光機(jī)電一體化微生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案

1、光機(jī)電一體化微生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案 摘要：微生產(chǎn)線相對于大型的自動化生產(chǎn)線有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，如體積小、成本較低、生產(chǎn)效率高、易操作、易檢修、技術(shù)定向等。本文通過實(shí)例，對基于光機(jī)電一體化技術(shù)的微生產(chǎn)線設(shè)計(jì)進(jìn)行分析闡述。 關(guān)鍵詞：光機(jī)電一體化;PLC;設(shè)計(jì) 一、微生產(chǎn)線的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 自動化生產(chǎn)線最初是在機(jī)械制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)的，其中最早出現(xiàn)的是機(jī)床自動化生產(chǎn)線。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和用戶的不同需求，微生產(chǎn)線的發(fā)展近幾年來也嶄露頭角。它相對于大型的自動化生產(chǎn)線有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，如體積小、成本較低、生產(chǎn)效率高、易操作、易檢修、技術(shù)定向等等。筆者以設(shè)計(jì)一條基于光機(jī)電一體化技術(shù)的微生產(chǎn)線為主要內(nèi)容，綜合闡述了整個(gè)生產(chǎn)線各

2、個(gè)獨(dú)立單元的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法。這條微生產(chǎn)線系統(tǒng)以工業(yè)生產(chǎn)和工程應(yīng)用為背景，有較高的集成度和開放性，各個(gè)單元可拆分獨(dú)立使用，也可綜合整體使用。它可以對工件進(jìn)行送料檢測、加工、搬運(yùn)、裝配及分類存儲。系統(tǒng)中應(yīng)用多種傳感器實(shí)現(xiàn)對工件材料的檢測識別，然后通過模擬打孔裝置對工件進(jìn)行加工，再由搬運(yùn)單元搬至裝配單元，再將裝配好的工件搬運(yùn)至存儲單元，最終由機(jī)械手對到位的工件完成分類存儲。 二、微生產(chǎn)線中基本單元的設(shè)計(jì) 1.供料單元的設(shè)計(jì) 它是整個(gè)系統(tǒng)的第一個(gè)單元，也是整個(gè)工作中最基礎(chǔ)的模塊。供料過程中，供料氣缸從料倉中推出工件，推料氣缸推出工件。供料單元有三種傳感器，可檢測區(qū)分材質(zhì)、顏色，供后面單元分類操作。

3、送料檢測單元主要完成對工件的檢測任務(wù)，它的主要組成及用途如下。（1）料倉裝置：用于存儲要加工的工料。（2）送料氣缸：把工料送至顏色檢測位置。（3）推料氣缸：把檢測完畢的工料送至加工轉(zhuǎn)盤。（4）電磁閥及氣動元件：用于控制氣缸伸縮。（5）光電傳感器：用于檢測輸送臺上工件。使用傳感器上面的旋鈕調(diào)節(jié)需要的檢測距離，檢測范圍為19cm。（6）光纖傳感器：一對對射式光纖傳感器為料倉傳感器，感應(yīng)料倉中是否有工件。（7）電感式傳感：用于檢測金屬，檢測的距離一般是有要求的，設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定5mm。 2.加工檢測單元的設(shè)計(jì) 首先由傳感器來檢測待加工工件是否到達(dá)旋轉(zhuǎn)圓盤上。若已經(jīng)到達(dá)，那么旋轉(zhuǎn)圓盤則執(zhí)行接下來的動作，通過

4、90的旋轉(zhuǎn)把待加工的工件送到工件要進(jìn)行加工的正確位置上。鉆孔裝置對工件進(jìn)行打孔加工，接下來旋轉(zhuǎn)圓盤再旋轉(zhuǎn)90進(jìn)行接下來的動作。這一動作的執(zhí)行是利用氣缸來檢測已加工工件的深度，如果氣缸已經(jīng)推到底那么就說明加工工件的孔是符合要求的，不然的話不符合要求。加工檢測單元由四工位轉(zhuǎn)盤、模擬鉆孔加工裝置、深度檢測裝置、傳感器、電磁閥及氣動元件、三相380V交流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、渦輪蝸桿減速機(jī)、電磁離合器等組成，主要完成對工件內(nèi)徑的鉆孔加工。 3.裝配單元的設(shè)計(jì) 將搬運(yùn)單元傳送來的工件進(jìn)行裝配成形后，搬運(yùn)到分類存儲單元。當(dāng)放料口有工件，拖料氣缸開始執(zhí)行動作，把鉆完孔的工件移動到對應(yīng)的位置，該位置的頂料氣

