论文总字数：24475字

摘 要

本文主要是去设计一款用于汽车缸体生产工艺的翻转机，实现缸体的180°翻转以进行下一步加工。这类型的翻转机是在汽车生产行业中经常能见到的一个辅助生产的设备，但随着自动化程度的不断提高，相应的计算机控制技术和触摸技术的提升，对自动化生产线有着更高的要求，相应的设备要求也更高。

本文阐述了翻转机在国内外的发展现状，总结了翻转机的特点，并分析了缸体生产工艺需求，结合实际要求和参考现在主流的自动化生产线上的翻转装置的机械结构，最后通过结合当下的计算机控制方式设计了该翻转机。

本文有三个主体部分，第一是翻转机的机构设计，主要包含总体结构布局、气动传动系统和电动翻转系统的设计，第二是基于PLC的计算机控制系统的设计，包含PLC的外部接线图和软件梯形图设计，第三是基于工业触摸屏的人机交互触摸屏界面设计。

关键词：发动机缸体；翻转机；PLC；工业触摸屏

Abstract

This article is mainly to design a turning machine used in the production process of automobile cylinders, to achieve 180 ° turning of the cylinders for further processing. This type of turning machine is an auxiliary production equipment that we often see in the automobile production industry, but with the continuous improvement of automation, the corresponding computer control technology and touch technology have been improved, we have more High requirements, the corresponding equipment requirements are also higher.

This article describes the development status of the turnover machine at home and abroad, summarizes the characteristics of the turnover machine, and analyzes the cylinder production process requirements, combined with the actual requirements and referring to the mechanical structure of the turnover device of the current mainstream automated production line, and finally by combining the current The computer-controlled way designed the flip machine.

There are three main parts in this article. The first is the mechanism design of the turning machine, which mainly includes the overall structural layout, the design of the pneumatic transmission system and the electric turning system, and the second is the design of the PLC-based computer control system, including the external wiring diagram of the PLC The design of software ladder diagram, the third is the design of human-computer interaction touch screen interface based on industrial touch screen.

Keywords: engine block; turning machine; PLC; industrial touch screen

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 本课题的研究背景和意义 1

1.1.1本课题研究背景 1

1.1.2本课题的研究意义 1

1.2翻转机国内外研究现状和分析 1

1.2.1翻转机的国内发展现状 1

1.2.2翻转机的国外发展现状 3

1.3课题研究内容和技术路线 5

1.5本章小结 6

第二章 系统总体方案设计 7

2.1 控制系统开发工具介绍 7

2.1.1 PLC的原理和优点 7

2.1.2工业触摸屏的原理和优点 8

2.1.3 GX WORKS相关介绍 9

2.1.4 GT Designer相关介绍 10

2.2 结构和控制系统设计 11

2.2.1设计工况与要求 11

2.2.2 翻转工艺需求说明 11

2.2.3 总体控制系统方案设计 13

2.3本章小结 14

第三章 机械执行机构设计 15

3.1夹紧机构的气压系统设计 15

3.1.1 气压系统的工作原理图 15

3.1.2 气压系统的工作原理 15

3.2 翻转机构的电气系统设计 17

3.2.1 翻转机构电机设计 17

3.2.2 减速器齿轮设计 19

3.2.3.联轴器选型 21

3.3 本章小结 22

第四章翻转机控制系统设计 24

4.1 基于PLC的控制系统设计 24

4.1.1系统控制要求分析 24

4.1.2 PLC选型 24

4.1.3 I/O地址的分配 24

4.1.4 程序设计 28

4.1.5 程序仿真 33

4.2工业触摸屏界面设计 37

4.3 本章小结 39

第五章 总结与展望 40

5.1 总结 40

5.2展望 40

参考文献 41

致谢 46

第1章 绪论

1.1 本课题的研究背景和意义

1.1.1本课题研究背景

这些年随着经济的发展，人们的出行越来越依靠汽车的使用，它在日常出行中占有非常重要的地位。根据中国汽车协会公布的数据可以看到，在2016年，我国的汽车产销量已经均超过2800万辆了,是连续蝉联全球第一的第八年，在2016全年汽车产销量分别完成2811.9万和2802.8万辆，同比分别增14.5%和13.7%，行业经济效益指标增长明显^[[1]]。虽然从后续中国汽车协会公布的销量数据可以即使在某几个月份会有小幅度增长，但是同比还是有着明显的降幅^[[2]]。但是在庞大的前期基数积累下，汽车的生产产业依旧是工业占比很大的一部分。为满足这大需量的要求，加上自动化程度的加快，匹配先进的计算机控制技术和触摸带来的更好的人机交互方式，这对汽车生产线设备会有着越高的要求。

