【正文】 定。本課題采用的氣缸用固定式安裝方式:前法蘭(MF1式)、后法蘭’(MF2式)。(2)氣缸的輸出力:根據(jù)工作機(jī)構(gòu)所需力的大小，考慮氣缸載荷率確定活塞桿上的推力和拉力，從而確定氣缸內(nèi)徑。對(duì)于普通雙作用氣缸無桿腔為工作腔時(shí)理論拉力F0為: 式中，D——缸徑(m)。 P——?dú)飧椎墓ぷ鲏毫?Pa)。普通雙作用氣缸有桿腔為工作腔時(shí)理論拉力F0為: 式中，d一一活塞桿缸徑(m)。在考慮到活塞桿和活塞本身的摩擦力影響的情況下，實(shí)際輸出力要以氣缸效率來修正，若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高，且工作頻率高，其載荷率一般取η=~，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷可取η=~。(3)氣缸行程:氣缸(活塞)行程與其使用場合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下應(yīng)使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于加緊等機(jī)構(gòu)，為保證加緊效果，必須按計(jì)算行程多加10~20mm的行程余量。(4)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度:主要有所驅(qū)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)的需要來確定。要求速度緩慢、平穩(wěn)時(shí)，宜采用氣液阻尼缸或采用節(jié)流調(diào)速。根據(jù)以上設(shè)計(jì)要點(diǎn)及各自工作的工況，: PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制需求設(shè)備要實(shí)現(xiàn)既定的功能，就需要與之相匹配的控制系統(tǒng)。基于汽車軸承零件清洗工藝設(shè)計(jì)的清洗機(jī)PLC控制系統(tǒng)屬單機(jī)控制系統(tǒng)，PLC的主要作用是用軟件和內(nèi)部邏輯取代了繼電器控制系統(tǒng)中的定時(shí)器、記數(shù)器和其他單個(gè)設(shè)備。軸承零件在清洗時(shí)需要經(jīng)過超聲波粗洗、超聲波精洗、粗漂洗、精漂洗、蒸氣清洗和真空干燥等多個(gè)工序，每個(gè)工序都有各自的動(dòng)作，而且在各工序之間有相互聯(lián)系，于是就涉及到各個(gè)工位動(dòng)作的控制，另外，由于碳?xì)淙軇┑奶攸c(diǎn)，需要對(duì)各清洗槽的溫度，儲(chǔ)液箱的液位、溫度，真空室的真空度、溫度等進(jìn)行監(jiān)視和控制。同時(shí)，清洗液循環(huán)泵及超聲波的工作狀態(tài)、自動(dòng)消防系統(tǒng)的啟動(dòng)等多個(gè)方面都需要控制系統(tǒng)的參與。具體來說控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn):(l)氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作控制:由于使用碳?xì)淙軇┯蟹阑鸱辣囊?，所以清洗機(jī)的內(nèi)部動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，是由氣動(dòng)系統(tǒng)來完成的。氣動(dòng)系統(tǒng)主要用以實(shí)現(xiàn)零件清洗的節(jié)拍控制，工位動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)及工位間的轉(zhuǎn)換，這些目的是通過對(duì)各個(gè)氣缸、等待時(shí)間以及位移距離的控制來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的控制是控制系統(tǒng)的主要任務(wù)之一。(2)真空度控制:真空干燥室、蒸餾發(fā)生器以及排液箱的內(nèi)部真空度是保證蒸氣產(chǎn)生、蒸氣清洗、真空干燥和順利排液的關(guān)鍵指標(biāo)，在清洗機(jī)運(yùn)行時(shí)需要利用真空傳感器對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將實(shí)時(shí)結(jié)果傳輸給PLC進(jìn)行判斷，以指示清洗機(jī)下一步運(yùn)行。