秦 沖

(三門峽職業(yè)技術學院,河南 三門峽 472000)

多功能光機電一體化物料分揀機的設計研究

秦 沖

(三門峽職業(yè)技術學院,河南 三門峽 472000)

針對現(xiàn)代制造行業(yè)零件的流水加工現(xiàn)狀及煤礦行業(yè)物料傳輸分揀情況，研制了光機電一體化物料分揀機，對其進行了總體模塊化劃分與設計，主要集機械傳動技術、PLC技術、氣動技術、傳感器技術、變頻技術、觸摸技術于一體，實現(xiàn)了一機多能的自動化作業(yè). 同時，分揀機上還設計有觸摸系統(tǒng)，能實現(xiàn)觸摸控制.能高效、準確替代重復的物料分揀作業(yè).

物料分揀；PLC；變頻器；氣動控制；步進電機

隨著工業(yè)技術的高速發(fā)展,機械手在工業(yè)生產中已經得到了廣泛的應用,為煤炭行業(yè)、加工行業(yè)、礦業(yè)及物流行業(yè)節(jié)省了大量的人力.本文設計了多功能光機電一體化物料分揀機，主要功能是實現(xiàn)金屬材料及黑白尼龍材料物料的分揀，此設計利用氣動、光電傳感器、PLC及變頻器來實現(xiàn)動力控制與信號傳遞[1]88-92. 為了保證分揀機手臂在抓物旋轉過程中不失步，還采用了步進電機來實現(xiàn)伺服驅動，并且安裝了限位接近開關，可以根據(jù)工位的需要調節(jié)傳感器及限位開關的位置.物料的傳輸采用變頻器控制電機.這些技術的綜合應用，保證了分揀機在工作過程中的高精度、高可靠性、靈活性、無污染等特點.除此之外，分揀機上還設計了觸摸控制環(huán)節(jié)，能夠實現(xiàn)復雜環(huán)境下的隔離操作.

1 分揀機系統(tǒng)整體模塊劃分

通過對企業(yè)生產現(xiàn)場及市場調查、技術預測,充分考慮了多功能光機電一體化物料分揀機的應用范圍以及產品的實際生產情況,進行了物料分揀機模塊的劃分.將分揀機分為4個功能模塊，主要包括：電源模塊、上料模塊、抓物模塊、物料傳送與分揀模塊等.

2 物料分揀機總體機構設計

多功能光機電一體化物料分揀機機構部分主要由主入料機構、物料搬運機構、物料分揀與傳送機構等組成，在控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)的作用下共同完成金屬物料、黑色物料、白色物料的傳送與分揀.此部分主要包括三個工作流程，首先通過料槽機構下料，由檢測元件感知到物料并推進，再由分揀機抓物機構抓料并旋轉，最后由物料傳送與分揀機構進行物料的傳遞與分揀，此機構上安裝有傳感器，保證物料能按照要求被分揀到準確的位置[2]24-25.分揀機的機構總圖如圖1所示.

1.物料指示2.料槽機構3.分揀機抓物機構4.物料傳送和分揀機構圖1 物料分揀機的機構總裝配圖

2.1 上料機構設計

此部分主要完成的功能是物料的檢測與推進，當物料進入下料井后，光電傳感器就能檢測到工件，當檢測到工件后就會把工件推進到物料存放臺，等待抓物機構進行物料抓取，當工件被取走后，推料氣缸縮回，在重復上次動作.其上料機構設計圖如圖2所示.

2.2 物料分揀機抓物機構設計

圖3所示為物料分揀機的抓物機構，手臂和手爪固定在旋轉軸上，在步進電機的驅動下可以實現(xiàn)旋轉，而手臂可以伸縮，手抓可以上升、下降，且可以完成夾緊和松開動作.手抓和手臂都是氣缸機構，均在氣動作用下完成，且安裝有位置傳感器，保證手抓、手臂的動作位置精確[3]25-27.