5、缸就會縮回，這樣就實(shí)現(xiàn)了裝配任務(wù)，此時(shí)裝配完成的工件被拖料氣缸推出，已進(jìn)行下一步的執(zhí)行動作：搬運(yùn)單元來搬運(yùn)。裝配單元主要由配件料筒、裝配臺、抵料氣缸、拖料氣缸、光纖傳感器、電磁閥及氣動元件等組成，主要完成將搬運(yùn)單元傳送來的工件進(jìn)行裝配成形。 4.搬運(yùn)單元的設(shè)計(jì) 上一單元的合格工件到位，伸縮氣缸、提升氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸相互配合，測工件到位后，由傳送機(jī)構(gòu)傳送到位。 5.分類存儲單元的設(shè)計(jì) 把不同的工件經(jīng)過檢測，分類放置，可檢測材質(zhì)顏色等。該單元可以按行進(jìn)行分類存儲，也可以按列進(jìn)行分類存儲，用戶可以根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行設(shè)定；從下到上或者從左至右是工件的入庫順序。 三、微生產(chǎn)線的機(jī)械設(shè)計(jì) 1.氣缸的選型 在設(shè)

6、計(jì)過程中，需要根據(jù)不同的工作原理及不同的應(yīng)用范圍來選擇合適的氣缸。系統(tǒng)中使用氣缸的機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的氣缸選型如下。（1）送料檢測單元共使用了2個(gè)單作用類型的氣缸：一個(gè)是用于將料倉中的待測工件推至檢測位置的圓柱形氣缸，另一個(gè)是用于將檢測完畢的工件從檢測位置推至加工轉(zhuǎn)盤的圓柱形氣缸。（2）加工檢測單元共使用了3個(gè)單作用類型的氣缸：一個(gè)是用于固定加工轉(zhuǎn)盤上待加工工件的圓柱形氣缸，另一個(gè)是用于提升鉆孔電動機(jī)的圓柱形氣缸，再一個(gè)是用于檢測加工工件深度（檢測加工元件是否為合格品）的圓柱形氣缸。（3）搬運(yùn)單元。共使用了三種類型的四個(gè)氣缸：一是用于機(jī)械手升降的單作用圓柱形氣缸，一是用于機(jī)械手伸縮的單作用圓柱形氣缸，

7、一是用于抓夾工件的氣手指，一是用于使機(jī)械手旋轉(zhuǎn)至抓夾位置的雙作用氣缸。（4）裝配單元共使用了2個(gè)單作用類型的氣缸：一個(gè)是用于拖動裝配臺至裝配位置的圓柱形氣缸，另一個(gè)是用于抵住配件料筒中工件的圓柱形氣缸。（5）分類存儲單元共使用了2個(gè)類型的氣缸：一是用于機(jī)械手伸縮的單作用圓柱形氣缸，另一個(gè)是用于抓住工件的氣動手指。 2.電磁閥的選型 在微生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)中，氣動電磁閥是控制氣缸的樞紐部件，在進(jìn)行氣動電磁閥的選型時(shí)，需要根據(jù)選用的氣缸的種類進(jìn)行電磁閥的選擇。系統(tǒng)中大部分選用了的單作用氣缸（機(jī)械臂也為單作用氣缸），統(tǒng)一采用型號為4V110-06-DC24-2.5W的氣動電磁閥。它是一個(gè)二位五通單電控電磁

8、閥，可以良好的配合該系統(tǒng)使用的氣缸的工作。此外，在搬運(yùn)單元中，用于控制機(jī)械手旋轉(zhuǎn)的雙作用擺缸，采用型號為4V120-06-DC24-2.5W的氣動電磁閥。 3.機(jī)械傳動的設(shè)計(jì) 由于每一種機(jī)械傳送方式都有各自的特點(diǎn)，需要根據(jù)不同的要求選擇不同的機(jī)械傳動方式，在加工轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)過程中，使用了渦輪蝸桿對旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行精確定位，在分類存儲單元機(jī)械手的伸縮、提升使用了滾珠絲杠進(jìn)行平穩(wěn)放置工件，搬運(yùn)單元使用了帶傳送進(jìn)行工件的水平傳送。 四、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在微生產(chǎn)線系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)中多單元協(xié)同工作，要求PLC之間實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，多傳感器、氣動元件動作，要求具有數(shù)字量、模擬量擴(kuò)展功能；能夠控制步進(jìn)、變頻、伺

9、服電動機(jī)的工作，要求PLC具有較強(qiáng)的運(yùn)動控制的功能；根據(jù)國內(nèi)的電壓等級為220V/380V，要求電源可以在該范圍工作；由于系統(tǒng)需要拆裝和移動，要求PLC具有較強(qiáng)的抗震能力。參考市售PLC產(chǎn)品的價(jià)格，最終選定西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC。 五、人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 人機(jī)界面又叫HMI，是用戶對自動化控制系統(tǒng)的一種檢測、控制手段。本條微生產(chǎn)線采用了MT4404T系列的觸摸屏，進(jìn)行系統(tǒng)的操作和基本狀態(tài)的監(jiān)控。該觸摸屏具有方便的接口、簡捷的開發(fā)系統(tǒng)、良好的用戶體驗(yàn)等特性，適合用戶的基本需求。 六、設(shè)計(jì)方案的預(yù)期和不足 本文的設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了以S7-200PLC作為控制器的自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)，研究成果可以投入到市場，其設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)任務(wù)具有一定的借鑒意義。此外，由于