毕业设计（论文）-MPS加工站机械设计（全套图纸） .doc

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1、 第 20 页 南京工程学院继续教育学院毕业设计（论文）全套完整版CAD图纸，联系153893706设计（论文）题 目 MPS加工站机械设计 学 生 姓 名 指 导 教 师 2008年 1 月 4 日南京工程学院 继续教育 学院（系） 数控技术 专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 教学设备机械结构原理设计 2、专题 MPS加工站机械设计 二、课题来源及选题依据课题来源：学院开发研制教学设备需要。 选题依据：根据学生所学专业及教学大纲要求，结合学院教学需要和相关企业实际生产及设计模式，促使学生将所学专业基础知识及专业知识具体应用到实践中，培养其理论联系实际的能力。三、本

2、设计（论文或其他）应达到的要求：1设计模块化MPS加工站机械装置部分。要求结构简单，功能明确，模拟性强，操作简便；安装与调整方便，制造与检测容易；在满足教学要求的前提下，力求安全可靠，经济实用。 2整个模块化MPS是由上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站、分类站六个部分组成的。故每一站除了要求能单独完成本站的一个动作过程（功能要求）外，还要考虑能将各站按一定顺序联接在一起，组成一个模块化生产系统。 3设计参数 （1） 大工件尺寸：3030mm；材料：尼龙6，密度=1.2g/cm3；有黑、白两种颜色。 （2） 模拟旋转加工台转速n=10r/min。 4 本站功能要求 加工站是把第二站搬

3、运来的大工件进行加工、检验，并在加工过程中将大工件的颜色信号也同步进行传送。该站由四个工位组成，即：待加工（运来工件）工位、模拟钻削加工工位、模拟检验工位和待搬运（运走工件）工位。各工位之间能按工作顺序自动运转，运转机构要求传动平稳，速比恒定，调速性能好。 5设计内容 （1） 设计满足各站功能要求的自动机械装置，包括气动回路； （2） 根据需要选择（或设计）原动机、传动机构、执行元件； （3） 制各站全套机械工程图（装配图和零件图）一份； （4） 撰写设计计算说明书一份，字数约10000字符。 四、接受任务学生： 数控70302 班 姓名 唐威 五、开始及完成日期：自2007年 11 月 5

4、日 至 2008年 1 月 11 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名 签名 教研室主任学科组组长研究所所长签名 院长(系主任) 签名 年 月 日摘 要随着先进制造技术的发展和计算机技术的广泛应用，使传统的模块化设计技术发生了深刻的变化。模块化是现代制造业发展的要求，是对传统标准化形式的发展。模块化模拟生产系统(MPS)是我校自动化专业高级维修电工进行PLC编程与操作以及PLC联网控制技能训练的教学设备。该系统由上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站、分类站等六个部分组成。每一站都有一套独立的PLC控制系统，都能单独完成一个动作过程，将各站按一定顺序联接在一起后，就组成了一个

5、模块化生产系统。本次毕业设计的任务就是完成六个模块的机械装置和气动回路的设计。从模块化制造概念的形成可以看出，模块化制造是符合当今制造业发展潮流、具有广泛实践基础、可具体执行和操作的一种实用型先进制造模式和技术体系。模块化制造系统是根据特定模块化产品的制造要求设计而成的：产品性能和质量提高的周期缩短，频率提高，快速响应市场需求；与其相适应的生产系统易于重组，以适应产品的快速变换。满足这两个基本要求的实现条件就是产品结构的模块化和制造系统装备的模块化。该系统的设计特点是模块化，结构简单，模拟性强，操作简便。各自有一套独立的功能。各模块之间又能相互联系，构成一个完整的“系统工程”。是一台较理想的理

6、论知识和技能训练相结合的教学设备，非常适合高等职业技术学校进行模块化教学。该设计课题为多人分做，本人的设计重点是加工站的机械装置和气动回路部分。目 录第1章 MPS总体方案设计概述（01）第2章 加工站设计说明（04）2.1功能介绍（04）2.2方案设计（04）2.3气路的一般分析（04）2.4工作桌面介绍（05）2.5工作过程（06）2.6选择电动机M1（08）2.7选择气缸型号（10）2.8选用材料的特性与热处理（10）第3章 结论（12）谢辞（13）参考文献（14）第1章 MPS总体方案设计概述模块化生产系统由上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站,分类站六部分组成。在上料检测站

