基于PLC控制的自動軸承分選機研究與設計
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附表4：
寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）任務書
所在學院
機電學院
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
班級
08機自4班
學生姓名
劉哲
學號
08141010411
指導教師
朱火美
題 目
基于PLC控制的自動軸承分選機研究與設計
一、畢業(yè)設計（論文）工作內容與基本要求：（目標、任務、途徑、方法，應掌握的原始資料（數據）、參考資料（文獻）以及設計技術要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁）
課題簡介：
目前隨著可編程控制器PLC朝著小型化、廉價化、標準化、高速化、智能化、大容量化、網絡化的方向發(fā)展，并與計算機技術相結合，形成工業(yè)控制機系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)、現場總線控制系統(tǒng)，使PLC功能更強，可靠性更高，使用更方便，適用面更廣。
本課題基于PLC控制的自動軸承分選機研究與設計，主要實現如下功能：1）通過PLC控制實現軸承Z1、Z2、Z3的三級自動分選；2）報警功能：分選過程出現故障，系統(tǒng)自動報警。
主要任務：
（1）總體方案設計
（2）分選機結構設計，并建立三維模型
（3）電機選型、I/O地址分配及PLC選型
（4）設計控制電路圖
（5）設計軟件，編寫相應的程序
（6）撰寫1萬字以上設計說明書一份。
參考資料：
PLC相關資料，電機選型資料、電路設計相關資料。
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]成大先.機械設計手冊.化學工業(yè)出版社.
二、畢業(yè)論文進度計劃
畢業(yè)設計（論文）時間： 2011 年 7 月 1 日至 2012 年 4 月 1 日
計 劃 答 辯 時 間： 2012 年 4 月 10 日
三、專業(yè)（教研室）審批意見：
審批人（簽字）：
工作任務與工作量要求：原則上查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；文獻綜述不少于3000字；文獻翻譯不少于2000字；畢業(yè)論文1篇不少于8000字，理工科類論文或設計說明書不少于6000字（同時提交有關圖紙和附件），外語類專業(yè)論文不少于相當6000漢字。 提交相關圖紙、實驗報告、調研報告、譯文等其它形式的成果。畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范及有關要求，請查閱《寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）指導手冊》。
備注：學生一人一題，指導教師對每一名學生下達一份《畢業(yè)設計（論文）任務書》。
分 類 號
密 級
寧xx學院
畢業(yè)設計(論文)
基于PLC控制的自動軸承分選機研究與設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
誠 信 承 諾
我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《基于PLC控制的自動軸承分選機研究與設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。
承諾人（簽名）：
年 月 日
摘 要
在軸承分選上，設備的設計和制造質量與五、六年前相比有了提高，但產品的設計和制造的細節(jié)仍需要進行改進,尤其在產品的結構設計的細節(jié)的處理上與國外先進公司的產品存在較大的差距。本次畢業(yè)設計主要對全自動軸承分選裝置整體的設計，保證裝配后該裝置能夠很好的實現軸承自動測量分選過程。
測量和分選部分是全自動軸承內徑分選裝置的重要組成部分。測量檢測區(qū)包括測量平臺、固定支架、測量系統(tǒng)、出料氣缸、撥料氣缸、滑動氣缸等部件，分選部分主要是實現把不合格軸承和合格軸承分別運送出測量區(qū)。所以，我們要根據待檢軸承的內徑尺寸分析確定測量區(qū)測量平臺的長度、寬度等尺寸，選取合適的測量檢測系統(tǒng)。
關鍵詞：軸承，測量，分選，測量
Abstract
On the whole of the diameter measurements and sort of bearing industry, equipment design and manufacturing quality compared to five or six years ago has been improved, but the product design and manufacturing details are still need to improve, especially in the structural design of the product, there is still has a wide gap with advanced foreign products. The graduation design of myself is mainly responsible for bearing diameter measuring , this device can realize bearing diameter of automatic measurement and sorting process.
Measuring and sorting is an important part in automatic bearing diameter . Measurement test area including measuring platform, brackets, measuring system, discharging cylinder, dial cylinder, sliding cylinder and so on. Separating part is mainly used to carry out the unqualified bearings and qualified bearing from measuring area. Therefore, we should according to the analysis of the bearing diameter measuring to determine measuring platform areas such as length, width, and the proper size measurement test system, Then according to the needs of pneumatic transmission design principle, and design the cylinders which are use to realize the different function.
