tǒng)總裝配圖主視圖如下列圖4-15：圖4-15系統(tǒng)總裝配圖主視圖2．系統(tǒng)總裝配關(guān)系圖俯視圖如下列圖4-16：圖4-16系統(tǒng)總裝配圖俯視圖第5章控制系統(tǒng)簡介5.1電氣控制系統(tǒng)由于該生產(chǎn)線動作機構(gòu)較多，設(shè)計中采用中央處理器統(tǒng)一控制、指揮及協(xié)調(diào)各機構(gòu)動作及零件傳送。結(jié)構(gòu)上采用集散控制。集散控制是集中監(jiān)督管理和分散控制的計算機管理控制，極為適合現(xiàn)代工業(yè)控制的要求。這種控制系統(tǒng)具有可靠性高，實時性好，控制功能強，系統(tǒng)構(gòu)造方便等優(yōu)點。它既能夠?qū)崿F(xiàn)集中操作、集中監(jiān)視、集中管理，又能夠使控制負(fù)荷、控制功能和控制危險等相對分散，使層次清楚。各功能塊之間依靠電氣控制進行嚴(yán)密的協(xié)調(diào)與互鎖，到達(dá)全線自動循環(huán)裝配作業(yè)。本生產(chǎn)線用于工廠，為保證電氣系統(tǒng)具有高可靠性和穩(wěn)定性以及便于管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用上下位機的控制方式，上下位機通過通訊模塊連接，各個裝配機構(gòu)的動作由上下位機統(tǒng)一控制，由此構(gòu)成“監(jiān)控級/主控級/執(zhí)行級〞三級控制結(jié)構(gòu)。1、監(jiān)控級——該級配置一臺功能強大的臺式計算機PG760，與通常的AT/MicroDOS/WindowsPC機兼容。PG760有集成的MPI接口。配置STEP7編程軟件包可作為編程設(shè)備使用。使用PG760及AT/MicroDOS/WindowsPC機通常還要配置WINCC等軟件包作為監(jiān)控操作站使用。為簡便起見，本生產(chǎn)線的監(jiān)控計算機和PLC的連接采用RS232C接口。該計算機負(fù)責(zé)監(jiān)控自動裝配線的作業(yè)情況，處理和報告各種作業(yè)的報表。另外，還要實現(xiàn)畫而監(jiān)視、操作信息存儲處理與報告。2、主控級——PLC，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)配合各個機構(gòu)的動作，接收傳感器信號，發(fā)送各種控制信息，向監(jiān)控級提供各種作業(yè)數(shù)據(jù)，由中小型PLCS7-300和分布式I/O模塊ET-200組合來實現(xiàn)。主控級PLC主要是針對裝配作業(yè)的順序控制。3、執(zhí)行級——各個裝配動作的直接執(zhí)行機構(gòu)，負(fù)責(zé)完成裝配動作，向上級發(fā)送裝配現(xiàn)場狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，接受上級控制。這樣的控制結(jié)構(gòu)的特點是系統(tǒng)的層次清楚，職能劃分清楚，可以針對本裝配線的作業(yè)要求合理地配置各種資源，使有限的資源得到充分利用。上位機采用工業(yè)控制PC機，主要功能是系統(tǒng)監(jiān)控，數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計，系統(tǒng)狀態(tài)顯示;下位機采用具有高可靠性的可編程控制器，即PLC，主要完成現(xiàn)場各種信號的采集輸入和各執(zhí)行機構(gòu)的輸出控制，各輸入輸出模塊(I/O)和控制模塊選用可靠性高，抗干擾能力強的器件和模塊。生產(chǎn)線的主要動作采用氣缸驅(qū)動，整個裝配線共采用多種氣缸。工控PLC和各控制單元的連線采用現(xiàn)場總線方式。本生產(chǎn)線引入現(xiàn)場總線主要基于下述考慮:1、本生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中連接線很多，現(xiàn)場總線能使整個系統(tǒng)接線可靠、布局合理且清晰美觀，且節(jié)約接線本錢。2、引入現(xiàn)場總線便于臨時增加設(shè)備。如果以后有生產(chǎn)線擴充或某個模塊進行技術(shù)改造的情況，不致于使整個系統(tǒng)改動太大。