PASSAT邁騰汽車的后保險杠的裝配線的設計【后保險杠的壓裝機和裝配機】

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長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 摘 要 本次設計主要是針對PASSAT邁騰汽車的后保險杠的裝配線的設計，本次裝配線分為后保險杠的壓裝機和裝配機兩部設備。其中壓裝機進行的工作內容是導流板的壓裝和拖鉤蓋板的安裝，而裝飾條的安裝是手工裝配的。而裝配機的工作內容是對側面導向支架、隔熱板和U型夾的安裝。本次設計的框架是用標準型材構成，并且一整套連接和支架結構都用此配套設備。 設計過程是由給定的后保險杠以及其定位元件（非金屬材料）為基準在運用CATIA三維建模知識進行設計，在裝配圖條件下直接生成實體模型.壓裝機的設計比較復雜,除了整體框架結構,還要有線性導軌支撐的定位元件框架整體結構和氣動元件推動的壓頭來完成導流板的壓裝工序.設計完成后要通過對氣缸的壓力數據記錄而對后保險杠壓裝機的門字梁進行受力校核,看主梁是否滿足強度和剛度的要求.最后對某一壓頭的加工進行分析并記錄加工程序【1】. 關鍵字:支架結構 線性導軌 氣動元件 導流板 ABSTRACT This design is mainly directed against PASSAT Mai Tang Bumper cars after the assembly line design,The assembly line is the pressure after bumper assembly plants and two aircraft equipment.Pressure which installed the important work is the pressure plate,and trailers loaded hook decked installation,and decoration of the installation of manual assembly.And the assembly of the contents of the work-oriented aspect of the stent installation and insulation panels and the U-shaped clip installation.The framework is designed with standard profile form,and a set of connectivity and support structure using this set of equipment. Design process is given after the Bumper and its positioning devices (non-metallic materials) as a benchmark in the use of CATIA 3D Modeling knowledge for the design,assembly drawings generated directly under the conditions of solid model.Pressure installed more complicated the design,Apart from the overall framework structure,Linear guide will be supported by positioning components and the overall structure of the framework of pneumatic components-driven pressure around the plate to complete the installation of pressure sequence.Upon completion of design right through to the cylinder pressure data records Bumper pressure right after the doors installed word beam force Verification,Girder see whether they meet strength and stiffness requirements.Finally,the pressure of a first analysis of the processing and recording processes Keywords: Stand Structure Linear Guide Pneumatic Components Deflector 47 目錄 緒論 1 1.設計背景 1 2.汽車保險杠的安裝方法 2 3.設計任務 2 第一章 裝配線的部件選擇 3 1.1氣缸的選擇 3 1.1.1氣缸的輸出力的大小 3 2.1.2負載率β 3 1.1.3缸徑的計算 4 1.2直線導軌的選擇 4 1.2.1 HIWIN型線性導軌的特點 4 1.2.2 HG系列線性滑軌特點 5 1.2.3滑塊的安裝 6 1.3直線軸承的選擇 7 1.4型材的選擇 9 1.5連接元件的選擇 12 1.6支撐元件的選擇 15 第二章 人機工程設計注意事項 16 第三章 總體方案設計 17 3.1后保險杠裝配工藝方案 17 3.2 設計方案 17 第四章 定位元件的加工和加工程序 20 第五章 保險杠裝配生產線控制系統(tǒng)設計 24 5．1保險杠裝配生產線控制系統(tǒng)的總體設計 24 5．1．1生產線控制原理分析 24 5．1．2生產線控制系統(tǒng)功能分析 25 5．2 PLC選型和資源配置 26 5．2．1控制系統(tǒng)PLC選型 26 5．2．