機械畢業(yè)設計（論文）-柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元設計【全套圖紙】

《機械畢業(yè)設計（論文）-柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元設計【全套圖紙】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《機械畢業(yè)設計（論文）-柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元設計【全套圖紙】（47頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、畢業(yè)設計（論文）畢業(yè)設計（論文） 本科畢業(yè)設計（論文）本科畢業(yè)設計（論文） 題題 目：目： 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 學學 院：院： 機械與自動控制學院機械與自動控制學院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 機械設計制造及自動化機械設計制造及自動化 09（4）班）班 姓姓 名：名： 學學 號：號： 指導教師：指導教師： 2013 年 05 月 24 日 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 1 浙浙 江江 理理 工工 大大 學學 機械與自動控制學院機械與自動控制學院 畢業(yè)論文誠信聲明 我謹在此保證：本人所寫的畢業(yè)論文，凡引用他人的研究成果均已 在參考文獻或注釋中列出。論文主體均由本人獨立完成

2、，沒有抄襲、剽 竊他人已經發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產權的 情況，本人愿意承擔相應的責任。 聲明人（簽名）： 年 月 日 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 摘摘 要要 科學技術的飛速發(fā)展，正在把人類推向信息時代。但是，面對著加工業(yè)70%80%的 中小批量生產的經濟結構，如何達到自動化的目的，一直是工業(yè)界探索的課題。數(shù) 控機床問世雖為這部分工廠自動化創(chuàng)造了條件，但實踐證明，獨立、分散的單機自 動化解決不了傳統(tǒng)批量生產所固有的生產率同生產柔性、加工批量同制造成本、生 產同市場變化之間的矛盾，必須尋找更完善的自動生產體系。FMS就是在這種追求下 誕生的。其優(yōu)勢在于把生產率同生產柔性、加

3、工批量同制造成本、先進技術同科學 管理高度統(tǒng)一起來。從而提高產品制造柔性，提高效率縮短生產周期，降低能耗及 成本，節(jié)約設備占地面積。在柔性制造系統(tǒng)中采用全自動化生產，減少了認為的因 素一次也提高了產品的精度。以上可見，柔性制造系統(tǒng)以上優(yōu)點是如今制造業(yè)中非 常需要的。 關鍵詞:柔性制造；立體庫；碼垛機；流水線 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 1 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 Abstract The rapid development of science and technology, human to the information age. But，P

4、rocessing 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 practi

5、ce 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 auto

6、matic 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 th

7、e 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

8、 the manufacturing industry today. Key words: Flexible manufacturing; stereo storage; palletizer; pipeline 浙江理工大學本科畢業(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 立體庫的設計3 2.1 立體庫優(yōu)點及功能.3 2.2 國內立體庫發(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計4 2.4.2 立體庫主體設計.6 2.4.3 托盤設計.

9、8 2.5 立體庫儲存能力及主要設備.9 2.5.1 立體庫儲存能力計算9 2.5.2 主要設備.9 第三章 流水線的設計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 對射開關的原理及應用11 3.2.2 CCD 顏色尺寸檢測單元工作原理及應用11 3.2.3 PLC 及其擴展單元12 3.3 流水線系統(tǒng)控制13 3.3.1 流水線電機正反轉控制13 3.3.2 流水線電機啟動/停止控制13 3.4 流水線設計13 3.4.1 流水線技術參數(shù).13 3.4.2 CCD 檢測單元支架設計.14 3.4.3 對射開

10、關.16 第四章 四自由度碼垛機.21 4.1 碼垛機簡介21 4.1.1 碼垛機性能參數(shù).21 4.1.2 四自由度的實現(xiàn).21 4.1.3 線性滑臺簡介.22 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 4.2 碼垛機各部分設計安裝.23 4.2.1 底座設計.23 4.2.2 底座高度尺寸計算.24 4.2.3 底座設計方案與材料選擇25 4.3 碼垛機控制箱的設計.28 4.3.1 碼垛機控制箱位置擺放28 4.3.2 控制箱內電器元件.28 4.3.3 控制箱外形設計及材料選擇29 4.4 機械爪的設計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 結束語38 參考文獻.39

11、 致 謝40 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 1 第一章 緒 論 1.1 柔性制造系統(tǒng)的背景 隨著科學技術的迅速發(fā)展，新產品不斷涌現(xiàn)，產品的復雜程度也隨之增加，而 產品的市場壽命日益縮短，更新?lián)Q代加速，中、小批量生產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效率，縮短生產周期，保證產 品質量，降低能耗，從而降低生產成本，以獲得更好的經濟效益。柔性制造系統(tǒng)正 是在這種形勢下應運而生的。從機械制造行業(yè)來看現(xiàn)在 FMS 不僅能完成機械加工 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 相對于傳統(tǒng)加工有以下優(yōu)點

