感应式自动出筷机设计【11张CAD图纸+毕业论文】
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感应式自动出筷机设计III摘要目前城市中人们的生活节奏日益加快,越来越多的上班族需要在公共餐厅解决用餐问题,然而,公共餐厅具有客流量多、人多手杂的特点,在使用筷子方面更是出现不少问题,例如筷子长时间暴露在空气中或是人们拿筷子时会触碰到其他双筷子,造成筷子的污染。本文次设计完成了自动出筷机机械结构设计以及电气控制系统的设计。本文利用SOLIDWORKS软件完成自动出筷机的3D总体设计图,然后利用三维SOLIDWORKS完成自动出筷机二维图的导出。最后利用三菱FX2N系列PLC完成自动出筷机控制系统的设计。关键词:自动出筷机;结构设计;控制系统AbstractThe people of the quickening pace of life in the city, more and more office workers need to have dinner in a public restaurant to solve the problem, however, public restaurant has the characteristics of traffic more, than one hand complex, but also a lot of problems in using chopsticks, chopsticks when exposed to air for a long time, for example, or when they touch other people use chopsticks chopsticks, chopsticks caused by pollution. This time design completed automatically chopsticks machine mechanical structure design and the design of electrical control system. In this paper, by using SOLIDWORKS software to complete automatically the chopsticks machine overall design, 3 d and then use of classifier 2 d figure 3 d SOLIDWORKS, export. The use of mitsubishi FX2N series PLC to complete the design of the control system of automatic the chopsticks machine. Key words: automatic the chopsticks machine; Structure design; Control system 目录摘要IAbstractII目录II第一章 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状及发展趋势11.2.1国外的研究现状11.2.2国内的研究现状31.3本文的研究内容31.4论文的结构4第二章 总体方案的设计52.1总体方案确定52.2自动出筷机原理方案确定62.3 各个机构说明62.3.1储筷机构62.3.2 出筷机构72.4本章小结8第三章 自动出筷机构的设计计算93.1模组直线导轨与滑块的选择93.2传动同步带选择与相应带轮的设计133.3步进电机的选择与传动带轮的设计133.4本章小结14第四章 自动出筷机三维建模的设计154.1 Solidworks软件简介154.2零件建模174.2.1储筷箱三维建模的形成174.2.2 推筷条的三维建模形成174.2.3 TOOLBOX运用184.3零件装配194.4 三维向二维的转换204.5 本章小结23第五章 自动出筷机控制系统设计245.1控制方案比较与选择245.1.1 继电器控制245.1.2单片机控制8245.1.3 PLC控制1265.1.4 PLC与其它控制装置的比较275.1.5 系统方案的确立295.2 PLC I/0的分配295.4 系统电气控制接线图设计29结论与展望31结论31展望31参考文献32致谢34III第一章 绪论1.1研究背景及意义目前城市中人们的生活节奏日益加快,越来越多的上班族需要在公共餐厅解决用餐问题,然而,公共餐厅具有客流量多、人多手杂的特点,在使用筷子方面更是出现不少问题,例如筷子长时间暴露在空气中或是人们拿筷子时会触碰到其他双筷子,造成筷子的污染。随着科技的飞速进步,全自动自动出筷机也逐步推向市场,这种全自动高效自动出筷机将尽可能减少人工的参与,人工操作起来也越来越方便轻松,不仅能节约成本,又能提高卫生质量。该课题不仅需要设计机械结构和机构,还需要涉及到自动化装配等问题。