汽车仪表盘安装机械手

装订线毕业设计（论文）报告纸毕 业 论 文课题名称汽车仪表盘安装机械手的改进设计系/专 业 机械工程系/机电一体化班 级学 号 学生姓名指导教师：王晓勇 2010 年 5 月 30 日 V 汽车仪表盘安装机械手的改进设计摘 要机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的的产业。不论是传统工业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供的装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。本文将改进设计一台用于安装汽车仪表盘的工业机械手。首先，本文将首先介绍机械手的移动轨道系统，操作机械手，包括电磁离合器，再说明机械手的升降机构及转动机构，机械手的夹持工具、ELAU驱动系统及SIEMENS触摸式控制屏,主要对对中装置的说明以及生产中遇到的情况,提出设计改进等。最后是机械手的校准及重要原件的保养工作。本文主要对大众汽车仪表盘安装方面的机械手做设备改进设计,主要基于汽车生产中设备表现出的状况作出改进设计。质量是上海大众的生命，领先于行业标准的产品质量是上海大众的竞争优势之一。卓越的产品质量是实现用户满意的基石。仪表盘安装机械手主要是对仪表盘的安装，对中装置能保证仪表盘与汽车的间隙，可以保证仪表盘安装质量，从而实现整车质量的提升。关键词：机械手、电磁离合器、对中装置、校准、保养AbstractMachinery and equipment industry is a national department, to provide equipment for the national economy and livelihood for the people of durable consumer goods industries. Whether in traditional industries and emerging industries, are inseparable from a variety of mechanical equipment, machinery and equipment provided by the performance, quality and costs, technological progress and national economic sectors have great and direct economic benefits effects. Machinery industry scale and technology level is a measure of national economic strength and scientific and technological level of the important signs. Therefore, every country in the development of machinery industry in the worlds economic development strategy as one of the key. This will improve the design of a vehicle instrument panel for the installation of industrial robots. First, this article introduces robot mobile track system, manipulator, including the electromagnetic clutch, and then shows the manipulator lifting mechanism and the rotation mechanism, mechanical hand gripping tool, ELAU drive system and SIEMENS touch-control screen, mainly the middle unit a description of the situation encountered in the production of proposed design improvements. Finally, robot calibration and maintenance of the important original work. This paper mainly Volkswagen dashboard installation