摘 要

汽车线束是汽车电路的网络主体，没有线束也就不存在汽车电路。本次设计以汽车线束生产厂家的自动化装配问题为出发点，提高控制器与电机的装配效率、提高工作效率，减少工人操作步骤和强度，设计并开发基于机-电-气一体化的空中抬车设备。

本文根据汽车线束生产必要工序和装配要求，通过吊钩、环形导轨实现线束的移位，通过多个气缸的联动实现线束的上升与下降，由三相异步电动机驱动系统工作，开发实现自动化装配的空中抬车设备。

这套装配设备通过PLC对整套装配流程进行控制，通过电机控制导轨的转动速度，通过气缸的上升与下降速度，以及下降高度，控制线束的装配过程。这些工序的设计简化了系统在线束装配过程中繁杂的细小工序，最大程度的节省了人力，同时解决了工人手动操作过程中可能会出现的失误和误差，有利于工人方便的对整个系统进行综合管理。

关键词：汽车线束；自动化装配；可编程控制器

Abstract

The automobile wiring harness is the main body of the automobile circuit, and there is no wiring harness. This design is based on the automatic assembly problem of automobile wire harness manufacturer, improve the efficiency of controller and motor assembly, improve work efficiency, reduce workers and intensity of the process, design and development based on the machine - electricity, gas integration of air lift car equipment.

In this paper, according to the demand of automotive wiring harness production necessary process and assembly by hook, ring rail beam displacement, through multiple cylinder linkage to realize rise and fall of the wiring harness, the three-phase asynchronous motor drive system, air lift car development of automated assembly equipment.

This set of assembly equipment by PLC to control the whole assembly process, through rotational speed motor control guide, through the rise and fall of the cylinder speed, as well as the drop height, control wiring harness assembly process. The process design simplifies the system in the process of wiring harness assembly multifarious small process, saves the manpower, to a great extent at the same time solve the workers may occur in the process of manual operation error and error, is advantageous to the workers and convenient comprehensive management of the whole system.

Key Words: Automotive wiring harness;Automatic assembly;Programmable controller

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 论文的研究背景 1

1.2 论文研究的目的和意义 2

1.3 论文的主要设计内容 2

第2章 空中抬车系统装配线介绍 4

2.1 装配线整体机械结构 4

2.2 抬车系统关键机械结构 4

第3章 空中抬车系统装配总体硬件结构设计 7

3.1 空中抬车系统装配线总体结构设计预想 7

3.2 装配线控制流程图 7

3.3 装配体整体结构设计与硬件结构设计 8

3.4 空中抬车系统装配线控制系统关键技术介绍 11

第4章 空中抬车系统装配线电路设计及电机选型 13

4.1 空中抬车系统装配线电气主要硬件选型 13

4.1.1 PLC的选择 13

4.1.2 电机的选择 13

4.2 控制系统电路图 14

第5章 空中抬车系统装配线气动回路的设计 20

5.1 气动执行元件介绍 20

5.1.1气缸的分类和特点 20

5.1.2气缸的工作原理 20

5.1.3气缸使用注意事项 21

5.2 气动回路 22

5.2.1概述 22

5.2.2换向回路 22

5.2.3速度控制回路 23

第6章 总结 24

6.1 联机调试结果 24

6.2 论文总结 25

6.3 工作小结 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪 论

在汽车生产行业中，汽车线束素有汽车神经之称，它的主要作用是对汽车进行电信号控制。本次针对汽车线束的生产，设计以实现自动化生产为目的的线束生产装配线。在目前行业大背景下，汽车电路中，线束仍然是不可替代的一环，没有线束，也就构不成汽车电路。在各种不同档次种类的汽车中，线束组成的基本形式是一样的，比较别的电气元件中的线束，汽车线束要求则更高，因为它要保证在各种恶劣环境中安全可靠，所以，线束的生产技术迫切的需要提高，以满足发展越来越快的汽车线束。

