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机电一体化典型设备简介

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机电一体化典型设备简介

    

    一、金属切削机床

    金属切削机床就是用切削、特种加工等方法主要加工金属工件,使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器,它是机械制造和维修行业的主要设备,通常简称为机床。我国机床的传统分类方法主要是按加工方式和用途不同,把机床分为12大类,在每类机床中,按工艺特点、布局型式、结构性能等不同又分为10组,每组又分10系。除上述分类方法外,还可按机床的性能分为通用机床、专门化机床、专用机床;按机床加工精度分普通精度机床、精密机床及高精度机床;按照机床的质量和尺寸不同,可分为仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床(30 t以上)及超重型机床(100 t以上);按照机床的自动化程度,可分为手动、机动、半自动和自动机床。

    二、起重运输机械

    起重运输机械是指那些用以升降、输送物或人的机械设备的总称,广泛用于国民经济的各个部门。起重运输机械的品种极为庞杂,按照部标将起重运输机械分为13大类42组,每组又分若干型。

    三、带式输送机

    带式输送机结构如图1-3-2-1所示,它由一根封闭的胶带,绕过机头和机尾卷筒,利用滚筒和带子之间的摩擦传动原理,使传动滚筒带动橡胶带移动,并将置于橡胶带上的物料进行输送,橡胶带既是输送机的牵引件,又是输送机的承载件,具有双重功能。

    

图1-3-2-1 带式输送机结构

    带式输送机有运输量大、制造维修简单、使用可靠、运费低、对物料和地形适应性强等优点,所以广泛用于各厂矿企业中输送量大的各种块状、粒状、粉状物料和连续生产设备之间点的成品或半成品件。

    四、电梯

    电梯是输送人员或货物的垂直升降设备。其主要组成是:曳引机构、轿厢、导轨、驱动控制系统和安全保护装置。电梯的分类参见表1-3-2-1。

表1-3-2-1 电梯的分类

    

    五、塑料成形机械

    塑料成形机械的类型很多,如挤出机、注射机、浇铸机、真空成形机和液压机等。但在生产中常用的是挤出机和注射机。

    1.塑料挤出成形机

    塑料挤出成形机是将塑料(粒状和粉状)加入挤出机料筒内加热熔融,使之呈黏流状态,在挤出机挤压系统加压情况下通过口模,成为形状与口模相仿的黏流态连续体,然后通过冷却定形成为一定几何形状和尺寸的塑料制品。挤出成形设备分挤出主机和轴机两部分。挤出主机如图1-3-2-2所示,挤出主机主要由挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机头和口模等组成。

    2.塑料注射机

    塑料注射机主要用于热塑性塑料成形。其成形原理是将熔融状态的塑料,在压力作用下注射入模腔内,经冷却定形后而获得塑料制品的一种成形方法。注射机的基本组成如图1-3-2-3所示,主要由注射装置、合模装置、液压传动和电气控制系统等组成。

    

图1-3-2-2 单螺杆挤出成形机示意

    

图1-3-2-3 注射机的组成

    六、全自动照相机

    全自动照相机是个典型的机电一体化产品。它可以自动地根据现场光线的强弱、对象的远近选择恰当的光圈、交给和速度进行曝光。这些功能都是由其中的电脑进行判断,然后由自动光圈调节器和自动焦距调节而实现的,在全自动照相机上还有测光器、测距器部分。全自动照相机问世以后,所有的复杂操作都被简化了。人们只要对准目标,按一下快门即可完成拍摄并可得到曝光正确的产品。因此,它问世后立刻受到人们的欢迎,并迅速地进入人们的生活。

    全自动照相机的电脑使用了微电子技术,因此,全自动照相机在瞬间就可完成大量的运算,从而可以在极短的时间内对现场的光线强弱、距离远近做出及时而又准确的判断。这种功能是传统的照相机所望尘莫及的。

    全自动照相机中的机械部分和电子部分已形成一个不可分割的整体,机械部分既是自动照相机的主题,也是被控制的对象。可见,在机电一体化的产品或设备中,其机械部分有一定的特殊要求。在全自动照相机中不但有紧密的机械和复杂的电子线路,而且还有光电检测、液晶显示等先进技术。因此,它是一台综合先进技术的产品。

