分揀機(jī)設(shè)計(jì)【用于V帶長(zhǎng)度分揀】

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It is difficult to accomplish it by hand and the Auto-Sorter is effective but too expensive. So most of the sorts are done by selective exams.in this case，an efficient convenient and cheap V-belt sorter is in bad need。In this dissertation， the semi-auto V-belt sorter is developed to meet this need. It is typical mechatronic equipment。Auto-mask is realized by using sensor, PLC is used as a main controlling section. The technique of auto-sort and auto-mark can meet the need of the rapid massive production .the semi-auto design can take advantage of the rich human resources, which is more adoptable in China.Key words: sort PLC exam pulse目錄Abstract2第1章 緒 論41.1引言41.2分組分揀技術(shù)與分組銷售51.2.1分組分揀技術(shù)與分組銷售的問題描述及解決方案特點(diǎn)52、分揀技術(shù)51.2.2半自動(dòng)智能v帶長(zhǎng)度分揀機(jī)技術(shù)分析71.3現(xiàn)代控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀分析81.3.1可編程控制器(PLC)國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀92.1 引言102.2總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容102.2.1 V帶分組性能指標(biāo)112.2.2總體方案12(Ld=1400 mm) 單位:mm133.1引言143.2位移檢測(cè)153.2.2.根據(jù)本機(jī)精度確定被測(cè)V帶組段范圍163.2.3 分辨率提高器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)173.3自動(dòng)打印標(biāo)記213.3.1 字頭轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的選擇243.3.2 字頭轉(zhuǎn)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)253.3.3 聯(lián)軸器的選擇253.4設(shè)備各工作過程的控制263.4.1 PLC控制特點(diǎn)及所選型號(hào)274.1引言284.2氣動(dòng)技術(shù)的主要特點(diǎn)284.3氣動(dòng)裝置設(shè)計(jì)295.1引言315.2檢測(cè)帶輪直徑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)315.2.1固定式檢測(cè)帶輪325.2.2夾緊式檢測(cè)帶輪345.3初始中心距及基準(zhǔn)中心距的確定、總自支架上的刻度365.4檢測(cè)帶輪軸系以及機(jī)架設(shè)計(jì)375.4.1 檢測(cè)帶輪軸的設(shè)計(jì)37（1）.對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行彎曲應(yīng)力校核415.6本章小節(jié)43參考文獻(xiàn)45致 謝4639第一章 緒 論1.1引言 帶傳動(dòng)是一種應(yīng)用很廣的機(jī)械傳動(dòng)，其中V帶產(chǎn)生的摩擦力要比普通平帶大得多，因此v帶的傳動(dòng)能力比普通平帶高，目前V帶在機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用。V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，普通V帶按剖面尺寸不同，分為Y, Z, A, B, C,D, E七種型號(hào)，V帶是無接頭的環(huán)形帶，每種型號(hào)都有幾種不同的周長(zhǎng)。標(biāo)準(zhǔn)中將內(nèi)周長(zhǎng)度定為公稱長(zhǎng)度，長(zhǎng)度從400-1600mm不等1。由于受單根V帶所能傳遞功率之限制，在傳遞較大功率時(shí)，往往設(shè)置多根V帶成組使用。但一般要求，為避免載荷在各根帶上分布不均勻，帶的根數(shù)不宜過多，一般不應(yīng)超過9根。V帶的伸張層與壓縮層由橡膠制成，強(qiáng)力層可由幾層簾布或線繩制成。其公稱尺寸受生產(chǎn)工藝、原材料等因素影響較大。事實(shí)上，目前各類規(guī)模生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同一型號(hào)、同一公稱尺寸V帶的長(zhǎng)度誤差值均較大(可達(dá)幾十毫米，這在金屬制品中是不可想象的)。由此造成在成組使用多根V帶的傳動(dòng)中，盡管選用了某生產(chǎn)廠家的同一型號(hào)、同一公稱尺寸的V帶，但由于存在較大的長(zhǎng)度誤差，每根V帶的張緊力相差很大。相對(duì)而言，張緊力較大的V帶會(huì)過早的發(fā)生疲勞失效，如脫層，撕裂或拉斷等;與此相反，張緊力較小的V帶，承載能力沒有完全發(fā)揮，甚至?xí)霈F(xiàn)打滑現(xiàn)象，整體傳動(dòng)效率降低，極大降低了帶的預(yù)期壽命，難以達(dá)到設(shè)計(jì)的傳動(dòng)效果。只有減小一組帶傳動(dòng)中帶長(zhǎng)的誤差，方可提高傳動(dòng)能力?？刹捎萌缦聝煞N途徑加以解決:1.從V帶生產(chǎn)的制造工藝、原材料、生產(chǎn)過程控制等方面考慮提高單根帶的公稱尺寸精度。