1.结构组成

装配单元的结构组成：简易料仓，供料机构，回转物料台，机械手，半成品工件的定位机构，气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其他附件。

2.简易料仓

简易料仓是由塑料圆棒加工而成，它直接插装在供料机构的连接孔中，并在顶端放置加强金属环，用以防止空心塑料圆棒的破损。物料竖直放入料仓的空心圆柱内，由于两者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落。

为了能在简易料仓缺料时及时报警，在料仓的外部安装漫反射光电传感器（CX-441型），并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物料上。

3.供料机构

其动作过程是由上下位置安装，水平动作的两直线气缸在PLC的控制下完成的。其初始位置是：上面的气缸处于活塞杆缩回位置，下面的气缸处于活塞杆伸出位置，从而使因重力下落的物料被阻挡，因此称为挡料气缸。系统通电并正常运行后，当回转物料台旁的光电传感器检测到回转物料台需要物料，上面的气缸在电磁阀的作用下将活塞杆伸出，把次下层的物料顶住，使其不能下落，故上面的气缸又称为顶料气缸。这时，挡料气缸活塞杆缩回，物料掉入回转物料台的托盘中，然后挡料气缸复位伸出，顶料气缸缩回，次下层物料下落，为下一次分料做好准备。在两直线气缸上均装有检测活塞杆伸出与缩回到位的磁性开关，用于动作到位检测，当系统正常工作并检测到活塞磁钢的时候，磁性开关的红色指示灯亮，并将检测到的信号传递给控制系统的PLC。

4.回转物料台

该机构由气动摆台和料盘构成，气动摆台可驱动料盘旋转180°，并将摆动到位的信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC的控制下，实现有序、往复的动作。

回转物料台的主要器件是气动摆台，它是直线气缸驱动齿轮齿条实现回转运动，回转角度能在0°～90°和0°～180°之间任意调整，而且可以安装磁性开关，检测旋转到位信号，多用于方向和位置需要变换的机构。

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5.装配机械手

装配机械手是整个装配单元的核心。当装配机械手正下方物料台上有物料，且半成品工件定位机构检测到该机构有工件时，装配机械手从初始状态开始执行装配操作过程。

当装配机械手装置是一个三维运动的机构，它由水平方向移动的2个导杆气缸和气动手指组成。

导杆气缸由直线运动气缸、双导杆和其他附件组成。 待装配机械手的运行过程如下：

PLC驱动与竖直气缸相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气缸驱动气动手指向下移动完成，到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将夹紧信号通过磁性开关传递给PLC，在PLC控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开回转物料台的料盘，当提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，装配机械手恢复初始状态。

在整个装配机械手动作过程中，除气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁换向阀换向，使由气缸及气动手指组成的装配机械手按程序自动运行。

6.半成品工件的定位机构（物料台）

输送单元运送来的半成品工件直接放置在该机构的物料定位孔中，由定位孔与工件之间的间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作，以确保定位精度。

7.电磁阀组

装配单元的阀组由6个二位五通单电控电磁换向阀组成，这些阀分别对物料分配、位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。

8.警示灯

本工作单元上安装有红、黄、绿三色警示灯，起到为整个系统警示的作用。警示灯有五根引出线，其中黄绿交叉线为“地线”、红色线为红色灯控制线、黄色线为黄色灯控制线、绿色线为绿色灯控制线、黑色线为信号灯公共控制端。

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2.2.2装配单元的气动控制回路

图2-4是装配单元气动回路图，在进行气路连接时，应注意各气缸的初始位置，其中，挡料气缸在伸出位置，手爪提升气缸在提起位置。

图2-4装配单元的气动控制回路

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3 加工单元和装配单元的PLC控制

3.1加工单元的PLC控制

3.1.1加工单元PLC的I/O接线原理图

本单元中，传感器信号（1个光电开关信号、5个磁性开关信号）应占用6个输入点，留出2个点提供给急停按钮和启/停按钮作为本地主令信号，则所需的PLC I/O点数为8点输入/3点输出，选用西门子S7-222 AC/DC/RLY主单元，共8点输入和6点继电器输出加工单元的I/O接线图如图3-1所示。

图3-1加工单元PLC的I/O接线图

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3.1.2加工单元的编程

（1）加工单元控制要求

①在加工单元中，提供一个启动/停止按钮和一个急停按钮。与供料单元同样，如果需要有启动和停止两种主令信号，只能由软件编程实现。本单元的急停按钮是当本单元出现紧急情况下提供的局部紧急信号，一旦发生情况，本单元的所有机构应立即停止运行，直到急停解除为止，一旦急停解除则恢复工作，直到本周期工作完成后停止运行。再次运行需要重新启动。

②加工单元的工艺过程也是一个顺序控制：物料台的物料检测传感器检测到工件后，机械手指夹紧工作→物料台回到加工区域冲压气缸下方→冲压头向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后机械手指松开，完成工件加工工序。

（2）加工单元的PLC的I/O地址分配

加工单元的PLC的I/O地址分配如表3.1所示。

表3.1加工单元的PLC的I/O地址分配

序号 地址 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 设备编号 B6 3B1 2B2 2B1 1B1 1B2 SB 3Y1 2Y1 1Y1 设备名称 光电传感器 磁性开关 磁性开关 磁性开关 磁性开关 磁性开关 按钮开关 按钮开关 夹紧电磁铁 设备用途 物台物料检测 物台夹紧检测 物台伸出到位 物台缩回到位 加工压头上限 加工压头下限 启停/按钮 急停 控制夹紧动作 I0.6 START/STOP 物台伸缩电磁铁 控制物台伸缩动作 加工压头电磁铁 控制加工压头动作

（3）加工单元流程图

加工单元作为独立设备工作时，采用PLC控制。为了尽快熟悉设备，根据控制要求设计了单步控制方式。其流程如图3-2所示

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