第4章加工單元的原理、安裝與調(diào)試

自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)原理、安裝與調(diào)試加工單元的原理、安裝與調(diào)試

加工單元可以模擬鉆孔加工及鉆孔質(zhì)量檢測(cè)的過(guò)程，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模擬物流傳送的過(guò)程。試根據(jù)該單元的工作要求完成安裝及PLC控制。1、掌握常見(jiàn)傳感器的原理及應(yīng)用。2、熟悉氣動(dòng)相關(guān)知識(shí)及氣動(dòng)回路。3、能夠根據(jù)裝配圖對(duì)本單元進(jìn)行裝配。4、能夠根據(jù)控制要求完成該單元的PLC控制。⑴加工單元的結(jié)構(gòu)組成加工單元主要組成機(jī)構(gòu)有：旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊、鉆孔模塊、鉆孔檢測(cè)模塊等。圖4-1加工單元的實(shí)物全貌①旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊

旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊主要由旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、工作臺(tái)固定底盤(pán)、定速比直流電動(dòng)機(jī)、定位塊、電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器、漫反射式光電傳感器、支架等組成。在轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)上有四個(gè)工位，用于存放工件。在每個(gè)工位的下面都有一個(gè)圓孔，用于光電傳感器對(duì)工件的識(shí)別。電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器用于判斷工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置,以便于進(jìn)行定位控制。②鉆孔模塊

鉆孔模塊主要由鉆孔氣缸、鉆孔電機(jī)、夾緊氣缸等組成。鉆孔模塊用于實(shí)現(xiàn)鉆孔加工過(guò)程。在鉆孔氣缸的兩端、夾緊氣缸的兩端都安裝有磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，分別用于判斷兩個(gè)氣缸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置。③檢測(cè)模塊檢測(cè)模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔加工結(jié)果的模擬檢測(cè)過(guò)程。檢測(cè)模塊主要由檢測(cè)氣缸、檢測(cè)氣缸固定架、檢測(cè)模塊支架及磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)組成。④繼電器繼電器K1、K2，分別用于控制鉆孔電機(jī)和工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。⑵傳感器的技術(shù)術(shù)語(yǔ)與指標(biāo)①技術(shù)術(shù)語(yǔ)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的概念沿用了機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的名稱(chēng)，在功能上與機(jī)械觸點(diǎn)類(lèi)似，即接通或斷開(kāi)電信號(hào)。常開(kāi)觸點(diǎn)在常態(tài)下，即在沒(méi)有物體接近的時(shí)候，傳感器的輸出呈截止?fàn)顟B(tài)，輸出為低電平（“0”電平）常閉觸點(diǎn)在常態(tài)下，即在沒(méi)有物體接近的時(shí)候，傳感器的輸出呈導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)于正邏輯輸出型傳感器輸出為“1”電平，對(duì)于負(fù)邏輯型傳感器則輸出為“-1”電平。正邏輯輸出接近開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，信號(hào)輸出端輸出為高電平。