2 PLC的I／o資源配置 27 5.3 PLC程序設計 29 5.3．1可編程控鑭器編程軟件 29 5．3．2控制系統(tǒng)控制流程 30 5．4本章小結 35 結 論 36 參考文獻 37 致 謝 38 緒論 1.設計背景 隨著現代汽車工業(yè)的發(fā)展，各個工業(yè)發(fā)達國家都在設計更先進和舒適的汽車，從汽車性能到耐用，從環(huán)保狀況到外形車身設計，而且也越來越注重人性化設計，不僅能使車身美觀，而且也增加了安全性的要求，對汽車保險杠的設計安裝也提高起來。 汽車保險杠是吸收緩和外界沖擊力、防護車身前后部的安全裝置。20年前，轎車前后保險杠是以金屬材料為主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成Ｕ形槽鋼，表面處理鍍鉻，與車架縱梁鉚接或焊接在一起，與車身有一段較大的間隙，好像是一件附加上去的部件。 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保險杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路上。今天的轎車前后保險杠除了保持原有的保護功能外，還要追求與車體造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。為了達到這種目的，目前轎車的前后保險杠采用了塑料，人們稱為塑料保險杠。 二十年前，轎車前后保險杠是以金屬材料為主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成U型槽鋼，表面處理鍍鉻，與車架縱梁鉚接或焊接在一起，與車身有一段較大的間隙，好象是一件附加上去的部件。 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保險杠做為一種重要的安全裝置也走上了革新的道路。今天的轎車前后保險杠除了保持原有的保護功能外，還要追求與車體造型和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。 為了達到這種目的，目前轎車的前后保險杠興用了塑料，人們稱為塑料保險杠。 塑料保險杠是由外板、緩沖材料和橫梁等三部分組成。其中外板和緩沖材料用塑料制成，橫梁用厚度為1.5毫米左右的冷軋薄板沖壓而成U型槽；外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲聯接，可以隨時拆卸下來。 這種塑料保險杠使用的塑料，大體上使用聚脂系和聚丙烯系兩種材料，采用注射成型法制成。例如標致405轎車的保險杠，采用了聚脂系材料并用反應注射模成型法做成；而大眾的奧迪、高爾夫、上海的桑塔納、天津的夏利等型號轎車的保險杠，采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成。 國外還有一種稱為聚碳酯系的塑料，滲進合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出來的保險杠不但具有高強度的剛性，還具有可以焊接的優(yōu)點，而且涂裝性能好，在轎車上的用量越來越多。 塑料保險杠具有強度、剛性和裝飾性，從安全上看，汽車發(fā)生碰撞事故時能起到緩沖作用，保護前后車體，從外觀上看，可以很自然地與車體結合在一塊，渾然成一體，具有很好的裝飾性，成為裝飾轎車外形的重要部分。 2.汽車保險杠的安裝方法 安全性是現代轎車設計中首先要考慮的問題。從轎車的安全設施來講一般分為兩大類，一類是主動性安全設施，例如制動及ABS防抱死制動系統(tǒng)，實行防患未然；另一類是被動性安全設施，例如保險杠、安全氣囊，車門保險杠。汽車設計者從交通事故中發(fā)現，汽車發(fā)生側面碰撞的案件比較多，尤其是路面濕滑或車速較快的情況下，因各種原因造成汽車攔腰碰撞的可能性大大增加。因此，近幾年有關防側撞的安全問題已經引起人們的關注，有些國家還制定了嚴格的汽車防側撞安全條例，規(guī)定汽車要實施防側撞的安全措施。 轎車上實行防側撞的安全措施有二種常見方法，一種是從設計上改進轎車車廂的結構，使其能起到分散、側撞沖擊力的作用；另一種是安裝車門保險杠，增強車門的防撞沖擊力。后一種方法實用，簡單，對車身結構的改動不大，已經普遍推廣使用。早在93深圳國際汽車展覽會上，參展的本田雅閣牌轎車將一扇車門剖開一部分，專門露出車門保險杠給觀眾看，以示其良好的安全性能【2】。 3.設計任務 本次課題是對帕薩特邁騰的車輛的保險杠的裝配生產線的設計，帕薩特邁騰的后保險杠分為兩道裝配工序，分別是裝配和壓裝，共需兩個專用的設備。設計要求為： 后保險杠在裝配設備上定位準確；確定后保險杠位置（RPS）的支撐元件與壓頭表面形狀與保險杠（導流板）內表面形狀相互吻合；后保險杠漆面不允許有劃傷和壓痕；工人操作簡單可靠，符合人機工程原理。 裝配要求采用氣壓傳動壓緊裝置來設計，對后保險杠的壓裝機要設計含有導軌的裝置，這樣方便操作，大大節(jié)約了工人的安裝時間，提高了生產效率。 設計安裝的高度要符合工人的操作高度。生產線的材料用多功能鋁合金型材，方便搬運，質量輕巧并且耐用。氣壓啟動裝置要安裝在方便位置，便于工人操作。生產線中要有翻轉和壓緊裝置，提高安裝生產的工作效率。各個型材采用特殊的螺栓連接方式，并帶有三角架連接加強連接強度。  第一章 裝配線的部件選擇 1.1氣缸的選擇 由于有壓緊工序的存在，所以需要動力部分給工件力來完成壓裝，本次設計的裝配工序采用氣壓傳動。氣壓傳動有取之不盡用之不竭的空氣作為介質氣壓傳動反應動作快，動作迅速。壓縮空氣的工作壓力低，使得元件更加容易制作。氣動元件制作方便，不易堵塞。 1.1.1氣缸的輸出力的大小 理論輸出力 普通的雙作用氣缸的理論推力F單位為牛N F=πD2P 式中D為缸徑（m） P為氣缸的工作壓力 單位為帕斯卡 其理論拉力為F=(D2-d2) 式中的d為活塞桿的直徑，單位為米 本次設計采用了SU系列的標準氣缸 且四個氣缸均用于壓裝機中，裝配機中不用 壓裝機中的三個氣缸用于壓裝的壓頭上，壓頭通過活塞桿傳來的壓力而對保險杠進行所需要的工位安裝。