Key Words: bearing , measurement, sorting, measure
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 5
1.1軸承分選的介紹 5
1.1.1軸承分選的發(fā)展現狀 5
1.2 PLC介紹 7
1.2.1 PLC的基本概念 7
1.2.2構成 7
1.2.3 PLC的工作原理 8
1.2.4 PLC的技術原理 10
1.2.5 PLC的優(yōu)點 10
1.3 本章小結 11
第2章 方案論證 11
2.1 軸承分選的方案 11
2.1.1 納米測量技術 11
2.1.2 網絡儀器的開發(fā)應用 11
2.1.3 自動排序進料設備 11
2.2 方案的比較與選擇 12
2.3 本章小結 12
第3章 分選機結構設計 13
3.1自動供料排序機構振動盤的設計 13
3.1.1供料機構的任務基本組成及設計要求 13
3.1.2 振動盤的介紹 14
3.2測量分選區(qū)機械結構的設計 15
3.2.1 設計的已知條件 15
3.2.2 測量分選區(qū)測量分選總體方案 16
3.2.3 測量分選原理 17
3.2.4 測量分選區(qū)總體布局示意圖 17
3.2.5 軸承滑動軌道的設計 18
2 軌道的基本尺寸 18
3.2.6 滑動氣缸的軌道及輸料槽設計 19
3.2.7 彈簧的選擇 20
3.3本章小結 20
第4章 軸承分選機PLC控制系統(tǒng)的設計 21
4.1系統(tǒng)設計 21
4.1.1 PLC選型依據 21
4.1.2工作原理 22
4.1.3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖的設計 22
結束語 27
致謝 28
參考文獻 29
29
第1章 緒論
1.1軸承分選的介紹
在機械行業(yè)中，軸承是重要的標準零件之一，其質量好壞在一定程度上影響整個機械系統(tǒng)的性能。軸承產品精度的高低與性能的好壞是靠儀器、設備來檢測和判斷的。因此，軸承檢測儀自身是否先進，將直接影響到軸承產品檢測的準確性和可靠性。
目前，我國軸承企業(yè)廣泛應用了自動化程度比較高的加工機床，生產效率和產品質量得到了很大的提高。但是在快速發(fā)展的軸承行業(yè)里,存在著一個瓶頸問題,那就是對成品軸承內徑檢測還是使用很原始的方法,即廣泛使用傳統(tǒng)的內徑千分尺 ,對軸承進行人工測量分選。這種測量分選方法測量精度低，隨機誤差大，檢測結果比較不穩(wěn)定,自動化程度低，工人勞動強度大，已不能滿足高精度測量的要求。
為彌補產品測量分選技術領域與國外先進技術方面存在的不足，同時也為了適應軸承行業(yè)，特別是產品出口企業(yè)對各項質量指標的有效把握和檢測方面的迫切需求，以及從根本上控制檢測分選質量和降低成本，確實提高測量精度和分選效率,降低工人勞動強度,實現高精度、高效率、高自動化的軸承測量并分選過程，就需要我們在各方面都加以改善，并針對先進制造技術和提高已有產品可靠性和穩(wěn)定性兩個方面齊頭并進，進行專項突破，研究制造出一種高精度、自動化程度較高的軸承內徑測量分選裝置，對于提高軸承內徑的測量效率和減少工人勞動強度，具有重要意義。
總之，針對國內軸承檢測分選的現狀和實際要求，一些精度高、測速快且又經濟實惠的自動化檢測分選裝置應盡快研制出來，以滿足飛速發(fā)展的軸承工業(yè)生產的需求。
本文綜合論述了研究軸承自動檢測分選裝置的意義、軸承內徑測量分選技術的現狀及目前國內外的發(fā)展動態(tài)。在分析比較了各種常用軸承內徑測量分選方法的基礎上，結合軸承測量過程中的特點和工作環(huán)境，確定了軸承自動檢測分選裝置的設計方案。
1.1.1軸承分選的發(fā)展現狀
在現代化的軸承分選過程中，消耗于軸承送料的時間損失是檢測分選過程的一部分，它屬于輔助時間。我們知道要提高生產率，減少生產中的輔助時間將是非常重要的一個環(huán)節(jié)。而想減少輔助時間必須實現生產的自動化，自動化送料機構就是為實現生產中上料工序自動化而設計的一種專用機構。
自動化送料機構可供散亂的不同型號軸承經過定向機構，實現定向排序，然后順序地由送料機構送到下道工序中。這在自動化成批大量的生產中顯然是實用的，它不但可把操作人員從重復而繁重的勞動中解脫出來，而且對保證安全生產也是一種行之有效的辦法。
目前，國內擁有大量的裝置，如果把它們能改造成半自動或自動的裝置，將會充分發(fā)揮裝置的潛在力量，這是一個具有重大意義的事情。而在裝置上安裝自動送料機構便是其中一個主要方面。
