论文总字数：26055字

摘 要

随着制造业数字化、自动化、智能化趋势的发展，自动装配生产线代替手工装配作业在国内外逐渐发展起来，自动装配机在许多行业都已经展现出了优越性。根据任务要求，设计了一款基于倍速链输送机的自流式自动装配系统。

在机械结构方面，采用了倍速链输送机完成工装板的自动输送，被装工件可以装在工装板上；采用阻挡气缸与流水线相配合，实现被装工件的定位；采用振动料斗实现待装工件的自动供料；最后设计了一种龙门式的二自由度直角坐标式工业机器人来完成装配作业，Y轴手臂采用滚珠丝杠 伺服电机的组合方式，使用半闭环控制系统保证定位精度，Z轴手臂采用带导轨气缸以降低成本，末端执行器使用通用性良好且成本低、控制方便的真空吸盘。

整个装配系统使用PLC进行控制，根据任务要求及实际情况，设计了PLC控制电路以及相应的PLC梯形图，并通过仿真程序验证了它的正确性。

经计算，装配系统的定位精度可以达到0.0339mm，存在0.02°的角度定位误差。

关键词：装配系统，自流式输送，倍速链，PLC控制

Abstract

With the development of digitalization, automation and intellectualization of manufacturing industry, automatic assembly line has gradually developed to replace manual assembly at home and abroad. Automatic assembly machine has shown its superiority in many fields. By the demands of the task, an automatic assembly system based on the speed-fold conveyor has been designed.

On the aspect of mechanical structure, the speed-fold conveyor is chosen to convey the tooling panel automatically. The loaded workpiece can be fixed on the tooling panel. The blocking cylinder is in company with the assembly line to position the workpiece. The vibratory feeder is used to realize the automatic feeding of loading workpiece. At last, a gantry-type 2DOF rectangular coordinate industrial robot is designed to complete the assembly process. The combination of ball screw servo motor is used on the Y-axis, while using the semi-closed-loop control to make sure its positioning accuracy. To reduce the cost, a cylinder with a guide rail is used on the Z-axis. A vacuum suction cup is designed as the actuator because of its strong versatility, low cost and convenient control measure.

The whole assembly system is controlled by PLC. A PLC control circuit diagram and a PLC ladder diagram are designed according to the task requirement. Their correctness is proved by a simulation program.

According to the calculation, the positioning accuracy of this automatic assembly system is 0.0339mm with an angle error of 0.02 degree existing.

KEY WORDS: assembly system, free flow convey, speed-fold conveyor chains, PLC control

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 装配系统常见组成形式 2

1.4 主要设计内容及方法 3

1.4.1 设计内容 3

1.4.2 本文设计思路 4

第二章 输送系统结构设计 5

2.1 总体结构设计 5

2.2 倍速链输送机 6

2.2.1 倍速链输送机的功能及原理 6

2.2.2 倍速链输送机的总体机械结构 7

2.2.3 倍速链输送机参数计算及选型 7

2.3自动供料装置 10

2.3.1 电磁振动给料机的工作原理 10

2.3.2 振动料斗选型设计 11

2.4 阻挡装置 11

2.4.1 阻挡装置的功能 11

2.4.2 阻挡气缸选型设计 12

2.5 抬升装置 13

2.5.1 抬升装置的功能 13

2.5.2 抬升气缸选型设计 13

2.5.3 定位装置设计 14

第三章 二自由度机械手设计 15

3.1 机械手总体结构设计 15

3.2 机械手Y轴手臂设计 16

3.2.1 滚珠丝杠选型设计 16

3.2.2 伺服系统设计 17

3.3 机械手Z轴手臂设计 19

3.4 机械手末端执行器设计 20

第四章 PLC控制设计 22

4.1 系统整体控制逻辑 22

4.2 PLC控制电路设计 23

4.2.1 顺序功能图设计 23

4.2.2 控制电路设计 24

4.2.3 PLC梯形图设计 25

4.2.4 PLC梯形图仿真验证 26

第五章 技术要求核验 27

5.1 功能 27

5.2 误差分析 27

5.2.1 滚珠丝杠副误差分析 27

5.2.2 工装板的两孔定位误差分析 29

第六章 总结 31

参考文献 32

致谢 33

绪论

1.1 引言

在机电类工业品制造领域，轴孔装配或针孔插接作业是最普通和广泛的作业任务之一，自动化作业具有一定难度，目前在我国大多数的中小企业中，生产基本处于手工作业状态。由于其操作难度大，操作技术要求高，企业为此付出的生产成本越来越高，生产工艺需要从手工作业的生产模式向自动化生产模式升级。对于企业而言，装配自动化的意义在于降低人工成本，提高生产效率，保证产品质量以及产品质量的稳定性；对于工人，实现特殊条件下的自动化装配，可以减轻或取代恶劣环境下的人工装配劳动，解放生产力。随着中国智造2025政策的展开，实现装配自动化不仅是系统工程学在机械制造领域里实施的重要内容，也是生产过程自动化或工厂自动化的重要标志。

任务旨在设计一台实用、高效、经济的自动轴孔装配系统，主要用于产品生产过程中的轴孔装配或针孔插接作业，满足市场需求。

1.2 国内外研究现状

随着制造业数字化、自动化、智能化趋势的发展，自动装配生产线代替手工装配作业在国内外逐渐发展起来，自动装配机在许多行业都已经展现出了优越性。

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