(3)液位控制:各儲(chǔ)液箱對(duì)碳?xì)淝逑匆旱囊何挥幸?，需用液位?jì)來實(shí)時(shí)檢測，一旦液位低于或者高于設(shè)定值，控制系統(tǒng)要立即發(fā)出指令，進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)液或者排液操作，必要時(shí)停掉相關(guān)器件。(4)溫度控制:碳?xì)淙軇┰诩訜嵴麴s時(shí)需要對(duì)導(dǎo)熱油溫度和蒸氣溫度進(jìn)行監(jiān)控。另外，各儲(chǔ)液箱由于碳?xì)湔魵饫淠鬁囟容^高，在冷卻系統(tǒng)冷卻的同時(shí)需要控制系統(tǒng)的監(jiān)控來將清洗液控制在適宜溫度，一般在35℃以下。在超聲波空化作用下，清洗液的溫度會(huì)有所升高，所以也需要對(duì)其進(jìn)行控制。(5)故障自動(dòng)監(jiān)測:當(dāng)清洗過程中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，如超聲波、泵、加熱器等出現(xiàn)異常，控制系統(tǒng)要立即通過燈塔、報(bào)警器作出報(bào)警提示，并視危險(xiǎn)程度來采取相應(yīng)措施，較輕微的故障僅對(duì)操作者提示，指導(dǎo)其排除故障即可。對(duì)于較嚴(yán)重的故障要停止對(duì)故障環(huán)節(jié)的輸出。對(duì)于非常嚴(yán)重的故障來說，需要作出復(fù)位機(jī)器或者停機(jī)等處理。(6)手動(dòng)調(diào)試控制:為了方便調(diào)試和故障檢測，需要對(duì)機(jī)器增加手動(dòng)調(diào)試部分。因此，控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)上料傳送帶、氣動(dòng)系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)等部分的手動(dòng)調(diào)試。 控制器的選擇本機(jī)選擇可編程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)的核心。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。歸納起來，PLC主要特點(diǎn)有:可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。編程方便，易于使用。功能強(qiáng)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。維修方便，維修工作量少。PLC體積小，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，適合非標(biāo)設(shè)備的開發(fā)。 傳感器的選擇設(shè)備的自動(dòng)控制離不開先進(jìn)的傳感技術(shù)，傳感器作為自動(dòng)控制的重要部分，有著不可或缺的作用。傳感器的需求主要集中在兩個(gè)方面:設(shè)備運(yùn)行控制的需求和設(shè)備安全控制的需求，出于控制的需要，有些傳感器需要同時(shí)滿足這兩個(gè)需求。(l)設(shè)備運(yùn)行控制所需傳感器設(shè)備運(yùn)行過程中，氣缸、傳送帶動(dòng)作的控制離不開傳感器的作用。在動(dòng)作控制方面，主要用到的傳感器為磁傳感器、光纖傳感器。磁傳感器主要用于氣缸方面，也叫磁性開關(guān)，主要用來檢測氣缸是否到位，PLC根據(jù)磁傳感器的信號(hào)來決定電磁換向閥的通斷，從而控制氣缸的動(dòng)作。光纖傳感器通過確定清洗筐是否到位，控制入料、出料傳送裝置的運(yùn)停，此外，光纖傳感器的信號(hào)與氣缸是否動(dòng)作有直接關(guān)系，只有在光纖傳感器確認(rèn)入料到位或者出料到位后，氣缸才可以動(dòng)作，否則會(huì)出現(xiàn)空抓或者壓筐等現(xiàn)象。(2)設(shè)備安全需求所需傳感器設(shè)備安全需求所需傳感器主要包括溫度傳感器、液位傳感器、壓差傳感器、真空傳感器、消防傳感器等。