该课题涉及到设计、绘图、控制等各方面的知识,可以培养学生综合运用所学知识解决具体工程项目的能力。1.2国内外研究现状及发展趋势1.2.1国外的研究现状包装机械是集机、电、光、声、磁、化、生、美为一体的高技术、高智能、高竞争的产品1。发展速度快、更新速度快是它的一大特点。世界上一切高技术成果,都会在包装机械产品中得到应用2。国外的包装机械近些年有了新特点,主要有:一是生产高效率;二是资源的高利用率,高度的综合利用和发展循环经济;三是产品高度重视节能,重视降低成本;四是高新技术实用化,提高生产效率,产品上水平、上档次;五是科研成果商品化,使包装机械产品向知识密集化、技术综合化、产品智能化等方面发展3。美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。美国是世界上包装机械发展历史较长的国家,早已形成了独立完整的包装机械业体系,其品种和产量均居世界之首4。10多年来,美国始终保持着世界包装机械生产和消费大国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多,机械与计算机紧密结合,实现机电一体化控制新型机械产品5,以成型、填充、封口三种机械的增长最快,裹包机械和薄膜包装机占整个市场份额的15%,厚纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。从上世纪90年代初以来,美国包装机械业一直保持着良好的发展势头。日本的包装机械制造厂以中小企业为主,包装机械的品种齐全,产品品种近500种,规格有700多个。包装机械以中小型单机为主,具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点6。90年代以来,已将变频调整、光电追踪、无触点电子开关、动态数据显示等技术运用在包装机械中7。日本包装机械大部分用于食品包装领域8。德国、意大利、英国、瑞士和法国等,都是世界上很重要的包装机械生产国家9。欧洲各国包装机械业的一个共同特点,是出口比例(出口额占产值的比例)都很大,如德国和意大利近80070 ,瑞士超过90000,荷兰出口额甚至大于产值,因为荷兰是欧洲很重要的贸易转口地10。德国的包装机械在计量、制造、技术性能等方面居领先地位,特别是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点,享誉全球一些大公司生产的包装机械集机一电一仪及微机控制于一体,采用光电感应,以光标控制,并配有防静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大,而且能集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成11。德国包装机械业多年来始终处于稳定增长状态,出口比例占80%左右,德国是世界上最大的包装机械出口国。意大利是继美国、日本、德国之后的世界最大的包装机械生产国,又是仅次于德国的第二大包装机械出口国。意大利的包装机械多用于食品工业,具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点12。 在这样的形势下,我国的包装机械产品由于品种少、技术水平低、产品可靠性差等原因,面临着激烈的国际竞争13。特别是我国近5年来,加快发展农产品深加工,建设节约型社会,发展循环经济和加大技术创新力度,造成新一轮技术引进高潮14。如我国近年对农产品深加工总投资达到320多亿元,加工和包装设备80%以上靠进口。包装机械作为专业性机械,除了同于普通机械的一般要求外紧凑、运转平稳、还有外表美观、传动装置精度高、生产效率高等要求以很好地完成自身功能,适应市场需求15。1.2.2国内的研究现状首先,要明确我国包装机械业的发展方向预计到2005年我国包装机械产量将增加到67万台(套),到2010年将增至93万台(套)。但是,靠简单的重复,靠扩大生产数量,靠向上游、向下游延伸的方法是行不通的,我国包装机械业必须走专业化生产的道路。要发展中高档设备,努力提高技术含量,把产品做精、做细、做专、做强,靠技术进步来推动行业的发展16。目前,世界各国对包装机械发展十分重视,集机、电、气、光、生、磁为一体的高新技术产品不断涌现生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势这也是我国包装机械业的发展方向对于我国的包装机械生产企业,并不是求大求全,而是应求精求专。美国、日本、意大利的包装机械生产企业大部分规模不大,但专业化程度很高17。其次,要进行我国包装机械业的结构调整在“十五”期间乃至2010年,我国包装机械业要着重进行产业结构、产品结构和组织结构的调整在产业结构调整上要提高生产集中度,促进专业化、系列化生产,提高产品质量和对市场的适应能力;要积极发展和扶持一批拥有名牌产品的重点骨干企业,加快现代企业制度的建立和完善.形成行业排头兵.