負(fù)載須接在信號(hào)輸出端與電源負(fù)極之間。廠(chǎng)家一般稱(chēng)此種輸出為PNP型輸出。負(fù)邏輯輸出接近開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，信號(hào)輸出端輸出為低電平。負(fù)載須接在信號(hào)輸出端與電源正極之間。廠(chǎng)家一般稱(chēng)此種輸出為NPN型輸出。②主要技術(shù)指標(biāo)動(dòng)作距離也稱(chēng)開(kāi)關(guān)距離，在檢測(cè)狀態(tài)下，當(dāng)被測(cè)物體在移向接近開(kāi)關(guān)的過(guò)程中并引起接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，測(cè)得的被測(cè)物體的檢測(cè)面與接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面之間的距離。復(fù)位距離在檢測(cè)狀態(tài)下被測(cè)物體逐漸遠(yuǎn)離接近開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，當(dāng)接近開(kāi)關(guān)由動(dòng)作狀態(tài)復(fù)位到常態(tài)時(shí)，測(cè)得的被測(cè)物體的檢測(cè)面與接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面之間的距離。額定動(dòng)作距離又稱(chēng)為額定開(kāi)關(guān)距離，是接近開(kāi)關(guān)能夠穩(wěn)定達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作距離，它是產(chǎn)品出廠(chǎng)時(shí)的標(biāo)稱(chēng)值。設(shè)定距離在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)定的接近開(kāi)關(guān)的實(shí)際檢測(cè)距離。一般調(diào)整為額定動(dòng)作距離的0.8倍?；夭钪祫?dòng)作距離與復(fù)位距離之間的絕對(duì)值。重復(fù)定位精度連續(xù)測(cè)量10次動(dòng)作距離，其中最大值與最小值之差即為重復(fù)定位精度。最大開(kāi)關(guān)頻率接近開(kāi)關(guān)每秒可動(dòng)作的最高次數(shù)。最大開(kāi)關(guān)電源接近開(kāi)關(guān)“觸點(diǎn)“允許通過(guò)的最大電流。工作電壓能夠保證接近開(kāi)關(guān)正常工作的電壓范圍。③接線(xiàn)形式傳感器的常用輸出形式有NPN二線(xiàn)、NPN三線(xiàn)、NPN四線(xiàn)、PNP二線(xiàn)、PNP三線(xiàn)、PNP四線(xiàn)、AC三線(xiàn)、AC五線(xiàn)、直流NPN、PNP、常開(kāi)、常閉等多種。傳感器的接線(xiàn)形式如表3-1所示。

表3-1傳感器的接線(xiàn)形式⑶電容式傳感器①電容式傳感器的符號(hào)②使用注意事項(xiàng)1）當(dāng)檢測(cè)物體為非金屬時(shí)，要減小檢測(cè)距離。2）電容式傳感器的接通時(shí)間為50ms，當(dāng)負(fù)載和傳感器采用不同電源時(shí)，務(wù)必先接通電容式傳感器的電源。3）當(dāng)使用感性負(fù)載時(shí)，其瞬態(tài)沖擊電流過(guò)大，會(huì)損壞或劣化交流二線(xiàn)的電容式傳感器，這時(shí)需要經(jīng)過(guò)交流繼電器作為負(fù)載來(lái)轉(zhuǎn)換使用。4）勿將電容式傳感器置于磁通密度大于等于0.02T的直流磁場(chǎng)環(huán)境下使用以免造成誤動(dòng)作。5）避免電容式傳感器在化學(xué)溶劑，尤其是強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的環(huán)境下使用。6）電容式傳感器極板之間的空氣隙很小，存在介質(zhì)被擊穿的危險(xiǎn)，通常在兩極板間加云母片避免空氣隙被擊穿。7）電容式傳感器的電容值均很小，一般在皮法（F）級(jí)，連線(xiàn)時(shí)應(yīng)采用分布電容極小的高頻電纜。