12、： 1）縮短生產線且變得簡潔。 2）減少設備投資、減少庫存。 3）提高利用率，降低成本。 所以，研究 FMS 是一個很有意義的項目。 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器人從自動化 立體倉庫單元的毛坯庫中取出，送到自動化輸送系統(tǒng)單元輸送線上。皮帶運輸機將 工件或毛坯送至 CCD 形狀識別單元處停止，由高速 CCD 工業(yè)相機對工件進行形狀識 別。形狀識別結束，工件向下運送至橫向輸送機氣推處，氣推裝置將工件送至暫存 區(qū)，再由上下料搬運機器人抓取工件，送入相應的柔性加工單元（并聯(lián)加工中心或 數(shù)控車床）進行加工。加工完成后，由上下料搬運機器人取出工

13、件，將工件放回到 輸送線上。工件被運送到 CCD 尺寸檢測單元，對已加工的工件進行尺寸及位置偏差 檢測。檢測結束，工件被運送到分揀單元，不合格的產品由氣推裝置送到廢品存放 處。合格的產品將繼續(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。工件經條碼掃描后，碼垛機根據(jù)條碼及工件的形狀、尺寸將工件從輸送機上取 下并送至自動化立體倉庫單元的成品庫，完成一個工作流程。流程圖如圖 1-1 所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 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 本設計中的柔性制造系統(tǒng)中，主要包括三大塊：立體庫、碼垛機、流水線。立 體庫主要是用來存放毛胚和加工后的產品。碼垛機

14、有 4 個自由度分別是 X、Y、Z 及 機械爪的轉動。流水線主要是運送毛胚到數(shù)控加工中心加工以及加工完成后在運送 回去，其間完成 CCD 尺寸檢測系統(tǒng)完成對加工好的零件進行檢測。大致的工作流程 如下：4 自由度碼垛機將毛胚從立體庫上取下運送到流水線上，流水線上的第 1 對 對射開關檢測到信號通過 PLC 控制電機轉動，將毛胚運送到第一個 CCD 檢測單元， 此處的第 2 對射開關將電機停下。CCD 檢測單元檢測完成之后，發(fā)出信號電機繼續(xù) 轉動將毛胚運送到流水線第 4 對射開關處，對射開關再次發(fā)出信號，電機停止轉動， 機械手抓取毛胚運送到加工中心。加工完成后機械手將零件放在流水線上，此時第 4

15、對對射開關檢測到信號，通過 PLC 控制電機反轉將零件運送到第 3 個對射開關處， 電機停下。CCD 檢測單元完成對零件的檢測后發(fā)出信號，電機繼續(xù)轉動將零件運送 到第一對對射開關處，電機停下。碼垛機將零件從流水線上取下,尺寸比合格品小的 報廢處理，合格品運送到立體庫中去。如此重復工作。 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 3 第二章 立體庫的設計 2.1 立體庫的優(yōu)點及功能 立體庫的優(yōu)點： 1) 多層儲存，節(jié)約占地面積，提高空間利用率。 2) 自動存取，運行和處理速度快，同時能方便的納入物料管理系統(tǒng)。 3) 計算機控制，便于清點和盤庫，減少庫存。 立體庫的功能： 1) 收貨，倉庫從供應商或生產車間接收各

16、種材料半成品或成品，供生產、加工、 裝備配之用。 2) 存貨，將寫下的貨物放到自動化系統(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 國內立體庫發(fā)展 目前，在國內多家企業(yè)中立體倉庫已經得到了廣泛的運用。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，在國內大多企業(yè)當中 所用的立體倉庫還存在很大的差距。首先是硬件設備達不到要求，這樣就造成了效 率慢，對于物流行業(yè)來說，倉儲作為重要組成部分之一，已經越來越多的運用到物 流中心。效率慢直接導致物流成本提高。 立體庫在國內普及率與國外還有差距，首先是因為立體倉庫一次性投入較大， 其運行所需的設備有叉車、電

17、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，自動化立體倉庫必將會收到廠商的更多 關注，我國的自動化倉庫技術必將會有很大的發(fā)展，向發(fā)達國家靠攏。 2.3 立體庫的外形 立體庫技術要求：倉位尺寸：220mm280mm220mm； 倉位數(shù)量：5 列 3 層 15 個； 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，因此立體庫設計成倉位格的樣 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 4 子。每個單元格中放置一個貨物支撐板，板上設計一個托盤用以盛放毛胚及零件。 形狀如圖 2-1 所示： 圖圖 2-12-