隨著社會的發(fā)展，振動盤科技的進步，經過最近十幾年的發(fā)展，幾乎所有的企業(yè)都逐步步入自動化的流程。傳統(tǒng)的手工作業(yè)逐步被機械自動化設備所代替。自動化自動送料器被各行各業(yè)所利用起來，自動化自動送料器代替了傳統(tǒng)的手工作業(yè),大大節(jié)省了間和人力資源,提高了工作效益,也避免高危機械設備用人來操作時的危險度。用自動化自動送料器來送料就不需要用人為來擺放，機械功能多元化，高效率節(jié)省人力物力降低成本追求卓越超越自我．目前許多輕工機械，電子電器，五金鐘表，醫(yī)藥食品，電池，接插件，噴霧閥，等各行業(yè)產品自動化或半自動化生產，裝配的工件自動排序供料都有用到自動化自動送料器。
振動盤行業(yè)在中國發(fā)展了幾十年，經過近幾年來的高速發(fā)展，技術取得了長足的進步。隨著全球化競爭進程的不斷深入，作為一個制造大國，未來的發(fā)展之路也應該有長遠的打算。當前我國已成為世界振動盤生產大國，但國內的振動盤行業(yè)企業(yè)，很多都是在國內的大市場里淘金。這就導致了振動盤行業(yè)對國內政策的依賴性強，當前國家宏觀調控政策就對振動盤行業(yè)產生很大的打擊。而面對國際大舞臺，許多知名的國內企業(yè)，競爭起來也力不從心。因此，我們說振動盤行業(yè)的未來之路在于與國際接軌。而實現與國際接軌的過程并不是一蹴而就的。
現在雖然有很多其他類型的零件給料器可以利用，但是振動盤給料器是應用最為廣泛和最為通用的零件進給設備。本次設計可以采用振動盤的方案來實現自動排序進料，操作應用也比較簡單。在自動裝配中，當考慮到零件給料器時，必須記住一點：給料器的零件輸出量總是受被進給機器的限制。機器一般是以嚴格一致的速率消耗零件。在零件給料器的設計與測試過程中，當給料器沒有和機器接在一起時，常常能方便的觀測到進給速率，在這些條件下的進給速率不能低于機器節(jié)拍。
零件給料器目前一般可以分為：往復式給料器、回轉式給料器、帶式給料器和振動式給料器。很明顯，當研究對某個特殊應用的可能選擇的方法時，零件進給的所有姿態(tài)必須考慮。
軸承是一種具有高度互換性的標準部件，它具有摩擦力小，啟動容易，潤滑簡單，便于更換等優(yōu)點。在機械系統(tǒng)中幾乎是不可缺少的部件，作為重要的機械基礎件，軸承是各種機械零部件的檢測中，需要人工把被測量零件安放在測試平臺或轉軸上，定好位夾緊以后，再進行測量，這樣既影響了測量的效率，又增加了工作人員的勞動強度。為了對以往的進料設備性能有明顯的改進，設計了一套高效率、自動化程度高的自動排序進料設備。
1.2 PLC介紹
1.2.1 PLC的基本概念
早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制（Programmable Logic Controller, PLC），它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC,PLC自1969年美國數據設備公司（DEC）研制出現，現行美國，日本，德國的可編程序控制器質量優(yōu)良，功能強大。
1.2.2構成
a、電源
PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%）范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去
b. 中央處理單元（CPU)
中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。
c、存儲器
存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。d、輸入輸出接口電路1．現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現場控制的接口界面的輸入通道。2．現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現場輸出接口電路向現場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。e、功能模塊如計數、定位等功能模塊。f、通信模塊 如以太網、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。
1.2.3 PLC的工作原理
一. 掃描技術
當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。
（一） 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