⑴氣動(dòng)控制元件在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，氣動(dòng)控制元件是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和方向的重要控制閥，利用它們組成各種氣動(dòng)控制回路，以保證氣動(dòng)執(zhí)行元件（如氣缸、氣馬達(dá)等）按設(shè)計(jì)的程序正常地進(jìn)行工作。氣動(dòng)控制元件按功能和用途可分為流量控制閥（或稱(chēng)流量調(diào)節(jié)閥）、方向控制閥和壓力控制閥（或稱(chēng)壓力調(diào)節(jié)閥）三大類(lèi)。①壓力控制閥在氣動(dòng)系統(tǒng)中，一般由空壓機(jī)先將空氣壓縮，存儲(chǔ)在貯氣罐內(nèi)，然后經(jīng)管路輸送給各個(gè)氣動(dòng)裝置使用。而貯氣罐的空氣壓力往往比各臺(tái)設(shè)備實(shí)際所需要的壓力高些，同時(shí)其壓力波動(dòng)值也較大。因此需要將其壓力減到每臺(tái)裝置所需的壓力，并使減壓后的壓力穩(wěn)定在所需壓力值上。壓力控制閥就是用來(lái)控制氣動(dòng)系統(tǒng)中壓縮空氣的壓力，用于滿(mǎn)足各種壓力需求或節(jié)能。壓力控制閥有減壓閥、安全閥（溢流閥）和順序閥三種。減壓閥又稱(chēng)調(diào)壓閥，是將供氣氣源壓力減到每臺(tái)裝置所需要的壓力，并保證減壓后壓力值穩(wěn)定。順序閥是依靠氣路中壓力的作用來(lái)控制執(zhí)行元件按順序動(dòng)作的一種壓力控制閥，順序閥一般很少單獨(dú)使用，往往與單向閥配合在一起，構(gòu)成單向順序閥。安全閥又稱(chēng)溢流閥，在系統(tǒng)中起安全保護(hù)作用。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，安全閥打開(kāi)，將系統(tǒng)中的一部分氣體排入大氣，使系統(tǒng)壓力不超過(guò)允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過(guò)高而發(fā)生事故。②流量控制閥通過(guò)改變閥的通流截面積來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制閥，它包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥和排氣節(jié)流閥等。1）節(jié)流閥節(jié)流閥是將空氣的流通截面縮小以增加氣體的流通阻力，從而降低氣體的壓力和流量。結(jié)構(gòu)原理如圖所示。2）單向節(jié)流閥單向節(jié)流閥是單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的組合控制閥，如圖所示，介紹原理3）節(jié)流閥的調(diào)節(jié)圖示為雙作用氣缸安裝限出型節(jié)流閥的連接和調(diào)節(jié)示意圖。當(dāng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥A時(shí)，用以調(diào)整氣缸的伸出速度；調(diào)節(jié)節(jié)流閥B時(shí)，用以調(diào)節(jié)氣缸的縮回速度。圖節(jié)流閥連接和調(diào)整示意圖③方向控制閥方向控制閥是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中通過(guò)改變壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣流的通斷，來(lái)控制執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止及運(yùn)動(dòng)方向的氣動(dòng)元件。1）方向控制閥的分類(lèi)根據(jù)方向控制閥的功能、控制方式、結(jié)構(gòu)方式、閥內(nèi)氣流的方向及密封形式等，可將方向控制閥分為幾類(lèi)?！癜礆饬髟陂y內(nèi)的流通方向按氣流在閥內(nèi)的流通方向分為單向型控制閥和雙向型控制閥。單向型控制閥只允許氣流沿一個(gè)方向流動(dòng)，如單向閥、梭閥、雙壓閥和快速排氣閥等。雙向型控制閥可以改變氣流流通的方向，如電磁換向閥和氣控?fù)Q向閥?！癜凑臻y的控制方式表2-1方向控制閥的控制方式及符號(hào)人力控制換向閥是依靠人為操作使閥換向的，簡(jiǎn)稱(chēng)為人控閥。