往復(fù)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

武威

（廣東白云學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州 510450）

往復(fù)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

武威

（廣東白云學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州 510450）

通過(guò)分析一些噴涂往復(fù)機(jī)存在的缺陷，選擇最佳方案，設(shè)計(jì)參數(shù)，利用三維建模進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計(jì)噴涂往復(fù)機(jī)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)PLC控制簡(jiǎn)圖，并進(jìn)行模擬仿真，實(shí)現(xiàn)往復(fù)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

往復(fù)機(jī)；PLC；改進(jìn)

0 引言

往復(fù)機(jī)是涂裝主要的表面處理設(shè)備，無(wú)論是大型產(chǎn)品還是小型精密產(chǎn)品都可以運(yùn)用各種功能的往復(fù)機(jī)進(jìn)行表面處理，而且還有自動(dòng)除塵功能，被廣泛應(yīng)用于船舶、機(jī)電、汽車(chē)、建材和文教衛(wèi)生及人們?nèi)粘Ｉ钏璧母鞣N工具的生產(chǎn)制造。而現(xiàn)有大部分往復(fù)機(jī)不能合理實(shí)現(xiàn)噴涂工作，因此，本設(shè)計(jì)考慮改進(jìn)現(xiàn)有往復(fù)機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括方案的選擇、硬件和軟件設(shè)計(jì)。

1.1 設(shè)計(jì)方案[1]

目前大多數(shù)噴涂作業(yè)的往復(fù)機(jī)機(jī)構(gòu)上存在缺陷，限制著表面處理速度，如圖1（a）、（b）所示，公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)型存在單一但經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，多機(jī)并聯(lián)跟隨型雖然高效，但價(jià)格比較昂貴，而自轉(zhuǎn)輸送型具有高效、經(jīng)濟(jì)、多工位的優(yōu)點(diǎn)，如圖1（c）所示，因此方案c更適合噴涂作業(yè)。

圖1 機(jī)械手機(jī)構(gòu)方案圖

驅(qū)動(dòng)方案有三種[2]：

方案一：利用凸輪帶動(dòng)各軸移動(dòng)；

方案二：利用無(wú)杠氣缸帶動(dòng)，或液壓缸帶動(dòng)各軸移動(dòng)；

方案三：通過(guò)PLC控制伺服電機(jī)帶動(dòng)各軸移動(dòng)。

根據(jù)所考慮的三種方案，PLC控制電機(jī)方便靈活，因此本文驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)選用方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.2 往復(fù)機(jī)的組成

往復(fù)機(jī)主要包括機(jī)身、機(jī)械手、輸送裝置、十字轉(zhuǎn)臺(tái)四個(gè)部分。整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 往復(fù)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.3 往復(fù)機(jī)的工作要求

設(shè)計(jì)往復(fù)機(jī)機(jī)械手要注意各軸配合的垂直度和平行度，所以機(jī)械手基座的水平要求比較高，水平配合部分粗糙度比較小。由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率比較高，常常會(huì)產(chǎn)生頻繁的沖擊性，因此往復(fù)速度不宜過(guò)大，盡量避免大慣量電機(jī)的選擇。此設(shè)備必須擁有加工多樣性，應(yīng)適合各種不同產(chǎn)品的處理要求，并分析設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性，可以從控制要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中減少不必要的成本。

為了保證設(shè)備在最佳的使用狀態(tài)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、降底故障率、提高產(chǎn)能，供電要求運(yùn)用單相220 V，交流50 Hz電源，供電功率≥4 kW，電壓波動(dòng)≤10 V。Z軸編程時(shí)噴槍高度必須高于工件高度。輸送帶支撐重量不超過(guò)50 kg[3]。

1.4 往復(fù)機(jī)機(jī)械軸設(shè)計(jì)