本設(shè)備溫度的控制主要包括超聲清洗槽液溫、漂洗槽液溫、干燥槽上蓋和槽內(nèi)溫度、汽液分離器溫度、蒸餾機(jī)油溫和液溫等:使用的是模擬量傳感器，利用PLC的模擬量模塊來處理數(shù)據(jù)，可以得到精度較高的實(shí)時(shí)溫度值，可以依據(jù)其溫度值判斷冷水機(jī)、蒸餾機(jī)是否在正常工作，碳?xì)淙軇┑囊簻厥欠裨诎踩秶鷥?nèi)等。液位傳感器的作用主要是監(jiān)控溢流箱、儲(chǔ)液槽、汽液分離器、真空脫氣槽、干燥槽緩液箱等的液位情況，使清洗液在清洗過程中不會(huì)溢出，也不會(huì)在缺液的情況下設(shè)備繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，有的液位傳感器還要滿足控制的需求，兼有安全和控制兩個(gè)需求。壓差傳感器主要用于檢測各濾芯兩側(cè)的壓差，從而判斷濾芯的堵塞情況，一旦壓差超過設(shè)定值，設(shè)備會(huì)進(jìn)行報(bào)警，并且觸摸屏故障檢測畫面會(huì)顯示故障濾芯所在的位置，此時(shí)要停機(jī)清理或者更換相應(yīng)的濾芯。真空傳感器的作用主要是檢測真空干燥槽內(nèi)部的真空度，以便對(duì)真空泵和羅茨泵進(jìn)行控制，并且可以通過真空傳感器的監(jiān)控，判斷真空干燥槽工作是否正常，是否出現(xiàn)漏氣等。消防傳感器的主要作用是設(shè)備發(fā)生火災(zāi)時(shí)，發(fā)出信號(hào)給消防控制盤，消防控制盤控制消防啟動(dòng)瓶，啟動(dòng)CO2消防罐進(jìn)行自動(dòng)滅火。需要特別說明的是，發(fā)生火災(zāi)屬于極端情況，為做好預(yù)防工作，本設(shè)備特別安裝了氣體濃度傳感器，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦氣體濃度超過安全值，設(shè)備會(huì)報(bào)警停機(jī)，這時(shí)可以由工作人員檢查氣體濃度過高的原因，避免火災(zāi)的發(fā)生。 I/O分析考慮I/O點(diǎn)數(shù)的范圍，成本的要求，本文選擇三菱FX2N整體式PLC。整體機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，缺點(diǎn)是輸入輸出口配置數(shù)量固定。為了克服整體機(jī)的缺點(diǎn)，使其應(yīng)用更加靈活，整體機(jī)配接各種擴(kuò)展模塊或稱擴(kuò)展單元。從控制功能及所控制的部件分析，根據(jù)所需I/，由于本清洗機(jī)需要點(diǎn)數(shù)較多，因此選用了1個(gè)基本模塊和1個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊。 PLC程序設(shè)計(jì)汽車軸承零件清洗機(jī)的控制程序分為兩大部分，即自動(dòng)運(yùn)行程序和手動(dòng)調(diào)試程序，現(xiàn)分別紹如下。手動(dòng)控制部分主要是用來調(diào)試各部件，手動(dòng)調(diào)試狀態(tài)下，各個(gè)動(dòng)作相對(duì)獨(dú)立，可以通過觸摸屏面板()對(duì)每個(gè)動(dòng)作單獨(dú)控制。但是，因?yàn)橛行﹦?dòng)作之間要按一定順序來執(zhí)行，所以各個(gè)動(dòng)作并不是絕對(duì)獨(dú)立，例如，真空槽上蓋在沒有解除密封前是無法打開的。在自動(dòng)工作狀態(tài)下，清洗機(jī)復(fù)位按鈕X005用來進(jìn)行初始位確認(rèn)，準(zhǔn)備按鈕X000機(jī)器進(jìn)入準(zhǔn)備階段，燈塔黃燈閃爍，干燥室上蓋加熱器、真空泵II和蒸餾機(jī)開始工作，當(dāng)蒸餾發(fā)生器內(nèi)碳?xì)淝逑匆簻囟冗_(dá)到設(shè)定值后，準(zhǔn)備工作完成，燈塔黃燈熄滅，綠燈閃爍，此時(shí)啟動(dòng)按鈕X003使超聲波、各槽清洗液循環(huán)泵、真空泵I啟動(dòng)，將清洗筐置于入料區(qū)，則入料傳送帶開始工作，進(jìn)入自動(dòng)清洗階段。清洗的軸承零件會(huì)依次通過超聲波粗洗、超聲波精洗、粗漂洗、精漂洗、蒸氣漂洗和真空干燥工序，完成清洗過程。由于程序較大，本文只列舉兩個(gè)清洗機(jī)關(guān)鍵動(dòng)作程序。