自动化设计基础知识

自动化设计的基础知识培训讲师:刘世标1.自动化设备的概况和组成2.液压传动和气压传动3.工件的定位和夹紧一、自动化设备的概况和组成自动化设备的优点1.提高产品的性能和质量2.节约能源及材料消耗3.提高劳动生产效率4.改善劳动条件和减轻工人劳动强度5.能使企业摆脱员工对产品熟练程度的依赖性自动化设备在实际生活中的应用1.用机械来代替人工做动力的自动化技术2.在生产过程及业务处理过程中由检测,控制,计算等环节产生的大量信息处理的自动化技术.自动化设备的组成一、机械部分1.原动机主要包括电动机和内燃机等.2.传动机构要包括机械传动(带传动,链传动,齿轮传动等),气压传动和液压传动.在实际的自动化设计和应用中，是它们中两者或三者的结合.气压传动和液压传动在工业特别在轻工业中的应用越来越广泛，它是接下来要重点讨论的一个课题。3.定位机构和夹紧机构它能使工件在设备上的位置实现唯一性,使装配件与被装配件之间的自由度得到合理的控制,从而实现自动化生产和装配.它也是接下来要重点讨论的一个课题。4.控制和调节装置这里谈的控制与接下来电器中的控制是不一样的,这里主要是一些液压和气压控制回路，速度控制回路及方向控制回路5.执行元件主要包括气缸,马达,油缸,真空吸盘及机械手等6.辅助装置它们主要包括一些油箱,过滤器,蓄能器,消声器和油雾器,管路和管接头等.二、电气部分1.自动控制系统----汇编语言,单片机及PLC程序2.自动控制系统中常用的的检测和执行元器件检测元件主要有传感器,接近开关,行程开关,编码器及磁感应开关等.执行元器件主要包括步进电机,伺服电机,真空发生器及磁粉离合器等.二、液压和气压传动基础知识一.液压和气压传动的现状及应用1.液压传动有很多突出的特点,因此它的应用非常广泛,如一般工业的塑料加工机械,压力机械,机床等；行走机械中的工程机械,农业机械,汽车等；钢铁工业中的冶金机械,提升装置,轧辊调整装置等.2.气压传动的应用也相当普遍,许多机器设备中都有气压传动系统,在工业各领域,如机械,电子.钢铁,运输车辆及制造,橡胶,纺织,化工,食品,包装,印刷和烟草等领域气压传动技术已成为基本组成部分.液压传动的特点1.与电动机相比,在同等体积下,液压装置能产生更大的动力,也就是说在同等的功率下,液压装置的体积小,重量轻.2.液压装置工作平稳,换向冲击小,便于实现频繁换向.3.液压装置很容易实现过载保护,能实现自润滑,使用寿命长.4.液压装置容易作到对速度的无级调节,并且对速度的调节还可以在工作中进行.5.液压装置易于实现自动化,很方便对液体的流动方向,压力和流量进行调节和控制,并能很容易地和电气,电子控制和气压控制结合起来,实现复杂的运动和操作.6.液压元件易于实现系列化,标准化和通用化,便于设计,制造和推广使用7.由于液压传动中的泄露和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比.8.液压传动有很多的能量损失(泄露损失,沿程压力损失,局部压力损失等),因此传动效率相对很低.9.液压传动对油温的变化比较敏感,不宜在较高或较低的温度下工作.10.液压传动在出现故障时不易诊断.气压传动的特点1.气压传动的工作介质是空气,它取之不尽用之不竭,用后的空气可以排到大气中去,不会污染环境.2.气压传动的工作介质粘度很低,所以流动阻力很小,压力损失小,可以便于集中供气和远距离输送.3.气压传动对环境的适应性好,在易燃,易爆,多尘埃,强辐射,振动等恶劣工作环境下仍能可靠地工作.4.气压传动动作速度及反应快.液压油在管道中的流动速度一般为1~5m/s,而气体流速可以大于10m/s,甚至接近声速,因此在0.02~0.03s内即可以达到所要求的工作压力和速度.5.气压传动有较好的自保持能力.即使压缩机停止工作,气阀关闭,气压传动系统仍能维持一个稳定的气压.而液压传动要维持一定的压力,需要能源装置或在系统中增加蓄能器.6.