参与国际市场竞争,从而加快产业提升在产品结构调整上,要改变目前产品结构中以低技术含量为主的状况,淘汰一批低效高耗的、低档次、低附加值的、劳动密集型的产品,学习国外先进技术,开发生产高效低耗的、产销对路的大型成套设备和高新技术产品,开发出“新、奇、特”的包装设备,加速包装机械的更新换代,开拓国际市场18。在组织结构调整上,要成立跨部门的企业集团,树立大行业的全局观念,进行组织结构优化组合,实现行业资产优化配置,统一思想,强化管理,形成优势互补、分工合作、共同发展的新格局。1.3本文的研究内容自动出筷机自动化是目前的演变趋势,许多企业会添加购买自动化设备对现有的自动出筷机升级改良,有的也会自己设计制造自动出筷机。本文结合现有的自动出筷机设计构思,设计出全自动高效自动出筷机,本文对整个自动出筷机机械结构进行了设计,并对其控制系统进行设计。本文对自动出筷机原理进行了系统的研究,总结国内外研究成果,结合生产实际,适当改进,设计了一种能的全自动高效自动出筷机。论文主要内容包括以下几个方面:(1)对自动出筷机功能研究,确定了系统工作原理以及方案,并根据原理方案对自动出筷机的总体结构进行设计。(2)主要结构的选型与计算。(3)运用SOLIDWORKS软件完成自动出筷机整体结构的设计。(4)运用三菱FX2NPLC对其控制系统进行设计1.4论文的结构第一章:绪论,简单阐述了本论文的研究背景及意义,国内外的发展状况以及本文得主要研究内容。第二章:总体方案的确定,用3D图展示了总体方案的设计,并对设计理念进行了阐述,接着对原理方案进行了确定,最后对结构设计功能进行了简单的描述。第三章:主要部件的选型。 第四章:运用SOLIDWORKS完成自动出筷机的三维建模设计。第五章:完成PLC控制系统的设计。第六章:结论,对本论文的设计进行总结,并提出了未来的工作展望。3第二章 总体方案的设计2.1总体方案确定总体方案如图2-1所示图2-1总体设计图整机包括操作面板,自动出筷机构,储筷箱机构,机架单元。其中自动出筷机构起到两个作用,第一是能够顺利的将筷子送出,第二要起到防止堵塞的作用。储筷箱是用来储存筷子,一次可加入五百双筷子。2.2自动出筷机原理方案确定原理方案是指从原理角度出发对机械系统进行,机械设计的原理性设计关系到机械最后生产工艺的顺利进行,可以说直接决定了设计的好坏,所以在进行整体的设计时加入原理方案的确定,这也是总体设计里面的关键内容5。在进行原理方案设计师应首先明确设计的背景,任务,目的及要求。明确容易出现的影响变量,包括内部结构的作用和影响,外部环境对产品的作用及影响。其次应该分模块了解各个部件的设计目的以及底线的功能,尽可能将各个部件的功能连接起来,做到完整统一,同时也要明确主要矛盾及次要矛盾,找出解决方案,方便后续的设计。当我们在做任何的产品设计时,都要全面的分析,提出尽可能多的设计方案,然后对每个方案进行分析和比较,保留好的部分,改进不好的部分,经过科学的分析和判断,最后确定最优的原理方案6。通过对要实现的功能进行分析,选出最佳方案。要想保证自动出筷机的高品质必须做到以下两个方面:(1)保证筷子能够正常顺利送出。(2)保证控制系统的的稳定型。2.3 各个机构说明2.3.1储筷机构储筷机构如下图2-2所示:图2-2 储筷机构如图2-2所示的储筷机构,采用2mm不锈钢板焊接二次,储筷机构下料口只能允许一次通过一支筷子,不允许两支筷子并行通过:2.3.2 出筷机构出筷机构如下图2-4所示:图2-3 出筷机构如图2-3所示,出筷机构配由同步带模组和出筷条组成,出筷条上开有槽口,让从储筷机构出来的筷子落入槽中,槽深可容纳两支筷子,同步带模组是将落入槽中的筷子送出,送出的国程中没开槽的部分正好将储筷机构的下料口挡住。2.4本章小结本章对自动出筷机进行了整体的机械结构方案的设计,以确保系统的可行性。然后对设计理念进行了阐述,设计始终坚持高效性,智能性,准确性原则,实现全自动出筷。接着对自动出筷机原理方案进行了确定,最后对机构设计功能进行分别描述。7第三章 自动出筷机构的设计计算3.1模组直线导轨与滑块的选择计算条件:估算出筷条质量为,皮带固定块质量,滑块上固定板质量约。按设计要求,滑块的最大速度,滑块运动时由静止至最大速度时间,匀速时间,减速时间,运动行程,加速度,。速度时间关系图如图3-1所示。图3-1速度时间关系图设计计算:由已知条件可计算出,。(一)每个滑块负荷的大小计算1)等速时,径向负荷大小2)左行加速时,径向负荷大小3)左行减速时,径向负荷大小4)右行加速时,径向负荷大小5)右行减速时,径向负荷大小(二)等效负荷的计算1)等速时2)左行加速时3)左行减速时4)右行加速时5)右行减速时(三)拟选用导轨滑块型号为MGW9H(上银直线导轨手册)基本额定动负荷:,基本额定静负荷:。(四)静安全系数计算由以上计算可以得知,最大等效负载为,故安全系数应为:(五)每个滑块的平均负荷计算(六)额定寿命的计算表3.1负载系数振动冲击速度(V)振动(G)微小大查负载系数表3.1,取负载系数。根据直线导轨的额定寿命计算公式,分别计算各导轨滑块的寿命如下:故直线导轨的寿命为:。按每分钟往复次数,折算成寿命时间为:满足需求。