18、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計 底座主要是固定立體庫的整體構架和承載重量的，所以在材料方面主要選擇45 號鋼，以保證強度。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)倉儲及輸送單元 6 圖圖2-4 底座底座 2.4.2 立體庫主體的設計 立體庫在設計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

19、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 立體庫主體設計高度是 1400mm，需兩根長為 1400mm 的 PS-8-4040W 鋁型材，寬 度設計是 1500mm,需四根長為 1500mm 的 PS-8-4040W 鋁型材。倉位部分由設計技術 要求可進行寬度及長度計算，所要求的倉位凈寬度為 2205=1100mm，凈高度為 浙江理工大學本科畢業(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

20、-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 托盤的設計 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機械爪搬運， 還要能夠在立體庫上能夠放置。托盤設計如下圖： 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 9 圖圖 2-9 托盤托盤 托盤承載物品重量在 1KG 左右，因此托盤的強度要求不高，可

21、以采用 ABS。根 據(jù)毛胚及零件考慮托盤尺寸并統(tǒng)一，設計托盤尺寸為（長、寬、高）: 24018052。 2.5 立體庫庫存能力及主要設備 2.5.1 立體庫庫存能力計算 立體庫采用單貨位方式，每個倉位寬度為 220mm，每個貨位長度為 280mm，倉位 高度為 220mm. 立體庫為 5 列 3 層，共 15 個倉位。 貨架寬度為 1260mm,高度為 840mm. 2.5.2 主要設備 立體庫主要配套設備有一臺 4 自由度碼垛機，用于取毛胚及存放零件。 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 10 第三章 流水線的設計 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) 傳送帶運動，第

22、1 對對射開關檢測到碼垛機運送毛胚時流水線停下。 2) 毛胚件放好后，發(fā)出信號流水線前進。 3) 毛胚件到第二對對射開關，發(fā)出信號流水線停下。 4) CCD 顏色識別單元識別毛胚顏色，確定加工零件形狀。 5) 檢測完畢，傳送帶繼續(xù)前進，將毛胚件運送到流水線末端第四對對射開關，發(fā) 出信號，傳送帶停下。 6) 零件加工完成后機械手將零件放在傳送帶上，第四對對射開關發(fā)出信號，PLC 控制電機反轉。 7) 零件到達第 3 對對射開關發(fā)出信號電機停下。 8) CCD 檢測單元對加工好的零件進行檢測，檢測完成發(fā)出信號，傳送帶前進。 9) 零件到達第一對對射開關，傳送帶停下。 流水線工作順序如下： 傳送帶先

23、是正轉，當碼垛機將毛胚件運來，第一對對射開關檢測到發(fā)出信號， 電機停下，碼垛機將毛胚件在傳送帶上放好之后，發(fā)出信號電機轉動。將毛胚件用 到第二對對射開關處，第二對對射開關發(fā)出信號，電機再次停下，CCD 顏色識別單 元對毛胚件顏色進行識別，以確定加工零件的形狀，識別完成發(fā)出信號，電機轉動， 傳送帶將毛胚件運到第四對對射開關處，對射開關發(fā)出信號，電機停下。機械手將 毛胚件拿到加工中心進行加工。加工完成，機械手將零件放到傳送帶上，第四對對 射開關檢測到后發(fā)出信號，PLC 控制電機反轉，傳送帶將零件運送到第三對對射開 關處，對射開關發(fā)出信號，電機停下。CCD 尺寸對加工好的零件進行尺寸檢測，檢 測完畢

24、發(fā)出信號。電機繼續(xù)反轉，將零件運送到第一對對射開關處，再次發(fā)出信號， 電機停下碼垛機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： 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 11 停止 前進 反轉 顏色識別 停止 前進 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 對射開關原理及應用對射開關原理及應用 對射式光電開關由發(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 線直接進入接收器，當被檢測物體經過發(fā)射器和接收器之前阻斷光線時，光電開關 就產生開關信號。與反射式光電開關不同之處在

25、于，前者是通過電-光-電的轉換， 而后者是通過介質完成。對射式光電開關的特點在于：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，響應時間快，使 用壽命長，無鉛，廣泛應用于：投幣機，小家電，投幣機，自動感應器，傳真機， 掃描儀等設備上面。 3.2.2 CCD 顏色尺寸檢測單元工作原理及應用顏色尺寸檢測單元工作原理及應用 CCD 顏色尺寸識別單元原理是 CCD 圖像傳感器可直接將光學信號轉換為模擬電 流信號，電流信號經過放大和模數(shù)轉換，實現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復 現(xiàn)。其顯著特點是：1.體積小重量輕；2.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動，性 能穩(wěn)定，壽