從本生產(chǎn)線到生產(chǎn)出電容成品還需經(jīng)過塑封、剪切等工序，這局部還未納本裝配線來解決，按廠方要求，需要對后續(xù)改造有充分考慮。3、生產(chǎn)線用于工廠生產(chǎn)，要保證較高可靠性?，F(xiàn)場總線強大的抗干擾能力可以有效降低故障率。4、便于查找故障，使調(diào)試和維修更加方便。5、使系統(tǒng)具有更可靠的數(shù)據(jù)傳輸，更快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)。各機構(gòu)的動作的控制采用功能模塊的方式，一個工位對應(yīng)一個功能模塊。主控級單元PLC指揮各個通過現(xiàn)場總線的功能模塊，進而控制整條生產(chǎn)線各個機構(gòu)的動作啟動和停止，根據(jù)各動作執(zhí)行情況，協(xié)調(diào)各功能模塊的動作。這樣劃分有利于分散設(shè)計復(fù)雜度，如果某機構(gòu)出錯可以檢查相應(yīng)控制模塊，不用在整個裝配線查找。下面是功能模塊的劃分，總共分成七塊。功能模塊1對應(yīng)上料機的引線牽引機構(gòu)，主要任務(wù)是完成對上、下引線牽引定位、放置、切斷和夾緊等動作的控制。功能模塊2對應(yīng)印錫機印錫臺，主要完成鋼網(wǎng)移動、刮刀進退及刮刀左右切換等動作的控制。功能模塊3對應(yīng)裝配臺的引線搬運機構(gòu)，該機構(gòu)完成引線從印錫臺到裝配臺的搬運。功能模塊4對應(yīng)瓷片上料機構(gòu)。主要是對瓷片上料、定位和瓷片搬運動作的控制和協(xié)調(diào)。功能模塊5對應(yīng)裝配臺，主要任務(wù)是控制瓷片上料和裝配臺的執(zhí)行動作，完成相應(yīng)夾具裝載，上、下引線的夾緊、翻轉(zhuǎn)，瓷片抓取、定位放置，夾具進入回流焊等控制。功能模塊6對應(yīng)卸料機土工位，控制執(zhí)行卸料動作，完成相應(yīng)夾具定位、夾緊，焊接后產(chǎn)品的抓取、定位放置，夾具的回傳等。功能模塊7主要是針對張緊電機和傳送帶的控制。功能模塊的劃分只是為了設(shè)計、調(diào)試、檢錯的方便，本生產(chǎn)線系統(tǒng)并不是這樣分成幾塊，而是一個整體，前后功能模塊的銜接必須協(xié)調(diào)。5.2人機界面人機界面是現(xiàn)場操作人員與生產(chǎn)線的交互平臺，操作者在此查看現(xiàn)場作業(yè)信息，并下達(dá)操作指令，現(xiàn)場數(shù)據(jù)也在人機界面顯示出來，并指示出各個裝配機構(gòu)的當(dāng)前動作狀態(tài)。中央控制單元PLC通過PROFIBUS總線收集，并響應(yīng)操作人員從上位機輸入的數(shù)據(jù)，同時通過開關(guān)量輸入模塊采集位狀態(tài)，這些位狀態(tài)包括控制而板和各開關(guān)量的輸出信號以及光電傳感器信號等。采集得到的各種位狀態(tài)信號經(jīng)S7-300PLC機進行信息處理，處理結(jié)果經(jīng)輸出模塊直接控制電磁閥、報警系統(tǒng)、氣缸等，結(jié)果數(shù)據(jù)經(jīng)PROFIBUS總線送到上位機人機界面顯示出來。生產(chǎn)線設(shè)計中采用西門子的觸摸屏TP170A基于WindowsCE操作系統(tǒng)，為SIMATICS7系列而設(shè)計，具有處理簡單程序的能力。液晶顯示為藍(lán)色STN,CCFL背光，提供320X240像素。有一鞏固的塑料外殼，加膜前而板。防護等級:前面板為IP65，后面板為IP20。采用66MHz,32位的RISC處理器。使用SIMATICProTool/Lite組態(tài)。開孔尺寸:198X142X45mm(寬X高X深)。5.3控制面板控制而板與PLC連接，主要是滿足對裝配作業(yè)的現(xiàn)場控制，如裝配動作的起動和停止、工作方式的切換等。如圖5-1控制而板布置圖所示。面板左側(cè)的旋鈕有五個選項，分別是“單周期〞、“單模塊〞、“連續(xù)〞、“手動〞和“復(fù)位〞；面板中間的六個按鈕是在單模塊方式下的子模塊動作控制按鈕，當(dāng)左側(cè)旋鈕轉(zhuǎn)至“單模塊〞時，可通過這六個按鈕獨立控制裝配線各個子模塊的動作:面板右邊幾個按鈕那么是和起動停止及復(fù)位相關(guān)的按鈕。