(二） 用戶程序執(zhí)行階段，在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖)。
在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。
（三） 輸出刷新階段
當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。
4、PLC內部運作方式
雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數器等名稱，但PLC內部并非實體上具有這些硬件，而是以內存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下：步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關），并將其狀態(tài)寫入內存中對應之位置Xn。步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內存中查詢取出。輸出線圈之運算結果則存入內存中對應之位置，暫不反應至輸出端Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC 之反應時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結束再生”。
5、PLC的特點
plc 具有以下鮮明的特點。（1） 系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回 路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和 DCS 等，實現生產過程的綜合自動化。（2） 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。（3） 能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型。
6、PLC目前的主要品牌
美國AB，比利時ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷 創(chuàng)研等。
1.2.4 PLC的技術原理
PLC利用1.6M到30M頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時，利用GMSK或OFDM調制技術將用戶數據進行調制，然后在電力線上進行傳輸，在接收端，先經過濾波器將調制信號濾出，再經過解調，就可得到原通信信號。目前可達到的通信速率依具體設備不同在4.5M~45M之間。PLC設備分局端和調制解調器，局端負責與內部PLC調制解調器的通信和與外部網絡的連接。在通信時，來自用戶的數據進入調制解調器調制后，通過用戶的配電線路傳輸到局端設備，局端將信號解調出來，再轉到外部的Internet。
1.2.5 PLC的優(yōu)點
1．實現成本低 由于可以直接利用已有的配電網絡作為傳輸線路，所以不用進行額外布線，從而大大減少了網絡的投資，降低了成本。2．范圍廣 電力線是覆蓋范圍最廣的網絡，它的規(guī)模是其他任何網絡無法比擬的。PLC可以輕松地滲透到每個家庭，為互聯網的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。3．高速率 PLC能夠提供高速的傳輸。目前，其傳輸速率依設備廠家的不同而4.5M~45Mbps之間。遠遠高于撥號上網和ISDN，比ADSL更快！足以支持現有網絡上的各種應用。更高速率的PLC產品正在研制之中。4．永遠在線 PLC屬于"即插即用"，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網絡！5．便捷 不管在家里的哪個角落，只要連接到房間內的任何電源插座上，就可立即擁有PLC帶來的高速網絡享受！
1.3 本章小結
本章主要對軸承自動分選知識的相關內容進行介紹，然后介紹了一些PLC的相關知識。
第2章 方案論證
2.1 軸承分選的方案
2.1.1 納米測量技術
目前機械加工業(yè)已突破了0.01um的進給技術，0．Olum圓度的加工技術和納米級的粗糙度加工技術。納米級的加工技術必然對軸承檢測提出更高的要求，已有的儀器檢測精度已經不能滿足制造業(yè)對產品檢測的需求。產品精度的縱向延伸同時也將給國內的儀器制造業(yè)帶來較大的沖擊，從而迫使軸承儀器的生產企業(yè)加大研發(fā)力度，緊緊跟蹤世界先進技術，將測量技術也提升到與納米加工相適應的納米測量。