of mechanical hand-made equipment to improve the design, mainly based on the performance of the automobile production equipment to improve the state of design. Quality is the life of Shanghai Volkswagen, the leading industry standards in product quality is one of Shanghai Volkswagens competitive advantage. Superior product quality is the cornerstone of achieving customer satisfaction. Installation of mechanical hand dashboard instrument panel key is installed on the device can ensure that the gap with the vehicle dashboard, instrument panel can be installed to ensure the quality, in order to achieve the quality upgrading of vehicle.Keywords: robots; electromagnetic clutch; instrument panel ; calibration；original work目 录摘 要1第一章 绪论31.1 前言31.2 工业机械手的简史41.3工业机械手在生产中的应用51.4 本课题主要内容及技术要求5第二章 汽车仪表盘安装62.1 设备的生产要求及尺寸参数62.2 汽车驾驶舱的结构组成6第三章 汽车仪表盘安装机械手93.1 机械手的移动轨道系统93.2 操作机械手103.2.1 德国STROMAG电磁离合器113.3 机械手的升降机构及转动机构143.3.1 升降机构143.3.2 转动机构153.4 机械手的夹持工具163.5 ELAU驱动系统及SIEMENS触摸式控制屏173.5.1 ELAU驱动系统173.5.2 SIEMENS触摸式控制屏19第四章 机械手的对中装置与改进214.1 结构214.2 仪表盘机械手工作与对中224.3 机械手对中图示234.4 改进设计26第五章 机械手的校准及重要元件保养295.1 机械手的校准295.2 机械手的重要元件保养30总 结31谢 辞32参考文献33第一章 绪论1.1 前言工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。1.2 工业机械手的简史现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于1毫米。美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到0.1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KuKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年各大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。 第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。1.3工业机械手在生产中的应用机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。1.4 本课题主要内容及技术要求本机械手主要完成大众汽车POLO款的仪表盘安装工作。本文主要说明汽车仪表盘安装机械手的主要机械构成以及基本控制系统。机械手的主要安装参数和控制系统参数会在正文中说明。 STROMAG电磁离合器的原理与选型；ELAU-驱动系统及Siemens-触摸式控制屏的资料收集，主要对对中装置的说明以及生产中遇到的情况,提出设计改进。主要基于汽车生产中设备表现出的状况做出改进设计。质量是上海大众的生命，领先于行业标准的产品质量是上海大众的竞争优势之一。卓越的产品质量是实现用户满意的基石。仪表盘安装机械手主要是对仪表盘的安装，对中装置能保证仪表盘与汽车的间隙，可以保证仪表盘安装质量，从而实现整车质量的提升。共 32 页 第 146 页第二章 汽车仪表盘安装2.1 设备的生产要求及尺寸参数驾驶舱安装机械手是上海大众公司生产轿车型号：大众波罗(Polo) 生产线的一部分。