武威

（廣東白云學(xué)院機電工程學(xué)院，廣東廣州 510450）

往復(fù)機的改進設(shè)計

武威

（廣東白云學(xué)院機電工程學(xué)院，廣東廣州 510450）

通過分析一些噴涂往復(fù)機存在的缺陷，選擇最佳方案，設(shè)計參數(shù)，利用三維建模進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計噴涂往復(fù)機機械手的總體結(jié)構(gòu)，設(shè)計PLC控制簡圖，并進行模擬仿真，實現(xiàn)往復(fù)機的改進設(shè)計。

往復(fù)機；PLC；改進

0 引言

往復(fù)機是涂裝主要的表面處理設(shè)備，無論是大型產(chǎn)品還是小型精密產(chǎn)品都可以運用各種功能的往復(fù)機進行表面處理，而且還有自動除塵功能，被廣泛應(yīng)用于船舶、機電、汽車、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)機不能合理實現(xiàn)噴涂工作，因此，本設(shè)計考慮改進現(xiàn)有往復(fù)機結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)優(yōu)化。

1 系統(tǒng)設(shè)計

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

1.1 設(shè)計方案[1]

目前大多數(shù)噴涂作業(yè)的往復(fù)機機構(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)動型存在單一但經(jīng)濟的特點，多機并聯(lián)跟隨型雖然高效，但價格比較昂貴，而自轉(zhuǎn)輸送型具有高效、經(jīng)濟、多工位的優(yōu)點，如圖1（c）所示，因此方案c更適合噴涂作業(yè)。

圖1 機械手機構(gòu)方案圖

驅(qū)動方案有三種[2]：

方案一：利用凸輪帶動各軸移動；

方案二：利用無杠氣缸帶動，或液壓缸帶動各軸移動；

方案三：通過PLC控制伺服電機帶動各軸移動。

根據(jù)所考慮的三種方案，PLC控制電機方便靈活，因此本文驅(qū)動設(shè)計選用方案三來實現(xiàn)。

1.2 往復(fù)機的組成

往復(fù)機主要包括機身、機械手、輸送裝置、十字轉(zhuǎn)臺四個部分。整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 往復(fù)機結(jié)構(gòu)圖

1.3 往復(fù)機的工作要求

設(shè)計往復(fù)機機械手要注意各軸配合的垂直度和平行度，所以機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)運動頻率比較高，常常會產(chǎn)生頻繁的沖擊性，因此往復(fù)速度不宜過大，盡量避免大慣量電機的選擇。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)備的實際應(yīng)用經(jīng)濟性，可以從控制要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計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)，延長設(shè)備的使用壽命、降底故障率、提高產(chǎn)能，供電要求運用單相220 V，交流50 Hz電源，供電功率≥4 kW，電壓波動≤10 V。Z軸編程時噴槍高度必須高于工件高度。輸送帶支撐重量不超過50 kg[3]。

1.4 往復(fù)機機械軸設(shè)計

1.4.1 HIWIN直線導(dǎo)軌的設(shè)計[4-5]

HIWIN直線導(dǎo)軌定位精度高，磨耗少，能長時間維持精度，適用高速運動且大幅降低機臺所需驅(qū)動馬力，可同時承受上下左右方向的負荷，組裝容易并具互換性。直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 HIWIN直線導(dǎo)軌

圖4 PLC控制電路簡圖

2.4.2 傳動電機的設(shè)計[6]

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

1.5 軟件設(shè)計

1.5.1 PLC控制接線電路簡圖

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

PLC編程流程圖如圖5所示?？刂朴袃煞N方式，分為手動和自動控制。手動包括對各個軸向的控制。

圖5 流程圖

2 結(jié)論

本設(shè)計利用仿真模擬，可以達到基本要求，可以實現(xiàn)往復(fù)噴涂工作。通過對普通往復(fù)機工作機構(gòu)的三維建模及結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析為企業(yè)的工業(yè)自動化生產(chǎn)過程實踐提供理論設(shè)計基礎(chǔ)，同時也為今后進行較經(jīng)濟、合理性的開發(fā)設(shè)計或工程性能優(yōu)化打好基礎(chǔ)。

［1］羅天洪，熊小輝.六自由度重載裝配機械手運動學(xué)分析及求解［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報：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的三自由度機械手控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.液壓與氣動，2010（8）：62-63.

［3］李昌輝.自動上料機器人系統(tǒng)開發(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.移動機械手的穩(wěn)定性及補償方法現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，21（2）：5-7.

［5］李桂莉，武洪恩，劉志海.搬運機械手的運動學(xué)分析［J］.煤礦機械，2007，28（2）：62-65.

［6］耿麗清，崔世鋼，廉正光，等.醫(yī)用服務(wù)機械手的運動學(xué)建模及控制［J］.機床與液壓，2008，36（4）：311-313.

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

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

［9］張淑紅，王熙雛.基于PLC的機械手物料分選裝置的控制［J］.機械與電氣，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：機電智能檢測與控制技術(shù)，虛擬儀器。已發(fā)表論文8篇。

(編輯：王智圣)

2014－07－11