气压传动在一定的超负载工况下也能保证系统安全工作,不易发生过热现象.7.气压传动系统的工作压力低.工作气压一般在0.2-1Mpa之间,比较常用的0.4Mpa左右.8.由于空气的可压缩性大,因此气压传动的速度稳定性差,很难控制系统的位置精度.9.气压传动系统的噪声大,尤其是排气时,需加销声器.10.气压传动工作介质本身没有润滑性,需加油雾器进行润滑.二.液压和气动系统的基本组成1.液压系统的基本组成它由油箱,过滤器,液压泵,溢流阀,开停阀,节流阀,换向阀和液压缸组成.2.气压系统的基本组成它由空气压缩机,后冷却器,除油器,干燥气,储气罐,过滤器,减压阀,压力表,油雾器,换向阀和气缸组成.在实际的应用中,除油器,减压阀和油雾器做成一个整体,称为气源处理三联件.AIRTAC气动产品里的代号为AFR三.液压和气压传动的执行元件1.液压传动中的执行元件是油缸,气压传动中的执行元件是气缸.2.油缸和气缸的品牌进口的:AIRTAC(台湾亚德克),SMC(日本),英国的诺冠,美国的派克等国产的:佛山的实用,肇庆的方大等3.油缸和汽缸的基本参数结构型式缸径行程安装方式双轴复动型气缸单轴弹簧压出型气缸气缸的工作条件如上图气缸常用的缸径和行程如上图四.液压和气压传动的控制调节元件1.方向控制阀单向阀分为普通单向阀,液控单向阀,梭阀和双压阀.换向阀复动气缸常采用两位五通电磁换向阀,单动气缸常采用两位三通电磁换向阀,油缸的换向阀常采用三位五通阀,油缸的换向阀需要有中位功能.2.压力控制阀主要有溢流阀,减压阀,顺序阀和压力继电器3.流量控制阀主要有节流阀和调速阀等.调速阀实际上是一个节流阀和等差减压阀的组合体五.液压和气压传动的辅助元件1.蓄能器和储气罐液压传动系统一般采用蓄能器,气压传动系统一般采用储气罐.2.过滤器主要分为粗过滤器,普通过滤器和精过滤器三种.3.油箱,热交换器,压力表,油雾器和销声器.六.液压和气压传动回路1.方向控制回路它主要分为一般方向控制回路和复杂方向控制回路.一般方向控制回路:一个换向阀控制一个汽缸或油缸.复杂方向控制回路:时间控制制动式和行程控制制动式两种2.压力控制回路.它主要分为调压回路,减压回路,增压回路,保压回路,卸荷回路,平衡回路和释压回路等组成.3.速度控制回路它主要有节流式调速回路,调速阀式调速回路,容积式调速回路,容积节流式调速回路,快速回路和速度换接回路.速度换接回路在后面的章节中介绍.4.多缸运动控制回路它主要包括顺序运动回路,同步运动回路和运动互不干扰回路.顺序运动回路在后面的章节中介绍.5.其他控制回路主要有气压延时回路和气压往复运动回路.气压延时回路是一个两位三通气控阀和一个单向节流阀组成.气压往复运动回路在后面的章节中介绍.七.典型的气压回路案例分析1.行程阀控制的单往复回路系统原理图见右图.功能简介:按下手动换向1的手柄，气控换向阀3切换，气缸右行，当撞块碰下行程阀2，气控换向阀3复位，气缸自动退回.2.行程阀控制的连续往复动作回路系统原理图见右图功能简介:当按下手动换向阀1的手柄,气控换向阀4切换,气缸右行,此时由于二位二通机动换向阀3复位而将控制气路断开,气控换向阀4不能复位.当活塞继续前行到终点,撞块碰下二位二通机动换向阀2时,气控换向阀4中的控制气经阀排出,气控换向阀4在弹簧的作用下复位,气缸自动返回.当活塞返回到终点时,压下机动换向阀3,气控换向阀4再次切换,重复上述循环动作,只有断开手动换向阀1,方可使连续往复动作的的活塞返回到原位置时停止.3.行程阀控制的快慢速换接回路气动系统原理图如上图功能简介:当电磁阀7左端得到信号,电磁阀7气路换到左端,压缩气通过电磁阀7,单向节流阀5进入到气缸左端推动活塞杆右行,压缩气经单向节流阀6,电磁阀7排到大气中,直到撞块压下行程开关,换向阀3得到信号,直接将气路接通,压缩气直接经换向阀3排到大气中,由于没有经过接流阀,汽缸的速度非常快.汽缸返回的原理跟压出基本一样.4.