機械自動化定長系統(tǒng)分析

汪海生

（浙江上虹貨架有限公司，浙江 嘉興 314100）

我國社會的不斷發(fā)展，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的沖擊，我國工業(yè)進入了高速發(fā)展時期。工業(yè)自動化發(fā)展對于促進我國工業(yè)戰(zhàn)略升級、提升綜合國力及實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興具有重要意義。廠方對生產(chǎn)成本及效率提出了要求，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量與交貨期限也提出了雙重要求，自動化在此情況下得到快速的發(fā)展。工業(yè)3.0電子和信息技術(shù)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，工業(yè)4.0物聯(lián)信息系統(tǒng)集成工業(yè)相關(guān)的所有模塊，工業(yè)5.0是以“人＋機器人”人機協(xié)作為目的，工業(yè)自動化取得了飛躍發(fā)展。自動化的發(fā)展離不開結(jié)構(gòu)的支撐，定長系統(tǒng)是機械自動化中應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)之一。

1 應(yīng)用對象

定長系統(tǒng)是對需要加工的原料，按照指定尺寸進行長度輸出。定長系統(tǒng)在自動化中得到了廣泛使用，適用于對長度有要求的批量化作業(yè)中，被普遍應(yīng)用于各類板材、矩形管材、型材類、五金模具沖壓、非標(biāo)立柱類加工中。該結(jié)構(gòu)能夠快速、穩(wěn)定、高效率地進行批量化生產(chǎn)作業(yè)，符合新時代企業(yè)“減員增效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)”的價值觀。

2 系統(tǒng)分析

定長系統(tǒng)一般分為機械定長、電氣定長及相關(guān)組合定長，能夠精確地對原料進行尺寸輸出。其中，機械定長一般為擋料定長，電氣定長可分為傳感器、編碼器、伺服系統(tǒng)、電子計米器等。同時，該系統(tǒng)還可使用相關(guān)組合方式，利用機械定長及傳感器、編碼器配合伺服等進行操作。匹配的定長系統(tǒng)對整個設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性及工作效率有很大影響。

2.1 機械定長

機械定長是利用機械結(jié)構(gòu)本身的尺寸長度及牢固性進行定長，需要對定位板進行尺寸確定、鎖定定位板，利用機械材料特有的剛性對原材料長度進行輸出。機械定長一般指擋料定長系統(tǒng)。擋料定長是指先將擋料板按照指定尺寸固定在所需長度位置，利用原材料本身的剛性輸送到擋料板貼合進行下一步操作，原材料的長度根據(jù)擋料板擺放的位置確定。在此過程中，需要注意判斷是否貼合擋料板及貼合擋料板后繼續(xù)輸送原材料是否會對原材料的剛性產(chǎn)生影響，防止原材料發(fā)生彎曲、變形。

根據(jù)上述所提到的貼合擋料板和產(chǎn)生變形問題，應(yīng)增加相應(yīng)的導(dǎo)向機構(gòu)配合使用。利用原材料固有的剛性，貼合擋料板確定長度后，繼續(xù)輸送使擋料板被原材料貼合推動沿導(dǎo)向機構(gòu)滑行一段距離進行下一步作業(yè)。下一步作業(yè)設(shè)備應(yīng)與擋料板一起被貼合移動，可通過觸碰相關(guān)傳感器或延時繼電器進行延時觸發(fā)下一步作業(yè)。本套機構(gòu)適用于型材或其他本身具有一定剛性的原材料，比如矩形管、方管、槽鋼、軋制立柱等。原材料要求本身具有一定的剛性且長度應(yīng)該控制在3 m以內(nèi)，方便自動化設(shè)備或自動化生產(chǎn)線的設(shè)計。本套機構(gòu)常用在與軋機配合進行行程定長、沖孔、切斷等型材類生產(chǎn)線上，可大幅度提升生產(chǎn)效率。

2.2 電氣定長

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展與升級，電氣控制在設(shè)備、生產(chǎn)線中得到廣泛使用，傳感器、編碼器、伺服驅(qū)動控制器也得到廣泛應(yīng)用。

2.2.1 傳感器定長

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器定長包含接近開關(guān)、光電開關(guān)、對射傳感器、電子計米器等將信號源轉(zhuǎn)為電信號進行定長的電子元器件。傳感器的種類繁多，使用特點各不相同，在這里不一一討論。傳感器對長度的精度要求，與安裝狀態(tài)及傳感器自身精度有關(guān)，常與其他機械機構(gòu)配合使用，也可直接使用傳感器進行定長。

2.2.2 編碼器定長

編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進行編制，轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。在定長系統(tǒng)中使用時，物件與輸送輪接觸面平整、無相對滑動，可以直接安裝在輸送輪上進行定長測量，其他的需設(shè)計專用編碼機構(gòu)進行檢查。

編碼器機構(gòu)設(shè)計需用到檢測輪、彈簧、軟聯(lián)軸器、軸承等。彈簧可以對原材料變形區(qū)域進行彈性調(diào)節(jié)，保證編碼器機構(gòu)中檢查輪與原材料一直保持接觸狀態(tài)。編碼器與檢測輪應(yīng)使用軟連接，不易采用剛性聯(lián)軸器，防止安裝或使用過程中因產(chǎn)生側(cè)向大位移偏動而損壞編碼器。

編碼器定長系統(tǒng)常被用在卷料板材沖斷、模具沖壓成型、型材定長、包裝線、布料切斷等設(shè)備中。編碼器定長幾乎覆蓋所有長度控制輸出，工業(yè)使用較為廣泛。在具體使用時，應(yīng)根據(jù)不同原材料、機構(gòu)作出相應(yīng)的調(diào)整。

2.2.3 伺服定長

伺服定長是比較常見的定長方式，伺服電機可使控制速度、位置精度非常高，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動控制對象。伺服定長通過伺服電機的PID調(diào)節(jié)快速定長，可以通過絲桿、齒輪齒條、渦輪蝸桿等形式，將電氣信號轉(zhuǎn)移到機械長度尺寸上，應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、軍工廠等中，是目前最為廣泛的定長方式之一。另外，它還可設(shè)計不同結(jié)構(gòu)應(yīng)用于不同場合，具有精度高、響應(yīng)時間短、尺寸穩(wěn)定、便于控制等優(yōu)點，也是工業(yè)整體升級的重點。

2.3 組合定長

組合定長采用電氣與機械相互結(jié)合的方式進行定長。機械對伺服、傳感器等電子器件進行尺寸安裝及機構(gòu)剛性保證，電子器件為機械提供觸發(fā)點，兩者相互結(jié)合，具有有效提升定長的效率及簡化結(jié)構(gòu)等特點，保證尺寸的穩(wěn)定輸出。

靠料定長常使用2個傳感器進行減速后定長，是指具有一定剛性的原材料接近定位板時，先觸碰到減速傳感器進行一級減速，第二定位傳感器應(yīng)與定位板位置貼近，觸碰定位傳感器后延時，利用輸送輥輪與原材料滑動延時貼合定位板進行下一步作業(yè)，一般與輸送輥輪架配合使用，不會對原材料產(chǎn)生形變。本結(jié)構(gòu)常與帶鋸床、圓鋸設(shè)備、沖床等對長度輸出設(shè)備構(gòu)成生產(chǎn)線，具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸可靠等特點，要求原材料是自身具有一定的剛性的材料，比如矩形管、圓管、立柱、橫梁等。

參考文獻：

［1］胡壽松.自動化控制［M］.北京：科學(xué)出版社，2007.

［2］聞邦椿.機械設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.