另一個氣缸用于工件支架在直線導軌上運動，完成壓裝過程。 氣缸未加載時所輸出的力是受到氣缸活塞和活塞本身的摩擦力的影響，如活塞和缸角之間的摩擦，活塞桿和前缸蓋之間的摩擦，用氣缸的效率和氣缸的缸徑和工作壓力有關，缸徑增大，工作壓力提高，則氣缸的工作效率增加。在氣缸的缸徑增大時，在同樣的工作條件下，摩擦力在氣缸的理論輸出力中所占的比例明顯減少了，故氣缸的效率提高了，一般效率在0.7-0.95之間【3】。 普通的雙作用氣缸實際推力為F F=D2Pη 實際輸出的拉力為 F拉為F=(D2-d2) Pη 1.1.2負載率β 氣缸的負載律的定義：氣缸的實際負載/氣缸的理論輸出力 氣缸的實際負載由工況決定，若確定了氣缸的負載率，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而計算出氣缸的缸徑。氣缸的負載率的選取與負載性能及氣缸的運動速度有關。 氣缸的運動狀態(tài)和負載律的關系 當阻性負載為靜負載時，β《=0.8 當阻性負載的運動速度《100MM/S時β《0.65 當阻性負載的運動速度100-500MM/S時β《0.5 當阻性負載的運動速度>500β《0.35 1.1.3缸徑的計算 由氣缸帶動的負載，運動狀態(tài)及工作壓力，就可以對氣缸的缸徑進行計算和選擇 1.根據氣缸帶動的負載，計算氣缸的軸向負載力。 2.由氣缸的平均速度來選定氣缸的負載率，氣缸的運動速度越高，負載率應選的越小。 3.若系統(tǒng)的工作壓力在0.6MPA時候，氣缸的工作壓力計算時候，一般選為0.4MPA，當然，系統(tǒng)的工作壓力低于0.6MPA時候，計算時候工作壓力也應該適當調整。 4.由氣缸的理論輸出力計算公式，負載率及工作壓力P計算缸徑，由計算的缸徑再調整到標準缸徑。 通常缸徑計算到此結束，但若氣缸的緩沖性能較不符合要求，應重新選擇氣缸的缸徑或者采用外部緩沖措施，加緩沖回路。 安裝組件如圖1.1 圖1.1 氣缸安裝附件 1.2直線導軌的選擇 1.2.1 HIWIN型線性導軌的特點 本次設計中后保險杠的壓裝機部分有壓緊工位需要移動保險杠，由于人工操作移動的速度慢，定位不準確的原因，我們采用氣壓缸推動直線導軌來進行對保險杠工作臺的控制【4】。 直線導軌又稱為線性滑軌，由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限的滾動循環(huán)，負載平臺能沿著滑軌輕易的做線性運動。與傳統(tǒng)的滑軌相比較，滾動引導的摩擦系數可以降低到原來的百分之二，由于振動引起的摩擦力大大減少，相對的減少無效運動的發(fā)生，因此可以輕易的定位，再加上滑塊的特殊結構設計，使得它可以承受來自不同方向的載荷，大大的提高了機械效率。 本次選用HIWIN型線性導軌。它有以下一些優(yōu)點： 1.定位精度高 使用線性滑軌作為線性運動的引導時，由于線性滑軌的摩擦方式為滾動摩擦，因此摩擦系數大大的減少，并且不會發(fā)生打滑現象。 2.磨耗少能長時間的維持精度 傳統(tǒng)的滑動導軌，無法避免會因為油膜逆流引起運動的精度不良，因此運動時潤滑不充分，導致運行時導軌與滑塊的結合面磨損嚴重，影響運動精度，而滾動的影響精度非常的小，故能長時間的維持精度。 3.可用于高速運動和降低工作臺移動需要的馬力 由于線性滑軌的移動時摩擦非常小，只需要很小的力就可以運動，我們就可以選用氣壓傳動這種低能耗的傳動方式來控制滑塊的運動最終控制工作臺的移動。 4.可同時承受各向不同的載荷 由于在后保險杠的壓裝過程中需要有好幾個方向的受力，由于導軌的滑塊的特殊的結構設計，使得它能承受多方向的壓力，如果選用其他的類型的導軌，可能導致運動的精度的下降。 5.組裝的容易和互換性 組裝時候只需要研磨床臺上與滑軌結合裝配的表面，并一次將滑軌，滑塊分別以特定的扭力固定在機床臺上，就能出現加工時候的高的精密度。傳統(tǒng)的導軌引導，必需對運行軌道加以精度加工，浪費時間和金錢，且一旦床的精密度不高，則必須重新加工，線性導軌的互換性能，可以分別得更換滑塊或者滑軌。 6.潤滑的構造簡單 運動引起的潤滑不良時，將會造成表面的金屬破壞影響機床的磨損，而滑動導軌引起潤滑不足并不容易，線性滑軌已在滑塊的表面噴油，也可以直接注油或這打入油脂。 1.2.2 HG系列線性滑軌特點 本次設計使用的是HG系列線性滑軌。其優(yōu)點是： 1.自動調心能力 來自圓弧溝槽的DF(45°組合，在安裝的時候，藉由鋼珠的彈性變形及接觸點的轉移，即使安裝面多少有-45°)些偏差，也能被線軌滑塊內部吸收，產生自動調心能力之效果而得到高精度穩(wěn)定的平滑運動。 2.具有互換性 由于對生產制造精度嚴格管控，線性滑軌尺寸能維持在一定的水平內，且滑塊有保持器的設計以防止鋼珠脫落，因此部分系列精度具可互換性，客戶可依需要訂購滑軌或滑塊，亦可分開儲存滑軌及滑塊，以減少儲存空間。 3.所有方向皆具有高剛性 運用四列式圓弧溝槽，配合四列鋼珠等45度之接觸角度，讓鋼珠達到理想的兩點接觸構造，能承受來自上下和左右的負荷；在必要時更可施加預壓以提高剛性。 1.2.3滑塊的安裝 使用裝配螺絲將承載平臺大概固定于滑塊上。使用固定螺絲，將滑塊側邊基準面緊固于平臺側邊。裝配面上，以確定滑塊位置。鎖緊裝配螺絲將承載平臺按1～4對角線順序緊固于滑塊上。 本次設計采用了HG35型號的滑軌，長度為1100mm 圖1.2 滾動直線導軌的滑塊安裝位置 圖1.3 滾動直線導軌的安裝步驟 1.3直線軸承的選擇 直線軸承特點及技術資料： 直線軸承是一種以低成本生產的直線運動系統(tǒng)，用于無限行程與圓柱軸配合使用。由于承載球與軸承點接觸，故使用載荷小。鋼球以極小的磨擦阻力旋轉，從而能獲得高精度的平穩(wěn)運動。 