2.1.2 網絡儀器的開發(fā)應用
CAQN(Computer Auto Quality Net)是運用計算機技術、網絡技術、精密檢測技術組建的嶄新的質量自動化網絡，是信息時代的質量管理與質量控制體系，能夠實現質量數據的自動采集和傳遞，實現網絡化質量監(jiān)督和管理，實現以預防為主的統(tǒng)計過程控制(SPC)。
2.1.3 自動排序進料設備
自動化送料機構可供散亂的不同型號軸承經過定向機構，實現定向排序，然后順序地由送料機構送到下道工序中。這在自動化成批大量的生產中顯然是實用的，它不但可把操作人員從重復而繁重的勞動中解脫出來，而且對保證安全生產也是一種行之有效的辦法。
目前，國內擁有大量的裝置，如果把它們能改造成半自動或自動的裝置，將會充分發(fā)揮裝置的潛在力量，這是一個具有重大意義的事情。而在裝置上安裝自動送料機構便是其中一個主要方面。
軸承是一種具有高度互換性的標準部件，它具有摩擦力小，啟動容易，潤滑簡單，便于更換等優(yōu)點。在機械系統(tǒng)中幾乎是不可缺少的部件，作為重要的機械基礎件，軸承是各種機械零部件的檢測中，需要人工把被測量零件安放在測試平臺或轉軸上，定好位夾緊以后，再進行測量，這樣既影響了測量的效率，又增加了工作人員的勞動強度。為了對以往的進料設備性能有明顯的改進，設計了一套高效率、自動化程度高的自動排序進料設備。
2.2 方案的比較與選擇
通過對2.1節(jié)的介紹,我們不難發(fā)現2.1.1的納米測量技術在我國還沒怎么發(fā)展,起步晚,想想在未來的社會一定能夠實現,但現階段還比較遙遠.2.1.2網絡儀器的開發(fā)技術,聽起來有點懸浮,距離我們也很遙遠。綜合比較我們選擇方案三,是目前比較合理也切實可行的一種設計方案。為了提高和保證產品的質量，生產中對一些部件按照一定的工藝要求進行歸類分組是必要的。以軸承的生產為例，要求對生產中的滾針和滾柱進行分選組別，這一工作由軸承滾針分選機來完成。分選機的功能是對工件進行連續(xù)測量，將被測參數轉變?yōu)殡娦盘?，再經電路放大、邏輯運算處理后。控制相應的執(zhí)行機構，對工件實行自動分選。
2.3 本章小結
本章主要對軸承自動分選幾種進行比較和分析,最終我們選取自動排序進料設備是目前切實可行的一種方案.我們將在今后的篇幅當中重點介紹。
第3章 分選機結構設計
3.1自動供料排序機構振動盤的設計
3.1.1供料機構的任務基本組成及設計要求
供料機構的任務是把待加工的物品（工件）從存料器（料箱）中分離出來，按照自動機的加工要求，定量、定時、定向地送到加工位置。
供料機構主要由四大部分（機構、裝置）組成。
(1) 定時裝置
定時裝置主要是按照自動機生產節(jié)拍，使供料機構定時工作，準時供料。在定
時裝置設計中，主要解決工件送料與自動機加工節(jié)奏協(xié)調一致問題。一般由供料機構與相關的其它機構之間的運動鏈來保證，所以供料機構的運動循環(huán)必須與自動機工作循環(huán)相協(xié)調。也可以采用獨立驅動的供料機構，例如電磁振動供料器、供送料機械手，但要由控制系統(tǒng)或設計諸如閘門等隔離裝置，使供料機構停止或送料。
(2) 定量裝置
定量裝置是根據自動機加工工藝的要求，在每一個工作循環(huán)送出規(guī)定數量的工
件。定量可以分為量（如重量、體積）和數（如件、個），例如酒類、洗衣粉等物料主要是定量，螺釘、香皂、軸承等主要是定數，成卷的塑料帶、薄鐵皮、細鋼棒等物料則是定長度。設計時根據供送物料的形、性態(tài)等來確定。定量裝置往往需要隔離裝置、計數機構等來配合。
（3）定向裝置
保證工件按照工藝加工的方位要求送出。定向送料在單件物品加工中是一個關
鍵問題。定向機構一般與糾正、剔除機構等配合工作。
（4）其它裝置
例如，定位裝置、隔離裝置、卷料的矯直機構、帶狀料的糾偏調位機構不符合要求工件的剔除機構、缺料檢測機構、計數機構等等。
定位在自動機設計中也是一個比較重要的問題，送料不到位或有偏差都會影響自動機的正常工作。在設計中，可把定位裝置歸到工藝執(zhí)行機構中，也可歸到供料機構中。
任何供料機構必須具有定時定量裝置，而定向和定量裝置，而定向和其他裝置可根據工件及加工要求設置。
供料機構是自動機、自動線中的主要工作機構之一，其性能優(yōu)劣及自動化程度直接影響到自動機的生產率、加工質量及其勞動條件。因此，對供料機構有如下的一些要求：
1） 根據自動機的生產節(jié)拍及工位位置，快速、準確、可靠地將工件送到位；
2） 供料過程平穩(wěn)、無沖擊，不能損傷工件；
3） 適應性強，調整方便；