1.1 论文的研究背景

汽车线束是汽车电路的网络主体，没有线束也就不存在汽车电路。在发展快速的汽车大环境下，汽车的功能越来越多，所以导致汽车电器元件越来越多，电子控制技术不断发展，汽车上的连接电线也越来越多。因为汽车汽车上的电路数量很明显的快速增加，线束越来越多，这就为线束的生产提出了新的技术要求，在尽可能的减少生产成本的情况下，同时满足线束日益增加的新功能和新要求，设计一种新的基于自动化的生产设备。

但是，我国自动化装配的技术发展还很不成熟，工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。纵观我国的国产高端自动化产品，则呈现出产品奇缺、市场核心竞争力不强、国产高端成套专用控制系统使用近乎为零，在数字化、智能化、集成化等方面，与国外先进产品相比，存在较大差距。

工业自动化是现代先进工业科学的核心技术。随着社会的不断发展进步，考虑到我国工业自动化发展现状及其发展前景，与其他国家的巨大差距，我们还需要不断地研究创新工业自动化技术，缩小与发达国家先进技术的差距。这对我国工业化的发展与产业结构优化升级，以及综合国力的提高有着重要的意义。

我国在与国外的自动化线束生上面还有很大的差距，而我国在机-电-气一体化的空中抬车系统方面的研究还有很长一段路要走，所以，本次设计面向汽车生产厂家而设计，相关技术成果具有重要的实用价值和应用前景。

1.2 论文研究的目的和意义

研制一套机-电-气一体化的空中抬车系统对汽车制造行业的发展具有着重要意义，使用这样的系统，一方面可以大幅度提高汽车线束的生产效率，更大限度的节约劳动成本和经济成本，整个生产线只需极少数人即可完成生产，而且由于实现自动化装配，可以使产品品质得到保证；另一方面可以简化生产流程，降低成本，更有利于装配线的监管，装配线工序一个接一个，紧密结合。本文针对自动化装配系统的控制需求，设计并开发基于机-电-气一体化的空中抬车系统，可以实现以下目标：

（1）通过可编程控制器对整个系统进行动作控制；

（2）通过电机的启动和停止实现导轨的转动，以完成各种工序的装配；

（3）通过气压缸控制线束的上升与下降，以及生产的高度；

（4）通过急停开关实现整个装配体的紧急制动。

以上目标尽可能全面的解决了整个系统在生产装配过程中可能出现的情况以及难题，而且很好的完成了设定的生产工序，有助于生产工人对整个生产装配系统的全面管控。

1.3 论文的主要设计内容

本次设计的主要内容为以下几个方面：

（1）导轨的结构设计

目前预想为两个工位的导轨，每个工位设计四个气压缸来控制，每个气压缸下设计两个挂钩来悬挂线束。导轨设计需考虑材料的重量和材质，以及强度，若导轨规格选择过大，则需驱动电机的规格和要求也就越高，若导轨选材强度不够，则整个装配系统生产寿命过短，而且生产安全性低。

（2）气缸的规模选型以及结构设计

气缸是气压传动中将压缩气体的压力能转化为机械能的气动执行元件。气缸的分类，按照其运动方式，有往复直线和往复摆动两种，在线束装配过程中，由于生产过程为静止状态，所以选择往复直线运动的气缸。选择气缸时需要充分考虑气缸的动力。在实际生产中，若气缸直径选择过小，则会出现输出力不够，动力不足的情况，导致气缸不能满足正常工作需要，但缸径过大，则会使耗气量增大，造成过多的的能源浪费。所以设计中应根据具体生产任务确定气缸规格。

（3）驱动电机的参数选择

电机是为整个系统提供动力的重要部分，在电动机的选择上要根据导轨的规格大小，以及挂钩下悬挂的线束的重量和大小来决定。尽可能使电机的规格大小满足生产所需的动力，而且不至于过多浪费。