，主要通過判斷干燥室I或II密封蓋是否關(guān)閉來進(jìn)行選擇。當(dāng)真空干燥室I密封蓋打開時(shí)，零件首先進(jìn)入干燥室I進(jìn)行工作，當(dāng)真空干燥室I密封蓋已關(guān)閉時(shí)，對(duì)干燥室II密封蓋判斷，從而確定零件干燥的位置。其中，M為輔助繼電器，它不直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，一般的輔助繼電器與繼電器控制中的中間繼電器相類似。(本段程序?yàn)檎婵崭稍锸襂I)。其中，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)清洗時(shí)間、蒸氣加熱時(shí)間、干燥時(shí)間、真空干燥室通氣時(shí)間、真空干燥室排液時(shí)間和清洗時(shí)清洗件的上升停頓時(shí)間均通過觸摸屏面板在清洗機(jī)調(diào)試和運(yùn)行階段根據(jù)清洗量的不同和清洗效果的比較進(jìn)行設(shè)置。，由于兩個(gè)干燥室干燥工作流程相似，在此以真空干燥室II進(jìn)行干燥為例。 汽車軸承清洗機(jī)運(yùn)行調(diào)試結(jié)果由于清洗機(jī)清洗過程中清洗件數(shù)量和種類會(huì)有不同，因而進(jìn)行碳?xì)湔魵饧訜釙r(shí)所需要的蒸氣量不同，對(duì)于蒸氣需求量不明確的問題在清洗機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)是通過加熱零件所達(dá)到的溫度和蒸氣加熱時(shí)間雙重條件對(duì)蒸氣進(jìn)行控制來解決的，其目的是:(l)保證真空干燥室溫度達(dá)到設(shè)定值，使得真空干燥工藝得以順利進(jìn)行。由于溫度傳感器只能準(zhǔn)確反應(yīng)干燥室中特定區(qū)域的溫度，為了保證室內(nèi)溫度全部達(dá)到設(shè)定值，應(yīng)對(duì)加熱時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)便于汽車軸承零件清洗節(jié)拍的確定。因此在清洗機(jī)運(yùn)行時(shí)需要在控制系統(tǒng)中通過調(diào)整蒸氣加熱溫度、加熱時(shí)間和干燥時(shí)間等多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)來滿足清洗和干燥的要求。 清洗參數(shù)的確定 以計(jì)算所得的參數(shù)為參照和依據(jù)，根據(jù)實(shí)際清洗效果，對(duì)設(shè)備進(jìn)行不斷調(diào)試，最終確定了設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)如下。每清洗筐可清洗軸承零件重量最大為80kg，依此運(yùn)行參數(shù)計(jì)算，若采用流水線清洗，平均每清洗一筐所需要的時(shí)間大約在5分鐘左右。前文已經(jīng)多次論述，碳?xì)淙軇╅W點(diǎn)較低，溫度控制是設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。本設(shè)備設(shè)定超聲波清洗槽、漂洗槽等液槽清洗液溫度報(bào)警值為35℃。干燥槽上蓋與干燥槽溫度控制在1005 ℃。 設(shè)備運(yùn)行效果(l)清洗效果清洗效果的指標(biāo)主要為兩個(gè)方面:潔凈度和干燥效果。前文已經(jīng)論述過，本設(shè)備的設(shè)計(jì)目的和作用是除去軸承零件表面的所有油污，并且最終實(shí)現(xiàn)完全干燥，滿足后續(xù)的工序的要求。一是采用擦拭法，就是用白紙、濾紙、白綢布來擦拭工件表面，用肉眼觀察潔凈度情況。根據(jù)客戶方要求，軸承零件清洗完畢后，表面不能有任何油污存在，但允許有少量的不溶性微小顆粒附著，經(jīng)過人工擦拭，可以輕松去除。，為軸承外圈清洗前后的實(shí)物對(duì)比，清洗前，軸承外圈的表面尤其是內(nèi)表面油污明顯，清洗后，只有一些不溶性固體顆粒附著，客戶方驗(yàn)收人員用濾紙擦拭，可以清洗將其去除，得到光亮潔凈的表面。二是采用染色法，就是將非油溶性染料涂到軸承表面，尤其是溝槽等容易有污物積留的地方，如果表面有油污存在，則染料不能涂到軸承表面上?？蛻舴津?yàn)收人員在染色過程中，沒有發(fā)現(xiàn)有油污斑點(diǎn)存留。