圖5-1控制而板布置圖面板上的這些輸入信號集中對應(yīng)在PLC的～和～的地址范圍上，如:“起動〞對應(yīng),“停止〞對應(yīng),“手動〞對應(yīng),“單模塊〞對應(yīng),“單周期〞和“連續(xù)〞分別對應(yīng)和。5.4上機位監(jiān)控在工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC作為一種穩(wěn)定可靠的控制器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但它也有自身的一些缺點，即數(shù)據(jù)的計算處理與管理能力較弱，特別是不能提供應(yīng)用戶良好的人機界面。而采用上位計算機和PLC相結(jié)合的方法可以有效地解決上述問題[9]。在這里，PLC完成對系統(tǒng)的底層控制，即直接控制執(zhí)行機構(gòu)，上位計算機那么完成數(shù)據(jù)處理、信息管理等復(fù)雜的控制管理任務(wù)。通訊的實現(xiàn)就成為這種系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一?？刂葡到y(tǒng)由上位監(jiān)控計算機PG760,西門子可編程序控制器57-300、分布式I/0單元PT-200M,控制臺操作而板(西門子TP170A觸摸屏)、控制執(zhí)行機構(gòu)和通訊電纜組成，上位計算機通過RS232C與PLC通訊。連線如圖5-2硬件連接框圖所示。TP170A與PLC的通訊協(xié)議采用西門子專用通訊MPI協(xié)議，通訊電纜采用西門子專用通訊電纜。圖5-2硬件連接框圖使用CP340通訊處理器模塊是西門子57-300可編程序控制器點對點串行通訊最經(jīng)濟最方便的解決方案，它有3種小同形式的傳輸接口，即RS232(V.24)、20mA(TTY)和RS422/RS485〔X.27)，可實現(xiàn)假設(shè)干種標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，通過集成在西門子PLC編程平臺STPP7中的參數(shù)化工具進行簡單的參數(shù)設(shè)置，然后調(diào)用通訊模塊，就可以開始通訊工作了。本設(shè)計中采用ASCII傳輸協(xié)議，使PLC和上位機通過RS232C接口連接。進行通訊時，首先對串行口進行初始化，確定串行口的工作方式、設(shè)定波特率、傳輸數(shù)據(jù)長度等，然后再調(diào)用通訊模塊，進行參數(shù)設(shè)置，就可以開始數(shù)據(jù)傳輸了，所有這些工作通過STPP7可以方便簡單的完成。在STPP7環(huán)境下，從硬件窗口里翻開通訊設(shè)置窗口，按照預(yù)先規(guī)定的通訊協(xié)議和通訊參數(shù)設(shè)置即可完成串口初始化。這里，設(shè)置通訊協(xié)議為ASCII，通訊參數(shù)波特率為9600，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，無校驗位，設(shè)置完成后，從CP340的功能模塊庫里找到需要的功能塊。以發(fā)送操作為例，選擇發(fā)送數(shù)據(jù)模塊，拖入到當(dāng)前的編程土作區(qū)域，再設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)模塊的相應(yīng)參數(shù)，就可以完成發(fā)送數(shù)據(jù)的程序編制[10]。關(guān)于上位監(jiān)控計算機通訊程序的編制，本設(shè)計采用一種非常簡單的方法，即利用VB提供的ActiveX串行通訊控件MSComm實現(xiàn)串行通訊。該控件使用簡單，用戶無需深入串口編程，只需設(shè)置幾個參數(shù)就可以按查詢或中斷方式實現(xiàn)串行通訊，使通訊編程大為簡化，因此非常適合編寫Windows環(huán)境卜的串行通訊程序。