直線軸承廣泛用于電子設備，拉力試驗機及數字化三維坐標測量設備等精密設備，以及多軸機床、沖床、工具磨床、自動氣割機、打印機、卡片分選機、食品包裝機等工業(yè)機械的滑動部件【5】。 安裝 配合間隙 建議與軸承座內孔和光軸直徑使用的配合公差。通常，軸承是不能加預載的，但高精度、輕預載可以加到軸承上，然而，負的直徑公差不應超過表中數據。 軸承箱和軸與軸承的配合間隙。 安裝時注意事項： 將直線軸承裝入軸承座時，應使用輔助工作，避免直接敲擊端面或密封圈，應使用軸承均勻導入，用緩沖板借助輕輕地敲擊裝入將光軸穿入直線軸承，必須將軸和軸承的中心線成一直線。若軸傾斜插入，滾珠可能會脫落，或造成保持架變型，而對直線軸承造成損壞外加載荷應該平均分配在整個軸承上，尤其是承受瞬間載荷時，應使用兩個或更多的軸承。直線軸承不承受旋轉載荷，否則可以導致意外事故。 .標準型 用卡環(huán)和固定板安裝軸承箱的幾種方法。 用定位螺釘安裝軸承會引起軸承外套變形，應盡量避免。 .法蘭型 安裝法蘭型直線軸承時，與之配合的軸承箱內孔表面精度須精確。 .可調整型（小開口型） 軸承上和軸承箱上的開口相垂直，就能得到圓周方向上均勻的預載。 .大開口型 如果與合適的軸承座配合使用，大開口軸承也可以進行間隙調整，甚至可以加輕預載。 后保險杠裝配機的壓緊力由氣缸提供，為了增加氣缸活塞桿的穩(wěn)定性，需要采用導向柱，為了提高導向的精度，導向柱和支架之間采用直線軸承聯結起來，因此需要選擇直線軸承。 通過資料收集發(fā)現帶法蘭形式的直線軸承不能滿足要求，因為法蘭上的螺釘孔之間的距離和型材的凹槽之間的距離不匹配，所以必須另外設計。 首先選擇一標準（LM）型直線軸承產品，選擇時要考慮的問題是內徑要和導向柱匹配，而為了增加穩(wěn)定性，導向柱不能選太小。接下來就是設計直線軸承的固定部件。如圖1.4。 為了加工經濟和方便，將固定部分設計為兩部分，如圖中2.壓筒,6.固定板 兩部分采用焊接方式連接。 1.上導向柱；2.壓筒；3.直線軸承；4螺釘.；5. 彈簧墊片；6.固定板；7. 型材； 圖1.4 上直線軸承設計圖 1.4型材的選擇 帕薩特邁騰的后保險杠的裝配機和壓裝機的支架機構均采用了標準型材。此種型材具有各種的優(yōu)良性能，方便連接，強度和剛度足夠大，能夠承受一定的壓力和沖擊力。其材料多采用鋁鎂硅等構成，因此質量輕巧，便于搬運。型材的截面又設計的便于連接，且實體截面積小。 由于這種型材的優(yōu)點，其廣泛應用于各種場合，其材料的特性也決定了它比傳統(tǒng)的型材具有一定的優(yōu)點【6】。 結構精度高 型材是用特制的鋁合金棒在加熱的狀態(tài)下擠壓成型的，具有極高的幾何精度和表面光潔度。組立方式全部采用標準附件連接，不存在熱加工變形。 外觀精美 型材表面已按工業(yè)標準進行了陽極氧化處理，天然的金屬光澤后經磨砂，電泳漆，噴塑后處理可獲得任何想要的外觀效果。 易于拆裝 模組化和標準附件連接的特點決定了每個部件不但易于拆裝，而且有更好的重復裝配精度 價格低廉 型材加工設備簡單，附件標準化，切斷，連接的組立方式也可以節(jié)省大量工作時間，使得產品更具有競爭實力，不必擔心日益增長的勞動力成本。 本次汽車保險杠的裝配線設計采用了4種截面不同的型材，其中裝配機用了兩種，分別是截面積為45X90和45X45（單位：mm）.而壓裝機則選擇了四種截面的型材，分別是45X45 ,45X90,80X80和160X80（單位：mm）的型材。 其截面形狀和各種參數如圖所示 圖1.5 型材截面1 圖1.6 型材截面2 圖1.7 型材數據1 圖 1.8 型材截面3 圖1.9 型材截面4 圖1.10 型材數據2 1.5連接元件的選擇 裝配線的各種型材的連接均采用了專用的型材連接方式，錨式連接法。用一種特殊的錨式連接銷來連接各種型材。 錨式連接銷 用途 型材的T型連接 特點 連接強度高，連接件隱蔽，是型材間最可靠的連接形式，同時具有連接和鎖緊的功能，保證連接沒有縫隙，連接時只占用一個T型槽位，有利于其他的部件的安裝 材料 碳鋼鍍鋅 顏色 鍍鋅銀白色 圖1.11 錨式連接圖 圖1.12 連接件軸側圖 圖1.13 連接件尺寸標注 而在有些需要加強連接強度的地方需要用壓鑄角鋁連接。 用途 型材的T型連接和十字連接 特點 連接強度高，通用性能好，但隱蔽性能不好 材質 壓鑄鋁鋅合金 顏色 表面拋丸處理，銀灰色 圖1.14 壓鑄角鋁結構圖1 圖 1.15 壓鑄角鋁軸測圖 圖1.16 壓鑄角鋁結構圖2 1.6支撐元件的選擇 本產品采用了特制的尼龍支角 用途 設備支撐，壓桿可傾斜，增強尼龍底盤下裝有橡膠墊，起防滑減振作用 材質 增強尼龍底盤，碳鋼鍍鋅壓桿，橡膠墊 顏色 底盤為白色 啞光，表面皮紋，牙桿為亮白色 圖1.17 尼龍支角 支角架的連接板也是標準件，材質為碳鋼 圖1.18 支角架連接板 圖1.19 支角連接示意圖  第二章 人機工程設計注意事項 人機工程學是運用生理學、心理學和醫(yī)學等有關科學知識，研究組成人機系統(tǒng)的機器和人的相互關系，以提高整個系統(tǒng)工效的新興邊緣科學。 人機工程學研究在設計人機系統(tǒng)時如何考慮人的特性和能力，以及人受機器、作業(yè)和環(huán)境條件的限制。人機工程學 還研究人的訓練，人機系統(tǒng)設計和開發(fā)，以及同人機系統(tǒng)有關的生物學或醫(yī)學問題。對于這些研究，在北美稱為人因工程學或人機工程學，蘇聯稱為工程心理學，歐洲，日本和其他國家稱為工效學。 設計人機系統(tǒng)時，要把人和機器作為一個整體來考慮，合理地或最優(yōu)地分配人和機器的功能，保證系統(tǒng)在環(huán)境變動下達到要求的目標。有些人機系統(tǒng)能用定量的系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合的方法進行設計。一個簡單系統(tǒng)，如一位操縱人員和一臺機器構成的單參數跟蹤系統(tǒng)，操縱人員被看作是系統(tǒng)中一個元件，可用定量方法，即用傳遞函數或其他數學方法近似表達操縱人員的動態(tài)特性，建立操縱人員的準線性數學模型；用控制理論方法對操縱人員的傳遞函數，和機器的傳遞函數進行綜合，便可得到調節(jié)品質合乎要求的穩(wěn)定的人機跟蹤系統(tǒng)。 