行程开关和电磁阀控制的顺序运动回路系统原理图如上图功能简介:电磁换向阀7通电后,左气缸按箭头①的方向右行,当它右行到预定的位置时,挡块压下行程开关2,发出信号使电磁阀8的电磁铁通电,右气缸按箭头②的方向右行.当它右行到预定的位置时,挡块压下行程开关4,发出信号使电磁阀7的电磁铁断电,左气缸按箭头③的方向左行,当它左行到原位时,挡块压下行程开关1,发出信号使电磁阀8的电磁铁断电,左气缸按箭头④的方向左行,当它左行到原位时,挡块压下行程开关3,发出信号表明整个工作循环结束.三、工件的定位和夹紧【目的和要求】通过学习工件定位的概念、方法、原理（六点定则）和工件常见定位方式及定位元件，能够合理选择定位元件，初步具备设计和分析工件定位方案的能力。【内容摘要】一、工件定位的概念及方法二、工件定位的基本原理三、常见的定位方式及定位元件四、对定位元件的基本要求一、工件定位的概念及方法1.工件定位的概念工件在加工或装配之前，使工件在设备或夹具上占据某一正确位置的过程称为定位；工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作称为夹紧；工件定位、夹紧的过程合称为装夹。2.工件定位的方法(1)直接找正定位法在机床上利用划针或百分表等测量工具(仪器)直接找正工件的位置的方法称为直接找正定位法。(2)划线找正定位法先根据工序简图在工件上划出中心线、对称线和加工表面的加工位置线等，然后再在机床上按划好的线找正工件位置的方法称为划线找正法。（3）利用夹具定位法中批以上生产中广泛采用专用夹具定位。二、工件定位的基本原理1．六点定则工件所具有的运动的可能性，称为工件的自由度。如果把工件放在空间直角坐标系中来描述，工件具有六个自由度，即沿x、y、z轴移动和绕x、y、z轴转动的六个自由度，可分别用x~、y~、z~表示沿x~、y~、z~轴移动的自由度。工件的定位，实质上就是限制工件应该被限制的自由度。即若要确定工件在某坐标方向上的位置，就需且只需用一个定位支承点限制工件在该方向上的自由度，用六个合理布置的定位支承点限制工件的六个自由度，就可使工件的位置完全确定，此称为工件定位的“六点定位”.如图1所示，在空间直角坐标系的O面上布置三个定位支承点1、2、3，使工件的底面与三点相接触，则该三点就限制了工件的三个自由度。同理，在O面上布置两个定位支承点4、5与工件侧面相接触，就可限制工件两个自由度。在O面上布置一个定位支承点与工件的另一侧面接触，就可限制工件最后一个的自由度，从而使工件的位置完全确定。任何一个工件，如果对其不加任何限制，那么，它在空间的位置是不确定的，可以向任意方向移动或转动，工件所具有的这种运动的可能性，称为工件的自由度。如果把工件放在空间直角坐标系中来描述，则工件具有六个自由度，即沿x、y、z轴移动和绕x、y、z轴转动的六个自由度，可分别用x~、y~、z~表示沿x~、y~、z~轴移动的自由度。工件的定位形式（1）完全定位用六个合理布置的定位支承点限制工件的六个自由度，使工件位置完全确定的定位形式称为完全定位。（2）不完全定位工件被限制的自由度少于六个，但能满足加工技术要求的定位形式称为不完全定位。（3）过定位两个或两个以上的定位支承点同时限制工件的同一个自由度的定位形式称为过定位，也常称为超定位或重复定位。可以通过改变定位元件的结构形状而避免了过定位的现象。欠定位现象根据装配技术要求应限制的自由度没有被限制，这种定位现象称为欠定位现象。欠定位现象是不允许出现的，因为其不能保证工件的装配技术要求。工件在夹具中的定位，并不是用定位支承点，而是用各种不同结构与形状的定位元件与工件相应的定位基准面相接触或配合实现的。工件上的定位基准面与相应的定位元件的工作表面合称为定位副。定位副的选择及其制造精度直接影响工件的定位精度和夹具的制造及使用性能。常见的定位方式及定位元件常见的工件定位方式有四种，即工件以平面为定位基准面、工件以内孔为定位基准面、工件以外圆为定位基准面和工件以一面两孔为定位基准面。1．工件以平面为定位基准面