自動(dòng)化設(shè)計(jì)理念與分析

1、Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：12022/3/16自 動(dòng) 化 設(shè) 備 制 造課程講義課程講義自動(dòng)化設(shè)計(jì)的理念與分析Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：22022/3/16十八世紀(jì)工業(yè)革命人類發(fā)明了機(jī)器取代人力理所當(dāng)然人 類 應(yīng) 越 來(lái) 越 清 閒人類卻越來(lái)越忙碌但是人類的宿命？上帝的嘲弄？沒(méi)有自動(dòng)化？楔子永無(wú)止境的慾望？Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：32022/3/16內(nèi)容陸、結(jié)束

2、語(yǔ)伍、自動(dòng)化設(shè)備開(kāi)發(fā)肆、控制系統(tǒng)(Control System)參、致動(dòng)器(Actuator)貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism)壹、自動(dòng)化設(shè)備組成Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：42022/3/16壹、自動(dòng)化設(shè)備組成Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：52022/3/16壹、自動(dòng)化設(shè)備組成(續(xù))Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：62022/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism)Hon

3、g Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：72022/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))一、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)q提供直線之運(yùn)動(dòng)，可以兩軸或三軸搭配使用合成平面或3D之平移(X-Y Table)。q常用的有：線性滑軌、導(dǎo)軌、.q考量因素計(jì)有：行程大小。直線度、各方向偏擺度、平滑程度(運(yùn)轉(zhuǎn))。荷重能力。Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：82022/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))二、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)q提供旋轉(zhuǎn)之運(yùn)動(dòng)，可與直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)搭配使用合成平面或3D之平移旋轉(zhuǎn)機(jī)

4、構(gòu)。q考量因素計(jì)有：行程大小。各方向偏擺度、平滑程度(運(yùn)轉(zhuǎn))。荷重能力。Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：92022/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))提示：剛體運(yùn)動(dòng)(平面/空間)q自由度(Degree of Freedom)定義物體位置所需參數(shù)個(gè)數(shù)。平面剛體有3個(gè)自由度(X、Y方向平移及Z方向旋轉(zhuǎn))，空間中剛體則有6個(gè)自由度(X、Y、Z方向平移及X、Y、Z方向旋轉(zhuǎn))。非剛體有無(wú)限多個(gè)自由度。q提示：可適當(dāng)?shù)呐渲弥本€運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，而將物體(可為工件、刀具、工具)送至平面或空間中正確位置。自由度 = 軸數(shù)。XYRz

5、XYZRzRxRyHong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：102022/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))提示：剛體運(yùn)動(dòng)(平面/空間)續(xù)q拘限(Constrain)限制物體運(yùn)動(dòng)之機(jī)制。平面剛體運(yùn)動(dòng)只要3個(gè)拘限則可固定剛體使之不動(dòng)，空間剛體運(yùn)動(dòng)則需用6個(gè)拘限方可固定剛體使之不動(dòng)。無(wú)論平面或立體空間，均可有無(wú)限多拘限。Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：112022/3/16q系統(tǒng)自由度 系統(tǒng)之自由度和減去拘限數(shù)所得即為系統(tǒng)自由度。 系統(tǒng)自由度為零時(shí)稱為靜定

6、(Static Determinate)，系統(tǒng)自由度小於零時(shí)稱為靜不定(Static Indeterminate) 。 靜不定之系統(tǒng)會(huì)因製造誤差或安裝不準(zhǔn)確而產(chǎn)生額外之內(nèi)應(yīng)力。q提示：夾製具設(shè)計(jì)為求精確定位應(yīng)採(cǎi)靜定之設(shè)計(jì)。貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))提示：剛體運(yùn)動(dòng)(平面/空間)續(xù)Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：122022/3/16q3-2-1定理 一物體將會(huì)被完全精確的限制在相互垂直之三個(gè)平面中，當(dāng)物體與此三平面分別接觸3、2、1點(diǎn)。q提示： 以系統(tǒng)自由度之觀點(diǎn)論之，3-2-1定理就是以靜定方式固定一物體，也就是

7、說(shuō)系統(tǒng)自由度正好為零。貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))提示：剛體運(yùn)動(dòng)(平面/空間)續(xù)Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：132022/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))三、間歇/分度機(jī)構(gòu)q提供間歇之運(yùn)動(dòng)，可與其他運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)搭配使用合成平面或3D之間歇/分度機(jī)構(gòu)。q主要應(yīng)用在多工站同時(shí)工作之場(chǎng)合。q常用的有：日內(nèi)瓦及渦輪渦桿機(jī)構(gòu)。q考量因素計(jì)有：分度數(shù)。驅(qū)動(dòng)角/定位角(轉(zhuǎn)動(dòng)/停止時(shí)間)。分度精度。荷重能力。Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：1420