7、中有一个回转仓，仓内存储着黑、白两种颜色的大工件，在安装站有一个料仓，仓内存储着黑、白两种颜色的大小工件。每一站都有一套独立的PLC控制系统，都能单独完成一个动作过程，而将各站按一定顺序联接在一起后，就组成了一个模块化生产系统，如图1所示。上料检测工位搬运工位加工工位安装搬运工位分类工位安装工位图1 模拟自动生产线图1-1 系统方框图模块化生产系统工作过程简述如下：通过程序的控制，上料检测站将大工件从回转料仓内送出，搬运站把大工件从上料检测站搬至加工站，加工站将大工件加工、检测后送出，安装搬运站把大工件搬至安装工位放下，安装站把对应的小工件装入大工件中，而后，安装搬运站将安装好的工件送至分类站

8、，分类站再将工件按要求送入相应的仓库。直流电动机具有调速性能好，起动力矩大的特性，能较好地适合本系统要求，故考虑某些原动机械选用直流电动机。由于气压传动的工作介质是空气，排放方便，不污染环境，空气粘度小，便于远距离传输，能源损失小；另外，气压传动反应快，维护简单，工作环境适应性好，允许工作温度范围广，有过载保护作用。因此，也采用气缸来提供部分动力和传递运动，而不用液压传动。又因该系统为教学实验设备，动力较小，主要是满足运动要求，所以气缸主要根据运动要求进行选择。MPS是模拟生产系统的英文缩写，用于模拟一个典型的顺序控制系统。在该系统中必须完成对工件颜色的判别、加工、搬运、分类等。这些功能实现的

9、一个很重要的环节，是必须对工件、系统机械部件的位置及工件的颜色进行感知，即检测，而这一工作的完成很大程度上依赖于传感器的使用。传感器按其机理及转换形式分类有结构型、物性型、数字（频率）型、量子型、信息型和智能型。按敏感材料分类有半导体型、功能陶瓷型、功能高聚物型等。按测量对象参数分类有光传感器、湿度传感器、温度传感器、磁传感器、压力（压迫）传感器、振动传感器、超声波传感器等。按应用领域分类有机器人传感器、医用（生物）传感器、环保传感器等。在这套MPS设备中用到了无接近式传感器（电容传感器、电感传感器）、光电传感器、磁传感器（磁性开关）。分别判别黑白工件；检测工件、系统机械传动装置及气缸运动是否

10、到位等功能。第2章 加工站设计说明2.1功能介绍 它是模块化生产系统的第三站，其主要功能是把第二站搬运来的大工件进行加工，并在加工过程中将大工件的颜色信号也同步进行传递。2.2方案设计 由一圆形旋转加工台和钻削、检测两加工点组成。电机M1带动圆形旋转加工台转动，光电式传感器B1专门检测搬运站有无工件送来，圆形旋转加工台的定位问题依靠光电式传感器B2来解决。圆形旋转加工台上有四个工位，均匀分布在加工台的边上，其中两个工位正好位于鉆削和检测两加工点，剩余的工位一个靠近第二站，等待搬运站把要加工的工件运来;另一个靠近第五站，等待把已加工的工件运走。我们把靠近第二站的工位称一号工位，在鉆削加工点的工位

11、称二号工位，在检测加工点的工位称三号工位，靠近第五站的工位称四号工位。钻削加工点由电机M2、1号气缸组成。3号气缸是双作用气缸，由单控电磁阀3Y1控制，模拟对被加工工件的加紧和放松。电机M2带动钻头转动。1号气缸是双作用气缸，由单控电磁阀1Y1控制，主要带动电机M2和钻头一起上下动作，对工件进行钻削加工。检测加工点由2号气缸组成。2号气缸是双作用气缸，由单控电磁阀2Y1控制，主要是对钻削好的工件检测，检查加工质量。气动回路如图2所示。 图2 气动回路图2.3气路的一般分析首先，考虑动力的合理分配和利用。气路工作运行的特点是：1.在各工作地点全部气动装置同时都在工作的情况是很少的；2.每个气动装

