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1、 本科生毕业设计(论文)文献综述光机电气一体化综合实训平设计 (论文)题目台 4（加工工作站）设计作者所在系别机械工程系作者所在专业机械设计制造及其自动化北华航天工业学院教务处制共 18 页 第 1 页说说 明明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定 ，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期 内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。3文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。
2、4学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在 10 篇以上（土建类专业文献篇数可酌减） ，其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。5文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000 字左右。文献综述应与开题报告同时提交。共 18 页 第 2 页毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文文）文 献献 综综 述述光机电气一体化综合实训平台 4（加工工作站）设计的文 献综述摘要：光机电一体化实训装置融合了机械、电气、PLC、气动、传感、计算机等多项技术, 采用了开放式和模块式可拆卸结构, 为学生实践动手、分析解决问题等能力的培养提供了很好的实践平台。借助于
3、此实训装置, 精心设计了教学案例、项目, 以及毕业实践课题, 然后采用基于行动导向的分组实施教学方法锻炼学生的综合能力, 取得了很好的效果。这不仅培养了学生的专业技能, 同时也使得学生的表达能力、团队协作能力、创新能力等综合能力得到了提升, 提高了学生的社会竞争力。关键词: : 机电一体化 实训装置 综合能力 行动导向共 18 页 第 3 页Abstract:The opto-mechatronics practice training equipment adopts open architecture and modular structure, applies Various techn
4、ologies, such as mechanical technology, electrical control techno logy, PLC technology, pneumatic techno logy and sensing techno logy, to train comprehensive ability of college students. On the basis o f this equipment some teaching cases, training projects and graduation topics are w ell designed.
5、The act ion-orientation teaching method is adopted to cultivate various abilities o f college students, such professional skills, ability of expression, teamwork spirit and Innovation ability. The practical results showed that the social competitive capacity of college students is improved by using
6、this equipment。Keywords: mechatronics practice training equipment comprehensive ability action-orientation1 引言共 18 页 第 4 页1.1 课题研究的目的和意义现代机械系统已发展成为集光、机、电、磁、声、热、液、气、算于一体的技术系统。在 20 世纪 70 年代,微电子技术曾引起新技术领域的深刻变革,机电一体化技术就是在微电子技术向机械工业领域渗透过程中逐渐形成并发展起来的一门独立的综合性交叉学科，并日益在国内外发挥巨大的作用。而机电一体化专业要求的是培养学生从事自动化生产线和机电设
7、备安装、调试、维护、检修、营销与售后服务、技术管理等专业技术工作，涉及面广，需要的是复合型人才。因此不仅要重视学科理论知识的学习，同时要更加重视实践动手能力以及解决问题能力的培养。光机电气一体化综合实训平台结合了光测量技术、机械结构运动技术、PLC 可编程控制器技术、气动技术等多学科技术，根据目前企业真正加工装配生产线设计而成。全部设计制造都准备由机械工程系教师完成，这样锻炼了机械系教师科研动手能力，并且避免了每门课程教师在讲课时空洞的照本宣科式教学。本系统采用开放式体系结构，光、机、电、气可以单独控制和组合，学生在做实验时，既可以按照企业生产线生产方式综合调试各个设备，提高机电综合运用能力，
8、也可以在学习各科相应课程后做各项光、机、电、气方面的单独实验。并且在整个生产线上，做各项单独实验，对学生的综合运用能力也起到了很好的锻炼，培养学生举一反三的能力。1.2 国内外现状分析之前国际先进制造业不断改善光电子自动控制系统、提高传统制造业的技术水平和市场竞争力；光机电一体化产业结构不断调整，各行业不断融合，数控技术趋于模块化、网络化、多媒体和智能化。现场总线是当前自动化控制与仪器仪表领域技术发展的第一热点。电力电子技术成为改造传统产业的基础，它拓宽了微电子技术的应用领域，为光机电一体化、新能源技术、核技术、航天技术、超导应用、激光装置、生物工程、新材料技术提供了高性能、高精度、高效率和高