26、命長；3.靈敏度高，噪聲低，動態(tài)范圍大；4.響應速度快，有自掃描功 能，圖像畸變小，無殘像；5.應用超大規(guī)模集成電路工藝技術生產，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 件和其它設備（支架、工作臺等） 。能夠組成一個相對完整的視覺檢測開發(fā)系統(tǒng)，硬 件之間應匹配。通過圖像識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。 技術參數(shù)如下： CCD 尺寸 1/3“ 有效像素(K)子 P440K 同步系統(tǒng) 內同步 尺寸檢測 零件就位 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 12 掃描系統(tǒng) 2

27、: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） 自動動增益控制(dB) ON=836 (Hl) 824 (LO) OFF=8 信噪比(dB) 50 灰度特性 0.45/1.0 背光補償 ON/OFF 自動電子快門 EI:OFF 1/501/1. 檢測幅面 200*200mm，精度 1mm。 3.2.3 PLC 及其擴展單元及其擴展單元 圖圖 3-23-2 歐姆龍歐姆龍 PLCPLC 選用歐姆龍 PLC，其技術參數(shù)如下: 型號：CP1H-X40DT 輸入：24 點 輸出：16 點（晶體管）

28、 高速計數(shù)器：4 點 脈沖輸出：100KHz 2 點 30KHz 2 點 定時器：4096 位 計數(shù)器：4096 位 內部輔助繼電器：8192 點 保持繼電器：8192 點 輸入中斷：8 點 脈沖捕捉輸：8 點 8.1.3.2 PLC 擴展單元 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 13 型號：CPM1A-40EDR 輸入：24 點 輸出：16 點（繼電器） 3.3 流水線系統(tǒng)控制 3.3.1 流水線電機正反轉控制流水線電機正反轉控制 流水線的電機是通過變頻器控制的，以實現(xiàn)節(jié)能調速，過流/過壓/過載保護。 在此情況下實現(xiàn)電機正反轉接線方式為：PLC 的兩個 Y 點接到電機正反轉的端子上， 再將 PLC 的

29、 COM 與變頻器的 COM 相接即可實現(xiàn)。 3.3.2 流水線電機停止流水線電機停止/啟動控制啟動控制 毛胚或者零件經過光電對射開關時，對射開關將光信號轉換成電信號傳送給 PLC，通過 PLC 控制其擴展單元繼電器，切斷電機電源，這樣電機就停止轉動，傳送 帶停下。 3.4 流水線設計 3.4.1 流水線的設計要求流水線的設計要求 有效工作寬度：300mm； 有效工作高度：750mm； 有效工作長度：3000mm； 運行速度：5m/min10m/min； 承載能力：5kg； 框架材質：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。流水線設計

30、圖如下圖所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 14 圖圖 3-33-3 流水線設計圖流水線設計圖 3.4.2 CCD 顏色尺寸檢測單元支架設計顏色尺寸檢測單元支架設計 在本流水線中需要兩個支架，分別是 CCD 顏色識別單元支架與尺寸檢測單元支 架。雖兩個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，對材料強度要求不高。從安裝方便方面考慮，從之前立體庫的經 驗中我選擇了鋁型材，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 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 15 流水線有效工作高度為 7

31、50mm，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 檢測單元設計參數(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 檢測單元支架設計圖檢測單元支架設計圖 檢測單元需固定在上圖的支架上，因此我還設計了攝像頭固定件，如下圖所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 16 圖圖 3-6 CCD 攝像頭固定件攝像頭固定件 3.4.3 對射開關對射開關 在流水線中設計有 4 對對射開關，它們發(fā)出信號用以控制電機停止和啟動。第 一對對射開關是在碼垛機將毛胚件搬運過來時將傳送帶電機停下，碼垛機將

32、毛胚件 在傳送帶上放穩(wěn)。第二對對射開關放置在 CCD 顏色識別單元處，當毛胚件到達第二 對對射開關處，電機停下 CCD 顏色識別單元對毛胚件進行顏色識別。第三對對射開 關安裝在 CCD 檢測單元處，加工好的零件到達此處，電機停，CCD 尺寸檢測單元對 零件尺寸進行檢測。第四對對射開關也是用來停下電機的，當毛胚件到達此處電機 停止轉動，機械手將毛胚件從傳送帶上取下送到加功中心進行加工。 流水線的運輸速度為 5m/min，即 83.3mm/s.因此在 CCD 尺寸顏色檢測單元處的 對射開關位置設計需要計算。從流水線電機運行了解到電機帶有抱閘從斷電到停止 大概所需的時間很短，而 CCD 尺寸檢測單元