MSComm控件有許多屬性，其中最主要的有:CommPort(設(shè)置并返回通訊端號)、Settings(以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗、數(shù)位、停止位)、PortOpen(設(shè)置并返回通訊端口的狀態(tài)，也可以翻開和關(guān)閉端口)、Input(從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符)、Output(向傳輸緩沖區(qū)寫一個字符串)。上位監(jiān)控計算機串行口的初始化。應(yīng)用程序在訪問串口之前，應(yīng)先對其初始化并把該通訊口翻開。在該系統(tǒng)中通訊控件MSComm的Settings屬性的與PLC端的設(shè)定一樣，為“9600，no，8，1，設(shè)置InBufferSize和OutBufferSize的值，InputMode值為1。數(shù)據(jù)收發(fā)的實現(xiàn)MSComm控件提供查詢、中斷兩種通訊方式。在裝配控制系統(tǒng)中，上位監(jiān)控計算機不僅要完成信息的收集、處理以及控制信息的發(fā)送，還要實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的實時模擬。為充分利用CPU時間，及時響應(yīng)通訊事件，保證通訊的正常連續(xù)進行，本系統(tǒng)采用中斷方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。MSComm控件提供了OnComm事件和ComUvent屬性來支持中斷處理方式。ComUvent屬性返回當(dāng)前發(fā)生的通訊事件或錯誤，該屬性在設(shè)計時不可用，運行時只讀。當(dāng)有通訊事件或錯誤發(fā)生時，MSComm通訊控件就會觸發(fā)一個OnComm事件，程序轉(zhuǎn)向執(zhí)行OnComm事件的處理過程，同時ComUvent屬性自動設(shè)置為當(dāng)前發(fā)生的通訊事件或錯誤的屬性值。這樣，就可以在OnComm事件中根據(jù)ComUvent屬性值編寫相應(yīng)的事件響應(yīng)和錯誤處理程序。上位機首先向PLC發(fā)出接收數(shù)據(jù)的指令，PLC接收到來自上位機的指令后，進行判斷，看其是否正確，如果正確，那么向上位機傳送數(shù)據(jù)(包含首尾校驗字節(jié))。否那么，PLC拒絕向上位機傳送數(shù)據(jù)。上位機接收到PLC傳來的數(shù)據(jù)后也要進行判斷正確與否，如果正確，那么接收，否那么拒絕接收。本系統(tǒng)采用的通信方法是報文校驗的方法。上位機向PLC發(fā)送格式如下的報文:起始字符數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)校驗碼結(jié)束字符約定起始字符為0,結(jié)束字符為十六進制數(shù)FF。校驗碼為報文中第二個字節(jié)與數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)各字節(jié)的異或。在接收端，PLC只有接收到計算機發(fā)送的信息后才發(fā)送數(shù)據(jù)，可將發(fā)送完成后接收到的第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)作為接收報文的開始，直到串口無接收事件時認(rèn)為報文結(jié)束。上位機作為監(jiān)控級計算機，采用XIEMENS公司為其自動化系統(tǒng)設(shè)計提供了鞏固結(jié)構(gòu)工業(yè)級工作站PG。它完成以下主要功能:1、監(jiān)視裝配線的運行作業(yè)狀態(tài)。2、統(tǒng)計、輸出打印生產(chǎn)報表。3、對主控PLC進行控制指令傳達(dá)。監(jiān)控級計算機的串口通過RS232和CP340轉(zhuǎn)接單元使上位計算機連接到S7-300PLC上，從而間接實現(xiàn)和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的連接，構(gòu)成一個智能通信連接方式，上位監(jiān)控計算機通過通信接口可以讀寫S7-300PLC中的全部繼電器、數(shù)據(jù)存放器和程序存儲器的內(nèi)容，從而實時地從S7-300PLC讀取自動裝配線的運行狀態(tài)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)等信息，把這些運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)整理后，分別反映到動態(tài)監(jiān)視畫而窗口和數(shù)據(jù)報表窗口。