8、22/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))四、連桿機(jī)構(gòu)q 連桿機(jī)構(gòu)係由一定數(shù)目之連桿組合而成，其組合方式主要有：絞接及滑接(Hinge, Slider)兩種。q 依運(yùn)動(dòng)鏈可分為：固定鏈拘束鏈無(wú)拘束鏈等三種。q 構(gòu)造簡(jiǎn)單維修容易且可依需求合成所需功能為其優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用場(chǎng)合極廣泛。Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：152022/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))四、連桿機(jī)構(gòu)(續(xù))Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：162022/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)

9、構(gòu)(Mechanism續(xù))五、凸輪機(jī)構(gòu)q凸輪機(jī)構(gòu)主要以凸輪及從動(dòng)件構(gòu)成。q機(jī)構(gòu)中凸輪勻速旋動(dòng)，帶動(dòng)從動(dòng)件往復(fù)移動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊可準(zhǔn)確快速實(shí)現(xiàn)任意規(guī)律運(yùn)動(dòng)。q凸輪極適合應(yīng)用在需快速精準(zhǔn)之場(chǎng)合，缺點(diǎn)是修改比較困難。Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：172022/3/16貳、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mechanism續(xù))提示：自動(dòng)化設(shè)備機(jī)構(gòu)總成q 進(jìn)/出料裝置自動(dòng)進(jìn)料常用方式有：振動(dòng)、摩擦、旋轉(zhuǎn)翼板、片料機(jī)構(gòu)、滾筒、。其功能須包括進(jìn)料、方向判別、整列等功能。q 輸送裝置常用的方式有：輸送帶、鍊條、轉(zhuǎn)盤、等。q 定位/夾定裝置常用的方式有：定位銷

10、、定位槽、等定位，配以氣缸、凸輪、等夾定。q 主裝置依工作物需求不同而有不裝置，常用的有壓入、銑削、旋緊、焊接、等。Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：182022/3/16參、致動(dòng)器(Actuator)一、致動(dòng)器種類致動(dòng)器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)氣缸線性馬達(dá)油 壓 缸氣 缸馬 達(dá)油壓馬達(dá)氣動(dòng)馬達(dá)Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：192022/3/16參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))二、馬達(dá)(1) 依使用電力型式分類為：馬達(dá)直流馬達(dá)交流馬達(dá)感應(yīng)馬達(dá)同步馬達(dá)並激馬

11、達(dá)串激馬達(dá)脈衝馬達(dá)步進(jìn)馬達(dá)Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：202022/3/16參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))二、馬達(dá)(續(xù))(2) 依功能分類為：馬達(dá)伺服馬達(dá)步進(jìn)馬達(dá)調(diào)速馬達(dá)直流伺服馬達(dá)交流伺服馬達(dá)扭矩馬達(dá)直流扭矩馬達(dá)交流扭矩馬達(dá)Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：212022/3/16參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))二、馬達(dá)(續(xù))(3) 直流馬達(dá)結(jié)構(gòu)與組成Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Pa

12、ge：222022/3/16二、馬達(dá)(續(xù))(4) 交流馬達(dá)結(jié)構(gòu)與組成三相感應(yīng)馬達(dá)定子 - 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))S1F1S3F3S2F21st 相3rd 相2nd 相1st 相2nd 相3rd 相SSSSSSHong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：232022/3/16二、馬達(dá)(續(xù))(4) 交流馬達(dá)結(jié)構(gòu)與組成(續(xù))單相感應(yīng)馬達(dá)定子 - 振盪磁場(chǎng)參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))SFSSHong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：242022/3/16二、馬

13、達(dá)(續(xù))(4) 交流馬達(dá)結(jié)構(gòu)與組成(續(xù))感應(yīng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子 - 分鼠籠型及線圈型兩種參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：252022/3/16二、馬達(dá)(續(xù))(4) 交流馬達(dá)結(jié)構(gòu)與組成(續(xù))感應(yīng)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)原理 佛萊銘右手定則：參考下圖參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：262022/3/16參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向N NS S轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場(chǎng)方向S SN N二、馬達(dá)(續(xù))(4)交流馬達(dá)結(jié)