33、的照射范圍為 200200。則電機斷電后 零件和毛胚在流水線上移動的距離很短，因此對射開關放置在 CCD 尺寸顏色檢測單 元下方即可。 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 18 第一對對射開關： 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 19 第二對對射開關： 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 20 第三對對射開關： 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 21 第四對對射開關： 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 22 第四章 四自由度碼垛機 4.1 碼垛機的設計 碼垛機在整個柔性加工系統(tǒng)中扮演著“搬運工”的角色，主要是用來取毛胚件 和存放零件的。碼垛機所需要實現(xiàn)的具體動作是：水平移動到達指令的立體庫的單 元格，然后機械爪上升，到達托盤的高度機

34、械爪伸入托盤底部將托盤托起，然后機 械爪旋轉，水平移動到達流水線處，機械爪向下移動將托盤和毛胚件放到流水線上。 4.1.1 碼垛機的設計要求 行程范圍：X 軸 1.5*Z 軸 0.8*Y 軸 0.3m； 負載能力：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 四自由度的實現(xiàn) 碼垛機中的四自由度為 X、Y、Z 軸的水平移動及機械爪的轉動。為了實現(xiàn) X、Y、Z 三軸的水平移動我們選擇了三個線性滑臺立式使用以達到要求。機械爪的 轉動是通 過電機驅動聯(lián)軸器帶動轉動軸來實現(xiàn)機械爪的轉動。 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 23 圖圖

35、4-14-1 線性滑臺組合示意圖線性滑臺組合示意圖 4.1.3 線性滑臺的選擇 直線滑臺主要組成由滾珠絲桿 直線導軌 鋁合金型材 滾珠絲桿支撐座 聯(lián)軸器 馬達 光電開關等組成： 1) 滾珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想 的產品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直 線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承 從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于 各種工業(yè)設備和精密儀器?？稍诟哓撦d的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動。 2)直線導軌 又稱滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直線往復運動場合，擁有

36、比直 X 向移動 Y 軸向移動 Z 軸向移動 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 24 線軸承更高的額定負載， 同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn) 高精度的直線運動.結構,精度高;精密級導軌板。 3)鋁合金型材 鋁合金型材滑臺外形美觀、設計合理、剛性好、性能可靠，是組合 機床和自動線較理想的基礎 動力部件動態(tài)性能好.滑臺剛度高,熱變形小,進給穩(wěn) 定性高,從而保證了 加工狀態(tài)下（負荷下）的實際精度。 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)定的回轉性能。使用深溝球軸承的內部軸承中裝入了適量的鋰皂基潤滑 脂，用特殊密封墊圈進行密封，能直接安裝，長期使用。

37、 5) 伺服電機 使滑臺可以快速進退。利用滾珠絲杠和線軌獲得較高的精度，直線滑 臺可以用 PLC 控制，也可以直接利用機械手控制系統(tǒng)進行控制。直線滑臺的運 動速度、運動軌跡可以編程設置，實現(xiàn)各種運用需求。 綜合滾珠絲杠的線性滑臺具有精度高、質量輕、可控制的優(yōu)點最終我選擇了滾珠絲 杠的線性滑臺。按照設計要求繪制出圖紙如下圖所示： 圖圖 4-24-2 線性滑臺組合設計圖線性滑臺組合設計圖 4.24.2 碼垛機各部分設計與安裝碼垛機各部分設計與安裝 為實現(xiàn)碼垛機的各項功能，碼垛機還需要以下配件：機械爪、底座、控制箱。 4.2.1 底座的設計 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 25 底座的設計尤為重要，原因

38、在于碼垛機不是單獨工作的，是要在整一個柔性加 工系統(tǒng)中起著連接立體庫和碼垛機的重要作用，因此底座的高度需要滿足立體庫和 碼垛機的工作尺寸的。此外底座還需要滿足固定線性滑臺所需要的穩(wěn)定性和剛度的 指標。 4.2.2 底座高度尺寸計算 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。碼垛機高度尺寸如下圖： 圖圖 4-3 線性滑臺高度尺寸線性滑臺高度尺寸 由以上尺寸可以得到在沒有底座的情況下可進行如下計算： 最底工作高度：156+72+51（機械爪安裝高度）=279mmm 最大工作高度：279+660=939mm 所需要底座高度的最小值為 1218-9

