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        玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手的開發(fā)*

        2020-03-24 03:27:36李俊陶葉兆杰鄧楊逍
        機(jī)械制造 2020年3期
        關(guān)鍵詞:編程序機(jī)械手氣缸

        □ 周 晶 □ 李俊陶 □ 葉兆杰 □ 鄧楊逍

        東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 廣東東莞 523808

        1 開發(fā)背景

        微電子用玻璃面板加工過程中,需要將來料的大板玻璃切割成小板,然后再人工運送到玻璃貼標(biāo)機(jī)上進(jìn)行貼標(biāo)加工。這種操作方式工作效率不高,并且轉(zhuǎn)運過程中由于長時間連續(xù)操作,容易失誤,造成人員受傷。通過改造設(shè)備,利用可編程序控制器控制電磁閥的通閉來控制氣動元件的運動,通過傳感器的感應(yīng)來實現(xiàn)氣動元件上下運動,由氣動夾頭控制物料的抓取與放置,進(jìn)而可以實現(xiàn)物料的加工和搬運。張允良等[1]設(shè)計了帶平轉(zhuǎn)功能的發(fā)動機(jī)缸體抓取機(jī)械手,對發(fā)動機(jī)缸體毛坯結(jié)構(gòu)特點、輸送運動狀態(tài)等進(jìn)行了較深入的分析。李小賓等[2]將改造后的內(nèi)圓切片機(jī)并聯(lián)為機(jī)組,配合自行設(shè)計的上下料機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行全自動生產(chǎn),形成全新的生產(chǎn)模式。朱華炳等[3]設(shè)計了機(jī)械手與拋光設(shè)備控制系統(tǒng),兩者之間通過現(xiàn)場總線形式實現(xiàn)信息交換和連鎖對接[3]。

        筆者開發(fā)了玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手,實現(xiàn)物料的運送加工。利用氣動部件運轉(zhuǎn)物料,由真空機(jī)搬運物料,通過可編程序控制器實現(xiàn)對各種輸入信號的分析、處理,做出一定的邏輯判斷后,對各個輸出元件,如傳感器、電機(jī)驅(qū)動器、指示燈等下達(dá)執(zhí)行命令,完成自動運料、加工及搬運等一整套全自動作業(yè)流程[4-6]。

        2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

        玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手通過按鈕、光電傳感器將信號傳給可編程序控制器,控制電磁閥、電機(jī),同時由電磁閥控制氣缸、真空發(fā)生器運轉(zhuǎn),達(dá)到整體自動化運行的目的。玻璃貼標(biāo)機(jī)共分為三個單元:上料單元、加工單元、下料單元,各個單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)以氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為主,加工單元為電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)[7]。上下料機(jī)械手在這三個單元中起傳輸物料的作用。

        上下料機(jī)械手的基本功能如下:上料單元按需將待貼標(biāo)的工件放在物料臺上,由氣缸自動推送到物料臺并夾緊;傳感器感應(yīng)到物料后,加工單元開始貼標(biāo);通過真空發(fā)生器與回轉(zhuǎn)氣缸的配合,將工件旋轉(zhuǎn)90°搬運至下料單元。

        玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        通過玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手,實現(xiàn)對待加工玻璃進(jìn)行加工、搬運等全自動工作流程,通過架構(gòu)優(yōu)化,

        ▲圖1 玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)

        ▲圖2 玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手氣動回路

        減輕重力,提高產(chǎn)品性能。上下料機(jī)械手的三個單元安裝在底板上,位置合理??刂粕a(chǎn)過程的可編程序控制器等安裝在電氣控制柜內(nèi),機(jī)械裝置和電氣裝置安裝在設(shè)備臺上,便于各個機(jī)械及氣動部件的拆卸與安裝、控制線路的布線、氣動電磁閥及氣管的安裝。上料單元和下料單元采用最為靈活的拆裝式模塊結(jié)構(gòu),最大限度滿足綜合性設(shè)計的要求[8]。

        上下料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)為能在一個穩(wěn)定牢固的支架中保證各氣動元件工作的穩(wěn)定性,具有足夠的運動空間,實現(xiàn)夾取與放置物品的功能。筆者選用4080與3030型材作為底盤支架,用連接件進(jìn)行固定。確定好布局圖后,將各氣動元件及其它零件裝配好,最后再根據(jù)實際運行情況調(diào)整部分機(jī)構(gòu)的裝配。

        結(jié)構(gòu)設(shè)計中用到的材料包括四根4080型材、六根3030型材、六塊鋁合金加工物料、若干螺栓、一條自動軸承鋼精致滑軌、一塊軸用固定塊等。

