FA 工业自动化设备设计基础
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FA——工厂自动化（Factory Automation）
自动化设备主要是大量使用了现代自动化元器件以及自动化控制系统的各类设备，与传统的纯机械机构组成的设备有一定的区别。但是，也不可盲目的崇拜自动化元器件和现代控制技术的能力，传统的机械机构仍然是机械的主要组成部分；与现代自动化器件组成的结构模块相比较，传统的机械机构具有非常明显的简洁、高效的优点；所以，在设备设计过程中，只有合理地运用机构和自动化元器件、现代控制技术才有可能设计出完美的自动化设备。
——推荐MIT精密机械设计鼻祖 alex slocum的机械设计的基本原理http://tie-loathing.com/
基于工程实践的工程制图
常用的自动化元器件及选型
自动化部件结构设计基础
设备整体设计思路及方法
项目管理基础
1.自动化3大类：物流类、制造类、检测类
2.自动化5大部分：上料、操作、卸料、控制系统、人机界面。
常用的驱动系统主要有：
电机驱动系统（异步电机驱动系统、伺服电机驱动系统、步进电机驱动系统、直线电机驱动系统等）、
液压驱动系统
气动驱动系统常用的执行机构主要有：
齿轮机构（包括蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构）
连杆机构（包括曲柄滑块机构）
凸轮机构
带传动系统（包括：平皮带传动、V 带传动、同步带传动）
链传动系统（包括滚子链、倍速链等）
丝杠导轨系统等。强调：
间歇机构。间歇机构指的是为实现间歇运动而设计制作的机构。比如：分度盘（实
际上是凸轮机构的一种）、槽轮机构、棘轮机构以及由软硬件结合而形成的步进
间歇系统、伺服间歇系统等。
设备元器件
根据部件不同的性质，将标准件分为电动配件、气动配件、液压配件、机械配件、控制配件五大部分进行列举：
电动配件 电动配件包含各种电机及其附件。三相异步电机、单相电机、直流电机、步进电机及驱动器、伺服电机及驱动器、直线电机及驱动器等。
气动配件 气动配件包含各种气缸及其附件。直线气缸、旋转气缸、气爪、气囊、多行程气缸、真空吸盘、气动接头、换向阀、节流阀、磁性开关、浮动接头、过滤器、油雾器、减压阀、气压表、负压表、单向阀、比例阀等。
液压配件 液压配件包含各种液压缸及其附件。液压缸、换向阀、节流阀、浮动接头、过滤器、减压阀、压力表、单向阀、比例阀、溢流阀、伺服阀等。
机械配件 机械配件主要包含各种执行元器件。联轴器、减速机、缓冲器、稳速器、滚动轴承、直线轴承、滚珠丝杠、直线导轨、皮带及带轮、链及链轮、齿轮齿条等。
控制配件 控制配件包含控制系统各种硬件。PLC、工业计算机、单片机、板卡、继电器、接触器、滤波器、开关电源、传感器、各种管线等。
现在，我们总结一下制作工程图的过程：
首先，布置视图。
然后，标注尺寸。
然后，标注公差。
然后，根据工件工况条件和材料性能选择合适的材料。
然后，确定工件的工艺要求，填写相关参数。
然后，撰写技术要求。
然后，填写标题栏
最后审核图纸
完全互换法：装配时，全部产品的组成环都不需要进行挑选或者改变其大小和位置，装入后即可达到封闭环的公差要求。此法不考虑实际尺寸的分布情况，从尺寸链各环的极限值出发进行计算，能够保证产品的完全互换性，所以也称作极值法。
大数互换法：装配时，绝大多数产品的组成环不需要挑选或者改变其大小和位置，装入后即可达到封闭环的公差要求。此法假定各环都趋向正态分布，置信概率为99.73%，所以此法也称作概率法。采用此法设计计算时，应采取适当的工艺措施以排除个别产品超出公差范围。