人控閥主要分為手動(dòng)閥和腳踏閥兩大類(lèi)。機(jī)械控制換向閥是利用凸輪、撞塊或其他機(jī)械外力操縱閥桿使閥換向的，簡(jiǎn)稱(chēng)為機(jī)控閥。這種閥常用作信號(hào)閥使用。氣壓控制換向閥是利用氣體壓力操縱閥桿使閥換向的，改變輸出狀態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)為氣控閥。氣控閥按照控制方式可分為加壓控制、卸壓控制和延時(shí)控制等。這種閥在易燃、易爆、潮濕、粉塵大的工作環(huán)境中安全可靠。電磁控制換向閥是利用線(xiàn)圈通電產(chǎn)生電磁吸力使閥切換，以改變氣流方向的閥，簡(jiǎn)稱(chēng)為電磁閥。電磁閥易于實(shí)現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，應(yīng)用廣泛?！癜凑臻y的氣路端口數(shù)量分控制閥的氣路端口分為輸入口（P）、輸出口（A或B）和排氣口（R或O）。按切換氣路端口的數(shù)目分為二通閥、三通閥、四通閥和五通閥等。表2-2為換向閥的氣路端口數(shù)和符號(hào)。表2-2換向閥的氣路端口數(shù)和符號(hào)二通閥有2個(gè)口，即1個(gè)輸入口(P)，1個(gè)輸出口(A)。三通閥有3個(gè)口，除P、A口外，增加了1個(gè)排氣口（用字母R表示）。三通閥既可以是2個(gè)輸入口和1個(gè)輸出口，也可以是1個(gè)輸入口和2個(gè)排氣口。四通閥有4個(gè)口，除P、A、R口外，還有1個(gè)輸出口（用B表示），通路為,或。五通閥有5個(gè)口，除P、A、R、B外，還有2個(gè)排氣口（用R、S或O1、O2表示），通路為或。二通閥和三通閥有常通型和常斷型之分。常通型指閥的控制口未加控制信號(hào)（零位）時(shí)，P口和A口相通。反之，常斷型在零位時(shí)P口和A口相斷。控制閥的氣路端口還可以用數(shù)字表示，表2-3是兩種表示方法的比較。氣路端口字母表示數(shù)字表示氣路端口字母表示數(shù)字表示輸入口P1排氣口R5輸出口B2輸出信號(hào)清零(Z)(10)排氣口S3控制口（1、2口接通）Y12輸出口A(yíng)4控制口（3、4口接通）Z14表2-3數(shù)字和字母表示方法的比較●按閥芯的工作位置數(shù)分閥芯的切換工作位置簡(jiǎn)稱(chēng)為“位”，閥芯有幾個(gè)工作位置就稱(chēng)為幾位閥。根據(jù)閥芯在不同的工作位置，實(shí)現(xiàn)氣路的通或斷。閥芯按照可切換的位置數(shù)量分為二位閥、三位閥。有2個(gè)通口的二位閥稱(chēng)為二位二通閥，通常表示為2/2閥，前者表示通口數(shù)，后者表示工作位置。有3個(gè)通口的二位閥稱(chēng)為二位三通閥，表示為3/2閥。常用的還有二位五通閥，常表示為5/2閥，它可用于推動(dòng)雙作用氣缸的回路中。三位閥當(dāng)閥芯處于中間位置時(shí)，各通口呈關(guān)斷狀態(tài)，則稱(chēng)為中位封閉式；若出氣口全部與排氣口相通，則稱(chēng)為中位卸壓式；若輸出口都與輸入口相通，則稱(chēng)為中位加壓式。常見(jiàn)的換向閥的符號(hào)見(jiàn)表2-4，一個(gè)方塊代表一個(gè)動(dòng)作位置，方塊內(nèi)的箭頭表示氣流的方向（T代表不通的口），各動(dòng)作位置中進(jìn)氣與出氣口的總和為口數(shù)。表2-4常見(jiàn)換向閥的符號(hào)

按閥芯結(jié)構(gòu)分按閥芯的結(jié)構(gòu)分為截止式、滑柱式和同軸截止式。按閥的連接方式分按閥的連接方式分為管式連接、板式連接、集成式連接、法蘭式連接。2）單向型方向控制閥單向型方向控制閥只允許氣流沿著一個(gè)方向流動(dòng)。它主要包括單向閥、梭閥、雙壓閥和快速排氣閥等。單向閥是氣流只能一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)的方向控制閥，結(jié)構(gòu)原理及符號(hào)如圖2-22所示。利用彈簧將閥芯頂在閥座上。當(dāng)壓縮空氣從1口進(jìn)入，克服彈簧力和摩擦力使單向閥閥口開(kāi)啟，壓縮空氣從1口流至2口；當(dāng)1口無(wú)壓縮空氣時(shí)，在彈簧力和2口余氣力作用下，閥口處于關(guān)閉狀態(tài)，使從2口至1口氣流不通。單向閥應(yīng)用于不允許氣流反向流動(dòng)的場(chǎng)合，如空壓機(jī)向氣罐充氣時(shí)，在空壓機(jī)與氣罐之間設(shè)置單向閥，當(dāng)空壓機(jī)停止工作時(shí)，可防止氣罐中的壓縮空氣回流到空壓機(jī)。