線圈自動下料機機械機構(gòu)設(shè)計

楊文杰

（廣東省高級技工學校，廣東 惠州516100）

1 項目分析

需要解決的關(guān)鍵問題：（1）產(chǎn)品的分析，了解產(chǎn)品的品質(zhì)要求、生產(chǎn)工藝、各方面尺寸以及來料情況。（2）解決機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題，要求設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用、效率高。（3）設(shè)備可行性、效率、成本等方面的評估。（4）傳感器的類型選擇。（5）氣動控制元件的選擇。

氣動控制的特點：（1）結(jié)構(gòu)裝置簡單、輕便，易于安裝和維護，且可靠性高、使用壽命長。（2）氣動系統(tǒng)易于實現(xiàn)快速動作，輸出力和運動速度的調(diào)節(jié)都很方便，且成本低，同時在過載時能自動保護。（3）壓縮空氣的工作氣壓一般在0.4～0.8MPa，故輸出力和力矩不太大，傳動效率低，且氣缸的動作速度易隨負載的變化而變化。

2 線圈自動下料裝料要求

產(chǎn)品來料情況以及裝料要求：客戶產(chǎn)品來料設(shè)備來料方式為通過機械手一次夾取4個產(chǎn)品?？蛻舢a(chǎn)品原來的設(shè)備下料方式是通過夾取4個產(chǎn)品至輸送帶中送出，人工再把產(chǎn)品裝載到料盤中，現(xiàn)在客戶要求設(shè)計一臺設(shè)備連接原來的設(shè)備實現(xiàn)自動下料至料盤中。圖1為已有設(shè)備來料時的擺放，圖2為裝在料盤中的擺放。

圖1 已有設(shè)備來料時的擺放（俯視圖）

圖2 裝在料盤中的擺放（俯視圖）

設(shè)備設(shè)計要求：（1）實現(xiàn)已有設(shè)備之間的連接以及下料、裝料的全自動化。（2）產(chǎn)品在裝料過程中不得有任何損傷。（3）空料盤與滿料盤可實現(xiàn)儲料。

工作步驟設(shè)計方案：已有設(shè)備夾取產(chǎn)品出料至新設(shè)備—撥料機構(gòu)撥動產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)90°—裝載線圈的運送機構(gòu)移至推料機構(gòu)中—推料機構(gòu)推線圈至下料機構(gòu)的料盤中—下料機構(gòu)自動送空料盤和滿料盤。

3 連接線圈出料及運送機構(gòu)的設(shè)計

3.1 連接線圈出料部分設(shè)計

已有設(shè)備夾取4個線圈出料后，4個線圈分別以一定的間距隔開擺放（間距已經(jīng)由已有設(shè)備定下），設(shè)計連接結(jié)構(gòu)時需根據(jù)產(chǎn)品之間的距離以及產(chǎn)品的各方面尺寸來決定該機構(gòu)的尺寸。由于產(chǎn)品來料時與裝在料盤中的擺放方式不一致，要實現(xiàn)產(chǎn)品最終在料盤中的擺放方式，需設(shè)計一個撥動產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)90°的動作機構(gòu)。此機構(gòu)是以一個氣缸（品牌：SMC）帶動撥叉安裝板實現(xiàn)左右移動，撥叉把上面的線圈向右撥動使線圈掉進槽中，實現(xiàn)線圈翻轉(zhuǎn)90°的擺放方式。

3.2 線圈到位檢測裝置設(shè)計

反射光纖感應(yīng)器的安裝位置分別對準線圈掉落槽中的位置，當撥料機構(gòu)把4個線圈撥至槽中，反射光纖發(fā)射一束光，前面的光束遇到線圈后反射回來，即可檢測線圈是否掉落槽中。

當4個線圈都檢測到位后，機構(gòu)則執(zhí)行下一個動作，若某個光纖沒有檢測到產(chǎn)品，則反饋到系統(tǒng)中，使設(shè)備處于不動作、報警狀態(tài)，并發(fā)出報警聲音通知人來解決對應(yīng)的問題。

3.3 線圈運送部分設(shè)計

當4個線圈都檢測到位后，則需設(shè)計一個機構(gòu)使線圈移動到一個位置以達到下一個機構(gòu)動作的要求，那么就需要一個行程較長而且運動平穩(wěn)的氣缸使線圈移到下一個機構(gòu)的位置。因為移動行程比較長，因此要考慮氣缸的安裝氣管及感應(yīng)器的走線方便，可安裝一個坦克鏈使電線及氣管隨線圈載體部分移動而移動，還有美化機構(gòu)的作用。

此機構(gòu)還有一個上下推動氣缸，作用是使落在槽中的線圈左右兩邊的安裝塊沉下去，以使線圈處于平滑的軌道中，實現(xiàn)下一機構(gòu)的動作。

4 推料機構(gòu)的設(shè)計

4.1 推料機構(gòu)的動力選擇

由于產(chǎn)品在推料過程中要求平穩(wěn)、不能在推的過程中抖動且精度要求高，所以選用伺服電機作為動力源。考慮機構(gòu)的成本以及行程的長短，選擇伺服電機搭配同步輪、同步帶及高精度的線性滑軌作為運動的執(zhí)行機構(gòu)。