3.2传动同步带选择与相应带轮的设计传动同步带的选择根据实际结构情况选为:周节制带3M型,带宽为10mm。相应带轮根据实际结构需要的设计见附图。3.3步进电机的选择与传动带轮的设计计算条件:由上几节计算,导轨滑块上移动单位质量共约,运输同步带轮直径为,负载与滑台摩擦系数,电机处带轮齿数比为,负载最高速度,加速度。传动结构图如图3-2所示:图3-2伸缩轴传动结构图设计计算:(一)计算折算到电机轴上的转动惯量按照负载惯量3倍电机转子惯量的原则,则(二)计算电机驱动负载所需要的扭矩克服摩擦力所需要转矩加速时所需转矩伺服电机额定转矩,最大扭矩。(三)计算电机所需转速根据以上计算分析,结合结构实际选择42步进电机.3.4本章小结本章对出筷模组部分进行了设计。结合计算对同步带,电机等进行了选型,以及结合实际对带轮进行了设计。然后用Solidworks画出三维图见图3-3,用AutoCAD画出二维图(见附图)。图3-3出筷模组部分第四章 自动出筷机三维建模的设计4.1 Solidworks软件简介首先我要对Solidworks进行介绍一下,它是一种先进的,智能化的参变量式CAD设计软件,在业界被称为“3D机械设计方案的领先者”,易学易用,界面友好,功能强大,在机械制图和结构设计领域,掌握和使用Solidworks已经成为最基本的技能之一。与传统的2D机械制图相比,参变量式CAD设计软件具有许多优越性,是当代机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的CAD设计通常是按照一定的比例关系,从正视,侧视,俯视等角度,根据投影,透视效果逐步绘出所需要的各个单元,然后标注相应尺寸,这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化,几何图形的尺寸不会同步变更;如果改变了几何图行,其标注尺寸也不会发生变化,还要重新绘制,标注,因此绘图工作相当繁重。参变量式CAD设计软件,是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后,可以加入尺寸等数值限制条件和其他几何限制条件,让草图进入完全定义状态,这就是参数式模式。由于软件自动加入了关联属性,如果修改了标注尺寸,几何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件,让草图处于欠定义状态,这就是变量式操作模态。美国Solid Works公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司,公司宗旨是使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系统,公司主导产品是世界领先水平的Solid Works软件。90年代初,国际微机市场发生了根本性的变化,微机性能大幅提高,而价格一路下滑,微机卓越的性能足以运行三维CAD软件。为了开发世界空白的基于微机平台的三维CAD系统,1993年PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁成立SolidWorks公司,并于1995年成功推出了SolidWorks软件,引起世界相关领域的一片赞叹。在SolidWorks软件的促动下,1998年开始,国内、外也陆续推出了相关软件;原来运行在UNIX操作系统的工作站CAD软件,也从1999年开始,将其程序移植到Windows操作系统中。由于SolidWorks出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东,以原来一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司。功能描述(1) TopDown(自顶向下)的设计(2) DownTop(自下向上)的设计(3) 配置管理(4) 易用性及对传统数据格式的支持(5) 零部件镜像(6) 装配特征(7) 工程图(8) eDrawingSolidworks模形由零件,装配体和工程图等文件组成,没有生成零件之前的图纸称为草图。由2D,3D草图直接生成3D模形和工程图时,如果修改了草图的标注尺寸,其3D模形和工程图会同步更新;相反,如果修改了工程图的标注尺寸,其3D模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便,大大减少了设计人员的工作量,提高了工作效率。通常,从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始,绘制草图、生成基体特征、然后在模型上添加更多的特征,生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始,编辑特征,生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法,也就是自下而上的设计方法。