1.1.2本课题的研究意义

发动机作为汽车的关键零部件，相比较于其他国家，我国的自动化制造的水平显然不够高，这已经成为制约我国轿车工业发展的瓶颈^[[3]]。发动机缸体作为发动机主要的装配零部件，有着品种多、中小批量生产的特点，只有足够高效的装配生产线才能满足市场的多样化需求。^[[4]]翻转机作为发动机缸体生产的重要辅助设备，随着市场对缸体等零部件的质量要求越来越高，市场上发动机缸体更新换代的速度加快，品种种类越来越多，这对于作为汽车装配生产线上重要的辅助设备毫无疑问会提出新的要求。自动化、个性化的势头不可阻挡，必须采用新的发动机装配线去匹配去适应这种趋势，设计出应用当下技术，满足零部件工艺要求，符合当下实际的机械设备，用更快的效率，更低的成本去创造更大的经济效益。

1.2翻转机国内外研究现状和分析

1.2.1翻转机的国内发展现状

从我国工业迅猛发展时，对于翻转机的需求越来越大，从开始国外采购也走上了自主研发的道路。随着科学技术的不断提升，我国开发的翻转机也有了数十个系列、近百种规格。90°翻转机和180°翻转机的应用是最多的，主要应用于中大型工件的装配和焊接等^[[5]]。

2003年，我国首台自主研发的翻转机是C型垛料翻转机(图1-1)，这是由济南的二机床集团公司实现的。C型垛料翻转机由于其设计的独特的夹紧机构使得翻转平稳性很高。此翻转机主要是应用在外形比较规则的工件且自动化程度较高的生产线上。

图1-1 C型垛料翻转机

武汉博生工业技术公司生产的包括自由移动式和轨道移动式的头尾架式翻转机（图1-2），负载范围最大可达20吨。此翻转机利用夹紧机构将工件夹紧，由驱动系统驱动工件实现翻转。这种翻转机主要匹配车体、型钢等长宽比例比较大的工件。

图1-2头尾架式翻转机

东风多利卡轻卡车间主要是应用链条式翻转机构（图1-3）用于车体的装配。链式翻转机和皮带式翻转机相似，皮带式翻转机由于皮带的经常性磨损寿命较低，而且皮带容易打滑，存在较高的安全风险，而链条相对于皮带强度和硬度都大很多，这种刚性材料又容易损坏工件外观和零部件，所以链式翻转机在链条翻转部分会加设保护措施。

图1-3链条式翻转机构

从国内外现状可以看出来，各个制造业对于翻转机的需要是很大的，但是不同行业的翻转机需求又是大相径庭的，大多是用于特定的某个或者某类工件对象专门研发的^[6]，专业性强通用程度很低。

1.2.2翻转机的国外发展现状

国外的工业相对于已经发展比较久了，翻转机的生产技术比较成熟，尤其以美国、德国、日本为代表的工业技术发达的国家在翻转机的设计上更是极其完备，涵盖了上百种系列和型号、各具特点的翻转机。

美国的Bushman设备公司所生产的翻转机包含几乎所有种类的产品，如CL型翻转机、O型翻转机、L型翻转机、C型翻转机等。CL型、O型、C型翻转机的核心结构为柱状外形轮廓，可以统称为柱状外廓翻转机。其工作原理为：利用内侧的圆柱状的工作台去约束工件，让工作台连带工件一起围绕圆柱中心旋转以实现工件翻转。其中CL型翻转机（图1-4）由于其翻转中受力均匀，可以承载的重量大，翻转最大角度一般为90°，所以一般用于钢卷、模具等大零件的翻转。

图1-4 CL型翻转机

德国Busch公司设计的纸堆翻转机（图1-5）极具特点。它采用电机进行驱动，设计工件相应的夹具进行夹紧以实现180°翻转。由于电机驱动实现翻转，所以具有翻转平稳、自动化程度高等优点。但是也由于它需要设计工件相对应的专用夹具，所以成本相应比较高、通用性较差。

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