缓冲器由于压缩空气的速度控制不能向电机一样可以做到软着陆（即通过控制电机的加速度达到缓慢、无冲击的停下），所以，通过缓冲器来控制气缸活塞停止的速度，吸收冲击。当然，另外一种方式就是可以通过选择带气缓冲的气缸来解决这个问题，但通常这种气缸成本较高，所以，一般情况下，在结构空间允许的时候，选择配置外置缓冲器。
浮动接头由于本机构在往复运动方向属于过约束状态，如果直接将气缸的活塞杆连接在运动件上则会导致运动件运动不顺滑、平稳，甚至卡死。
倍速链输送具有以下优点：
1：链条以低速运行，而被输送的产品或者工装夹具能获得成倍于链条速度
的移动速度（通常，倍速链设计增速为：产品移动速度为链条速度的2.5—3 倍），
提高输送效率。
2：因为倍速链滚轮与被输送产品之间为滚动摩擦，所以，倍速链可以以恒
定速度连续运行而被输送产品可以在任意位置停止而不损坏链条。所以，我们可
以采用三相异步交流电机驱动，控制简单、成本低廉。这些正是流水线生产所期
3：因为滚轮通常由塑料制作，所以，运行平稳、噪音低、耐磨损。
伺服电机和步进电机的区别：这个问题是困扰许多工程师的问题，而且它也是经常被作为一个面试试题出现在工程师的面前。二者在电机原理、启动方法、启动特性、过载特性、制动、控制方法、输出特性方面的区别请翻阅相关资料。这里主要是阐述二者在实际应用中的差别。控制方式的区别：步进电机是开环控制，但是我们也可以通过外置传感器构成半闭环或者闭环控制方式；伺服电机是闭环控制（实际上是半闭环），通过编码器实时反馈负载位移及速度参数。所以，我们在实际使用中，如果是较少位移点的控制也可以使用步进电机加传感器的方式取代伺服电机。矩频特性（转矩特性）：通常，步进电机获得额定转矩的转速在300-400r/min 左右；伺服电机则高的多，基本都是在额定转速范围能获得额定转矩。所以，在实际使用中，如果驱动高速机构则通常选择伺服电机。过载特性：步进电机基本不能过载，过载则出现丢步；伺服电机具有短时大过载能力。在实际使用中就意味着：如果出现过载，步进电机丢步，只要给定的脉冲发完，则步进电机不再转动，执行机构停在过载的位置；伺服电机则一直发脉冲直至克服过载，执行机构到达指定位置，或者损坏机构元器件，执行机构停在过载位置。选型参数：步进电机选型需要确定扭矩、惯量、转速、步距角；伺服电机选型需要确定功率、扭矩、惯量、转速、分辨率。
通常，在中低速系统中选择伺服电机进行惯量匹配时，要求负载惯量小于电机转子惯量的3-5 倍；在高速系统中，要求负载惯量小于或等于电机转子惯量。交直流伺服电机略有区别，具体系数请参考供应商提供的样本。
工业自动化设备中常用的传感器大约有以下几种：磁性开关、接近开关、光电开关、光纤传感器、光栅、位移传感器、压力传感器、电热偶、激光传感器、编码器等。根据其输出型号类型的不同，传感器大致可以分为三种：开关量输出型、模拟量输出型和数字量输出型
自动化设备从设想提出到顺利运行的一般过程和步骤：
提出问题→对项目进行可行性研究→制订计划→制作整体方案→制订模块方案→对方案进行可行性探讨→优化方案→制定计划→根据方案制作零件图和设计软件→制作装配图→制作清单→图纸审核→工件加工和配件采购→装配→调试→试运行→投入生产→申请知识产权保护
目前的计算机辅助设计技术已经达到一个前所未有的高峰，各大软件几乎都有产品数据管理系统——PDM(Product Data Management,产品数据管理)或PLM(Product Life Management,产品生命周期管理)系统。这种系统的问世在很大程度上解决了传统并行设计过程中容易因为项目组成员之间信息交换不及时所造成的重复工作或者无效工作引起的资源浪费。
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