它是专门为此设计制造的，其中许多工夹具和辅助设备均是针对这个型号的产品设计的。该设备包括：配有卷链和电缆托条的2 条移动导轨；一个配有移动小车的操作机械手；一个用来较验对中设备和紧固点的校准检测中心；一个包括ELAU-转轴和紧急制动NOT-AUS-控制单元和控制系统。设备的生产要求：表2-1轿车型号大众polo节律2.43分钟/辆 (146秒)每天使用三班工作制,每天1310辆生产量每天500工作天数每周五天,每年250个工作日无故障率98%寿命8年设备尺寸参数：表2-2技术参数数值移动轨道的长度12米Y方向的移动路径10米总高度3.60米安装高度高出地板面Z0=550mm2.2 汽车驾驶舱的结构组成 在了解设备前，先对POLO轿车的坐标系和仪表盘进行简单的介绍：1、POLO轿车的坐标系图2.1 坐标系2、 驾驶舱的结构组成大众POLO 的驾驶舱在预装区进行初装。该装配工作在一个特殊设计的载体上完成, 安装载体固定在电动悬吊轨道(EHB) 的吊架上。装有安装载体的吊架首先经过驾驶舱初装区, 在这里所有部件都按顺序装到驾驶舱上。然后开到交接工位。一个夹持工具预装好的驾驶舱，安装载体从吊篮上上松开(被解锁) 并由操作机械手取走。驾驶舱主要由以下部件组成(见下图2.2)：组装板、 转向助力器、仪表盘、减震板、供暖和空调设备(HKG)、中央供气管、方向轴、脚控制杆系统等，主要部件之间的连接不是硬性连接。特别是组装板和装在上面的部件：中央管道系统和仪表盘以及其上面的元器件都是可以相互移动的。在装进车体时，组装板从发动机舱，中央管道系统从侧面A-车体固定拧紧。保证测缝的尺寸是汽车质量的一个重要前提。它使驾驶舱正确对中十分重要。 该设备因此配备了一个对中机构用来校验其对中性。1 仪表盘 7 转向轴2 方向助力器3组装板 4 减震板5 暖气及空调（在仪表盘后面）6 中央管道系统 2 交接中心3 校准中心4 带操作机械手的移动小车5 配电柜6 压缩空气输入口7 触摸式操作屏8 螺栓枪放置台1 组装线（P&F）1a 车体移动方向1b 未安装仪表盘的车体1c 正装入驾驶舱的车体1d 已装入驾驶舱的车体9 电动悬吊轨道（EHB）2a 初装好的仪表盘运送到工位2b 负荷载体上携带有驾驶舱的吊具2c 负荷载体上的空吊具2d 负荷载体空载转回10 操作机械手的移动轨道3a 带电缆牵引器顶端导轨图2.2 汽车驾驶舱图2.3 安装流水布局图与其他设备的连接点驾驶舱安装设备“A04”是轿车大众Polo 生产线的一部分，在以下几处该设备与其他设备相连。l 初装完毕的驾驶舱的供给驾驶舱在其安装设备“A04 ”附近进行初装，并用一条EHB 运送到交接工位。l 车体的供给车体在整个驾驶舱安装过程中由板链运输线运行前移。第三章 汽车仪表盘安装机械手3.1 机械手的移动轨道系统用于驾驶舱安装的操作机械手由挂在移动轨道上的移动小车带动前行。该系统由2 条固定安装在组装车间的钢结构（横梁，纵梁） 上平行的移动轨道组成。该移动轨道在整个组装区内与轿车组装线绝对平行，同样在高度上要经过精确的调校。移动轨道上安装机械限位挡块，用来防止移动小车滑离组装区。移动轨道系统的其它部件是一个用于移动电机的滚轮链条和电缆拖动槽，它由一个不间断的顶部导轨以及每一个机械手配备的移动导轨和电缆端的接线盒组成。如图3.11 横梁2 纵梁3 移动导轨4 滚轮链5 顶部导轨6 电缆拖动轴7 移动小车图3.1 移动轨道示意图3.2 操作机械手操作机械手的可动轴如下表：表3-1轴的名称说明导向驱动X与组装线平行方向移动移动导轨，移动小车移动电机M6或手动Y与组装线垂直的移动直线平面导轨，滑板手动Z升降轴夹持工具的高度调整直线平面导轨，球形丝杆传动步进电机M1/1R操作机械手绕Z轴的旋转旋转环手动D转动轴夹持工具绕纵轴转动门铰链步进电机M1/2M对中轴将夹持工具上半部向下半部推移直线平面导向步进电机M1/3Z-, D- 和M-轴由ELAU 控制系统监控，称为伺服轴。悬吊在导向轨道上的移动小车, 可以与组装线平行(X-方向) 及通过一个直线平行轨道上的滑板与组装线垂直(Y-方向)移动。在移动小车上安装一个用于电缆拖拉设备用的接线盒。移动小车上固定有旋转环，它使得升降设备可以绕着Z-轴进行旋转，通过一个ELAU驱动系统和一个球形丝杆使机械操作手可以在Z-方向(高度调整)进行移动。夹持工具借助一个转动设施(ELAU-驱动系统) 固定在升降机上。移动小车是由一个带4 只轴承块的框架组成的，在每个导向导轨中有2 只在滑动滚轮上移动。在导向导轨X-方向的移动由装在移动小车上的一支电机(移动电机) 实现。移动电机通过一个齿轮盘与一条固定的卷动链相连，该系列使用了一台涡流偶联器装备的STROMAG-驱动系统. 