        3 氣動回路設(shè)計

        玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手的氣動回路如圖2 所示。玻璃面板由上下料機(jī)械手送料至玻璃貼標(biāo)機(jī),由氣缸推送到貼標(biāo)位置。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定位置時,觸發(fā)相應(yīng)傳感器。傳感器發(fā)出反饋信號或者指令至主控制器,主控制器發(fā)出輸出信號至電磁閥,用于控制氣動回路工作。上下料機(jī)械手末端采用真空吸盤抓取玻璃面板。貼上標(biāo)簽之后,由上下料機(jī)械手運送至后續(xù)加工位置。根據(jù)標(biāo)簽對玻璃面板傳送路徑進(jìn)行合理規(guī)劃并編碼。加工完成后進(jìn)行質(zhì)量檢測,不合格的玻璃面板進(jìn)入后續(xù)工位進(jìn)行加工處理,合格的玻璃面板傳送至指定位置[9]。

        整個氣動回路的動力來源于空氣壓縮機(jī)。氣體經(jīng)過氣動三聯(lián)件進(jìn)行過濾處理,除去水、灰塵、油漬。然后通過調(diào)節(jié)連接在翻轉(zhuǎn)氣缸、升降氣缸上的調(diào)壓閥,使進(jìn)口壓力滿足氣缸伸縮工作要求。三位五通換向電磁閥1、2、4、5控制氣缸的伸縮,當(dāng)處于中位時,氣缸處于靜止?fàn)顟B(tài)。另外,當(dāng)真空吸盤接觸到合格玻璃時,真空發(fā)生器可以將空氣壓縮機(jī)提供的正氣壓轉(zhuǎn)換為所需要的負(fù)壓力值,然后通過主控制器控制兩位兩通換向電磁閥6換向,最終將合格的玻璃面板碼放在碼垛上,達(dá)到分揀的目的[10]。

        氣缸是氣動回路中的重要執(zhí)行元件,筆者采用直線運動型氣缸。根據(jù)工件的尺寸和質(zhì)量,采用SMC系列CDJ2KB16X75-B型氣缸,缸徑為16 mm,最大行程為75 mm,工作壓力為0.04~0.98 MPa。

        上下料機(jī)械手所選用的空氣壓縮機(jī)型號為OUTSTANG 750W-30L,氣動回路中過濾減壓閥型號為 AFC2000,三位五通直流24 V電磁換向閥型號為亞德客4V110-06,兩位兩通電磁換向閥型號為德力西4V210-08??諝膺^濾器、減壓閥、三位五通電磁閥、兩位兩通電磁閥都安裝在電氣柜后部,方便氣動回路的連接。

        吸盤臂上安裝兩個吸盤,吸盤直徑R滿足:

        (1)

        式中:G為玻璃重力,N;t為安全因數(shù),當(dāng)玻璃水平吸附時,t≥4,當(dāng)玻璃豎直吸附時,t≥8;n為吸盤數(shù)量;p為吸盤真空度,MPa。

        對式(1)變形,可得吸盤真空度p滿足:

        (2)

        在滿足式(2)的前提下,吸盤臂上的兩個吸盤真空度應(yīng)該取最大真空度的40%~60%,這樣保證既能夠使吸盤吸附,又可以隨時控制吸盤松開。

        4 控制系統(tǒng)設(shè)計

        選用三菱PLCFx3N-48MR型可編程序控制器,具有24點輸入、24點輸出,并可擴(kuò)展到128點。這一可編程序控制器自帶兩路輸入電位器,具有8 000步存儲容量,可以連接多種擴(kuò)展模塊。這一可編程序控制器屬于晶體管輸出型可編程序控制器,能同時輸出兩點100 kHz脈沖。配備有七條特殊定位指令,包括零返回、絕對或相對地址表達(dá)、特殊脈沖輸出等??删幊绦蚩刂破骺砂惭bFX1N-5DM顯示模塊,能監(jiān)控和編輯定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器,并且支持RS232、RS485、RS422網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信功能??删幊绦蚩刂破鞯慕泳€如圖3所示,設(shè)備輸入、輸出分配分別見表1、表2。

        玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手可編程序控制器程序流程如圖4所示。

        ▲圖3 可編程序控制器接線圖

        表1 設(shè)備輸入分配

        表2 設(shè)備輸出分配

        ▲圖4 可編程序控制器程序流程

        部分可編程序控制器程序如圖5所示。

        ▲圖5 可編程序控制器程序

        5 結(jié)束語

        筆者開發(fā)了玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手,通過可編程序控制器控制電磁閥通斷及傳感器感應(yīng),實現(xiàn)氣動執(zhí)行元件運動,使氣動真空吸盤對物料進(jìn)行抓取與放置,進(jìn)而達(dá)到加工和搬運物料的目的。目前,玻璃貼標(biāo)機(jī)已投入生產(chǎn),運行穩(wěn)定,貼標(biāo)精度高于0.05 mm,良品率在99.62% 以上。

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