39、39=279mm，但是為了底座的尺寸方便制造所 以初選底座高度為 350mm。對所選尺寸進行校核： 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 26 加上底座后碼垛機工作最小高度：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。此時可得立體庫、碼垛機、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 底座設計方案及材料

40、選擇 首先底座的設計主要考慮的是尺寸和與線性滑臺的裝配。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 方向線性滑臺底部的設計： 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 27 圖圖 4-5 X 方向滑臺底部設計圖方向滑臺底部設計圖 F 處在底部有兩排，每排內置有 8 個丁字型螺母，螺母需通過螺栓與底座連接固定。 由于線性滑臺需固定的在底部，且內置螺母較多假如安裝是滑臺與整個底座安裝的 話這樣難度是相當大的，安裝不上也是可能的。為此在設計時我就想先用一塊鋼板 通過螺栓螺母與線性滑臺連接起來，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 號鋼板

41、。底座頂部蓋板如下圖所 示： 圖圖 4-6 底座與線性滑臺固定蓋板底座與線性滑臺固定蓋板 既然底座的頂部是一塊鋼板的話，那其實底座可以設計成一個角鐵焊接成的骨 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完整的底座了。 4.3 碼垛機控制箱的設計 碼垛機控制箱好比碼垛機的心臟，這是這部分實現(xiàn)了碼垛機四個自由度的運動。 完成碼垛機的搬運工作的。 4.3.1 碼垛機控制箱位置擺放 在開始設計碼垛機之前首先要考慮這個控制箱到底要放在什么位置。假設將控 制箱放在整個柔性制造系統(tǒng)外的一個地方，這樣的

42、話做起來其實是很方便的，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系統(tǒng)看起來會比較亂， 而且不夠節(jié)約場地。讓我們再回過頭來看看底座是怎么設計的，我們會注意到底座 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位置。 在箱體的外面設計控制插口和網口，就像臺式電腦主機一樣。如果控制箱出現(xiàn)故障 的話，只要拔掉接線和網線控制箱就可以搬走進行維修很是方便。 4.3.2 控制箱內所需的電器元件 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 29 1) 航空插座：碼垛機有四個自由度，所以需要四個步進電機分別是三個線性滑臺 的步進電機和機械爪轉動所需的步進電機，因此設計需四個航空插座。每

43、個步 進電機與驅動器需要需要接四根信號線，三個線性滑臺上安裝有位置傳感器， 每個線性滑臺需要兩個即 6 根線，機械爪需要一個位置傳感器控制機械爪的零 點位置。所以選用 4 個 12 芯的航空插座。 2) PLC：選用歐姆龍 PLC，其技術參數(shù)如下: 型號：CP1H-X40DT 輸入：24 點 輸出：16 點（晶體管） 高速計數(shù)器：4 點 脈沖輸出：100KHz 2 點 30KHz 2 點 定時器：4096 位 計數(shù)器：4096 位 內部輔助繼電器：8192 點 保持繼電器：8192 點 輸入中斷：8 點 脈沖捕捉輸：8 點 3) 繼電器：當線性滑臺移動位置到達位置傳感器的位置即設定的最大位移處

44、，此 時繼電器需要切斷步進電機電源，所需 4 個繼電器。 4) 開關電源：為步進電機驅動器，PLC 提供直流 24V 穩(wěn)壓電源。 4.3.3 控制箱外形設計及材料選擇 清楚了控制箱放置的位置和控制箱內所需要放置的電器元件后，就可以開始電 器元件的設計。首先是控制箱的材料的選擇，控制箱內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，整個控制箱通過螺栓與底座固定。 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 30 圖圖 4 4-8-8 碼垛機控制箱

45、圖碼垛機控制箱圖 4.4 機械抓的設計 機械爪主要的動作是轉動，取到毛胚后機械抓旋轉 90；取到零件后機械抓反 轉 90。以上就是機械抓要實現(xiàn)的運動。 爪的轉動的動力是通過步進電機來實現(xiàn)的，電機帶動旋轉軸，軸再帶動爪來轉 動的。機械爪的下半部分設計如圖所示： 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 31 圖圖 4 4-9-9 旋轉軸焊接件旋轉軸焊接件 圖中 2 是旋轉軸底座，3 是整個機械爪與線性滑臺固定板，4 是旋轉電機固定 板，5 是旋轉軸電機底座。各部分焊接而成，構成固定的基本骨架。 裝上電機后，電機帶動聯(lián)軸器再通過聯(lián)軸器帶動轉動軸，軸再帶動爪轉動。聯(lián) 軸器需要外購，轉動軸的設計如下圖： 浙江理工大