    七、数控机床

    带有数控(NC,CNC)系统的机床称为数控机床。数控系统是一种利用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统。指令以数码的形式存储在某种形式的输入介质上,如穿孔纸带、磁带或者程序存储器的公共存储区。指令确定位置、方向、速度以及切割速度等。零件程序包含生产希望零件所要求的全部指令。数控机床可以形成镗、钻、磨、铣、冲、特形铣、锯、车、绕(线)、火花切割、编织(服装)、铆、弯、焊以及线处理等加工作业。数控加工最适合在同一机床上加工大量不同的零件,而极少在同一机床上连续生产单一零件。

    数控机床是一种典型的机电一体化的产品,其高切削精度、高稳定度,加工复杂、不规则形状零件时合格率高,高柔性和高生产率的特点,使其逐步成为机械加工市场的主导,其主要结构主要包括以下几个部分。

    1.程序编制及程序载体

    数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上,确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置,即零件在机床上的安装位置;刀具与零件相对运动的尺寸参数;零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字和符号组成的标准数控代码,按规定的方法和格式,编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行,对于形状复杂的零件,则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计。

    2.输入装置

    输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同,输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统;数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。

    3.数控装置

    数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种控制信息和指令,控制机床各部分的工作,使其进行规定的有序运动和动作。

    4.驱动装置和位置检测装置

    驱动装置接受来自数控装置的指令信息,经功率放大后,严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件。因此,它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器(含功率放大器)和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。

    位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动。

    5.辅助控制装置

    辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号,经过编译、逻辑判别和运动,再经功率放大后驱动相应的电器,带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令,刀具的选择和交换指令,冷却、润滑装置的启动停止,工件和机床部件的松开、夹紧,分度工作台转位分度等开关辅助动作。

    由于可编程逻辑控制器(PLC)具有响应快,性能可靠,易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点,现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。

    6.机床本体

    数控机床的机床本体与传统机床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的作用。

    八、工业机器人

    工业机器人是另一类数控机器。它是一种可编程机械手,用来通过一系列动作,搬运物料、零件、工具或者其他装置,以实现给定的任务。工业机器人有能力移动零件、加载NC机床、操作压铸机、装配产品、焊接、喷漆、打毛刺以及包装产品。最通用的工业机器人是具有一个自由度到六个自由度的机械手,如图1-3-2-4所示。

    图1-3-2-4中,六个运动自由度是:

    (1)手臂扫掠(腰左转或右转);

    (2)肩旋转(肩向上或向下);

    (3)肘伸展(肘缩进或伸出);

    (4)俯仰(手腕上转或下转);

    (5)偏航(手腕左转或右转);

    (6)横滚(手腕顺时针转或反时针转)。

    

图1-3-2-4 六自由度工业机器人

    每一个运动轴都有自己的执行器连接到机械传动链,以实现关节运动。执行器可以是气缸、气动马达、液压缸、液压马达、伺服电动机或者步进电动机。气动执行器便宜、快速、清洁,但是,气体的可压缩性限制了它的精度和保持负载不动的能力。液压执行器能够驱动重负载和保持负载不动,但是其价格昂贵、有噪声、比较慢以及可能漏油。伺服电动机执行器快速、精密、安静,但是减速器的游隙限制了它的精度。

    工业机器人有三个主要组成部件。除了机械手以外,还有终端器和控制器,如图1-3-2-5所示。终端器是一个机械的、真空的或者电磁的装置,它安装在机械手的腕上,用来抓取零件或握持工具。控制器在开环控制的单轴机器人中可以是一个简单的机械挡块,而在闭环控制的六轴机器人中则是一台计算机。在任何情况下,控制器在存储器中都存有一系列定位数据。按照给定的操作次序,它启动和停止机械手的运动。如果控制器是一台计算机,它可以与主机通信,卸载程序和提供管理信息。每一个运动轴都由一个开环或闭环控制系统控制。开环控制可以是气缸上的机械挡块,液压马达上的凸轮作用阀,或者步进电动机。闭环控制系统通常是跟踪位置控制系统——伺服系统。

    

图1-3-2-5 工业机器人的组成示意

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