该工艺使得可以很容易的手动推动移动小车, 同时不损坏电机。限位挡块防止2 个机械操作手相互碰撞。1 移动小车 2 转动环 3 升降设施/操作 3a 控制系统的接线盒4 转动设施 5 夹持工具图3.2 操作机械手 转动环(4 点轴承) 被安装在滑板上，它实现移动小车之间的可旋转连接，这样使得升降机构连同他的夹持工具可以绕Z-轴进行转动，旋转环的2 个固定角度可以通过控制系统由一个气动插销固定，它们是转角0 度 夹持工具与组装线平行和转角90 度 夹持工具与组装线垂直(与Y-轴平行) 到达该位置由一个探头检测，通过一组卡经销和卡紧套的锁定可以在该位置固定。3.2.1 德国STROMAG电磁离合器 德国STROMAG电磁离合器是按照涡流原理工作的，由直流电激励电磁线圈，产生磁场，当电机驱动离合器软磁极体（6）旋转时，软磁极体切割磁场的磁力线，形成交变磁场，从动侧转子电枢环感应到涡流，涡流产生一个反磁场，驱动从动侧转子电枢旋转，输出一个扭矩（转动力矩）。1.离合器简单原理：1) 壳体2) 端盖3) 线圈4) 离合器线圈5) 刹车线圈6) 带风扇的离合器软磁极体7) 刹车磁极体8) 电枢环9) 离合器电枢环10) 刹车电枢环11) 被动轴12) 电磁脉冲传感器13) 驱动侧轴承14) 被动侧轴承15) 接线盒图3.3 STROMAG电磁离合器在电磁离合器工作时，因处于涡流感应状态，会产生较高的热量，因此电磁离合器设计了散热风扇和风道。2.电磁离合器电路原理框图：设定电位器使能开关同步信号控制电路15V电源参考电压电流互感器可控硅桥堆离合器励磁线圈触发变压器频率/电压变换控制电路15V电源滤波器图3.4 电路原理3.电磁离合器的控制板示意图：X2为供电和输出的高压侧插头，X1为控制的低压侧插头2mH电感电流互电感使能指示灯控制电路电源变压器可控硅桥堆控制的低压侧插头供电和输出的高压侧插头图3.5 控制板图3.6 机械手整体电气示意图4电磁离合器的技术参数选型：表3.2 参数选型1供电到X2的1、2端功率模块的电压60V 到 230V,+10%/-10%,50/60Hz到X2的3、4端功率模块的同步电压230V,+10%/-10%,50/60Hz相位与功率模块相同到X2的11、12端桥堆的电压Max.230V,+10%/-10%,50/60Hz2 输出从功率模块到X2的6、7端子最大电压最大电流193 V DC7A DC从桥堆到X2的9、10端子最大电压最大电流207V DC1A DC3 电压输出正电压+14.5V 到 +15.5V负电压-14.5V 到 15.5V最大负载每路30 mA参考电压最大负载-10V(-9.3 到 10.7V)5 mA4 插线带螺丝连接的X1、X2插件的电缆截面积最大2.5平方毫米(AWG12)5 运行方式带直流测速发电机的调速2Q(1 转矩方向，2 旋转方向)6 保护等级IP 007 环境温度最高 458 安装方式散热条垂直安装9 外形尺寸带盖的墙式安装宽x高x深 251x234x68mm框架或盒子式安装框架/盒子高6HE和框架深度220mm,宽度12TE10 重量约 1.8公斤3.3 机械手的升降机构及转动机构3.3.1 升降机构升降机构用来调整夹持工具的高度即在Z-方向的定位，它由1 个ELAU-控制的电机驱动，通过一个带齿皮带和球形杆驱动机构与1 个NSK-直线平面导轨结合完成定位， 2 个硬件限位挡板在设施达到最大的转角时会自动切断电机(硬件限位)。摔落保护设施防止在带齿皮带出现断裂时，升降机构的脱落。1 控制系统 2 检测单元（触摸式键盘） 3 操作条 6 操作手柄 7a 夹持工具（背面）8 Z方向直线平面导轨 9 用于高度调整的球形丝杆传动机构 10 驱动电机 11 上限位开关12 摔落防护设施的紧固单元图3.7 升降机构3.3.2 转动机构7b 夹持工具(驾驶舱)13 用于总量均衡的活塞15 夹持工具旋转驱动的较调电机16 旋转驱动系统的外壳17 旋转驱动系统的传动机构18 适配器19 升降设备和旋转设备间的可较调的连接图3.8 转动机构升降设备和转动设备之间的连接可以较验，这样夹持工具的转轴大约可以绕Z-轴改变2 度，由此可以保证夹持工具在组装过程中与车体的Y-轴保持平行。该校验工作必须在设备进行试运行和可能损失(例如.碰撞) 时进行，然后必须将交接工位和校准设备进行重新调整。3.4 机械手的夹持工具夹持工具是通过一个转动设备固定在升降机构的下半部。通过一个转动机构和ELAU-较调电机可以使夹持工具转动，该定位的实时状态被送回控制系统。夹持工具上有一个由转动单元实现的机械对中装置，它们用压缩空气驱动， 机械对中设备可以保证驾驶舱总成在车体内的对中。1 驾驶舱相适应的开口2 用于组装板的夹持钳3 夹紧活塞4. 