4） 結構簡單，工作可靠。
3.1.2 振動盤的介紹
振動盤是一種自動組裝機械的輔助設備，能把各種產品有序排出來，它可以配合自動組裝設備一起將產品各個部位組裝起來成為完整的一個產品。
自動送料振動盤是一種自動定向排序的送料設備,是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準確地輸送到下道工序,有個脈沖電磁鐵，可以使料斗垂直方向振動，由于彈簧片的傾斜，使料斗繞其垂直軸做扭擺振動。
振動盤的工作原理：
振動盤料斗下面有個脈沖電磁鐵，可以使料斗作垂直方向振動，由傾斜的彈簧片帶動料斗繞其垂直軸做扭擺振動。料斗內零件，由于受到這種振動，而沿螺旋軌道上升，直到送到出料口。 其工作目的是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準確地輸送到下道工序。
振動盤的應用行業(yè)：
振動盤廣泛應用于電子、五金、塑膠、醫(yī)藥、食品、玩具、文具、日常用品的制造等各個行業(yè)，是解決工業(yè)自動化設備供料的必須設備。振動盤除滿足產品的定向排序外還可用于分選、檢測、計數包裝等，是一種現代化高科技產品。
圖 振動盤
3.2測量分選區(qū)機械結構的設計
3.2.1 設計的已知條件
假設待測量分選的軸承內圈型號： 3208；
GB/T 296-1994 基本尺寸：
圖3.2 3308型軸承
3.2.2 測量分選區(qū)測量分選總體方案
利用線陣CCD進行目標尺寸（含大小、高度、寬度、厚度、直徑等技術指標）測量是當前高精度非接觸測量以及計量檢測領域中廣泛應用的技術手段之一，如對光纖光纜生產過程中的直徑測量與控制、電纜直徑測量與控制、在線產鋼長度測量、紗線粗細測量、標桿尺寸測量等等。本文以測量被測件的尺寸為例子（大小、高度、寬度、厚度、直徑等指標的測量與此類同），詳細介紹如何根據測量所需要的各項技術指標，如要求被測精度、被測件的尺寸范圍（最大值與最小值之差）、被測目標離鏡頭的距離等要求下，如何計算線陣CCD的安裝位置、如何選取鏡頭（焦距、孔徑等）、如何選取線陣CCD及其測量控制系統(tǒng)等等。以下主要介紹脈沖計數法，其測量精度為一個像元。
在本設計中，測量區(qū)包括測量Ⅰ區(qū)和測量Ⅱ區(qū)，采用水平軌道作為測量平臺，軸承內圈的端面和水平軌道平面作為定位面相接觸。水平軌道底部采用空心結構，軌道的寬度比待測軸承的內徑d大，比d稍小，這樣可以保證軸承內圈在水平軌道上穩(wěn)定定位。用于檢測軸承內徑的裝置選用線陣CCD測徑系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由平行光源、成像透鏡、線陣CCD和圖像數據采集卡、計算機和圖像處理軟件等組成。測量Ⅰ區(qū)和測量Ⅱ區(qū)各使用一套線陣CCD測徑裝置，水平軌道上的軸承放置CCD測徑裝置的兩個透鏡之間。測量Ⅰ區(qū)和測量Ⅱ區(qū)的平行光源反向，分別測量軸承的兩端。測量區(qū)共使用四個氣缸：兩個出料氣缸、一個滑動氣缸、一個撥料氣缸。每個氣缸的活塞桿伸出端焊接有撥桿。出料氣缸用于將不合格品推移出去，滑動氣缸和撥料氣缸配合作用實現將測量Ⅰ區(qū)的合格品撥向測量Ⅱ區(qū)進行第二次測量，并實現將測量Ⅱ區(qū)的合格品移出測量區(qū)。
3.2.3 測量分選原理
待測軸承由振動盤自動排序進料，排好順序的軸承由進料氣缸控制，待測量I區(qū)發(fā)出指令給進料氣缸，此時進料氣缸的活塞桿推動待測軸承到達測量I區(qū)。經過測量，如果軸承不合格，由出料氣缸1的活塞桿將軸承內圈推到廢品箱里，此時擋板I壓縮彈簧并打開，軸承被推出，彈簧復位，擋板I關閉。如果軸承合格，由撥料氣缸帶動滑動氣缸的撥桿使軸承內圈運動到測量II區(qū)（此時進料氣缸動作，推動第二個待測軸承到達測量I區(qū)），經測量，若軸承不合格，由出料氣缸2動作，把不合格品推出；若軸承合格，由撥料氣缸帶動滑動氣缸的撥桿使合格品運動到出料軌道上。如此反復動作，依次檢測出軸承是否合格。本課題主要由振動盤、進料氣缸、撥料氣缸、滑動氣缸、兩個出料氣缸、兩套CCD測徑裝置及機架組成。
3.2.4 測量分選區(qū)總體布局示意圖
總體布局示意圖如圖9所示：
圖2.3軸承分選區(qū)示意圖
3.2.5 軸承滑動軌道的設計
1 軌道材料的選擇
軌道材料應選擇耐磨性較高的材料。一般導軌選擇HT200，是一種經濟耐磨的材料。
2 軌道的基本尺寸
因為待檢軸承內圈的基本尺寸是：d=40㎜；d=52㎜；外直徑為D=80
B=30.2㎜； m=0.8Kg，所以軌道的寬度定為b=34㎜，軌道壁厚=10㎜
圖2.4 軌道結構