草图绘制从零件文件开始,对于一个新的产品设计,要首先建立零件文件。由于零件、装配体及工程图的相关性,所以当其中一个视图改变时,其他两个视图也会自动改变。Solidworks2014允许自定义功能,选择菜单栏中的“工具”-“选择”命令,可以显示.定义”系统选项”和”文件属性”选项卡.Solidworks2014可以自动保存工作.自动恢复功能可以自动保存零件,装配体或工程图文件的信息,在系统死机时不会丢失数据.如果设定此选项,则选择”工具”_”选项”菜单命令.在”系统选项”选项卡上,单击”备份”选项,选择”每(n)次更改后,自动恢复信息”复选框,然后设定信息自动保存前应发生的变更次数.Solidworks2014具有很强的文件交换功能,可以输入,输出数十种文件格式,可以与AutoCAD,pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等软件很方便地进行文件交换。Solidworks2014在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。可将网格线与模型边线对齐,还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在Solidworks2014中不太使用,因为SolidWorks是参变量软件,尺寸和几何关系已提供了所需的精度。4.2零件建模4.2.1储筷箱三维建模的形成在SolidWorks中,储筷箱的形成比较容易实现,通过拉伸、阵列等指令,储筷箱的三维模型如图4-1所示。图4-1 储筷箱三维图4.2.2 推筷条的三维建模形成由于推筷条的三维模型比较复杂,运用了拉伸,切除,圆角,等特征,形成推筷条的三维模型。如图4-2所示图4-2 推筷条三维图4.2.3 TOOLBOX运用另外,SolidWorks里toolbox里包含了各种传动件,螺栓,螺母,螺钉,轴承等数据,可直接调用输入自己参数即可。 轴承的建模,从toolbox中选择轴承,滚动轴承如图4-3所示图4-3 添加轴承4.3零件装配零件设计好了,可以将其在组建模式下通过一定的方式组合在一起,从而造成一个组件或完整产品模型。零件装配需要在专门的组件设计模式下进行。在Solidworks2014 中,可以按照以下步骤来创建一个组件设计文件:单击新建按钮,打开“新建”对话框。在“类型”选项组中选择“组件”单选按钮,在“子类型”选项组中寻则“设计”单选按钮,在“名称”文本框中输入组件名称,清除“使用缺省模板”复选框,然后单击“确定”按钮。弹出“新建文件选项”对话框。从“模板”选项组的列表框中选择“mmns _SLDASM_design”,单击“确定”按钮。在组件设计中(装配设计),主要有两种主流设计思路,即自底向上设计和自顶而下设计。通俗一点而言,前者是将已设计好的零部件按照一定的装配方式添加到装配体中;而后者则是从顶层的产品结构着手,由顶层的产品结构传递设计规范到所有相关子系统,从而有利于高效地对整个设计流程项目进行协作管理。在组件设计模式下,系统允许采用多种方法将元件添加到组件,包括使用放置定义集(简称约束集)和使用元件界面自动放置等。通常元件放置根据放置定义集而定,这些集合决定了元件与组件的相关方式及位置,这些集既可以是由用户定义的,也可以是预定义的。用户定义的约束集含有0个或多个约束;预定义约束集(也叫连接)具有预定义数目的约束。约束放置是较为常用的装配方式。在 Solidworks2014元件放置操控板的约束列表框中,提供了多种放置约束的类型选项,包括缺省、固定、曲面上的边、曲面上的点、直线上的点、相切、坐标系、插入、匹配、对其、和自动。在使用约束放置选项时,需要注意约束放置的一般原则及注意事项。例如,“匹配”约束或“对齐”约束的一组参照的类型要相同(平面对平面、旋转对旋转、点对点、轴对轴);一次只能添加一个也是,譬如不能使用一个单一的“匹配”约束选项将一个零件上的两个不同的平面与另一个零件上的两个不同的平面配对,二必须定义两个单独的“匹配”约束;元件的装配需要定义放置约束集,放置约束集由若干个放置约束构成,用来组合定义元件的放置和方向。装配通过一个中心线重合,面重合或给定距离来配合圆弧曲面的零件。首先进行部装,在得到自动出筷机的装配图,总装配图见下图4-4所示:图4-4 自动出筷机三维装配体4.4 三维向二维的转换SolidWorks作为一套功能强大的计算机辅助绘图和设计软件,可以建立零件的三维实体图,三维装配体图及二维工程图,且大多数生产一线的工程技术人员对二维绘图软件,如autocad,caxa电子图版,等更加熟悉,而且二维软件在绘制,尤其是标注装配体,零件图时,具有独特的优势。所以,充分利用SolidWorks和二维图之间的转换,把SolidWorks自动生成的工程视图与二维软件的标注结合起来,达到“以二维之长补三维之短”的目的。一下是三维建模生成二维工程图的详细过程。在SolidWorks中生成二维工程图。