夹紧头上的夹持组装辅助销的夹具5 用于夹持负荷载体上的对中销的夹具5a 夹钳关闭开关(夹持工具在交接位置)驱动部件6 旋转驱动步进电机7 水平校准设备的气动活塞8 门铰链卡紧装置9 对中装置的机械部件9a 与驾驶舱相配9b 与车体相配10 操作手柄夹持工具（从背面看）11 B梁滚轮12 直线平面导轨图3.9 夹持工具夹持工具有一个按形状设计的开口和一个用于初装的驾驶舱总成的夹持夹具。由2 个夹持负荷载体上的对中销的夹具帮助夹持工具与负荷载体间及校准设备间的定位；2 个由气动夹紧活塞驱动的夹紧接头, 夹持住装在驾驶舱安装板上的组装辅助销；2 个由气动夹钳活塞驱动的夹紧钳在中央管道的侧面卡住驾驶舱。3.5 ELAU驱动系统及SIEMENS触摸式控制屏3.5.1 ELAU驱动系统德国ELAU公司在业界率先开发的集成式伺服电机/驱动装置PacDrive创新地将控制器、数字式伺服驱动器、智能电机以及人机界面等有机地整合到一起，使电动机自动参数化，每个伺服驱动和伺服电机能够由一个控制器通过网络精确地同步进行，一台PacDrive 控制器最多可控制99台伺服电动机/驱动装置，通过一个中心参数即可完成全部数据存取，极大地方便了用户使用，大大降低了能耗。全球有超过25000套ELAU伺服驱动系统在运行。因为它和控制器通讯只是通过光纤电缆，所以也适合分布式结构。它不需要用户单个编程，处理，也不需要本身配置需要电机内电子类板块帮助的标准版多圈编码器 。它能快速执行命令，可视化和诊断更加容易 以及高度模块化。伺服电机扭矩范围从0.5 到145扭米。它超越了常规伺服电机的局限性，驱动器和 外观类似励磁机，自成一体的伺服模块，提高了机器性能，灵活性和整体价值。l 伺服电机的工作原理：伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的。l 伺服电机的控制：标准的伺服电机有三条控制线，分别为：电源、地线及控制。电源线与地线用于提供内部的电机及控制线路所需的能源，电压通常介于4V6V之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为伺服电机会产生噪音）。甚至小伺服电机在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合理。输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms2ms之间，而低电平时间应在5ms到20ms之间。将伺服电动机与驱动装置组合在一起有如下优点：单电缆安装，大扭力、控制简单、装配灵活。高功率密度。防止液体浸入。强化轴承能承担高径向负载。l 电机类型选择:仪表盘安装要求其转动电机启动转矩大，制动释放和制动反应要求时间短。性能可靠，经查询选择SEW交流制动电机并配以两级减速器，其性能特点如下：性能特点：制动释放和制动反应时间极短，可实现频繁起动与精确定位制动器使用寿命长，维修简便，耐用可靠功率范围0.09kW90Kw50ZH时的同步转速单速750/1000/1500/3000rpm双速1500/3000,1000/3000,750/3000,500/3000,1000/1500,rpm频率4060Hz（标准频率为50Hz）电压230690V，2、4、6极电机，电压范围220240V/380V415V机座号63-90的30500V电机的工作制:短时工作制时可考虑电机能增大功率用，而频繁起、制动电机则要考虑电机的热功率。表3.3 电机工作制表工作制功率增长KS2持续时间 60分钟 30分钟 10分钟 1.1 1.2 1.4S3负载持续率 60 % 40 % 25 % 15 % 1.1 1.15 1.3 1.4S4S10为了确定电机功率和工作制，必须给出每小时起停次数和方式，起动时间，制动类型，制动时间，空转时间。 根据要求而定影响电机功率的几种因素环境温度，40C海拔高度，1000米 电机须降功率使用图3.10 电机功率温度曲线图 图3.11电机功率海拔高度曲线图经以上介绍，工作负载大不用频繁启动，额定功率在确定在10kw。图3.12电机及减速器图3.13 电机接线图3.5.2 SIEMENS触摸式控制屏ELAU驱动系统通过一个触摸式屏幕进行设定和操作。它是一个对触摸感应的屏幕， 它模拟一个有变化的显示和操作元件的开关控制台。 按下其中的操作元件(操作面板) ，表示用手指轻轻触摸显示屏上的区域。当时间不使用时，触摸式显屏将自动切断，重新激活屏显，请用手轻轻触摸。通过轻按“E7” 按钮可以将显示语言在德语和地方语言进行切换。SIEMENS触摸式控制屏上显示所有驾驶舱安装设备的位置和状态，通过这个控制屏可以修改所有的设定。