單向閥還常與節(jié)流閥、順序閥等組合成單向節(jié)流閥、單向順序閥使用。3）電磁閥電磁控制換向閥簡(jiǎn)稱(chēng)為電磁閥，是氣動(dòng)控制元件中最主要的元件，其品種繁多，種類(lèi)各異，按操作方式分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩類(lèi)。直動(dòng)式電磁閥是利用電磁力直接驅(qū)動(dòng)閥芯換向，如圖2-23所示為直動(dòng)式單電控二位三通換向閥。當(dāng)電磁閥得電，電磁閥的1口與2口接通；電磁線(xiàn)圈失電，電磁閥在彈簧作用下復(fù)位，則1口關(guān)閉。(a)(b)(c)圖2-23單電控電磁鐵換向閥(a)正常位置(b)動(dòng)作位置(c)符號(hào)圖2-24為雙電控電磁鐵換向閥的符號(hào)。電磁線(xiàn)圈得電，雙電控二位五通閥的1口與4口接通，且具有記憶功能，只有當(dāng)另一個(gè)電磁線(xiàn)圈得電，雙電控二位五通閥才復(fù)位，即1口與2口接通。圖2-24雙電控電磁鐵換向閥直動(dòng)式電磁鐵只適用于小型閥，如果控制大流量空氣，則閥的體積和電磁鐵都必須加大，這勢(shì)必帶來(lái)不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，克服這些缺點(diǎn)可采用先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)。先導(dǎo)式電磁閥是由小型直動(dòng)式和大型氣控?fù)Q向閥組合而成的，它利用直動(dòng)式電磁鐵輸出先導(dǎo)氣壓，此先導(dǎo)氣壓使主閥芯換向，該閥的電控部分又稱(chēng)為電磁先導(dǎo)閥。4）電磁閥組的使用●電磁閥組的結(jié)構(gòu)閥組，就是將多個(gè)閥集中在一起構(gòu)成的一組閥，而每個(gè)閥的功能是彼此獨(dú)立的，閥組中，手控開(kāi)關(guān)是向下凹進(jìn)去的，須使用專(zhuān)用工具才可以進(jìn)行操作，找素材電磁閥組的更換和安裝如果一個(gè)電磁閥壞了，需要更換一個(gè)電磁閥，可按下列步驟安裝電磁閥：a切斷電源，用螺絲刀拆卸下已經(jīng)損壞的電磁閥；b用螺絲刀將新的電磁閥裝上；c將電氣控制接頭插入電磁閥上；d將氣管插入電磁閥上的快速接頭；e接通氣源，用手控開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)試，檢查氣缸的動(dòng)作情況。1、控制任務(wù)分析當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、PLC運(yùn)行后，首先執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作，鉆孔電機(jī)上升縮回到位，檢測(cè)頭縮回到位，夾緊頭縮回到位，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到位。然后進(jìn)入工作運(yùn)行模式，在輸入工位上有工件的情況下，當(dāng)按觸啟動(dòng)按鈕時(shí)，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，將工件傳送到加工工位進(jìn)行鉆孔加工；鉆孔加工后，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，將工件送到檢測(cè)工位進(jìn)行鉆孔質(zhì)量的檢測(cè)；最后工件被送到輸出工位。輸出工位的工件由人工取走。圖2-6加工單元控制程序框圖2、氣動(dòng)控制回路分析該工作單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)控制系統(tǒng)，其方向控制閥的控制方式為電磁控制或手動(dòng)控制。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏輯控制功能是通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)的。在加工單元的氣動(dòng)控制原理圖中，1A為鉆孔氣缸；1B1和1B2為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)；2A為檢測(cè)氣缸；