如圖5-3實時監(jiān)控程序框圖所示。圖5-3實時監(jiān)控程序框圖監(jiān)控計算機從PLC控制器收集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過分類整理，生成日、月、年生產(chǎn)管理報表。報表中包含生產(chǎn)情況的規(guī)格，產(chǎn)量，還包含自動裝配線的運行情況。以供設(shè)各管理人員進行分析與處理。5.5現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線是當(dāng)前自動化領(lǐng)域的熱點之一，它以開放的、獨立的、全數(shù)字化的雙向多變量通信代替0～10mA或4～20mA現(xiàn)場信號?，F(xiàn)場總線I/O集檢測、數(shù)據(jù)處理和通信為一體，不需要框架、機柜，可以直接安裝在現(xiàn)場導(dǎo)軌槽上，它的I/O接線極為簡單，只需一根電纜，從主機開始，沿數(shù)據(jù)鏈從一個現(xiàn)場總線I/O連接到下一個現(xiàn)場總線I/O。使用現(xiàn)場總線后，自控系統(tǒng)的配線、安裝、調(diào)試及維護等方而的費用只需原來的1/3左右。使用現(xiàn)場總線后操作人員可以在中央控制室實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，對現(xiàn)場設(shè)備進行參數(shù)調(diào)整，還可以通過現(xiàn)場設(shè)各的自診斷功能預(yù)測和尋找故障點[11]。PROFIBUS(ProcessFieldBus)是德國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。是一種開放式總線標(biāo)準(zhǔn)，采用PROFIBUS的系統(tǒng)，對于不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備，不需要對接口進行特別的處理和轉(zhuǎn)換就可以通信。PROFIBUS連接的系統(tǒng)由主站和從站組成，主站能控制總線，可以主動發(fā)送信息。從站通常為傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動器，它們可以接收信號并給子響應(yīng)，但沒有控制總線的權(quán)力。當(dāng)主站發(fā)出請求時，從站回送給主站相應(yīng)的信息。PROFIBUS分3個系列:PROFIBUS-DP用于分散的外部設(shè)備和自動控制設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸:PROFIBUS-FMS適用于一般自動化的中速數(shù)據(jù)傳輸；PROFIBUS-PA用于過程自動化的低速數(shù)據(jù)傳輸。本生產(chǎn)線系統(tǒng)用到的是PROFIBUS-DP(DP是DistributedPeriphery的縮寫，分布式外圍設(shè)備)。采用主從方式，主設(shè)備為單一的西門子PLC，從設(shè)備為分布式I/O模塊FT-200。如圖5-4現(xiàn)場總線系統(tǒng)配置示意圖所示。圖5-4現(xiàn)場總線系統(tǒng)配置示意圖使用PROFIBUS系統(tǒng)，在系統(tǒng)啟動前先要對系統(tǒng)及各站點進行配置和參數(shù)化工作。完成此項土作的支持軟件是SIMATICS7，其主要設(shè)備的所有PROFIBUS通信功能都集成在STEP7編程軟件中。使用這種軟件可完成PROFIBUS系統(tǒng)及各站點的配置。由于現(xiàn)場總線采用數(shù)字信號通訊，可以有效提高系統(tǒng)的控制精度。主控制器可以獲取更多的設(shè)備信息，更好的滿足控制系統(tǒng)信息集成的要求。從而使系統(tǒng)具有可靠的數(shù)據(jù)傳輸，快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)，強大的抗干擾能力。