秦 沖

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 三門峽 472000)

多功能光機(jī)電一體化物料分揀機(jī)的設(shè)計研究

秦 沖

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 三門峽 472000)

針對現(xiàn)代制造行業(yè)零件的流水加工現(xiàn)狀及煤礦行業(yè)物料傳輸分揀情況，研制了光機(jī)電一體化物料分揀機(jī)，對其進(jìn)行了總體模塊化劃分與設(shè)計，主要集機(jī)械傳動技術(shù)、PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、變頻技術(shù)、觸摸技術(shù)于一體，實現(xiàn)了一機(jī)多能的自動化作業(yè). 同時，分揀機(jī)上還設(shè)計有觸摸系統(tǒng)，能實現(xiàn)觸摸控制.能高效、準(zhǔn)確替代重復(fù)的物料分揀作業(yè).

物料分揀；PLC；變頻器；氣動控制；步進(jìn)電機(jī)

隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展,機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,為煤炭行業(yè)、加工行業(yè)、礦業(yè)及物流行業(yè)節(jié)省了大量的人力.本文設(shè)計了多功能光機(jī)電一體化物料分揀機(jī)，主要功能是實現(xiàn)金屬材料及黑白尼龍材料物料的分揀，此設(shè)計利用氣動、光電傳感器、PLC及變頻器來實現(xiàn)動力控制與信號傳遞[1]88-92. 為了保證分揀機(jī)手臂在抓物旋轉(zhuǎn)過程中不失步，還采用了步進(jìn)電機(jī)來實現(xiàn)伺服驅(qū)動，并且安裝了限位接近開關(guān)，可以根據(jù)工位的需要調(diào)節(jié)傳感器及限位開關(guān)的位置.物料的傳輸采用變頻器控制電機(jī).這些技術(shù)的綜合應(yīng)用，保證了分揀機(jī)在工作過程中的高精度、高可靠性、靈活性、無污染等特點.除此之外，分揀機(jī)上還設(shè)計了觸摸控制環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的隔離操作.

1 分揀機(jī)系統(tǒng)整體模塊劃分

通過對企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場及市場調(diào)查、技術(shù)預(yù)測,充分考慮了多功能光機(jī)電一體化物料分揀機(jī)的應(yīng)用范圍以及產(chǎn)品的實際生產(chǎn)情況,進(jìn)行了物料分揀機(jī)模塊的劃分.將分揀機(jī)分為4個功能模塊，主要包括：電源模塊、上料模塊、抓物模塊、物料傳送與分揀模塊等.

2 物料分揀機(jī)總體機(jī)構(gòu)設(shè)計

多功能光機(jī)電一體化物料分揀機(jī)機(jī)構(gòu)部分主要由主入料機(jī)構(gòu)、物料搬運機(jī)構(gòu)、物料分揀與傳送機(jī)構(gòu)等組成，在控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)的作用下共同完成金屬物料、黑色物料、白色物料的傳送與分揀.此部分主要包括三個工作流程，首先通過料槽機(jī)構(gòu)下料，由檢測元件感知到物料并推進(jìn)，再由分揀機(jī)抓物機(jī)構(gòu)抓料并旋轉(zhuǎn)，最后由物料傳送與分揀機(jī)構(gòu)進(jìn)行物料的傳遞與分揀，此機(jī)構(gòu)上安裝有傳感器，保證物料能按照要求被分揀到準(zhǔn)確的位置[2]24-25.分揀機(jī)的機(jī)構(gòu)總圖如圖1所示.

1.物料指示2.料槽機(jī)構(gòu)3.分揀機(jī)抓物機(jī)構(gòu)4.物料傳送和分揀機(jī)構(gòu)圖1 物料分揀機(jī)的機(jī)構(gòu)總裝配圖

2.1 上料機(jī)構(gòu)設(shè)計

此部分主要完成的功能是物料的檢測與推進(jìn)，當(dāng)物料進(jìn)入下料井后，光電傳感器就能檢測到工件，當(dāng)檢測到工件后就會把工件推進(jìn)到物料存放臺，等待抓物機(jī)構(gòu)進(jìn)行物料抓取，當(dāng)工件被取走后，推料氣缸縮回，在重復(fù)上次動作.其上料機(jī)構(gòu)設(shè)計圖如圖2所示.

2.2 物料分揀機(jī)抓物機(jī)構(gòu)設(shè)計

圖3所示為物料分揀機(jī)的抓物機(jī)構(gòu)，手臂和手爪固定在旋轉(zhuǎn)軸上，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動下可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，而手臂可以伸縮，手抓可以上升、下降，且可以完成夾緊和松開動作.手抓和手臂都是氣缸機(jī)構(gòu)，均在氣動作用下完成，且安裝有位置傳感器，保證手抓、手臂的動作位置精確[3]25-27.

