刹车盘铸造砂芯自动化生产线的设计与研究

摘要

我国汽车行业在近十年来取得了突飞猛进的发展，一些国产汽车品牌在国内市场占有份额逐年增加，汽车配件厂家如雨后春笋般发展起来。刹车盘是汽车制动系统的重要配件，其毛坯制作以铸造为主。砂芯制作是铸造工艺中最为重要的环节之一，铸造件生产的快慢直接受砂芯生产速度的限制。
　　本文以某刹车盘砂芯厂自动化生产改造项目为课题来源，该厂原有生产方式效率低、工人劳动强度大，更严重的是人工取砂芯时需将手伸入射芯机型腔中，该取芯方式存在极大的安全隐患，不符合现代生产中对工人的安全防护要求。为解决上述问题，本课题对砂芯自动化生产线进行设计研究，使用四自由度工业机器人取代工人部分劳动，以达到提高砂芯生产效率、减轻工人劳动强度及降低工人事故率的目的。为实现上述目标，在本课题中主要做了以下工作：
　　首先对国内外砂芯自动化生产线的发展现状进行研究学习，对委托厂家的现有生产情况进行分析，初步设计了基于四轴工业机器人的砂芯自动化生产线的三种总体方案，通过对三种方案的分析讨论，选择了性价比最高的一种作为最终设计方案，并对最终设计方案的技术性能指标进行了定义，对生产节拍进行了分析。
　　对总体方案中提到的四轴搬运机器人进行系统的研究，包括机器人本体、控制柜及编程方式。根据砂芯结构和批量对取芯使用的机械手进行了设计，提出两种设计方案，对两种设计方案进行对比分析，确定三爪机械手方案为最终使用方案。并对三爪机械手进行有限元分析，最终满足强度和精度的使用要求。
　　对总体方案中的传输系统进行设计。选择皮带输送机作为传输设备，并针对砂芯生产车间的基本布局，确定砂芯输送机的整体方案。选用变频器控制，对启动阶段的控制方式进行分析，设计了“S”形启动方式。
　　对砂芯自动化生产线的控制系统进行设计研究。将控制系统进行划分，确定子系统的控制流程，确定系统中控制硬件的型号参数及控制方式。对控制系统的通讯方式进行阐述，使用WPLSoft软件对机械手部分进行PLC编程设计。
　　最后对整个砂芯自动化生产线的监控系统和安全防护进行研究。对整个生产线进行安全分析，提出安全防护措施。使用组态王软件对整个系统进行组态，以达到对砂芯生产线实时监控的目的。
　　本课题解决了砂芯生产效率低的问题，同时降低了工人劳动强度、进一步保障工人人生安全。由于砂芯生产线系统较为复杂，作者所完成的内容有限。同时作者水平有限，在对本课题的研究过程中，难免存在很多问题，还请各位同行前辈批评指正。

目录

声明

1 绪论

1.1 本课题研究的背景及目标

1.2 国内外砂芯自动化生产线技术发展现状

1.3 本课题主要研究内容

1.4 本章小结

2 砂芯自动化生产线总体布局设计

2.1 砂芯自动化生产线工艺流程分析

2.2 砂芯自动化生产线的构成

2.3 砂芯自动化生产线总体布局设计

2.4 砂芯自动化生产线的技术性能指标

2.5 本章小结

3 搬运机器人

3.1 搬运机器人特点

3.2 搬运机器人机构与控制

3.3 机械手的结构

3.4 本章小结

4 输送系统结构设计与运动控制

4.1 输送系统的设计

4.2 输送系统的驱动控制

4.3 本章小结

5 砂芯自动化生产线控制系统的研究

5.1 控制系统的整体结构

5.2 控制系统的硬件组成

5.3 控制系统的软件应用

5.4 本章小结

6 砂芯自动化生产线的监控系统与安全防护

6.1 砂芯自动化生产线的安全防护

6.2 基于组态王的监控与故障诊断

6.3 本章小结

7 总结与展望

7.1 本文总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果

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