在SolidWorks中的新建模板中,新建一个工程图模板,打开工程图工具条,在工程图工具条中点击“新建”按钮,并在作图区域中单击右键,“从文件中选择”,确认要生成工程图的三维模型,并选择要形成工程图的视图方向;在绘制区域内单击左键,以确定图形位置,单击“确定,完成工程图的绘制,并将其保存为“dwg/dxf”格式的文件。如图4-5所示图4-5新建工程选用标准图纸,或自定义图纸大小,如图4-6所示图4-6选择图纸打开需要生成工程图的零件,并将其拖入此工程图。左键确定位置,继续移动鼠标,会显示鼠标移动方向的视图。从而确定所需工程图,如图4-7所示。图4-7工程图创建此外,还可通过上方的工具来分析剖视图。也可标注此装配体的零件及其名称。因此图还将在CAD中修改,故在此未标注零件序号及名称,最后完成的工程图如图4-8所示:图4-8自动出筷机工程图纸4.5 本章小结本章对整个自动出筷机进行三维建模,完成三维的设计。第五章 自动出筷机控制系统设计5.1控制方案比较与选择 目前控制系统中通常采用控制方法有:单片机控制、继电器控制、PLC控制。这三种控制方式的各有特点,适用范围也不同。5.1.1 继电器控制 继电气通俗意义上说就是开关,是,在条件满足的情况下关闭或开启。我们生活中常用的一种控制设备在条件满足的情况下开启和关闭。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用,由于设计使用的电子电路中,或多或少都需要和一些机械设备相联系,所以继电器在系统中也起到电子设备和机械设备的接口作用。 继电器控制系统具有电路直观、结构简单、价格低廉等优点。继电器控制系统适用于简单一些的逻辑控制电路,在电路中继电器类似计算机中的基本逻辑电路,组成了各种各样的控制电路.随着工业的飞速发展,要求控制系统的越来越复杂,同时其可靠性指标也越来越高,在实际应用中仅依靠继电器触点的通断来实现控制不可避免存在一些缺点:触点转换的时间造成响应速度慢,降低了控制精度;触点频繁通断容易产生电火花,耗电量大,影响使用寿命;不同电路继电器不能通用,对复杂逻辑关系设计不容易实现:继电器触点长期使用容易磨损;继电器的触点容易产生电弧,甚至会熔在一起产生误操作,引起严重的后果。对一个装有上百个继电器的设备,其控制箱将是庞大而笨重的。继电器控制系统必须是手工接线、安装,在全负荷运载的情况下,大的继电器将产生大量的热及噪声,并且如果有简单的改动,也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试,使用调整很不方便。65.1.2单片机控制8一单片机控制系统的概述及其特点 单片机的简称也被称为微控制器,集成在一个单片微型计算机,是微型计算机的各种功能的组件,包括一个CPU,一个随机存取存储器,只读存储器ROM,基本输入/输出接口电路,定时器/计数器,中断控制,系统时钟和系统公共汽车和其他部件都在一个集成芯片制造,构成一个完整的微机实现微机的基本功能。供应链管理可以从微观的各种应用,中小和大能。支持大项目,使用低成本的单片机系统,效率高的优点,但有相当大的研发,为行业经验,使系统运行稳定可靠。在控制方面:只是一个单片机,单片机直接开发的控制系统,该系统必须被设计的硬件和软件的设计和干扰,使应用程序,包含了大量的个性化和有针对性的设计,要求非常高的开发商,工作量大,成本高的程序更加复杂,开发周期长,有是一个强大的目标。 二单片机控制系统的设计方法8 单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指MCU、存储器、1/O接口和外设等物理器件的有机组合,软件是指系统监控程序的总称。在开发的过程中,它们的设计不能完全分开,二者需要互相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。单片机应用系统的开发包括系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试和产品化等几个阶段,但它们并不是决然分开的,有时要交叉进行。下面分别简要予以讨论。1.总体设计在进行系统设计之前,首先应根据对系统的功能要求及其应用环境等确定合理的、具体的功能和技术指标,对应用系统的可靠性、通用性、先进性、可维护性以及成本等进行综合考虑,以尽量合理并符合相应的标准。然后根据市场上各种单片机的货源情况和单片机的性能及开发工具等因素选择合适的机型。接下来要根据系统中可能涉及到的传感器、模拟电路I/O接口、存储器、打印机和显示器等器件和设备进行器件选择,使之符合系统在精速度和可靠性等方面的要求。最后确定硬件和软件的功能划分。由于在系统设计中某系功能用硬件和软件都能实现,在设计中应综合考虑研制周期和成本等因素具体划分软硬件功能。 2.硬件设计 硬件设计的任务是根据总体要求,在所选的MCU和各个元器件型号的基础上设计出系统的电路原理图,做一些必要的部件实验,以及工艺结构的设计加工,印刷电路板的设计制作和样机的组装等。在硬件设计中,需要考虑系统总线的负载能力、系统扩展是的片选方式、模拟电路的速度和精度等,如需扩展存储器则尽量用一片完成这样既降低了成本,又减小了线路板的面积,同时提高了系统的可靠性3.