本次設計中運用到了很多人機工程學中的內容，如工作臺的高度，設置為距離地面的高度為1200-1500mm之間，符合人的身高適合的工作高度，便于工人操作，且壓裝機的氣缸移動的控制部分放在了操作臺的正中央，便于工人控制。裝配機的料斗也是應用了同樣的原理選擇了合適于工人操作的高度【7】。  第三章 總體方案設計 3.1后保險杠裝配工藝方案 為了保證產品質量，提高生產率和降低成本，結合汽車后保險杠的形狀及與各裝配件的關系，本設計將其生產線設計為自動化程度不高的專用制造裝備。該裝備采用兩臺設備進行后保險杠的裝配。兩臺設備的名稱分別是后保險杠導流板壓裝機，后保險杠裝配機。裝飾條為手工裝配，兩臺設備的工作內容如下： 后保險杠導流板壓裝機 1.導流板的壓裝； 2.裝飾條 3.拖鉤蓋板 4.牌照燈總成裝配 其中裝飾條等為手工裝配 后保險杠裝配機 1.側面導向支架 2.傳感器（選裝） 3.隔熱板和U型夾 4.線束、線束支架和線卡等的裝配 3.2 設計方案 本次設計汽車的后保險杠的裝配線共有兩個設備，一臺裝配機，一臺壓裝機，其中壓裝機是最復雜的最重要的部分。不僅是因為它的工藝性能要求高，機器組裝的復雜和難度大，并且它和前保險杠的裝配機相比較而言，多了很多控制部分，比如導軌上的滑塊的移動由氣缸帶動，壓頭完成的工序也由氣缸控制，而且工作的壓頭與氣缸之間有很復雜的鏈接方式，這些都是由標準件來連接完成的。通過資料來看，我們需要一些高強度的系列型號的型材，來完成氣缸和配合壓頭運動的軸和孔，而軸和氣缸的活塞桿需要穿過這些型材來進行安裝，因此需要截面積很大的型材，這時我們選擇了80X80 160X80的截面型材，并且選擇重型的型材，因為這些支架的簡易結構可以看作是懸臂梁，需要高強度的型材支撐才能滿足氣缸推動壓頭運動來對后保險杠進行壓裝，并且型材上面進行打孔，使得軸和氣缸的活塞桿通過并且進行安裝直線軸承。安裝的圖見直線軸承說明。 本次在壓裝機的設計中由于設計經驗不足，故沒考慮到后保險杠的裝飾條的自動裝配，故改為手工裝配【8】。 本次設計的后保險杠裝配機的定位元件的材料為聚甲醛，壓裝機的定位元件為尼龍。 下圖是為后保險杠的壓裝機的定位元件的位置關系示意圖 圖3.1 后保險杠壓裝機定位元件位置關系1 圖3.2 后保險杠壓裝機定位元件位置關系2 本次設計是在CATIA軟件的裝配圖下完成建模的，由各種不同的型材和部件組裝成型，主要利用了各個零件的位置關系來完成零部件的定位。 并且在繪制工程圖時由CATIA轉為CAD形成工程圖，安裝加工時一定要注意定位元件的形狀公差及其與整個裝配線和地面的位置公差。 圖3.3 后保險杠壓裝機軸測圖 圖3.4 后保險杠裝配機軸側圖  第四章 定位元件的加工和加工程序 本次針對后保險杠的壓裝機的側壓頭進行加工，加工階段共分兩個階段，分別是粗加工和精加工階段。以下是在CATIA軟件下進行分析運算的加工程序【9】。 側－右壓頭 側－左壓頭 圖4.1 加工零件的位置 圖4.2零件形狀以及加工坐標系 圖4.3零件毛坯 圖4.4加工參數（粗加工給精加工留量2ｍｍ） 圖4.5粗加工刀具 圖4.6粗加工進給量 圖4.7走刀路線（順銑） 圖4.8粗加工實體方針結果 粗加工程序：見Y600r.nc其中右壓頭是yj600r.nc 以下是精加工 圖4.9 精加工進給量 圖4.10 走刀路線（精加工） 圖4.11 精加工實體仿真結果 精加工程序：見y600finsh.nc 左右壓頭公用一個程序，在機床上使用ｘ軸鏡像開關。 圖4.12精加工刀具路線校驗圖 第五章 保險杠裝配生產線控制系統(tǒng)設計 5．1保險杠裝配生產線控制系統(tǒng)的總體設計 控制系統(tǒng)通常采用可編程控制器PLC(Programmable Logic Controller)作 為控制核心元件，PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計 算機技術、自動控制技術和通信技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，其用途 是取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。 PLC是綜合繼電一接觸器控制技術和計算機控制技術而開發(fā)的，是以微處理器 為核心，集計算機技術、自動控制技術、通信技術于一體的控制裝置，PLC具 有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特 點。本文是采用西門子$7-200可編程控制器來實現對保險杠裝配線的控制的【10】。 5．1．1生產線控制原理分析 保險杠裝配生產線具有定時性、順序性的特點，對控制系統(tǒng)的要求是準確、 迅速地實現順序控制，本課題研究并實現是通過對驅動機構主電機和反轉電機 的控制來實現整個系統(tǒng)的順序運動，保證各工位能夠順利的完成零部件的裝配。 電機控制系統(tǒng)的原理如圖5.1和圖5.2所示。 圖5.1 典型的自動控制系統(tǒng)框圖 圖5.2 控制系統(tǒng)原理圖 該控制系統(tǒng)的主要特點是： (1)主電機控制的高穩(wěn)定性 主電動機的換速設計保證工件到達各工位時沖擊力小，定位準確。 (2)高精度定位 翻轉機構通過上下限位開關保證夾具實現準確的定位。 (3)分工位的狀態(tài)透明 每個工位上都有分別表示不同工作狀態(tài)的指示燈，方便工人進行安全操作。 (4)反饋控制 檢測工位通過檢測產品發(fā)出反饋信號，使整個控制系統(tǒng)構成閉環(huán)回路。 5．1．2生產線控制系統(tǒng)功能分析 保險杠自動裝配生產線控制系統(tǒng)主要實現以下功能： (1)夾具狀態(tài)指示 檢測央具的定位央緊狀態(tài)，并在夾緊力達到預定值時發(fā)出準備就緒信號， 啟動主電機和翻轉電機。 (2)主電動機換速控制 為保證運動的平穩(wěn)性，需要使主電機(帑裝機構動力源)實現“啟動—— 高速——減速——停止——啟動”的循環(huán)運動，因此需要控制系統(tǒng)具有換速控 制功能，實現豐電動機速度的平穩(wěn)、準確變換。 (3)翻轉電機換向控制 保險杠的裝配位置要求央具實現90。的翻轉運動，采用如圖6.3所示的 “L”型機械結構實現： 翻轉電機接收到正翻轉信號時開始正向高速轉動，帶動主動軸轉動，齒輪 帶與}動軸嚙合，被主動軸驅動，從而使從動軸上升，碰到上限位開關時控制 系統(tǒng)發(fā)出翻轉電機停止信號，翻轉電機停轉，兩根從動軸的合成運動實現夾具 基架的正向翻轉：當翻轉電機收到反翻轉信號時，翻轉電機反向轉動，從動軸 下降，碰到下限位開關時控制系統(tǒng)發(fā)出停止信號，翻轉電機停轉，夾具基架完 成反陽翻轉。由此可見，只需控制翻轉電機的J下向或者反向轉動，“L”型機構實現 圖5.3 “L”型翻轉機構示意圖 (4)安裝定時控制 根據生產節(jié)拍和實際節(jié)拍的要求，在工人進行安裝時，需保持整個機構在 安裝狀態(tài)靜止tgmax=58s，因此控制系統(tǒng)必須要實現這一定時控制。PLC為用戶 提供了一定數量的定時器，并設計了定時指令，一般均可以實現O．1---99．9s 及0．Ol一99．99s的定時控制，定時控制精度高，定時時間設置方便、靈活。 (5)檢測計數控制 保險杠自動裝配生產線的最后一個工位是檢測工位，檢測工人通過目測來 確定產品表面是否有損壞、零件裝配是否有松動，并將完成檢測的產品安合格 品和次品分類計數。PLC提供了強大的計數功能，為用戶提供普通計數器、可 逆計數器、高數計數器等，以完成不同用途的計數控制。 (6)狀態(tài)指示燈 為方便工人作業(yè)，并為各個工位提供透明可視的工作狀態(tài)信息，控制系統(tǒng) 需要提供狀態(tài)指示功能，如正常指示、急停指示、安裝指示等【11】。 5．2 PLC選型和資源配置 5．2．1控制系統(tǒng)PLC選型 (1)西門子公司出產的S7—200系列PLC性價比高，電磁兼容性強，抗震 動和沖擊能力強，擴展性好，有多種數字量輸入／輸出模塊，用于S7—200的數 字量輸入和輸出，通過這些模塊，可以將數字傳感器和執(zhí)行元件與$7-200相連， 使控制器靈活的與任務相適應。西門子S7—200系列以其卓越的性能廣泛應用于 多種行業(yè)的控制系統(tǒng)。 (2)考慮到輸入輸出點數及存儲器容量，選用西門子公司的$7-200系列 PLC進行控制，CPU確定為CPU226硬件配置見表5．1，該型號符合系統(tǒng)要求。 表5.1PLC硬件資源配置 5．2．2 PLC的I／o資源配置 (1)I／0端子分配 根據保險杠裝配生產線控制系統(tǒng)的功能要求，需要12個輸入點，十一個輸 出點，具體輸入輸出端子信號見表5．2，輔助元件見表5．3。 表5.2控制系統(tǒng)輸入輸出端子分配表 表5.3 編程輔助元件列表 (2)PLC外部接線圖 當I／O端子分配度地址確定以后，就可以畫出PLC的外部接線圖了。如圖 5．4所示。 圖5.4 PLC外部接線圖 (3)輸入設備選擇 壓緊開關采用壓阻式傳感器。壓阻式傳感器是根據半導體材料的壓阻效應 在半導體材料的基片上經擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感 元件，擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產生形變時， 各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產生相應的不平衡輸出，從而形成數字輸入信 號。 接近丌關、到位開關、上限位開關、下限位開關均采用干簧管觸點丌關。 干簧管是一種磁敏的特殊開關。它的兩個觸點由特殊材料制成，被封裝在 真空的玻璃管里。只要用磁鐵接近它，干簧管兩個節(jié)點就會吸臺在一起，使電 路導通。因此可以作為傳感器用．用于計數，限位等等【12】。 (4)輸出設備選擇 主電機和翻轉電機均選用二相直流電機。 計數顯示選擇LED計數顯示屏。 指示燈選擇普通彩色燈泡：j下常指示、壓緊指示——綠色；安裝指示—— 黃色；急停指示——紅色。 5.3 PLC程序設計 5.3．1可編程控鑭器編程軟件 S7-- 200可編程控制器使用STEP7一Micro／WIN32編程軟件進行編程。 STEP7-Miero／WlN32編程軟件是基于Wmdows的應用軟件，功能強大，主要用 于開發(fā)程序，也可用于適時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可 在全漢化的界面下進行操作?。 操作界面如圖5.5所示： 圖5.5 step7操作界面 5．3．2控制系統(tǒng)控制流程 (1)按下手／自動按鈕， 選擇自動模式，按下啟動按鈕，系統(tǒng)進行初始化。 (2)工人采用手動方式將保險杠基架安裝在夾具上，夾具上的壓力傳感器通 過感應夾緊力產生夾緊信號(脈沖信號)輸入給PLC； (3)主電動機開始高速轉動，當碰到接近開關時觸發(fā)換速信號，主電動機由高 速運行切換到低速運行，碰到到位開關時觸發(fā)停止信號，主電動機停轉； (4)工人在工作臺上完成裝配工作，經過延時時間(40s)后PLC計數器復位， 同時重新使主電動機高速轉動； (5)如果正(反)翻轉按鈕被按下，則翻轉電機開始高速轉動，工作臺翻轉到 位后上(下)限位開關閉合，翻轉電機停轉。在系統(tǒng)運行中，如果按下急停按鈕，則主電機及翻 轉電機都被切斷，系統(tǒng)停止運行?？刂葡到y(tǒng)流程圖，如圖5．6所示。 圖5.6 控制系統(tǒng)流程圖 根據5．1．2的功能分析以及控制系統(tǒng)流程的要求，可以設計出以下一些基 本的模塊程序： 1)單按鈕啟?？