4.2 推料機構(gòu)氣缸的選擇

根據(jù)上一機構(gòu)的設(shè)計，推料機構(gòu)需要使用一個雙導桿氣缸帶動推料塊上下動作，使推料塊推料至料盤后返回時不會有干涉到其他機構(gòu)的動作。在考慮機構(gòu)的成本以及動作的平穩(wěn)性后選擇了雙導桿氣缸。因為在推的過程中產(chǎn)品要求平穩(wěn)性較高且不能對產(chǎn)品有損傷，因此需在推料軸上安裝彈簧以發(fā)揮一定緩沖作用，使推料塊不至因過于剛性而對產(chǎn)品造成刮傷。

4.3 推料機構(gòu)整體設(shè)計布局

由于采用了伺服電機作為整個執(zhí)行機構(gòu)的動力源，所以要在機構(gòu)中加入回原點及限位的感應(yīng)開關(guān)，每次開機后都要執(zhí)行回零動作，使機構(gòu)回到初始位置。本機構(gòu)使用2個歐姆龍感應(yīng)器。

5 裝料機構(gòu)的設(shè)計

5.1 裝料機構(gòu)的動力選擇

因為料盤每次裝滿一排線圈后移至下一排對定位精度要求很高，而且料盤需實現(xiàn)多位置精準定位，所以采用伺服電機作為動力源。

5.2 裝料機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)的選擇

采用伺服電機提供動力，配備高精度的滾珠絲杠，通過在電機和絲桿上安裝同步輪，中間使用同步帶連接，使絲桿所走的距離與電機驅(qū)動的距離一致。

5.3 裝料機構(gòu)整體設(shè)計布局

由于采用了伺服電機作為整個執(zhí)行機構(gòu)的動力源，所以要在機構(gòu)中加入回原點及限位的感應(yīng)開關(guān)，每次開機后都要執(zhí)行回零動作，使機構(gòu)回到初始位置。本機構(gòu)使用2個歐姆龍感應(yīng)器。

6 空料盤及滿料盤上下料機構(gòu)的設(shè)計

6.1 料盤裝放機構(gòu)設(shè)計

根據(jù)客戶的需求，空料盤和滿料盤可以儲存一定數(shù)量的線圈，以方便操作人員使用設(shè)備和有更多時間準備、整理其他事情。所以該機構(gòu)設(shè)計時使用了2對雙導桿氣缸分別對空料盤及滿料盤進行儲料，并且使用2對對射感應(yīng)器對料盤的多少進行檢測，空料盤少于一定數(shù)量和滿料盤多于一定數(shù)量時設(shè)備發(fā)出報警聲，通知操作人員對料盤進行處理。

6.2 料盤自動上下料機構(gòu)設(shè)計

分析空料盤自動下來和裝滿線圈的料盤一個個往上堆放的過程可知，該動作是需要走2段距離才能實現(xiàn)的。因為現(xiàn)在市場上很少有氣缸可以實現(xiàn)多段行程，且即使有價格也很高，所以考慮成本，使用2個氣缸組合在一起的方案實現(xiàn)自動上下料，即在料盤裝放機構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個由2個氣缸組合而成的上下料機構(gòu)。

（1）空料盤自動上料動作。2段行程中氣缸的作用是使頂料盤推桿上升，頂起料盤底部使其離開兩邊的氣缸，兩邊托著料盤的氣缸退回，短行程氣缸動作，使推桿下降一個料盤的距離，那么上方所有料盤下降一個料盤的距離后，兩邊氣缸再推出托著的第二個料盤，長行程氣缸托著最下面的料盤，隨著氣缸下降運動將料盤放落至線圈裝料機構(gòu)的托盤之中，實現(xiàn)自動送空料盤動作。（2）滿料盤自動堆料動作。原理與空料盤上料一致，只是氣缸動作的先后順序不同。（3）空料盤及滿料盤上下料機構(gòu)。此機構(gòu)由2部分組成，上方為料盤的裝放部分，下方為實現(xiàn)料盤自動上下料的氣缸組合機構(gòu)，2部分安裝在設(shè)備的大板上。

7 各機構(gòu)的組合方案

各機構(gòu)根據(jù)設(shè)計的各方面尺寸以及對應(yīng)的氣缸行程要求合理安裝在設(shè)備的大板上，要求各機構(gòu)安裝后的位置（圖3）及其動作過程不干涉其他機構(gòu)動作。設(shè)備的完整外觀如圖4所示。

圖3 各機構(gòu)安裝位置

圖4 設(shè)備的完整外觀

8 結(jié)語

氣動系統(tǒng)是強非線性系統(tǒng)，非線性的根本原因是空氣具有可壓縮性，使得系統(tǒng)中存在流量飽和效應(yīng)、非線性摩擦力等因素，所以實現(xiàn)氣缸的精準定位非常困難。因此在其應(yīng)用中，要對各參數(shù)進行調(diào)定，使設(shè)備達到比較理想的狀態(tài)。各部分機構(gòu)的控制系統(tǒng)采用了技術(shù)性強、可靠性高的PLC進行控制，這使得機械設(shè)備更加靈活，動作準確，易于維護，勞動生產(chǎn)率大大得到提高。各種操作方式自由切換，滿足了生產(chǎn)要求。