齊明琪

摘 要 機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化；傳感器；機(jī)械手；系統(tǒng)組合

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)流程圖

按下啟動按鈕傳送帶1運(yùn)行，物料經(jīng)兩個顏色傳感器檢測，如果是顏色A傳送帶1繼續(xù)運(yùn)行。如果是顏色B傳送帶1停止，平行機(jī)械夾夾住物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)汽缸轉(zhuǎn)到傳送帶2上，此時傳送帶向左運(yùn)行。若是顏色C傳送帶1停止，平行機(jī)械夾夾住物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)汽缸轉(zhuǎn)到傳送帶2上，此時傳送帶向右運(yùn)行。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)流程圖，如圖1所示。

1.2 整體設(shè)計(jì)思路

機(jī)械方面：首先考慮外觀樣式圖，然后設(shè)計(jì)機(jī)械臂，傳送帶等機(jī)械部件以及之間的配合關(guān)系并繪制相關(guān)的CAD圖紙，通過Solidwork進(jìn)行模擬組裝。

電工方面：考慮電工器材的選擇，燈、傳感器、直流電機(jī)和 PLC外部連接及之間的接線；磁性開關(guān)和按鈕等保護(hù)措施的連線等。

氣動方面：氣缸與機(jī)械爪的選擇及根據(jù)需要選擇何種電磁換向閥，氣動執(zhí)行元件和電磁閥之間的連接以及布局?jǐn)[放。

電子方面：按鈕盒的電子線路及焊接知識。

2 系統(tǒng)機(jī)械主要部分設(shè)計(jì)

2.1 傳送帶的安裝設(shè)計(jì)

從動輪：首先，將固定塊固定在從動輪支架的兩側(cè)；其次，將從動輪支架緊固到鋁型材導(dǎo)板的一側(cè)；第三，使用彈性錘子將油潤過的軸承敲入從動輪兩測的沉孔中；第四，將從動輪置于從動輪支架的凹槽部位；第五，使用彈性錘子將油潤過的后軸從支架的一側(cè)的腰孔中敲穿過從動輪，并置于另一側(cè)的腰孔上；第六，使用彈性錘子適當(dāng)敲擊后軸，使得后軸兩端露出部分的長度一樣；最后在后軸兩端露出的部分安裝上收緊滑塊。如圖2所示。

在安裝完成后，可通過調(diào)整固定塊上的螺栓來移動從動輪的位置，從而起到收緊皮帶的作用。

主動輪：首先，使用彈性錘子將油潤過的軸承（628-ZZ）分別敲入主支架和輔支架上的沉孔內(nèi)；其次，將主支架固定在鋁型材的另一端上；第三，使用彈性錘子把油潤后的主動輪一側(cè)先敲入主支架上的軸承孔內(nèi)；最后，再將主動輪另一側(cè)裝上輔支架。如圖3所示

在安裝完上述步驟后，裝上皮帶。在保證主動輪電機(jī)伸出軸同軸的情況下，再固定輔支架。

2.2 機(jī)械手部分的設(shè)計(jì)

機(jī)械手部分是本課題的關(guān)鍵部分，如圖4所示：

1：回轉(zhuǎn)缸與治具缸連接塊1，2（1，2是一體的）

2：回轉(zhuǎn)缸與治具缸連接塊3

3：治具缸與平行機(jī)械夾連接塊

4：機(jī)械夾子

機(jī)械手由幾個汽缸的連接塊以及機(jī)械爪組成。汽缸連接塊主要有：回轉(zhuǎn)汽缸與治具缸的連接塊（1，2）、回轉(zhuǎn)缸與治具缸的連接塊（3）、治具缸與機(jī)械夾的連接塊（4）、機(jī)械爪（5）等幾部分組成。

2、3兩塊料的加工應(yīng)注意相互間的配合問題，還應(yīng)注意與回轉(zhuǎn)缸、治具缸的連接問題，在2、3兩塊料的連接問題上，應(yīng)該在連接螺釘上加上彈簧墊片。因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸在轉(zhuǎn)動過程中會產(chǎn)生慣性力，使2、3兩處的連接螺釘受慣性力的影響，產(chǎn)生松動。所以加上彈簧墊片，以減小消耗慣性力的作用。4號料加工時應(yīng)注意總體長度以及注意旋轉(zhuǎn)一百八十度時是否能準(zhǔn)確傳送機(jī)械夾至傳送帶中間。5號機(jī)械夾的設(shè)計(jì)，需要注意機(jī)械夾張開的總長度以及閉合時的長度。才能夠確定機(jī)械夾子的厚度以及爪子的長度等問題。

3 系統(tǒng)電氣控制設(shè)計(jì)