12、置的压缩空气消耗量也不是固定的，有时要求量很大,而有时却又可能很小或完全不需要；3.由于工作要求的不同，各个气动装置所需要的工作压力也不相同。因此，在设计时，对空气压缩机的效率、排气量和工作压力的选择，应有适当的分析和计算。其次，是网络的合理布置。对于网络的设计要求是：1.线路最短，并尽量做到拐弯少；2.尽量少采用供应较少而且较贵的橡胶软管；3.控制阀以及其它辅助装置少。第三，是保证各部分工作运行在时间上的协调。由于空气介质的可压缩性，气压的能量转换过程较为复杂，而且不稳定，因此，在运用“一阀控制多缸”原则时，还必须同时考虑多缸运动协调问题。在设计气路、选用控制阀和辅助装置时必须考虑这个因素。

13、电控换向阀是利用电磁使阀心换向，它是由电磁控制部分和换向阀部分组成的，换向阀部分称为主阀。电磁控制部分按其对主阀的控制型式分为直动式和先导式两种，主阀阀心的换向由电磁铁芯直接推（或拖）动的控制形式，称为直动式。如果主阀阀芯的换向是由电磁控制压缩空气来实现的，则这种控制形式称为电磁先导式，而电磁控制部分称为电磁先导阀，它与主阀组合成先导式电磁阀。 本站选择单向电控阀。2.4工作桌面介绍加工工位工作桌面如图3所示。它由一圆形旋转加工台和钻削加工位、检测位等组成。电机3M1通过减速器带动圆形旋转加工台转动，光电式传感器3SQ1透过加工台上的圆孔检测搬运工位有无工件送来。圆形旋转加工台的定位是依靠电感

14、式传感器3SQ2来解决。圆形旋转加工台上有四个工件位置，均匀分布在加工台的圆盘上，如图134所示。我们把靠近搬运工位接收工件的1号位置称为接收点，搬运工位搬运来的工件被放在这里；钻削加工工件的2号位置称为加工点；检测工件的3号位置称为检测点；靠近第五工位的4号位置称为输出点，加工好的工件在这里被第五工位的机械手取走。加工点由电机3M2、1号气缸和3号气缸组成。3号气缸是可调双向缓冲气缸，其动作受3号换向阀（单控二位五通电磁换向阀）的控制，模拟对被加工工件的夹紧和放松。电机3M2带动钻头转动。1号气缸是可调双向缓冲气缸，其动作受1号换向阀（单控二位五通电磁换向阀）的控制，它带动电机3M2和钻头一

15、起做上下运动，对工件进行模拟钻削加工。检测点由2号气缸组成。2号气缸是可调双向缓冲气缸，其动作受2号换向阀（单控二位五通电磁换向阀）的控制，其上下运动模拟对工件的检测，检查加工质量。继电器3SQ1旋转工件台3号气缸电机3M21号气缸2号气缸3SQ2气阀1234图3 加工工位工作桌面2.5工作过程（1）系统复位、开始 当按下“上电按钮”、“复位按钮”后，PLC的外围设备都回到其始位置。这时“开始按钮”中的指示灯开始闪烁，按下“开始按钮”后系统开始动作。（2）圆形加工台转动并定位当一号工位上检测到工件时，电机M1得电并带动圆形加工台转动，把一号工位上的工件送到二号工位进行钻削加工（一号工位上暂无工

16、件，等待搬运站把下一个工件运来），当到达位置时电感式接近开关B2动作并送出信号，PLC得到信号后使电机M1失电，圆形加工台停止转动。（3）夹紧并加工工件加工工件时先接通单控电磁阀3Y1，3号气缸带动夹具将工件夹紧。当工件被夹紧后，装在3号气缸缸体上的磁性接近开关3B2动作，3B2送出信号，PLC得到信号后接通单控电磁阀1Y1和电机M2，电机M2带动钻头转动，1号气缸带动电机M2和钻头一起下降，对工件进行钻削加工。（4）钻头复位放松工件加工完成后PLC使单控电磁阀1Y1和电机M2失电，1号气缸带动电机M2和钻头一起上升。当上升至限位时，装在1号气缸缸体上的磁性接近开关1B1动作，1B1送出信号，