14、構(gòu)與組成(續(xù))感應(yīng)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)原理(續(xù)) 由佛萊銘右手定則得知，當(dāng)定子磁場(chǎng)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子之銅棒因切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，透過(guò)兩端端板造成迴路產(chǎn)生感應(yīng)電流而產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，參考右圖，兩磁場(chǎng)互相作用而使轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)而旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速同步時(shí)轉(zhuǎn)子之銅棒無(wú)切割磁場(chǎng)故無(wú)法輸出扭力。 同步轉(zhuǎn)速為：(電源頻率)(2)(60)/(馬達(dá)極數(shù))Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：272022/3/16二、馬達(dá)(續(xù))(4)交流馬達(dá)結(jié)構(gòu)與組成(續(xù))同步馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)原理 定子同感應(yīng)馬達(dá)。 轉(zhuǎn)子繞線並透過(guò)滑環(huán)以直流電源激磁產(chǎn)生磁極。 因轉(zhuǎn)

15、子之磁場(chǎng)非感應(yīng)而來(lái)故其轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步，同步馬達(dá)名稱由此而得。 轉(zhuǎn)速為：(電源頻率)(2)(60) / (馬達(dá)極數(shù))。參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：282022/3/16二、馬達(dá)(續(xù))(5)伺服馬達(dá)參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))控制信號(hào)馬達(dá)本體編碼器DriverHong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：292022/3/16二、馬達(dá)(續(xù))(6)步進(jìn)馬達(dá)參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))Hong Zhun Precision

16、 Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：302022/3/16二、馬達(dá)(續(xù))(7)線性馬達(dá)任何一種轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)，只要將其從圓心沿半徑切開(kāi)，再開(kāi)來(lái)攤成平的一直線，就會(huì)得到相對(duì)應(yīng)於該轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)的線性馬達(dá)可應(yīng)用於磁浮列車及無(wú)纜繩電梯。參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：312022/3/16三、氣缸(1)氣動(dòng)系統(tǒng)參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：322022/3/16三、氣缸(續(xù))

17、(2)氣缸分類與操作原理參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))氣缸直線氣缸迴轉(zhuǎn)氣缸尺條齒輪式葉片式單動(dòng)式雙動(dòng)式Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：332022/3/16三、氣缸(續(xù))(3)方向控制閥有手動(dòng)及電動(dòng)兩類，個(gè)別又分兩位置及三位置兩種，三位置比兩位置多一中位置，用於須鎖定場(chǎng)合。圖示為兩位置控制閥。參、致動(dòng)器(Actuator續(xù))Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：342022/3/16一、控制系統(tǒng)分類(1)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)輸入信號(hào)送入控制器(控制器包括PLC單片

18、機(jī)控制器工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等)控制器將給定信號(hào)處理后送入放大器(放大器驅(qū)動(dòng)器)放大器將控制器輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大后輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如步進(jìn)馬達(dá))。肆、控制系統(tǒng)(Control System)命令輸入控制器放大器完成命令規(guī)定動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：352022/3/16一、控制系統(tǒng)分類(續(xù))(2)半閉環(huán)控制系統(tǒng)輸入信號(hào)送入控制器(如PLC單片機(jī)控制器工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等)控制器將給定信號(hào)處理后輸出送進(jìn)放大器(如伺服驅(qū)動(dòng)器)放大器將控制器輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大輸入驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如伺服馬達(dá))。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中有信號(hào)檢測(cè)元件(如速

19、度編碼器)隨時(shí)將驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀況反饋到控制器控制器將反饋信號(hào)與控制信號(hào)進(jìn)行比較如發(fā)現(xiàn)有偏差值控制器立即輸出控制信號(hào)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行糾正偏差使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較高的控制精度但它不能清除執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如絲桿)的機(jī)械誤差。肆、控制系統(tǒng)(Control System)命令輸入完成命令規(guī)定動(dòng)作控制器放大器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)感測(cè)元件比較器Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：362022/3/16一、控制系統(tǒng)分類(續(xù))(3)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)與半閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別全閉環(huán)控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)元件直接安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上它能克服絲桿等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械誤差能

20、達(dá)到相當(dāng)高的控制精度抗干擾能力很強(qiáng)但是調(diào)試相當(dāng)困難它僅用在控制精度要求相當(dāng)高的場(chǎng)合。肆、控制系統(tǒng)(Control System)比較器完成命令規(guī)定動(dòng)作控制器放大器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)感測(cè)元件命令輸入Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：372022/3/16二、感測(cè)器(1)簡(jiǎn)述能感受規(guī)定的被測(cè)量並按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置, 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是一種檢測(cè)裝置,能感受到被測(cè)量的信息,並能將檢測(cè)感到的信息,按一定規(guī)律變換為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、儲(chǔ)存、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。肆、控制系統(tǒng)(Control System)Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Ltd.Page：382022/3/16二、感測(cè)器(續(xù))(2)分類肆、控制系統(tǒng)(Control System)物理量感測(cè)器溫度感測(cè)器流量感測(cè)器速度感測(cè)器壓力感測(cè)器位移感測(cè)器Hong Zhun Precision Tooling(Shen Zhen) Co. Lt