刂颇K； 2)主電機換速控制模塊； 3)翻轉電機換向控制模塊； 4)安裝定時控制模塊； 5)檢測計數顯示控制模塊。 以下是各模塊控制梯形圖： 1)單按鈕啟停控制模塊 當第一次按下按鈕10．0時，輸入繼電器4．0常開接點短時閉合，在上升沿 獲取指令P的作用下，使輔助繼電器面4．O接通一個掃描周期，使置位指令S 起作用，從而使M4．1置位(閉合)并保持，M4．1的一對常開接點接通QO．O線 圈回路，QO．0輸出驅動控制信號，啟動外部負載工作運行；同時，M4．1的另一 對常開接點閉合，為M4．2接通做準備。 當第二次按下10．O時，10．0短時接通，上升沿獲取指令P使M4．O接通一 個掃描周期，M4．2被接通，使復位指令R起作用，從而使M4．1復位(斷開) 且保持，QO．1線圈回路斷開進而使外部負載停止工作運行，之后再按下10．0 的工作情形與上述的相同，控制梯形圖如圖5．7所示。 圖5.7 單按鈕啟?？刂铺菪螆D 2)主電機換速控制模塊 主電動機換速的控制線路如圖5．8所示。 圖5.8 主電動機換速控制線路圖 主電動機高速轉動時，KCl、KC2閉合，MCl、MC2斷開，電機在高速繞組工 作；當主電機接收到換速信號時，由高速繞組轉到低速繞組，由于低速繞組串 聯電阻的作用，達到對主電機換速的目的。開關G是系統(tǒng)的急停開關。根據主 電機的換速控制線路圖，我們很容易得到主電動機換速控制的梯形圖，如圖5．9 所示。 圖5.9 主電機換速控制梯形圖 主電機運行至接近開關時，接近開關IO．6閉合，到位開關10．7斷開，線 圈Q0．1閉合，輸出主電機換速信號，主電機由高速繞組切換至低速繞組；主電 機運行至到位開關時，到位開關10．7閉合，換速消除中間繼電器M4．7接通一 個掃描周期，使線圈QO．1斷開，線圈QO．2閉合，實現換速消除并使主電機停 轉。 3)翻轉電機換向控制模塊 改變電機的運行方向，實際上就是改變電機的旋轉方向。要改變收三相電 機的旋轉方向，只要將其中任意二相電進行交換即可。根據這一原理，可得翻 轉電機換向的控制線路圖如圖5．10所示。 圖5.10 翻轉電機換向控制線路圖 正轉接觸開關SC接通時，電動機正轉；當AC接通時，電動機兩相對換， 電動機反轉。根據換速線路圖，可得梯形圖如圖5．11所示，若壓緊開關11．0 閉合，則壓緊中問繼電器接通并保持，當正翻轉按鈕10．4被按下時，正翻轉中 問繼電器M4．4接通并保持，PLC發(fā)出正翻轉信號；當反翻轉按鈕IO．5被按下 時，原理類似，PLC發(fā)出反翻轉信號。 圖5.11 翻轉電機換向控制梯形圖 4)安裝定時控制模塊 當到位開關10．6和壓緊開關IO．7閉合時，T1的常閉觸點也處于閉合狀態(tài)， 裝配生產線進入安裝過程，安裝過程中間繼電器接通并發(fā)出主電機停轉信號， 主電機停轉，M5．0同時觸發(fā)安裝指示燈Q1．1和定時器T37的常開觸點，計時 器延時40s后，常開觸點斷開，常閉觸點也斷開，中間繼電器M5．0斷開，安裝 指示燈滅，安裝過程結束。如圖5．12所示： 圖5.12 安裝定時控制梯形圖 5)檢測計數顯示控制模塊 檢測計數顯示控制梯形圖如圖5．13所示，合格品按鈕被按下時，計數中間 繼電器M4．3接通，觸發(fā)一個計數脈沖，并通過LED顯示屏輸出即時數據；次品 檢測原理類似。 圖5.13 檢測計數顯示控制梯形圖 5．4本章小結 本章主要的工作內容是為第三章所確定的保險桿裝配生產線設計一套適合 的控制系統(tǒng)。本章采用了西門子公司的S7—200可編程控制器，并通過使用 STEP7-Micro／WIN32編程軟件進行編程，在生產線所需要的操作功能中，設計 了急?？刂瞥绦颉⒎D電機控制程序、安裝定時控制程序、主電機換速控制程 序等，并詳細羅列出了實現各個功能的程序代碼。  結 論 這次畢業(yè)設計經歷了幾個月查閱資料，構思方案，觀察實踐，繪制圖紙，使用catia autocad等大型工程軟件，把大學四年所學的主要專業(yè)課如機械制造，機械設計，液壓氣壓傳動，工程制圖等內容系統(tǒng)的復習了一次，對大學的知識有了一個系統(tǒng)的了解。通過這次畢業(yè)設計，對所學的課程也有了更加深入的認識，也讓我們感受到了理論和實際之間的距離，知道了自己的缺點和差距。很多事情想上去是一個樣子，自己去做的時候才發(fā)現還有很多事情要考慮，這也是我們的無法快速轉換角色的原因。我們還有太多的東西需要去了解，去掌握，不滿足與從紙面上得到知識，而要深入實踐中，在實際操作中把所學的知識再加工，再創(chuàng)造，使得所學的真正變成自己的學以至用的基本技能。  參考文獻 1. 李慶余.機械制造裝備設計[M].北京：機械工業(yè)出版社.2005. 2. 杜君文.機械制造技術裝備及設計[M].天津：天津大學出版社.1998. 3. 張建民.機電一體化系統(tǒng)設計[M].北京：北京理工大學出版社.2006. 4. 李異河.液壓與氣動技術[M].北京：國防工業(yè)出版社.2006. 5. 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Patton WJ.Mechanical Power Transmission[M].New Jersey:Printice-Hall,1980. 致 謝 經過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)論文，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在論文寫作過程中，得到了陳玲老師的親切關懷和耐心的指導。