所有系统参数都是由西门子公司人员在设备安装调试阶段设置好的，跟正常生产时相适应。一般维修时，不需要维修人员对系统参数进行设定，以免出现误操作，损坏设备。维修人员只要能对面板显示出的故障状态有所认识，做出相应解决。启动过程中的菜单1a 开关区“启动”1b 开关区“关闭”2 文字信息3 图形信息4 操作按钮图3.13 控制屏上的菜单第四章 机械手的对中装置与改进4.1 结构机械操作手有一个用来精确对中驾驶舱总成与车体的夹具（图4.1）。该对中装置可以减小边缝的大小，从而提高生产出的轿车的质量，夹持工具上有2 个用结合杆相连的对中面。第一次对中在夹持工具中进行， 第二次在车体内对中，装置的夹具要周期性的检测，由供货厂商在规定时间内对间隙进行检测，必要的时候进行调整。在接受驾驶舱总成时，一对夹持钳抓住仪表盘。夹持工具在车体内卡在门铰链上，各个组件的误差通过一个浮动固定的门铰链卡紧装置均衡(最大2,5mm)，在张紧卡紧装置时，内部接触而与设备靠近. 两边的绿色滚轮借助1 根结合杆和对中机构（面1） 将仪表盘对中在夹持工具上，这样可以得到固定的仪表盘中心点，通过第2 个对中机构(面2)将仪表盘的中心位置与车体位置对齐. 这个过程按顺序自动执行。4 交接驾驶舱时的对中面14a 对中连杆4b 面1 的气缸5 驾驶舱在车体内的对中面25a 对中连杆5b 面2 的气缸6 组装移动的气缸1 夹持钳 1a 夹持钳的气缸2 仪表盘的靠压轮2a 靠压轮气缸3 门铰链卡紧设备3a 门铰链卡紧设备的气缸图4.1 对中装置4.2 仪表盘机械手工作与对中各汽缸用途：表4-1 气缸编号符号西文名称中文名称Z41Klemmeinheit Bosch Fallsicherung防止跌落Z40Lastausgleichszylinder负载平衡Z42Absteckzylinder Parkposition停靠Z08a/Z08bAusricht-Zylinder Entnahm锁定仪表盘Z01a/Z01bSpann-Zylinder Mont.platte夹紧安装铁板Z09a/Z09bVerr.-Zyl. Modultraeger取件钳Z11a/Z11bAbsteckzyl. Tuerscharniuer门铰链定位销Z16Zentrier-Zyl karosse机械手与车身对中Z17Tafel Cockpit仪表盘与机械手对中Z20a/Z20bFuegehub. Zylinder将仪表盘拉如车身装配位置Z19Zentrierhilfe-Zylinder Entnahme “Bahnhof”交接取件工位定位Z07Schunk Brems-Zylinder Y VerfahrschlitterY方向机械手制动Z02Absteck-Zylinder fuer Schwenachse机械手水平旋转锁定运行过程：仪表盘机械手到达取件交接工位时，上方的Z19气缸伸出，靠轮进入V型块，定位机械手，仪表盘机械手Z01a/Z01b气缸夹紧仪表盘下方铁板两个工艺销，由两个工艺销固定仪表盘下方铁板相对于机械手的位置。Z09 A/B气缸将夹持钳伸入仪表盘取件孔，夹持钳端面与仪表盘取件孔间应留有仪表盘本体对中的间隙。通过调整Z09 A/B夹持气缸的限位调整，可调整间隙。 Z08 A/B气缸将靠压轮（或异形块）锁定仪表盘本体，调整Z08 A/B气缸的限位可调整靠轮（或异形块）的姿态；调整横向定距横杆，可调整锁紧程度。Z17 旋转气缸，将已被靠轮（或异形块）锁定的仪表盘本体对中于机械手中间，对中的范围为2.5mm，调整Z17 对中机构的连杆可调整仪表盘本体的中心位置。粗定位块保证Z11 A/B气缸将门铰链定位销，销入车身门铰链孔，定位销滑块自由行程2.5mm。Z16旋转气缸将机械手对中连杆左右对称伸展，将机械手对中于左右门铰链孔的中间，定位销滑块提供的对中范围为2.5mm，对中后上方的Z07汽缸将机械手沿Y方向制动，对中时的张紧力通过旋转气缸的气压调整；差动调整左右连杆的伸展幅度，可调整机械手相对车身的对中位置。Z20汽缸将仪表盘拉入车身的装配位置4.3 机械手对中图示图4.2 仪表盘相对于机械手对中图示1如图4.2，仪表盘与机械手对中，气缸Z01a/b将机械手夹紧两个工艺销后，铁板定位到机械手上。对中1的导槽在同一半径上，圆孔直径比导槽大5mm，转盘轴心相对于机械手的位子固定。图4.3 仪表盘相对于机械手对中图示2如图4.3，取件气缸Z09a/b同时将取件钳推入仪表盘取件孔后，仪表盘在左右方向上仍有移动间隙。调整左右气缸的限位，保证在夹紧对中过程中的自由度。长度调整部位图4.4 仪表盘相对于机械手对中图示3如图4.4，Z08a/b 气缸用靠轮或异形压块，将仪表盘本体夹紧于对中横拉杆上。可以根据仪表盘夹紧点的距离，调整定距横杆的长度。