3.2.6 滑動氣缸的軌道及輸料槽設計
由于撥桿要從軌道上縮回,并隨著撥料氣缸在兩個測量區(qū)間移動,所以滑動氣缸整體上要能夠隨著撥料氣缸而滑動。
滑動氣缸的軌道材料選擇HT200，其平面結構圖如圖所示：
圖2.5 滑動氣缸軌道
輸料槽結構簡圖：
圖2.6 輸料槽結構簡圖
3.2.7 彈簧的選擇
查《機械設計手冊》表11-2-2，選取碳素彈簧鋼絲C級，C級彈簧鋼絲的強度高，性能好，適用于中等應力情況。
彈簧剛度 P′==
單圈剛度 P′==n P′
P′=′
由《機械設計手冊》表11-2-19 選取彈簧基本尺寸如下：
d=4㎜ 中徑D=24㎜
節(jié)距t=（0.28～0.5）D=0.3524=8㎜
3.3本章小結
本章主要對軸承自選機構進行深入的結構設計，以一種常見的軸承為例子來進行詳細的結構設計分析與計算。
第4章 軸承分選機PLC控制系統(tǒng)的設計
4.1系統(tǒng)設計
4.1.1 PLC選型依據
日本OMRON公司是世界上生產可編程序控制器（PC）的著名廠家之一，OMRON的大、中、小、微型機各具特色各有所長，在中國市場上的占有率位居前列，在國內用戶中享有較高聲譽。
對于PC，一般應從基本性能、特殊功能及通信聯網三個方面考察其性能?；拘阅馨ㄖ噶钕到y(tǒng)、工作速度、控制規(guī)模、程序容量、PC內部器件、數據存儲器容量等。特殊功能指中斷、A/D、D/A、溫度控制等，模塊式PC的特殊功能是由智能單元完成的。通信聯網是指PC與各種外設通信及PC組成各種網絡，這一功能通常由專用通信板或通信單元完成。
系統(tǒng)采用OMRON C200H模塊式PLC，現場開關信號接入24V輸入模塊，指示燈、中間繼電器及電磁鐵線圈由晶體管型輸出模塊控制。選用差動式電感傳感器(差動式電感傳 感器是把被測的非電量轉換成線圈的互感變化，由兩個相同的電感線圈和磁路組成，使用時，一個線圈的電感量增加，另一個線圈的電感量減小，形成差動形式，以 提高傳感器的靈敏度和線性度)將滾針或滾柱的直徑和長度的變化轉變成電感量變化，再經測量放大電路放大成標準的電壓信號，接至PLC的模擬量輸入模塊。
該系統(tǒng)總輸入點為:開關量為5點，模擬量為2點，分別采用直流24V的8點輸入模塊IM211和模擬量輸入模塊AD001;輸出點為開關量17點，選用OD411(8點)和OD211(12點)兩塊晶體管輸出模塊。對PLC的輸入輸出端子進行定義和分配如附表所示。
附表 分選機PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表
4.1.2工作原理
分選機屬于比較測量儀器，先以標準尺寸工件定標或先校正好測微儀的放大倍數，然后以被測工件與標準工件尺寸進行比較，產生直徑尺寸差Δd和長度尺寸差Δl， 電感測量頭將Δd和Δl轉變?yōu)殡姼胁瞀和ΔL，測量電路將電感差轉變?yōu)?~+10V的電壓信號Us。信號經PLC模擬量輸入模塊轉變?yōu)閿底至?，并根據?藝要求，將參數同標準數據進行比較，控制相應料門電磁鐵。分選的工藝要求如下:
(1) 長度信號先與直徑信號進行分選:分選時，先將滾針的長度測量值分為三類，即長度超差件L+、L-和合格件L0，然后再將L0工件按照其直徑大小細分為超差件D+、D-，合格件D1、D2、…D10，也就是說只有長度合格的工件才進行直徑分選。
(2) 組別按尺寸大小，由小到大進行排列:長度按L-、L+、L0，直徑按D-、D1、D2、…D10、D+，從小到大順序排列，以保證工件準確地落入屬于自己的組別。
4.1.3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖的設計
1 程序控制的要求
現通過工件1從送料到落料來說明一個程序周期的過程:
(1) 送工件1至測量平臺(同時推落上一工件);
(2) 對上一工件測量信號值清零，該工件對應的落料門關閉;
(3) 對工件1進行測量并鎖存，打開相應料門，準備落料;
(4) 工件2送料，同時將工件1頂下落料;
(5) 工件3送料，同時將工件2頂下落料;
(6) 工件1經一段時間落入相應料門;
(6) (7)工件2經一段時間落入相應料門;
(8) 工件1測量信號清零，相應料門關閉。
2 程序設計
(1) 程序的控制流程
PLC程序的控制流程圖如圖1所示:
圖1 控制系統(tǒng)流程圖
(2) 信號輸入與干擾消除
在輸入的模擬量信號中，會含有各種噪聲和干擾。為了準確地進行測量和控制，必須消除被測信號中的隨機干擾。 PLC的 AD001模塊引入數字濾波方法，它可根據用戶設定的積分常數對多次A/D轉換數據取算術平均值，以消除干擾。其中，積分常數就是A/D轉換的次數，平均 值是將多次A/D轉換數據之和與積分常數相除，并忽略計算結果中的小數部分。