17、PLC得到信号后使单控电磁阀3Y1失电，3号气缸带动夹具将工件放松。当工件放松后，装在3号气缸缸体上的磁性接近开关3B1动作，3B1向PLC送出信号，表示当前工件的钻削加工已完成，等待搬运站把下一个工件送至一号工位。（5）检测到下一个工件转过一个工位当搬运站把下一个工件放置在一号工位后，光点式传感器B1动作并向PLC送出信号，PLC使电机M1得电并带动圆形加工台转动，把一号工位上的工件送到二号工位进行钻削加工，把二号工位上的工件送往三号工位进行检测（一号工位上暂无工件，等待搬运站把下一个工件运来）。当到达位置时电感式接近开关B2动作并送出信号，PLC得到信号后使电机M1失电，圆形加工台停止转动

18、。（6）夹紧、加工和检测工件在二号工位上，加工过程同上。在三号工位上，单控电磁阀2Y1得电后，2号气缸带动检测探头下降，对工件进行检测。当下降至限位时，装在2号气缸缸体上的磁性接近开关2B2动作，2B2送出信号，PLC得到信号后使单控电磁阀2Y1失电，2号气缸带动检测探头上升。当上升至限位时，装在2号气缸缸体上的磁性接近开关2B1动作，2B1向PLC送出信号，表示当前工件的检测工作已完成。当搬运站再把下一个工件放置在一号工位后，光电传感器B1动作并向PLC送出信号，PLC使电机M1得电并带动圆形加工台转动，把一号工位上的工件送到二号工位进行鉆削加工，把二号工位上的工件送往三号工位进行检测，把三

19、号工位上的工件送到四号工位准备运走，一号工位上暂时无工件，等待搬运站把下一个工件运来。当工件到达工位时，电感式传感器B2动作并向PLC送出信号，PLC得到信号后使电机M1失电并同时接通单控电磁阀2Y1和3Y1。在二号工位上，加工过程同上。在三号工位上，检测工作过程同上。当鉆削、检测两加工点工作完成并且四号工位上工件已被运走时，搬运站再把工件放置在一号工位，光电式传感器B1动作并向PLC送出信号，PLC使电机M1再次得电并带动圆形加工台转动，加工站进入下一轮工作循环。2.6选择电动机M1 旋转加工台受到的钢珠滚阻力矩M=F，其中F=G=G+G+G由参考文献1表18查得：钢板密度=7.8g/cm工

20、件（尼龙6）密度=1.14 g/cm：滚动摩擦因数 F：底板所受法向反力合力 G：底板总重 查（西安微电机研究所）数据资料，选40ZY-DZ01永磁直流电动机，此电动机带减速器，相关参数为：电机型号额定电压额定电流额定转速额定功率转矩40ZY-DZ0124V1.1A3500r/min14.3W39.2103Nm对于模拟钻削电动机M2，只需满足模拟钻削功能（动作演示），无特殊功率、转矩等要求，选择型号：M28-832。2.7选择气缸型号气缸选择的要点：1 作用力的大小：根据外部工作所需要的力的大小。确定活塞杆上的推力或拉力。必须指出，同一个气缸时的实际出力大小随要求的工作速度不同而有很大 变化。

21、速度增高，则由于背压增高等因素影响，出力将急剧降低，其变化并非直线关系。选择缸径时对此必须十分注意。应该依据工作条件不同，按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力近似地乘以1.152的备用系数，从而确定所需要气缸地内径。2 活塞行程的长短：行程就是气缸活塞所能移动的最大距离，带缓冲装置的气缸其缓冲部分的距离也包括在内。行程的长短于使用场合有关，也受加工和结构上的限制。3 安装形式：根据安装位置、使用目的等因素来决定。在一般场合下，多选用固定式气缸。在车床或磨床上，工作需作连续的旋转，应选用回转气缸。在活塞杆除作直线运动外。又要作较大的圆弧运动时，则选用摆动式气缸（又叫轴销式气缸）。4 活塞的运动速度

22、：主要决定于气缸进排气口及导管内径的大小。如果要求活塞杆高速度地运动时，应选用大地进排气口及导管。通常为了得到缓冲的、平稳的活塞杆运动速度，可选用节流装置或油液阻尼装置的气缸。节流的方法有：当用水平安装的气缸去推动负载时，推荐用排气节流；如果用垂直安装的气缸去举升重物时，则推荐用进气节流；当要求行程终点活塞杆运动平稳时，则选用带缓冲器的气缸等等。根据设计所需行程查参考文献6选择如下：1号气缸 STLM16-752号气缸 SCPD2L-10453号气缸 SCPD2L-10152.8选用材料的特性与热处理钢的可焊性：一般指钢在某种焊接方法下得到优质焊接接头的能力，常把钢在焊接时形成裂纹和在焊缝区产