对中位置拉杆长度调整部位图4.5 仪表盘相对于机械手对中图示4 如图4.5，Z17气缸旋转，使得导槽转盘旋转，带动被靠轮或者异形块锁定的仪表盘本体对中于机械手。但是对中完成了，由于机械振动等缘故，常会出现本体对中在安装过程中出现错位或对中不准等问题。图4.6 车身与机械手对中示意图1如图4.6,当机械手载着仪表盘本体进入车身时,依靠粗定位块,将机械手定位在车身与机械手对中的准确位置。对中面2的两条对中导槽是中心对称的渐开螺线；转盘轴心相对于机械手的位子是固定的。两边门铰链随着滑块滑动，范围是5mm。图4.7 车身与机械手对中示意图2如图4.7，Z16旋转气缸，将导槽转盘旋转，差动伸展左右的拉杆，直到两边门铰链滑块靠死，机械手移动到车身的中间。差动调整左右拉杆的长度，可以改变机械手与车身的对中位置。对中完成。4.4 改进设计由于正常生产时，生产环境、机械振动、机械磨损、工件材质等因素的影响，对中面1经常会磨损，使得圆孔半径变大或圆形变形发生偏移，使得机械手夹持工具与仪表盘本体对中产生偏差，装配间隙难以保证。而汽车仪表盘的装配质量要求间隙误差较小，保证产品车的整车质量，必须设法解决对中面1的定位不准问题。图4.8对中面1由于对中面1的定位不准，所以改进设计。初步设想，在对中机构1定位准确时，确定下位一个准确位子，做一个工艺定位孔。在机械手夹持工具与仪表盘本体准确对中结束后，由操作工手动启动一个气缸按钮，使得气缸动作伸出，推动定位销插入定位孔内。为确保定位准确，在定位销上配上一个相适应的尼龙塑料块，防止磨损。这样可以保证机械手夹持工具与仪表盘本体准确对中后，不会因为机械振动等原因造成对中面1的圆孔磨损，影响仪表盘安装缝隙，确保仪表盘安装质量。图4.9 对中面1的改进示意图图4.10 机械手安装实图如上图所示，为了不影响汽车仪表盘的夹持位子，可在对中面的正下方安装一个行程小的气缸进行定位。即在操作手柄下方可以固定安装个支架来承载气缸的作用。气动控制回路是本工作的执行机构，该执行机构的控制逻辑控制功能是由PLC实现的。在操作机械手上安装一个漫射式光电开关。若机械手夹具上没有仪表盘本体，则漫射式光电开关均处于常态；若机械手夹具上有仪表盘本体，则光电接近开关动作，表明机械手夹持仪表盘对中到位。该光电传感器的输出信号送到控制单元PLC的输入端，同时，PLC通过通信网络，把气缸夹紧信号回馈给系统，以便提醒操作工动作,协调控制。为了使气缸的动作平稳可靠，气缸的作用气口都安装了限出型气缸截流阀。气缸截流阀的作用是调节气缸的动作速度。截流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用时十分方便。图4.11是安装了带快速接头的限出型气缸截流阀的气缸外观。图4.11安装上气缸节流阀的气缸AB图4.12是一个双动气缸装有两个限出型气缸节流阀的连接和调节原理示意图，当调节节流阀A时，是调整气缸的伸出速度，而当调节节流阀B时，是调整气缸的缩回速度。图4.12 节流阀连接和调整原理示意从图4.12上可以看到，气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置，这两个极限位置都分别装有一个磁感应接近开关（也叫做磁性开关）。磁性开关的基本工作原理是：当有磁性物质接近时，磁性开关便会动作，并输出信号。若在气缸的活塞（或活塞杆）上安装上磁性物质，在气缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个磁性开关分别标识气缸运动的两个极限位置。在磁性开关上设置有LED显示用于显示它的信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，输出信号“1”，LED亮；不动作时，输出信号“0”，LED不亮。磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开磁性开关的紧定螺栓，让它顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。如果仪表盘下方铁板偏离装入车身的对中位置，两个工艺销偏离小孔，先差动调整Z16旋转气缸的左右连杆伸展幅度，可调整机械手相对车身的对中位置；再需调整Z17 旋转气缸连杆的长度，仪表盘本体对中。仪表盘机械手仅能调整仪表盘在车身中左右的装配位置（即Y向的位置）。第五章 机械手的校准及重要元件保养5.1 机械手的校准夹持工具检测设备(“校准器”) 可以用来对中装置的校准(检查和校正)。在一个支架上安装了夹持工具的所有支持点，包括对中装置，通过这些支持点可以精确的反映出夹持工具的夹持夹具的位置， 可以进行重新校正。校准中心带有移动滚轮，可以在一条轨道上移行。