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從設計題目的選擇到設計的最終完成，陳老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，陳老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我無微不至的關懷，除了敬佩陳玲老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向陳老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!謝謝你們!祝大家能在今后的工作學習和生活中一帆風順。  附錄 ----左側壓頭粗加工程序 % G54 S500 M03 N1 G00 X0Y0Z280000 N3 X596361 Y-55904 N4 Z255902 N5 Z43070 N6 G1 X601867 Z40688 F500. N7 X590364 Z42542 N8 X565624 Z46647 N9 X551140 Z49129 N10 X521838 Z54313 N11 X503330 Z57681 N12 X472103 Z63514 N13 X450468 Z67656 N14 X418420 Z73931 N15 X393686 Z78890 N16 X366618 Z84428 N17 X342954 Z89381 N18 X320065 Z94277 N19 X297533 Z99222 N20 X279503 Z103285 N21 X259626 Z107897 N22 X248514 Z110555 N23 X235289 Z113780 N24 X232442 Z114495 N25 X216048 Z118694 N26 X213512 Z119363 N27 X192847 Z125012 N28 X191161 Z125493 N29 X172401 Z131057 N30 X171276 Z131407 N31 X154191 Z136936 N32 X153442 Z137191 N33 X137843 Z142721 N34 X137345 Z142907 N35 X123069 Z148468 N36 X122740 Z148603 N37 X109644 Z154220 N38 X97385 Z160014 N39 X86138 Z165884 N40 X75773 Z171862 N41 X66180 Z177981 N42 X57261 Z184276 N43 X48931 Z190785 N44 X41114 Z197551 N45 X33745 Z204622 N46 X27447 Z211291 N47 X21259 Z218500 N48 X11878 Z230637 N49 X9860 Z232386 N50 X8050 Z233479 N51 X5695 Z234401 N52 X2818 Z234896 N53 X213 Z234802 N54 X-2678 Z234077 N55 X-4999 Z232954 N56 X-7539 Z230981 N57 X-8859 Z229499 N58 X-9976 Z227830 N59 X-11489 Z224138 N60 X-11722 Z223111 N61 X-12000 Z220227 N62 Z226227 N63 G0 Z242076 N64 X596359 Y-47904 N65 Z44077 N66 G1 X597062 Z43771 N67 X601869 Z41701 N68 X597062 Z42467 N69 X585345 Z44378 N70 X549944 Z50373 N71 X547580 Z50783 N72 X505744 Z58275 N73 X502696 Z58834 N74 X454619 Z67886 N75 X449943 Z68787 N76 X403532 Z77918 N77 X393595 Z79919 N78 X356139 Z87600 N79 X343269 Z90302 N80 X312880 Z96809 N81 X298201 Z100039 N82 X275036 Z105261 N83 X260549 Z108630 N84 X250059 Z111131 N85 X236258 Z114485 N86 X236021 Z114552 N87 X217376 Z119296 N88 X204716 Z122669 N89 X194137 Z125604 N90 X174046 Z131523 N91 X173412 Z131719 N92 X156060 Z137302 N93 X155206 Z137590 N94 X139849 Z143005 N95 X138866 Z143369 N96 X125155 Z148682 N97 X124104 Z149111 N98 X111656 Z154425 N99 X110694 Z154857 N100 X99339 Z160207 N101 X98452 Z160647 N102 X88272 Z165938 N103 X87223 Z166512 N104 X77891 Z171873 N105 X76878 Z172486 N106 X68272 Z177953 N107 X59323 Z184212 N108 X50959 Z190688 N109 X43107 Z197423 N110 X35701 Z204466 N111 X28984 Z211539 N112 X23452 Z217964 N113 X17129 Z226066 N114 X12772 Z232163 N115 X8852 Z238052 N116 X7809 Z239400 N117 X5878 Z240821 N118 X4142 Z241470 N119 X2528 Z241691 N120 X214 Z241442 N121 X-2182 Z240442 N122 X-3686 Z