46、學本科畢業(yè)論文 32 圖圖 4 4-10-10 旋轉軸圖旋轉軸圖 旋轉軸采用 45 號鋼，在這個轉動過程中轉矩不大能夠滿足強度要求。為了滿足機械 爪轉動位置的精確軸的加工相對要求較高。 電機通過連軸器傳遞轉矩帶動轉動軸轉動，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)倉儲及輸送單元 33 圖圖 4 4-11-11 聯(lián)軸器圖聯(lián)軸器圖 對于機械爪需要能夠穩(wěn)穩(wěn)地托住托盤。而且所托的毛胚件重量不會超過 1KG，因此 材料選擇 45 號鋼能夠滿足強度的需要。爪如下圖所示： 浙江理工大學本科畢業(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

47、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)倉儲及輸送單元 35 圖圖 4 4-13-13 機械爪裝配圖機械爪裝配圖 碼垛機各部分抖設計完成后就可以對整個碼垛機進行裝配裝配圖如下圖所示： 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 36 圖圖 4 4-14-14 碼垛機裝配圖碼垛機裝配圖 4.54.5 主要元器件介紹主要元器件介紹 1)步進電機：步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器 接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱 為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過

48、控制脈沖 個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率 來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一 種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為 100%)的特點，廣泛應用于 各種開環(huán)控制。 2)步進電機驅動器：步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動, 這種裝置就是步 進電機驅動器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移, 或 者說: 控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號, 通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角。 所以步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。所以，控制步進脈沖信號的頻 率，可以對電機精確調速；控制步進脈沖的個數(shù)，可以對電機精確定位

49、目的。 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 37 第五章 外部控制系統(tǒng) 外部控制系統(tǒng)是控制整個系統(tǒng)和協(xié)調立體庫、碼垛機、流水線工作的。我在這 里簡單介紹下。在流水線上，CCD 顏色識別單元通過識別毛胚顏色發(fā)出信號給外部 系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)出指令給加工中心，由加工中心設置的尺寸對零件進行加工。此外， CCD 尺寸檢測單元在對零件尺寸檢測后發(fā)出指令給外部控制系統(tǒng)，外部控制系統(tǒng)控 制碼垛機，由碼垛機將零件放入指定位置。 總線控制系統(tǒng)組網圖 控制系統(tǒng)由 1 臺主控計算機、2 臺計算機、2 臺嵌入式運動控制器、2 臺 PLC 組 成。通過 ProfiBus-DP 總線同主控計算機控制中心做數(shù)據(jù)交換。 圖圖 5-15-

50、1 系統(tǒng)控制組網圖系統(tǒng)控制組網圖 主機工作站 ProfiBus-DP 總線 PLC 自動化輸 送系統(tǒng)單 元 PLC PC 機 嵌入式 控制系 統(tǒng)單元 嵌入式 控制系 統(tǒng)單元 PC 機 自動化 碼垛機 與立體 庫單元 CCD 顏 色形狀識 別單元 上下料搬 運機械手 單元 柔性加工 單元 CCD 尺 寸檢測單 元 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 38 實驗安全保護系統(tǒng)（五級保護）由于該系統(tǒng)中的轉動、移動、自動化的設備多， 這對于建設一個國內先進的實驗室來說，實驗的安全保護系統(tǒng)是非常重要的，系統(tǒng) 中設計了多層次多重保護措施。 1) 機械保護：對存在危險性機械，碼垛機、六自由的機器人等設置有機械碰撞強

51、行停止運行的措施。 2) 電氣停止保護：對存在危險性機械，設置有危險設置緊急電氣停止保護措施， 如碼垛機上下限位、軌道起點、終點限位緊急電氣停止運行。 3) 電氣減速運行保護：對運動機械在上述危險位置前設置有緊急減速運行開關， 以便使碼垛機、四自由度串聯(lián)機器人在危險位置就提前減速運行。 4) 區(qū)域性安全保護：碼垛機、四自由度機器人運行等區(qū)域，為避免產生危險后果， 設置區(qū)域性報警、停止傳感器裝置，以便緊急停止運行中的設備。 5) 人工緊急停止：在現(xiàn)場管理人員附近設置人工緊急停止按鈕，一旦出現(xiàn)不安全 預兆，可按下“緊停”按鈕，緊急停止運行設備。 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 26 第六章 結束語 畢