3.1 電機(jī)和聯(lián)軸器

直流電機(jī)：

首先測量主動輪的直徑，算出其周長（即旋轉(zhuǎn)一周皮帶輪移動的距離），然后量取皮帶輪到長度（皮帶輪的長度是先前根據(jù)地板的大小和元器件擺放后所需的長度來確定的），計(jì)算出主動輪需轉(zhuǎn)多少圈皮帶輪從一端到達(dá)另一端，根據(jù)皮帶輪上的操作要求選擇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。從美觀性和需要承受的負(fù)載的大小選擇出軸直徑，因?yàn)檎n題的直流電壓是24V，所以我選擇了額定電壓為24V的直流電機(jī)，最后根據(jù)整體集合，選擇最適合的電機(jī)。

此種直流電機(jī)與其他電機(jī)相比的主要特點(diǎn)有：永磁、加強(qiáng)型行星齒輪減速器，出軸直徑小負(fù)載能力強(qiáng)，允許負(fù)載10kg.cm，并且在工作過程中能夠保持穩(wěn)定平穩(wěn)，而且噪音低，出力大等等。如圖5所示。

聯(lián)軸器為：螺絲固定的聯(lián)軸器。除了考慮與電機(jī)、旋轉(zhuǎn)平臺的連接，還應(yīng)具有一定的彈性，以避免應(yīng)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)平臺的同軸度精度誤差而帶來的電機(jī)支架晃動，電機(jī)不能正常工作等。所以我選擇了一體成型具有彈性的鋁合金，夾緊靠螺絲固定的聯(lián)軸器。

3.2 氣動元器件選擇

本課題中用到了很多的電氣元器件，在選擇這些器材時存在著很多的問題，尤其是機(jī)械手部分，涉及到三種汽缸的選擇，回轉(zhuǎn)缸，治具缸以及平行機(jī)械夾，在選擇這些汽缸型號時不僅要考慮其功能方面是否能夠做到適合整個課題運(yùn)作的需要，還要考慮其與其他期間這間的配合銜接是否美觀，價格方面是否經(jīng)濟(jì)合適。

3.3 氣動部分

氣動元器件連接時，應(yīng)注意元器件的進(jìn)出氣方向，如電磁閥的進(jìn)氣口與出氣口不可顛倒，否則將會影響元器件的正常工作。元件安裝要緊固，不可松動，否則會出現(xiàn)安全事故。

為了防止氣缸帶動物件因沖擊力過大而對其造成損壞，在氣缸進(jìn)出氣口各安裝一個節(jié)流閥，控制氣流大小，減慢氣缸活塞伸縮的速度。

4 安全性調(diào)試與分析

4.1 機(jī)械調(diào)試

首先確定傳送帶和回轉(zhuǎn)缸的位置使機(jī)械夾能在兩傳送帶之間夾到物料，調(diào)整回轉(zhuǎn)缸的旋轉(zhuǎn)位置確保回轉(zhuǎn)缸旋轉(zhuǎn)角度為180，對整個系統(tǒng)機(jī)械部分的連接處進(jìn)行檢查，看是否存在連接不牢固。如有連接不緊固，傳動不正常等狀況，對其進(jìn)行校正并緊固。

4.2 電氣調(diào)試

接通氣泵打開氣源檢查整個系統(tǒng)是否漏氣，如有漏氣檢查漏氣原因并解決漏氣問題，若無漏氣先手動調(diào)試并調(diào)節(jié)氣缸上的節(jié)流閥使氣缸的動作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。手動調(diào)試正常后再進(jìn)行自動調(diào)試。

4.3 程序調(diào)試

分別將X輸入的25芯線和Y輸出的25芯線接到PLC上，先進(jìn)行手動調(diào)試，調(diào)整傳感器和磁性開關(guān)的位置，然后將程序?qū)懭隤LC中將PLC有stop狀態(tài)推到run狀態(tài)。開始運(yùn)行程序，調(diào)整程序直到完全達(dá)到所需要求為止。程序的停止、急停一定準(zhǔn)確無誤，這樣才可以確保安全。

5 系統(tǒng)的評價

5.1 設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

整個系統(tǒng)的操作簡單，動作明了；整個系統(tǒng)所需要的器材既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠；利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來傳送物料達(dá)到節(jié)省資源的目的。

5.2 設(shè)計(jì)缺點(diǎn)

部分梯形圖冗余；需進(jìn)一步提高編程質(zhì)量，并對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化；安全性需要進(jìn)一步提高，適當(dāng)?shù)脑黾右恍╇姎獗Ｗo(hù)；機(jī)械部分設(shè)計(jì)的不夠完美。

參考文獻(xiàn)

[1]胡荊生.公差配合與技術(shù)測量基礎(chǔ)第二版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2000.

[2]陳廉清.機(jī)械制圖[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2004.

作者單位

江蘇省揚(yáng)州技師學(xué)院 江蘇省揚(yáng)州市 225003