1.4.1 HIWIN直線(xiàn)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)[4-5]

HIWIN直線(xiàn)導(dǎo)軌定位精度高，磨耗少，能長(zhǎng)時(shí)間維持精度，適用高速運(yùn)動(dòng)且大幅降低機(jī)臺(tái)所需驅(qū)動(dòng)馬力，可同時(shí)承受上下左右方向的負(fù)荷，組裝容易并具互換性。直線(xiàn)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 HIWIN直線(xiàn)導(dǎo)軌

圖4 PLC控制電路簡(jiǎn)圖

2.4.2 傳動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)[6]

根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)要求，計(jì)算確定X軸、Y軸伺服電機(jī)分別選擇中慣量電機(jī)MDMA系列的1 kW電機(jī)、750 W電機(jī)；Z軸選擇小慣量電機(jī)MQMA系列的400 W電機(jī)，同時(shí)選擇傳動(dòng)比為7.5的NMRV040輸入法蘭型減速器；傳送帶電機(jī)選擇GTHSZ-B-750-3-D-B電機(jī)；工作臺(tái)電機(jī)設(shè)計(jì)選擇普通30 W電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)要求。

1.5 軟件設(shè)計(jì)

1.5.1 PLC控制接線(xiàn)電路簡(jiǎn)圖

PLC控制是軟件核心，電路接線(xiàn)尤為重要，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的每個(gè)接口分配如圖4所示[7-9]。1.5.2軟件流程圖設(shè)計(jì)[7]

PLC編程流程圖如圖5所示。控制有兩種方式，分為手動(dòng)和自動(dòng)控制。手動(dòng)包括對(duì)各個(gè)軸向的控制。

圖5 流程圖

2 結(jié)論

本設(shè)計(jì)利用仿真模擬，可以達(dá)到基本要求，可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)噴涂工作。通過(guò)對(duì)普通往復(fù)機(jī)工作機(jī)構(gòu)的三維建模及結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析為企業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程實(shí)踐提供理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，同時(shí)也為今后進(jìn)行較經(jīng)濟(jì)、合理性的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)或工程性能優(yōu)化打好基礎(chǔ)。

［1］羅天洪，熊小輝.六自由度重載裝配機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及求解［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，28（6）：1126-1130.

［2］董茂起，于復(fù)，王雪，等.基于S7-200 PLC的三自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.液壓與氣動(dòng)，2010（8）：62-63.

［3］李昌輝.自動(dòng)上料機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

［4］劉宇紅，張明路，孟憲春，等.移動(dòng)機(jī)械手的穩(wěn)定性及補(bǔ)償方法現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2008，21（2）：5-7.

［5］李桂莉，武洪恩，劉志海.搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析［J］.煤礦機(jī)械，2007，28（2）：62-65.

［6］耿麗清，崔世鋼，廉正光，等.醫(yī)用服務(wù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及控制［J］.機(jī)床與液壓，2008，36（4）：311-313.

［7］陳志權(quán).基于PLC氣動(dòng)機(jī)械手的控制系統(tǒng)［J］.兵工自動(dòng)化，2008，27（4）：83-84.

［8］孫迎遠(yuǎn).PLC在氣動(dòng)機(jī)械手中的應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械 ， 2008， 29（9）：151-152.

［9］張淑紅，王熙雛.基于PLC的機(jī)械手物料分選裝置的控制［J］.機(jī)械與電氣，2010（12）：53-55.

Improvement Design of Reciprocator

WU Wei
（Electro-Mechanical School，Guangdong Baiyun University，Guangzhou510450，China）

By analyzing the defects of the spraying reciprocators，the paper chose the best option，designed parameters，and optimized the structure by 3D modeling.The overall structure of spraying reciprocator and the PLC control diagram was designed，and simulation was done.Improvement in design of reciprocator was realized.

reciprocator；PLC；improvement

TP29

：A

：1009－9492(2014)12－0222－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.057

武 威，女，1984年生，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：機(jī)電智能檢測(cè)與控制技術(shù)，虛擬儀器。已發(fā)表論文8篇。

(編輯：王智圣)

2014－07－11