9、质量小型的电控设备和电源设备，成为发展高新技术的基础。我国在许多方面落后于国外，工艺技术水平低是一个重要原因。我国的光机电一体化技术要赶上世界先进水平，首先要重视基础研究，了解国际的发展模式，依靠自身的技术优势和高校多学科的交叉优势与企业合作攻克世界技术难题，只有这样，才能在 21 世纪的尖端科技术较量中夺魁。2 光机电一体化实训装置（加工工作站）的构成以及工 作 原理共 18 页 第 5 页2.1 实训装置（加工工作站）的组成光机电气一体化综合实训平台（加工工作站）结合了光测量技术、机械结构运动技术、PLC 可编程控制器技术、气动技术等多学科技术，主要由先导传输带、加工单元、后续传输带、PL
10、C 控制系统四部分组成。如图 2-1 所示：图 2-1 加工工作站的构成2.2 实训装置（加工工作站）的工作原理加工工作站的工作历程如图 2-2 所示：共 18 页 第 6 页图 2-2 加工工作站的工作历程零件底座由上一工作站传送到先导传送带端部，由传送带传送到另一端，摆动气缸推动零件到达旋转工作台上，旋转工作台顺时针旋转 60 度到达第一个加工位置，旋转工作台下传感器感应到零件的到达，压紧气缸作用使零件位置固定，丝杠带动仿真加工电机向下移动实现仿真加工过程，松开压紧气缸，旋转工作台顺时针转动 60度到达第二个加工位置，旋转工作台下传感器感应到零件的到达，压紧气缸作用使零件位置固定，丝杠带动
11、仿真加工电机向下移动实现仿真加工过程，松开压紧气缸，旋转工作台顺时针转动 60 度到达后续传送皮带前端，摆动气缸推动零件落入传动皮带完成仿真加工过程，后续传送带传送零件到达检测工作站。3 学生具备的基本知识3.1 PLC 软件编程能力PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC 具有通用性强、使用方便、适应
12、面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。共 18 页 第 7 页PLC 主要由输入输出模块、存储器、电源、编程终端、CPU 部分构成，CPU 是核心，CPU 速度计内存容量是重要参数。硬件系统配合软件系统和编程语言综合完成控制和设计。3.2 步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制
13、脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB） 。一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积。基本参数有电机固有步距角、步进电机的相数、保持转矩（HOLDING TORQUE） 。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。3.3 气动系统气压传动和控制是生产过程自动化和机械化最有效手段之一，工作介质为压缩空气。气动执行元件主要用于作直线往复运动。 工程实际中，这种运动形式应用最多，如许多机
14、器或设备上传送装置、产品加工时工件进给、工件定位和夹紧、工件装配以及材料成形加工等都是直线运动形式，其中气缸作为执行元件是完成直线运动最佳形式。但有些气动执行元件也可以作旋转运动，如摆动气缸（摆动角度可达 360） 。单个气动元件（如各种类型气缸和控制阀）都可以看成是模块式元件，进行组合，形成一个用于完成某一特定作业控制回路。气动设备常常是由少量气动元件和若干个气动基本回路组合而成。气动系统节能尤为重要，可从以下几方面入手：（1）从压缩空气 生产、处理、输送、分配 整个气源系统全盘考虑，采取综合措施。（2）采用气电或气液复合传动控制系统，实现节能（3）合理设计气动系统、择优选取和合理使用气动元
15、件，减少耗气量（4）把气动流体力学、气动系统动力学理论与实验相结合，运用计算机仿真技术，可对气动系统进行优化设计，择优选取最佳参数（5）气动系统中使用不同工作压力（6）重复利用无杆腔的有压空气使活塞返回，变双程耗气为单程耗气目前气动系统应用日益广泛，并逐渐向小型化、集成化、组合化、智能化、精密化、高速化、无油、无味、无菌化、高寿命、高可靠性和自诊断功能等方向发展。共 18 页 第 8 页3.4 光电传感器光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电式传感器有很多种类，其中，光敏二极管是最常见的光传感器。光
16、敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。 光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。4 典型设计案例4.1 基于 PLC 的步进电机行程控制此设计包括硬件设计和软件设计两大部分，控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向，实现精确定位。4.1.1 系统硬件设计本系统选用 S7200 系列的 CPU 222 作为主控单元，它有 8 输入6 输出，IO共计 14 点。它具有体积小、功能强、性价比高等优点，而且具有高速脉冲输出功能，可以驱动步进电机实现准确定位任务。步进电机驱动器采用 BD36Fb，它采用了先进的控制技术并实现了电流的精密传感和控制，从而达到了低速运行平稳、角度细分均匀、高速力矩大的效果，是一种高性能、小体积、低价格的驱