圖2 物料分揀機上料機構裝配圖1.物料推進氣缸2.下料井3.物料存放臺4.底座

圖3 物料分揀機抓物機構總體裝配圖1.手爪夾緊氣缸2.手爪上升、下降氣缸3.手臂伸出縮回氣缸4.抓物機構旋轉軸5.步進驅動電機6.底座

2.3 物料傳送與分揀機構設計

如圖4所示，為物料傳送與分揀機構，此模塊主要包括變頻器、三相交流異步電動機、皮帶傳輸系統(tǒng)、分揀料槽及導料部分、光電傳感檢測部分等.此部分主要是完成金屬物料、黑的物料、白色物料的檢測與分揀，是通過變頻器來控制三相交流異步電機的運轉.通過皮帶傳輸來完成物料的傳遞.此部分是機械、變頻、電氣控制、光電傳感器的綜合應用.

圖4 物料傳送與分揀機構模塊設計1.下料口2.物料分揀槽3.輸送帶4.三相交流異步電機5.金屬物料檢測傳感器6旋轉氣缸7.終端導料口

3 氣動控制系統(tǒng)設計

氣動控制系統(tǒng)主要包括5個單電控二位五通電磁閥，四個普通氣缸和一個旋轉氣缸以及一些調速閥，調速閥主要是用來控制氣缸在伸縮、上升、下降時的速度，防止速度過大對物料及機械手臂的沖擊，來保證整個系統(tǒng)的工作平穩(wěn)性.

氣動控制原理圖如圖5所示.

圖5 分揀機氣動回路原理圖

4 物料分揀機PLC控制系統(tǒng)設計

本設計中的物料分揀機主要是通過傳感器、行程開關等輸入信號，輸入端子把信號傳遞給PLC，PLC經過程序運行和處理后再把輸出信號通過輸出端子輸出[4]112-116，這些輸出信號主要是對分揀機的電磁閥、變頻器等進行控制，主要控制過程及工作原理如圖6所示：

根據(jù)要求，本系統(tǒng)選用的PLC型號為西門子S7-200，輸入點數(shù)為I0.0-I0.7、I1.0-I1.7、I2.0-I2.7共21個，輸出點數(shù)為14個，CPU型號為226可編程控制器.內部程序主要使用移位指令完成[5]192-194.

圖6 物料分揀機PLC控制原理框圖

5 結語

本研究主要集PLC技術、氣動技術、傳感器技術、變頻技術于一體，對物料分揀機進行了整體系統(tǒng)設計，充分發(fā)揮了PLC、傳感器、步進電機等優(yōu)點，能夠按照預先設計要求精確地完成每一個動作，保證了其在自動化生產線作業(yè)工作過程中的高精度、高可靠性、靈活性、無污染等特點.

[1] 黃偉玲.基于PLC的氣動搬運機械手設計[J].煤礦機械，2009(10).

[2] 姬清華.新型機電一體化運煤機械手的PLC控制設計[J].煤炭技術，2012(8).

[3] 周 凌.三自由度氣動機械手結構設計[J].機械設計與制造，2012(10).

[4] 曼永紅.基于PLC控制的二維通用機械手設計研究[J].制造業(yè)自動化化，2012(24).

[5] 萬理想.PLC在物料分揀機械手控制中的應用[J].煤礦機械，2007(7).

[責任編輯 迎客松]

The Design of Multi-function Material Sorting Machine of Light Mechanical and Electrical Integration

QIN Chong

(SanmenxiaVocational&TechnicalCollege,Sanmenxia472000,China)

Aiming at the present situation of water processing and sorting of modern manufacturing industry material transmission parts of Coal mining industry, the material sorting machine of light mechanical and electrical integration is developed. The overall design and module partition have been carried on, which mainly contain mechanical transmission technology, PLC technology, pneumatic technology, sensor technology, frequency conversion technology and touch technology realizing the automation operation. At the same time, the machine is also provided with a touch system, which can been controlled by the touch system and can efficiently and accurately replace the repeated the material sorting operation.

sorting material; PLC; inverter; pneumatic control; step motor; integration

2014-12-12

河南省機械設計及傳動系統(tǒng)重點實驗室基金項目(KFJY200714)

秦 沖(1982- )，女，河南三門峽人，三門峽職業(yè)技術學院講師，主要從事電氣控制研究。

1671-8127(2015)02-0039-04

TP332

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