軸承零件的干燥效果也可以通過上述兩種方法檢測，軸承零件在經(jīng)過真空干燥后，達(dá)到了完全干燥，得到了客戶方驗(yàn)收人員的肯定。在設(shè)備調(diào)試過程中，我方人員采用觀察法觀察干燥的效果，為軸承零件在干燥開始前和結(jié)束后，通過干燥槽觀察窗拍下的實(shí)物圖片，很明顯的看到，在干燥前軸承零件和清洗筐上有很多的清洗液殘留，而清洗后，己經(jīng)觀察不到任何的清洗液殘留。(2)蒸餾效果蒸餾機(jī)運(yùn)行成功與否的重要指標(biāo)是蒸餾液的潔凈度。設(shè)備調(diào)試運(yùn)行期間，在蒸餾機(jī)內(nèi)加入需要回收的臟液，單獨(dú)運(yùn)行蒸餾機(jī)，得到了滿意的蒸餾效果。，由于純凈的碳?xì)湟簺]有顏色，如水一樣，所以對(duì)比非常明顯。(3)控制效果前文多次論述，碳?xì)淙軇╅W點(diǎn)較低，所以設(shè)備在調(diào)試運(yùn)行中，還要特別注意冷水系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等的運(yùn)行情況，為清洗機(jī)在調(diào)試運(yùn)行過程中，各液槽及冷水的溫度監(jiān)控情況。從上表可以看出，各溫度監(jiān)控值均在安全范圍之內(nèi)，在設(shè)備調(diào)試運(yùn)行中，真空度顯示值、蒸餾液溫升值均與理論值相符合?？扇?xì)怏w濃度顯示一直為零，設(shè)備運(yùn)行安全可靠。 本章小結(jié)本章首先根據(jù)汽車軸承零件清洗機(jī)的特點(diǎn)選擇氣壓傳動(dòng)作作為其執(zhí)行部件的動(dòng)力源，對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其次，分析清洗機(jī)的控制需求，并依此選擇了以三菱 FX2NPLC為中心的現(xiàn)場控制方案，制訂了控制流程圖并編寫了PLC自動(dòng)和手動(dòng)部分的程序，實(shí)現(xiàn)了清洗機(jī)的控制要求。根據(jù)汽車軸承制造商的要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確定了清洗參數(shù)，每清洗筐可清洗軸承零件可達(dá)到80Kg，采用流水線清洗每清洗一筐大約需要5分鐘，大批量清洗縮短時(shí)間達(dá)到80%以上，并且清洗效果和干燥效果均達(dá)到客戶方需求。 結(jié)論隨著市場競爭壓力的不斷增加，產(chǎn)品質(zhì)量日益被生產(chǎn)商和使用者所重視。而汽車軸承零件的清潔度對(duì)其成品質(zhì)量能夠產(chǎn)生很大的影響，因而汽車軸承零件的清洗越來越受到生產(chǎn)商的重視。為了研究和推廣軸承零件清洗干燥工藝，本文對(duì)碳?xì)淙軇┑奶匦赃M(jìn)行較為深入的探討，通過試驗(yàn)分析了外部因素作用對(duì)碳?xì)淝逑葱Ч挠绊?，并依照?duì)超聲波清洗原理和真空干燥的研究分析結(jié)果制定了汽車軸承零件清洗工藝，并設(shè)計(jì)制成了軸承零件清洗機(jī)。研究工作證明了將碳?xì)淙軇┡c真空技術(shù)相結(jié)合，可以在當(dāng)前國內(nèi)碳?xì)涑暡ㄇ逑垂に嚨幕A(chǔ)上進(jìn)行更進(jìn)一步的發(fā)揮清洗優(yōu)勢，保證了工藝的安全、環(huán)保、高效和低運(yùn)行成本。因此，論文工作對(duì)提高汽車軸承零件清洗的效率，保證安全、環(huán)保要求等方面具有一定的實(shí)際意義。本文主要得出如下研究結(jié)果:(l)對(duì)碳?xì)淙軇┑奶匦宰髁嗽敱M的分析，通過清洗對(duì)比試驗(yàn)分析了溫度、外加物理力作用以及清洗時(shí)間對(duì)碳?xì)淝逑葱Ч兄e極的影響，若將碳?xì)淙軇囟忍岣叩?0℃以上，其清洗力將比目前清洗力增加2倍以上。(2)對(duì)超聲波清洗原理進(jìn)行分析，根據(jù)所清洗的軸承零件的特點(diǎn)確定降低清洗液內(nèi)部含氣量的方法，提高了超聲波清洗效率。針對(duì)碳?xì)淙軇┎灰赘稍锴野踩暂^差的缺點(diǎn)研究分析了使用蒸氣清洗和真空干燥的可行性。(3)根據(jù)上述研究分析結(jié)果，制定了汽車軸承零件清洗工藝，試制了清洗機(jī)。設(shè)計(jì)過程依據(jù)研究所得到的清洗工藝，詳盡考慮了溫度、外加物