52、業(yè)設計是考驗我們大學這幾年來的所學，它要求我們將大學這幾年來所學到 的知識能夠融會貫通、熟練應用，并要求我能夠理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)我們的綜合運 用能力以及解決實際問題的能力。剛接到課題的時候，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的講解，是我們對這個課題有 了一個大體的理解。我們自己也在網上和圖書館學習了一些相關的知識，為下面的 設計提供鋪墊，選擇控制系統(tǒng)是很重要的，在本次畢業(yè)設計中，涉及到了許多電與 控制的內容，我本來是偏機械的，對電方面了解的不是很多，在起初階段我遇到了 很大的困難，因為里面涉及到步進電機的控制，所以對于這一部分的控制搞不懂， 后來在老師的幫

53、助下，才知道在控制的很多知識。在搞清楚了對碼垛機運動控制后， 我才可以開始對碼垛機底座的設計和機械爪的設計。在設計過程中需要對于配合電 器元件的擺放，剛開始我的方案是控制箱放在外部，經唐老師的指導我才知道將控 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，使得整個倉儲和運輸單元 結構也顯得很緊湊，最終完成了設計。 一個人要不斷否定自己，不斷戰(zhàn)勝自己、不斷超越自己、不斷完善自己，這樣 才能不斷進步，總之，通過此次畢業(yè)設計，我學到了很多東西，意外收獲也很大。 不僅進一步學習了控制系統(tǒng)的一些重要知識，增強了自己動手的能力，而且，還讓 自己學到了平時所學不到的東西，那就是只要自己有信心，肯努力就一

54、定能夠 克服困難，做好任何事情都有可能。本次畢業(yè)設計我在畫圖方面收獲很大，也學到 了了很多。之前畫圖有很多的不規(guī)范，尤其實在畫裝配圖的過程中，對于標注我學 到了很多。在畢業(yè)設計起初階段，唐老師會對我會的圖進行細心的檢查，指出了我 很多的問題，在標注的規(guī)范和裝配公差上存在很大的問題。通過此次的畢業(yè)設計我 得到了很大的提高，在此謝謝唐老師指導和各位同學對我的幫助！ 浙江理工大學本科畢業(yè)論文 39 參考文獻 1P 柔性加工系統(tǒng)的發(fā)展狀況 石玉良 沈陽自動車床研究所 110052 2柔性制造系統(tǒng)的關鍵技術及發(fā)展趨勢 徐坤 黑龍江工程學院工程訓練中心 15 0050 3柔性制造系統(tǒng)及其運用 高紅 沈陽工

55、程學院工程系 110136 4柔性制造技術發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究 中國石油開發(fā)技術有限公司 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

56、 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)技術學院學報 - 2007, 9 (4) 8基于柔性制造系統(tǒng)的自動立體倉庫建立 - 中國制造業(yè)信息化 - 2003, 32(5) 9工業(yè)以太網在工業(yè)控制中應用的探討 - 信息技術 - 2009(6) 10Tool management systems design for flexible manufacturing systems (F MS) Ranky, Paul G. 11柔性制造技術級其發(fā)展J 林勝 航空制造技術 1999 1318 12柔性制造技術及其發(fā)展趨勢研究 高青 2008

57、13柔性制造自動化概論/劉延林 編著 武漢：華中科技大學出版社 2001 年 10 月 14我國 FMS 發(fā)展現(xiàn)狀 余勝海 社陀 制造技術與機床 1994 4244 15國外柔性制造系統(tǒng)（FMS）發(fā)展情況 解冀生 組合機床于自動化加工技術 19 84.02 8. 國內外柔性制造技術發(fā)展趨勢 楊志毅 機械工業(yè)部第四設計研 究院 16Simultaneous scheduling of machines and automated guided vehicles in flexible manufacturing systems using genetic algorithms I.A.Chaud

58、hry S.Mahmood M.Shami 柔性加工系統(tǒng)倉儲及輸送單元 40 致 謝 本次畢業(yè)設計是在我們的指導老師-唐老師的親切關懷和悉心指導下順利 完成的。他耐心的指導和認真的工作態(tài)度，是值得我們學習的，從接到畢業(yè)設計的 課題一直到現(xiàn)在的論文寫作，唐老師都始終給予我們細心的指導和不懈的支持。幾 周以來，唐老師不僅在學業(yè)上給我們精心指導，同時還在思想、生活上給我們關懷， 雖然我們和唐老師只有幾周的相處，但我們都很開心，在此謹向唐老師致以誠摯的 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)設計的同學們，正是 由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，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，從開始進入設計到論文的順利完成，有 多少可敬的老師、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意! 最后祝愿每位忙于畢業(yè)設計的老師工作順利，每位同學能夠順利的通過。