23、生脆性的倾向作为衡量钢的可焊性的主要指标。在设计时，必须注意焊件结构形状、刚度、焊接方法、焊接材料及焊接工艺条件，考虑钢的可焊性。材料表面处理：利用直流电作用从电解液中析出金属，并在物件表面沉积而获得金属覆盖层的方法。金属喷镀是用压缩空气将熔融状态的金属雾化成微粒，喷射在预先准备好的工件表面上，形成金属覆盖层的一种机械结合的工艺方法。它能用来喷镀绝大数金属与合金，基本上不受设备零件形状的限制，喷镀层硬度高，有贮油能力（能贮喷镀层的体积1015%的润滑油），耐磨性高，可得到从0.0210毫米厚的金属覆盖层，喷镀时零件温度低（7080C），基体金属的组织结构未变，强度不会降低，但时镀层本身的抗拉，

24、抗剪切和抗冲击都低（抗压强度高，约为7585kg/mm2）.因此，只能增加零件的几何尺寸，而不能增加或恢复强度。镀层与基体金属的结合强度不如电镀牢固。喷镀层孔隙率大。目前主要应用于下列三方面：1、在碳钢设备上喷镀耐蚀金属用以防止腐蚀性介质的腐蚀和高温氧化，2、修复由于腐蚀，机械加工错误或铸造缺陷而要报废的零件，3、用喷镀金属的非金属材料来代替金属材料制造设备。本站大多选用Q235材料进行加工，所采用的热处理方法是金属喷镀。第3章 结论MPS 系统是一套包含了工业自动化系统中不同程度的复杂控制过程的教学培训装置。MPS具有综合性、模块化及易扩充等特点。它针对学员不同的技术基础进行培训，具有良好的

25、适用性。模块化制造系统的优点是：对于新产品而言，由于标准的模块化而带来的生产系统的简化，并和自动化相结合，将帮助显著缩短生产周期。由于模块化制造系统的设计是高度自动化的，硬件是模块的，因此能很快地设计和重构低成本的生产系统。该实验装置的一大显著特点是：具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制。将六个模块分开培训可以容纳较多的学员同时学习。在基本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的两站、三站直至六站连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。由于该系统囊括了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、（可编程序控制器）、传感器等多种技术，给学生提供了一个典型的综合科技环境

26、，使学生曾学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。因此该套装置非常适合对在校学生和初上岗位的工程技术人员进行培训，是培养机电一体化人才的理想设备。该系统属于教学设备，因此我们的设计指导思想是：结构简单，模拟性强，安全可靠，不污染环境。在满足教学要求的前提下，力求整套设备经济实用。经过这次毕业设计，使我掌握到了针对设计任务，进行课题调研、收集、查阅、整理查找科技文献、情报资料，融会贯通所学过的知识和技能，充分做到理论与实践相结合。推出能够解决问题的方案与办法并进行运行操作与实施的工程设计方法，但是由于时间的问题和自己能力限制，在设计中难免有一些错误和漏洞，不足之处希望老师能

27、指教，还请多多包涵。谢辞通过两个多月的努力终于顺利完成本设计，本人对指导老师蔡昀老师表示崇高的谢意，蔡老师多次询问设计进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励，让我有信心完成这次毕业设计，并对协助完成这次设计的有关人员朱建明老师和对本设计提供资料的吴炳初老师表示由衷的感谢，同时也对支持与关心我们这次设计的校领导与老师表示感谢。参 考 文 献 1吴宗泽主编 机械零件设计手册 机械工业出版社 2刘守勇主编 机械制造工艺与机床夹具机械工业出版社3王之栎主编 机械设计综合课程设计 机械工业出版社4赵忠等主编 金属材料及热处理 机械工业出版社5朱建明主编 模块化生产系统教学讲义无锡市技师学院6陈立德主编 机械设计基础 高等教育出版社7贾名著主编 工程力学 天津大学出版社8季名善主编 液气压传动 机械工业出版社9 CKD气动元件（样本） CKD株式会社10陈于萍主编 互换性与测量技术 高等教育出版社 南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