另外，現(xiàn)場總線自動診斷和顯示故障位置，包括總線節(jié)點的通訊故障、電源故障診斷，以及現(xiàn)場裝置和連接件的斷路、短路故障診斷，從而迅速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各種故障位置和狀態(tài)。現(xiàn)場總線使系統(tǒng)設(shè)計，調(diào)試，擴展更加靈活方便?？梢愿鶕?jù)需要，將系統(tǒng)分為幾個局部分別進行調(diào)試。在進行復(fù)雜故障的排除中也可以采用同樣的方法。這在采用現(xiàn)場總線技術(shù)以前是做不到的。在傳輸介質(zhì)方面和總線接口的選擇方面，PROFIBUS對小同的傳輸技術(shù)定義了唯一的介質(zhì)存取協(xié)議。本設(shè)計中的通訊傳輸采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，這是PROFIBUS使用廣泛的串行接口總線，現(xiàn)場總線技術(shù)以前是做不到的。在傳輸介質(zhì)方面和總線接口的選擇方面，PROFIBUS對小同的傳輸技術(shù)定義了唯一的介質(zhì)存取協(xié)議。本設(shè)計中的通訊傳輸采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，這是PROFIBUS使用廣泛的串行接口總線，其根本特點如下表6-1RS485傳輸?shù)母咎匦运尽１?-1RS485傳輸?shù)母咎匦詡鬏斀橘|(zhì)屏蔽雙絞線站點數(shù)每段最多32個站，加中繼器可擴展至126個連接器對工P20，用9針D形連接器傳輸速率9.6K～12Mbit/s電纜最大長度100～1200m各個控制站采取分布式工I/O方式進行設(shè)計。采用分布式I/O可以實現(xiàn)短距離接線，減少了系統(tǒng)的線纜的敷設(shè)，減少系統(tǒng)故障的發(fā)生，易于檢修和維護。主控制器能夠監(jiān)測現(xiàn)場裝配設(shè)各，以此為依據(jù)，可以自動地對設(shè)各進行相應(yīng)控制。并且可以進行聲光報警。以PROFIBUS為根底，由SIFMFNS的57-300系列PLC的CPU313-2DP及分布式I/O接口模塊組成分布式控制網(wǎng)絡(luò)。用PROFIBUS總線連接各從站到控制中心，在控制中心設(shè)置監(jiān)控效勞器作為控制網(wǎng)絡(luò)的主工作站。由于動作復(fù)雜，相應(yīng)的檢測和控制信號繁多，設(shè)計中使用57-300PLC及分布式I/O模塊FT200M組成集散結(jié)構(gòu)。工控機監(jiān)控生產(chǎn)過程控制，操作人員可以實現(xiàn)就地控制。用PROFIBUS連接所有的從工作站，所有的總線，屏蔽層連接在一起，在一端防雷接地。在總線結(jié)構(gòu)上我們采用了各個控制站點之間的隔離，解決了總線的脆弱性，充分保證各個站點的相互獨立性，以提高系統(tǒng)的可靠性。第6章結(jié)論6.1該課題的創(chuàng)新點本課題的創(chuàng)新點主要就在于把機構(gòu)的單線上料改成雙線上料，便于雙線同時運輸，同時切割，使上料所用時間減少了將近一半。6.2個人體會畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一個綜合檢測。本設(shè)計是我在電子科技大學(xué)學(xué)習(xí)期間，通過對各門根底學(xué)科和專業(yè)理論知識系統(tǒng)學(xué)習(xí)、理解并實踐后，在指導(dǎo)老師的輔導(dǎo)下，經(jīng)過近四個月的探索，一步步建立并完善起來的。設(shè)計過程中，曾經(jīng)走了一些彎路，做了很多無用功，但是卻積累了珍貴的經(jīng)驗。通過這次設(shè)計，我學(xué)會了怎樣去查詢資料，學(xué)會了獨立思考和鉆研問題。我根本掌握了AutoCAD2006軟件，并對機械設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計和機械原理有了更深的了解，積累了一些珍貴的設(shè)計經(jīng)驗。經(jīng)過我的