圖2 物料分揀機(jī)上料機(jī)構(gòu)裝配圖1.物料推進(jìn)氣缸2.下料井3.物料存放臺4.底座

圖3 物料分揀機(jī)抓物機(jī)構(gòu)總體裝配圖1.手爪夾緊氣缸2.手爪上升、下降氣缸3.手臂伸出縮回氣缸4.抓物機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸5.步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)6.底座

2.3 物料傳送與分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計

如圖4所示，為物料傳送與分揀機(jī)構(gòu)，此模塊主要包括變頻器、三相交流異步電動機(jī)、皮帶傳輸系統(tǒng)、分揀料槽及導(dǎo)料部分、光電傳感檢測部分等.此部分主要是完成金屬物料、黑的物料、白色物料的檢測與分揀，是通過變頻器來控制三相交流異步電機(jī)的運轉(zhuǎn).通過皮帶傳輸來完成物料的傳遞.此部分是機(jī)械、變頻、電氣控制、光電傳感器的綜合應(yīng)用.

圖4 物料傳送與分揀機(jī)構(gòu)模塊設(shè)計1.下料口2.物料分揀槽3.輸送帶4.三相交流異步電機(jī)5.金屬物料檢測傳感器6旋轉(zhuǎn)氣缸7.終端導(dǎo)料口

3 氣動控制系統(tǒng)設(shè)計

氣動控制系統(tǒng)主要包括5個單電控二位五通電磁閥，四個普通氣缸和一個旋轉(zhuǎn)氣缸以及一些調(diào)速閥，調(diào)速閥主要是用來控制氣缸在伸縮、上升、下降時的速度，防止速度過大對物料及機(jī)械手臂的沖擊，來保證整個系統(tǒng)的工作平穩(wěn)性.

氣動控制原理圖如圖5所示.

圖5 分揀機(jī)氣動回路原理圖

4 物料分揀機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計中的物料分揀機(jī)主要是通過傳感器、行程開關(guān)等輸入信號，輸入端子把信號傳遞給PLC，PLC經(jīng)過程序運行和處理后再把輸出信號通過輸出端子輸出[4]112-116，這些輸出信號主要是對分揀機(jī)的電磁閥、變頻器等進(jìn)行控制，主要控制過程及工作原理如圖6所示：

根據(jù)要求，本系統(tǒng)選用的PLC型號為西門子S7-200，輸入點數(shù)為I0.0-I0.7、I1.0-I1.7、I2.0-I2.7共21個，輸出點數(shù)為14個，CPU型號為226可編程控制器.內(nèi)部程序主要使用移位指令完成[5]192-194.

圖6 物料分揀機(jī)PLC控制原理框圖

5 結(jié)語

本研究主要集PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、變頻技術(shù)于一體，對物料分揀機(jī)進(jìn)行了整體系統(tǒng)設(shè)計，充分發(fā)揮了PLC、傳感器、步進(jìn)電機(jī)等優(yōu)點，能夠按照預(yù)先設(shè)計要求精確地完成每一個動作，保證了其在自動化生產(chǎn)線作業(yè)工作過程中的高精度、高可靠性、靈活性、無污染等特點.

[1] 黃偉玲.基于PLC的氣動搬運機(jī)械手設(shè)計[J].煤礦機(jī)械，2009(10).

[2] 姬清華.新型機(jī)電一體化運煤機(jī)械手的PLC控制設(shè)計[J].煤炭技術(shù)，2012(8).

[3] 周 凌.三自由度氣動機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2012(10).

[4] 曼永紅.基于PLC控制的二維通用機(jī)械手設(shè)計研究[J].制造業(yè)自動化化，2012(24).

[5] 萬理想.PLC在物料分揀機(jī)械手控制中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2007(7).

[責(zé)任編輯 迎客松]

The Design of Multi-function Material Sorting Machine of Light Mechanical and Electrical Integration

QIN Chong

(SanmenxiaVocational&TechnicalCollege,Sanmenxia472000,China)

Aiming at the present situation of water processing and sorting of modern manufacturing industry material transmission parts of Coal mining industry, the material sorting machine of light mechanical and electrical integration is developed. The overall design and module partition have been carried on, which mainly contain mechanical transmission technology, PLC technology, pneumatic technology, sensor technology, frequency conversion technology and touch technology realizing the automation operation. At the same time, the machine is also provided with a touch system, which can been controlled by the touch system and can efficiently and accurately replace the repeated the material sorting operation.

sorting material; PLC; inverter; pneumatic control; step motor; integration

2014-12-12

河南省機(jī)械設(shè)計及傳動系統(tǒng)重點實驗室基金項目(KFJY200714)

秦 沖(1982- )，女，河南三門峽人，三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事電氣控制研究。

1671-8127(2015)02-0039-04

TP332

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