（4）挂钩的硬件设计

挂钩的设计应考虑挂钩本身的材质及重量，尽可能选择承受能力强而重量轻的材质，以减少能量的损耗。挂钩的结构设计还要考虑到导轨在移动过程中，保证线束不会滑落，造成生产安全事故，产生经济损失。

第2章 空中抬车系统装配线介绍

2.1 装配线整体机械结构

本装配系统主要由气缸、导轨、挂钩、电机、弹簧、连滚子、调板、推杆等部分组成，主要完成的动作是导轨的转动，气缸的下降、回升等，实现装配系统的自动化生产和装配。图2-1所示为装配系统整体机械结构，从上到下依次为气缸，推杆，导轨，弹簧，挂钩。上层气缸为固定不动，只需要完成下降到装配位置，装配完成后负责提升工件到预定位置，电机驱动导轨进行转动，负责把工件运送到预定位置，完成装配任务，整体装配流程需要PLC整体控制。

图2-1 抬车系统整体机械结构

空中抬车系统的装配线以自动化为目的，从而达到减少人力，节约成本，减少生产周期，提高产品质量的目标。这次设计共研究两个工位的生产，从开始的线束移到装配线上，到最后生产完成，共经历导轨转动，气缸下降，气缸抬升等过程。

2.2 抬车系统关键机械结构

（1）转动结构

气缸设计两个工位，由电机带动转动，每个工位设计四个气缸，用来提升以及完成线束的生产，每个气压缸设置两个挂钩，导轨设计需考虑材料的重量和材质，以及强度，达到既能安全生产，节约成本，又不至于影响正常的生产过程的目的。转动结构如图2-2所示。

图2-2 导轨机构

1. 提升机构

提升气缸需考虑各方面因素，气缸是气压传动中将压缩气体的压力能转化为机械能的气动执行元件。按照生产过程运动状态，气缸分为往复直线运动的气缸和往复摆动型气缸，在本次设计线束装配过程中，由于考虑到生产过程为静止状态，所以选择往复直线运动的气缸。

气缸是由缸筒，端盖，活塞，活塞杆和密封件等组成，设计外形构想如图2-3所示。它根据实际生产中所需力的大小，从而来确定活塞力的大小。所以选择气缸的准则为：生产过程中使气缸的输出力稍有余量。在实际生产中，若气缸直径选择过小，则会出现输出力不够，动力不足的情况，导致气缸不能正常工作，但缸径过大，则会使耗气量增大，造成不必要的能源浪费。所以设计中应根据具体生产任务确定气缸规格。

图2-3 提升气缸

2.3 整体结构关键参数

关键参数如表2-1所示

表2-1 线体结构关键参数

第3章 空中抬车系统装配总体硬件结构设计

3.1 空中抬车系统装配线总体结构设计预想

装配线设计中，以工厂实际生产要求为标准进行设计。操作难易程度，低廉的人工成本，生产效率，以及装配线的运行成本，这些都是设计时需要考虑的因素。系统装配线用于实现线束的自动化生产，同时大大减少人力的需求，提高生产效率。

这次设计装配线的自动化控制部分是整个装配流程的技术核心，它可以比人工更好更快的完成每一道加工工序，而且只要参数设置正确，不会出现生产偏差。首先分析系统的技术需求和性能需求：

1. 气缸可以按照生产要求在固定的时间，以固定的速度出现在固定的位置；
2. 可编程控制器可以无差错的对每道生产工序进行精确的控制；
3. 导轨可以安全，稳定的运行；
4. 装配线可以提高生产效率，减少人力支出；
5. 如果在生产过程中出现紧急情况或操作失误时，生产装配线可以紧急停止。

因本次设计针对汽车线束生产，所以不同的汽车线束的规格有差别，所以要求装配线要满足可以生产不同规格和技术要求的产品。同时装配线的结构设计也要留有可以优化的余地和改进的空间。所以生产线控制系统需要满足以下性能要求：