在测量工位上，使用定位销及支撑块可以精确的固定校准中心。以下几个测量点被检测：MP1: 对中锁夹具 MP2: 组装辅助锁夹具(夹紧接头) MP3: 门铰链插销 MP4/5: 用于组装板的夹持钳1 支架2 滚轮3 固紧销4 支撑块4a 支撑块上的操作手柄MP1图5.1 校准工具请按以下步骤对夹持工具进行校正：u 将校准中心从停放位置移动到校准位置。请注意使定位销卡入， 当校准设备从停放位置移出后，EHB 不能移动；u 将支撑块的操作手柄向下按，固定校准设备，4 个支撑块将校准中心升到精确Z-高度；u 按下“X 向前”和“X 向后”键，将操作机械手移到校准工位；u 将夹持工具上的对中销夹具放到MP1 上，组装车辅助销(夹紧头) 夹具对准到MP2上。按下“插入销”按钮，将门铰链插入销插入MP3 中。同时按下“钳闭合”按钮，将夹持钳合上及夹紧接头张紧。如果夹持工具上的所有销均与校准中心的测量的位置一致，可以打开夹紧钳和插入销，然后将操作机械手推移到停放位置或交接工位。如果夹紧工具上的销不配合，须松开与校准工位的插入销进行校正。5.2 机械手的重要元件保养操作机械手的润滑部位1、 移动轨道上的润滑部位：清洁Murtfeld 公司的齿轮条上的轮齿，并用润滑油喷雾润滑-2、 驱动单元上的润滑部位： STROMAG 公司的调节驱动系统： 用Shell 公司的Alvania 2 润滑驱动轴承 每周一次。直线平面导轨： 清洗导轨表面, 并用Shell 公司的Alvania 2 润滑移动小车(润滑油嘴) 每季度一次。双面滚轮链：用粘度300 的链条润滑油喷雾润滑 每月一次。曲线滚轮/支撑滚轮(INA 公司): 使用Shell 公司的Alvania2 润滑对面导轨 每季度一次。SKF 公司的Y-升降单元: 用LGMT2 润滑 每季度一次3、 升降设施上的润滑部位：Warner 公司的转轴：清洗并用符合DIN 51825 规定的润滑油脂,例如MobilgreaseHP 222 油脂(润滑油脂) 每月一次。直线平面导轨: 清洗导轨平面, 并用Shell 公司的Alvania 2 润滑移动小车(润滑油嘴) 每季度一次。回点轴承: 使用Shell 公司的滑)润滑齿轮 每月一次。4、 夹持工具上的润滑部位 ：直线平面导轨: 清洗导轨平面, 使用Shell 公司的Alvania 2 润滑移动小车(润滑油嘴) 每季度一次。容易靠近的润滑部位上可以安装Perma 公司生产的自动润滑装置， 该装置将自动给润滑部位添加所需量。其他有关润滑的说明l 气动气缸可以使用除水除油的压缩空气，就不能再更改，要一直用到更换为止。l 转动- 和滑动支撑单元 如果没有其他规定 终生免润滑，如发现有磨损,请予以更换。旋转驱动系统的Harmonic Drive“ 传动机构出厂时已进行终生免润滑，无需在使用中进行润滑。l 齿轮片和齿条均免维护，无需润滑。l 电机均免维护，如出现损坏，请予以更换。l 所有避震器均免维护，出现磨损时，请予以更换。总 结通过此次毕业设计，使我了解了机械手的很多相关知识。使我也了解了当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了机械手设计的一般过程，通过对机械手的结构设计作了系统的设计，掌握了一定的机械设计方面的基础，为以后的工作学习创造了一定基础。1、 本次毕业设计只是对汽车仪表盘安装机械手的结构组成等做了改进设计，设计中没有涉及到机械手的控制问题，对这方面有点模糊，需要在以后的工作学习中了解和掌握。2、 本次毕业设计的是汽车仪表盘安装机械手机械手的改进设计，相对于通用机械手，因此，动作固定，结构简单，同时成本低廉，专用性比较高，可实现车内的一些安装工作。3、 采用气压传动，且可用伺服机构，实现连续控制，使机械手用途更广，定位精度高 4、 本次毕业设计只是对汽车仪表盘安装机械手的结构组成等做了系统的设计，对虚拟样机还只是处于了解阶段，难免有错误之处。5、 由于经验知识水平的局限，设计难免有不到之处，望读者见量，指正。谢 辞在本论文的工作中，自始自终得到了南京工业职业技术学院机械工程学院王晓勇老师的精心指导和亲切关怀。导师严谨的治学态度、严于律己宽以待人的做人风范是作者终身学习的榜样。另外导师们的课题组活跃的学术风气、学术观点与为人上的坦诚也深深的感染了作者，使作者获得了太多的启发，在此特表深深谢意！在课题研究的整个过程中，王晓勇老师一直给予悉心的指导与帮助。在同他的合作中取得了很大的进步，同时他丰富的理论知识及实际工作经验、对待学术问题的科学态度令作者钦佩。在此表示由衷的感谢！ 在公司中我则要感谢我的领导，我的师傅以及我的同事。正是因为领导的关怀，我才能在机修方面有了长足的发展，使我有了充分发挥我才能的机会。而我师傅的言传身教使我的专业知识