软件设计 单片机应用系统的软件(即监控程序)设计是系统设计中最基本而且工作量较大的任务。和系统机上操作系统支持下的纯软件设计不同,单片机的软件设计是在裸机的条件下完成的,而且随应用系统的不同而不同在软件设计中一般要考虑以下几个问题。(1) 合理的软件结构(2)程序结构设计(3)程序设计顺序 在程序设计完成后,利用相应的开发工具和汇编软件进行程序的汇编(或翻译),生成程序的机器码。5.1.3 PLC控制1一PLC控制系统概述及其特点 PLC(可编程逻辑控制器)设计为一个完整的系统控制装置的特点是通用性强,使用方便,适应范围广,可靠性高,抗干扰能力强、编程简单。只要计划的输入和输出信号,然后根据控制要求,PLC指令调度的PLC控制程序。同时,PLC指令对汇编语言或C语言的掌握更容易。PLC可以很容易做的唯一的时序逻辑,运动控制,定时控制,计数控制,数字计算,数据处理等功能,并能建立数字和模拟接触输入输出接口的生产机械的类型,使自动控制生产过程。 (1)顺序控制。所谓顺序控制过程中,控制信号的作用下,使得每个驱动器的生产过程中根据动作自动序列。由于该程序还具有设计灵活,速度快,可靠性高,成本低,易于维护,等,所以你完全可以代替一个单一的控制的实现,多集群控制,在传统的继电接触器控制系统的生产过程控制。它主要是对应的操作命令信号和传感器信号,根据操作控制按钮的机械运动部件,限位开关等领域,从而达到自动生产线的控制。 (2)闭环过程控制。在过去的模拟量控制与PID过程控制器硬件电路仿真实现开放,闭环控制。现在完全采用PLC控制系统,模拟控制模块的选择,其功能是由软件完成,系统的精度是由比特数决定,而不影响组件,从而更可靠,易于实现复杂控制、先进控制方法,多个控制电路可以控制多个控制参数。 (3)位置控制运动。PLC可以支持数控机床的控制和管理,在机械加工行业,可编程逻辑控制器和计算机数值控制(CNC)集成在一起,完成机床的位置控制的运动,它的功能是接受信息输入装置的处理,处理和计算后,发出相应的脉冲驱动器,步进电机或步进电机,使机器完成预定轨道的多轴步进电机控制。已被用来控制无心磨削,在复杂的零件,滚齿切削的应用如触摸。(4)生产过程监控与管理。PLC的通信接口,可以显示终端,打印机和其他外围设备相即使。显示器为人机界面(HMI)是一个微处理芯片的嵌入式智能设备,结合PLC可以取代很多的控制按钮在内阁,选择开关,信号灯,以及生产工艺和电气模拟屏控制柜和大量的中间继电器端子块。所有操作都可以在显示器上的操作元件进行。PLC可以迅速和容易地生产过程数据采集,处理,并对参数进行二进制,十进制,十六进制,ASCII字符显示的显示,等。在显示屏幕上的反应,现场设备通过图标的颜色变化的运行状况,如阀门的开启与关闭,电机启动和停止位置的开关状态。使用集成的数据,PID闭环控制方法条形图,以反映生产过程中的变化量,由操作员设置参数,可以调整参数,数据查询,在任何一个时间找到数据记录,通过打印有关的生产数据,便于分析未来的生产管理和工艺参数。(5)网络特性。PLC可以实现多个PLC与一台或多台计算机之间的通信。网络化的要求,从而形成一个多层次的分布式控制系统,工厂自动化网络构成。通过通讯模块,实现控制系统远程监控计算机和相应的软件。和公共电话网通过调制解调器连接到远程客户端计算机,使管理人员可以通过电话线控制的远程监控系统1。5.1.4 PLC与其它控制装置的比较 1.可靠性高,抗干扰能力强这是PLC用户关心的首要问题。为了满足PLC专在工业环境下应用的要求,PLC采用了如下硬件和软件措施:(1)光电耦合隔离和R-C滤波器,有效的防止了各类电磁干扰信号的进入。(2)采用内部电磁屏蔽,防止辐射干扰。(3)采用优良的开关电源,防止电源线引入的干扰。(4)具有良好的自诊断功能。可以对CPU等内部电路进行检测,一旦出错,立即报警。(5)程序及有关数据用电池供电进行备份,一旦电源断电或运行停止,有关状态及信息不会丢失。(6)采用了冗余技术进一步增强可编程序控制器的可靠性。对于某些大型的PLC,采用双CPU构成冗余系统,或三CPU构成表决式系统。(7)对采用的器件都进行严格的筛选和老化处理,排除了因器件可靠问题而造成的故障。随着构成PLC的元器件自身性能的提高,PLC整体的可靠性也在相应提高。一般PLC的平均无故障时间可达到几万小时以上。某些PLC的生产厂家甚至宣布,今后生产的可编程序控制器不再标明可靠性这一指标,因为对可编程序控制器这一指标已毫无意义了。经过大量实践,人们发现PLC系统在使用中发生的故障,大多是由于PLC的外部开关、传感器、执行机构引起的,而不是PLC自身的问题产生的。2.通用性强,使用方便现在的PLC产品都已系列化了,PLC配备有各种各样,种类齐全的I/O模块和配套部件用户选用,可以很方便地搭建成可满足不同控制要求的控制系统,用户不再需要自己设计和制作相应的硬件装置。在确定了PLC的硬件配置和I/O外部接线后,用户所做的工作只是程序设计而已。3.编程简单,易于理解PLC是工业自动化控制装置,它的主要目的是使用的电气技师大部分。