設N為A/D轉換次數，AD001中四路輸入的N值分別預置在 DM1101-DM1103中。在這里將N取2，所用2路積分常數預置在DM1101和DM1102通道中。IR區(qū)中10001-10004分別是第一路 到第四路的求平均值啟動位，當其被置為“1”時，則向AD001發(fā)出取平均值的指令，此時平均值為二進制數。取平均值的梯形如圖2所示:
圖2 取平均值的梯形圖
(3) 數據換算
由于A/D轉換得到的是標準數字信號，即相對于傳感器測量 范圍的相對百分數，不能直觀地表示過程被測量的量綱，因此需要進行換算。AD001可根據用戶設定的上下限參數，將AD轉換后的12位二進制數據換算成4 位十進制數。AD001按下式進行換算，并忽略計算結果中的小數部分。
數據轉換梯形圖如圖3所示，其中兩路的上、下限參數值分別預置在DM1110、DM1111和DM1112、DM1113中，參數值必須是0— 9999的BCD碼數據，且兩數據之差不大于4000。IR區(qū)中10005、10006分別為第一路、第二路的數據換算啟動位，當其被置為“1”時，則向 AD001發(fā)出執(zhí)行換算指令。
圖3 數據轉換的梯形圖
(4) 數據分組
滾針或滾柱的直徑及長度測量信號在轉換成數字信號后，還要同內部寄存器中的設定植進行比較，以便進行分組，即確定滾針或滾柱應屬的組別，并將其歸入該組。
根據工藝要求，將長度設為上限和下限值，分別預置在DM1110和DM1111中;直徑設為10組，分別預置在DM1112到DM1121中。實際測量值連續(xù)同設定植比較，即可確定相應組別。長度比較梯形圖如圖4所示，當00103接通時，將通道DM006中的值同DM1110相比較，如小于設定下限值，則LE接通，接通00400輸出。如大于 設定下限值，則同上限值DM1121相比較;如大于上限值，則接通00401輸出。00400和00401使超差門00311接通輸出。
圖4 長度測量值分組梯形圖
在工業(yè)生產的自動化生產線中，有許多參數(如長度、直徑、厚度等)需要進行實時檢測，以便確定產品是否合格或按照參數值進行分類處理，利用PLC進行控制具有硬件簡單，易于進行程序設計和控制流程的修改、運行穩(wěn)定、故障率低、分組精度高等優(yōu)點，是一種較為理想的控制方案。
結束語
本次畢業(yè)設計將近尾聲，感覺受益匪淺！
通過本次畢業(yè)設計，不僅把大學所學到的理論知識很好的運用到畢業(yè)設計中，而且培養(yǎng)了自己認真思考的能力，在處理問題時有了新的認識和方法，并加強了和同學之間進行探討和解決問題的能力。
通過對專業(yè)知識的接觸和深入學習，以及對相關信息的獲取，我深切地認識到，就目前的發(fā)展而言，我國的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達國家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時間內改變這種現狀是很難的，尤其是對于我們這樣一個國情的大國。所以，我們應該擁有的是一種民族意識，不斷的追求創(chuàng)新。
本次畢業(yè)設計中，我做的是全自動軸承分選裝置整體設計部分，通過本次畢業(yè)設計，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，而且能夠熟練運用國家標準、機械類手冊和圖冊等工具進行設計計算分析。這次畢業(yè)設計還讓我體會到團體的力量，提高自己的團隊意識，遇到問題時和小組成員進行討論和分析或是請教明老師，直到得到滿意的結果。
致謝
在我進行畢業(yè)設計的過程中，我的老師和同學們給了我很大的幫助，這里我向他們表示誠摯的敬意。
首先，我要感謝指導教師XX老師，通過這次畢業(yè)設計他教會了我如何去設計，怎么去設計，以及在最初構思時，應該注意的各種問題。他嚴謹治學的態(tài)度、不辭辛勞指導我做畢業(yè)設計，嚴于律己，寬以待人的為人都給我留下了深深的印象。他的熱情，他的執(zhí)著，更是讓我終身難忘。這一切將對我以后的學習和工作有很大的幫助。我還要感謝進行畢業(yè)設計中期檢查的各位領導和機械工程系的其他老師，他們及時的給我指出了畢業(yè)設計當中的不足，并且給予我很多完成設計的便利條件。
在各位老師和同學的大力幫助下，才使我的畢業(yè)設計得以完成。最后，再次對他們給予我的幫助，表示衷心的感謝！并對論文審閱老師的辛勤勞動表示敬意。
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