PLC厂家大多是基于这一现实,一般不要使用计算机编程语言,以及控制和继电器梯形图语言的使用是非常相似的,工程技术人员学习和使用的语言是很方便的。4.先进的模块化结构的使用,灵活方便的系统组合PLC的各个组成部分,包括CPU,电源,I / O通道,采用模块化设计,机架和电缆连接各个模块。系统的功能和尺寸可以根据自己实际的用户需求结合起来,以便用户能够满足性能要求的合理成本。5系统设计周期短由于系统硬件的设计任务仅是依据对象的要求配置适当的模块,如同吃饭从菜单中点菜一样方便,这就大大缩短了整个设计所花费的时间,加快了整个工程设计的进度。6安装简便、调试方便、维护工作量小可编程序控制器一般不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端子相连,系统便可以投入运行,安装接线工作量比继电器控制系统小得多。PLC软件的设计和调试大都可以在实验室里进行,用模拟实验开关代替输入信号,其输出状态可以观察PLC上的相应发光二极管显示,也可以另接输出模拟实验板。模拟调试完成后,再将本身故障率很低,又有完善的自诊断能力和显示功能,一旦发生故障可以根据PLC上发光二极管或编程器提供的信息,迅速查明原因或直接找到发生故障的外围设备。如果是PLC本身故障,则可用更换模块的方法迅速排除故障。这样既提高了维护的工作效率,使故障造成的对工业生产的影响降低到最低程度,也保证了生产的正常进行。5.1.5 系统方案的确立在此综合各种方面因素选择PLC作为自动出筷机控制系统的核心,如2.4.4小节所分析的,PLC具有其他任何一种控制器所不具备的优点,更符合设计要求。5.2 PLC I/0的分配分配输入/输出点信号,并输出控制输出点是一对一的。分配后,根据系统的配置和分配给每个输入和输出信号通道的联系电话,这是号码。FX2N PLC输入/输出通道数使用可自由配置,固定信道模式。输入和输出继电器有选择的自由,并输入相应的输入继电器输出点对应的输出继电器。 由上述控制要求可得到。四色植绒机控制系统输入输出接口如表5-1所示。 表3-4 I/O接口分配输入分配输出分配名称地址名称地址手动模式X0自动模式X1回零模式X2出筷感应开关X35.4 系统电气控制接线图设计系统供电电源采用三相线制供电。供电电源等级为AC380V5,50Hz,系统PLC接线图,继电器接线图和主电路图如图5-1所示。图3-1 PLC接线图如图3-1所示,PLC的供电为220V交流电,输入端开关量信号一端接PLC的COM端,输出段COM接开关电源0V段,辅助继电器一端接开关电源24V+段,一端接PLC输出端。结论与展望结论此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一个转折点。从最初的选题,开题到计算、绘图直到完成设计。其间,查找资料、老师指导、与同学交流、找相关人士咨询、反复修改图纸,每一个过程都是对自己能力的一次检验和知识的运用。通过这次设计,我了解了的自动出筷机的的用途及工作原理,熟悉了产品的设计步骤,锻炼了工程设计实践能力,培养了自己的独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固,同时也是走向工作岗位前的一次热身。毕业设计收获很多,比如学会了查找相关资料相关标准,分析数据,提高了自己的绘图能力,懂得了许多经验公式的获得,是不懈努力的结果。同时,仍有很多课题需要在以后的工作中去努力去完善。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力,对材料的不了解等等。这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅,使我明白自己知识还很浅薄,虽然马上要毕业了,但是自己的求学之路还很长,以后更应该在工作中不断努力学习,努力使自己成为一个对社会有所贡献的人,为中国机械行业添上自己的微薄之力。展望这次设计让我认识到机械系统结构的重要性,只有完成了结构方面的设计,才有可能进行后续的控制系统设计,机械系统设计的合理性需要反复的验证,只有各个部件的完美配合,才能实践预期的功能。通过这一次的毕业设计,自己开始对结构设计有了一定的认识和了解,在设计工作过程中培养了独立思考,细心专研的学习态度,相信对以后的工作学习会有很大的帮助。在这次设计过程中,充分认识到理论结合实践的重要性,一定要充分理解消化书本中的理论知识,并将其运用到实际的设计中,只有这样才能设计出合理优秀的产品。29参考文献 1. 梁燕飞,谭伟明.自动机械与自动生产线.北京:高等教育出版社,2008.2. 王家文,曹宇.图形图像处理.沈阳:国防工业出版社,2004.3. 于起峰,陆宏伟,刘肖琳.基于图像的精密测量与运动测量.上海:科学出版社,2002.4. 王积伟,章宏甲,黄谊.液压与气压传动.北京:机械工业出版社,2005.5. 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