在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，V帶制造商將產(chǎn)品按實(shí)際長(zhǎng)度經(jīng)檢測(cè)分成若干組，每一組V帶的實(shí)際尺寸控制在較小的公差范圍之內(nèi)，并做上組別標(biāo)記，在銷售時(shí)按組售出，以方便用戶成組使用。第一種途徑需要進(jìn)行大量研發(fā)，投入巨額資金，提高整個(gè)設(shè)備的精度，短期內(nèi)不可能解決，是不可取的。而第二種方案屬于分組裝配法，即所謂“分組銷售”可以在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝及設(shè)備的前提下完成，從技術(shù)、生產(chǎn)效率、資金投入等方面均可行，是一種行之有效的方法。1.2分組分揀技術(shù)與分組銷售要進(jìn)行分組銷售，生產(chǎn)廠家必定有一個(gè)分組分揀過程。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，同一公稱長(zhǎng)度的V帶的同組配合公差為2-48mm，常用長(zhǎng)度的配合公差則為4-32mm。但由于V帶為環(huán)狀等因素，V帶分組分揀過程對(duì)大多數(shù)生產(chǎn)廠家來說是一個(gè)較為復(fù)雜且不易控制的一個(gè)問題。 1.2.1分組分揀技術(shù)與分組銷售的問題描述及解決方案特點(diǎn) 1V帶的公稱尺寸分組考慮V帶經(jīng)常成組使用，為了解決帶與帶之間張緊力不一致問題，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1357.1-92)制定了V帶的最佳尺寸分級(jí)規(guī)定。例如規(guī)定公稱長(zhǎng)度為1600mm的v帶，極限偏差為:+23mm，-11 mm，配組公差4 mm. 尺寸范圍1589mm - 1623mm公差值34mm 第一組1589.Omm - 1593.Omm第二組1593.0mm - 1597.0mm 第三組1597.Omm - 1601.Omm第四組1601.0mm - 1605 .0mm 第五組1605.Omm - 1609.0mm第六組1609.0mm - 1613.0mm 第七組1613.Omm - 1617.Omm第八組1617.0mm - 1621.0mm 第九組1621.Omm - 1625 .0mm帶成組使用時(shí)，配組公差值越小，V帶間張緊力的差值也小，帶的壽命愈趨于一致，且?guī)У膲勖L(zhǎng)、傳動(dòng)效率高。雖然過多地尺寸分組會(huì)造成產(chǎn)品管理方面的不便，但這畢竟影響不大，所以，在條件允許的條件下，應(yīng)盡可能減小配組公差值。 2.分揀技術(shù)所謂“分揀技術(shù)”，就是采用一定的方法，將生產(chǎn)的V帶按標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)規(guī)定，分成不同的組別，并打上相應(yīng)的標(biāo)記，以供使用時(shí)識(shí)別。目前主要有人工分揀、全自動(dòng)分揀二種方式。人工分揀是操作者僅利用卷尺等測(cè)量工具對(duì)帶長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。由于V帶為環(huán)形，帶內(nèi)周長(zhǎng)度測(cè)量不易進(jìn)行，另外還要考慮不同操作者視覺差別等原因造成的測(cè)量誤差，因此，人工分揀精度誤差較大。粗略估計(jì)，公稱長(zhǎng)度1600毫米時(shí)，測(cè)量誤差值一般應(yīng)在5mm以上。除此之外，按一班生產(chǎn)1000根V帶計(jì)算，用人工測(cè)量每一根帶，實(shí)際上工作量太大，一般廠家只是采用對(duì)一爐生產(chǎn)的V帶進(jìn)行抽檢，以抽檢數(shù)據(jù)作為組別依據(jù)。全自動(dòng)分揀是利用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化等技術(shù)進(jìn)行的高效率、高精度檢測(cè)與分揀。設(shè)備自動(dòng)化程度高、價(jià)格昂貴，受企業(yè)規(guī)模與資金限制，目前一般中小廠家購置不起。因此，根據(jù)我國(guó)當(dāng)前的科技水平及企業(yè)資金狀況分析，全自動(dòng)分揀機(jī)并不具備廣闊的發(fā)展市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)外V帶生產(chǎn)廠家眾多，除極少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的V帶生產(chǎn)廠家使用全自動(dòng)分揀機(jī)外，大部分國(guó)家的V帶生產(chǎn)廠家都處于人工分揀到半自動(dòng)分揀階段。青島第六橡膠廠，是較大規(guī)模的V帶專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，目前仍利用人工分揀。 本課題就是基于解決上述問題而立項(xiàng)，目的是開發(fā)一種性能價(jià)格比較高的半自動(dòng)V帶分揀機(jī)，售價(jià)預(yù)定在10萬元以內(nèi)。該機(jī)能夠在士1mm的范圍內(nèi)，按設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，將V帶分成不同的組別，經(jīng)檢測(cè)后自動(dòng)打上組別標(biāo)記，分揀速度約10-15根/分鐘。該機(jī)不但提高了分揀精度，而且克服了人工分揀的繁難，極大提高了勞動(dòng)效率，提高了廠家產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如果該機(jī)投放市場(chǎng)，一定會(huì)贏得V帶生產(chǎn)廠家的青睞，所以本機(jī)極具開發(fā)價(jià)值并具有極大的市場(chǎng)潛力。 本課題擬開發(fā)一種集可編程控制器，機(jī)械，光電，氣動(dòng)為一體的機(jī)電一體化半自動(dòng)產(chǎn)品。本產(chǎn)品主要面向廣大的發(fā)展中國(guó)家的V帶生產(chǎn)廠家，將現(xiàn)代技術(shù)與豐富的人力資源有機(jī)結(jié)合，在不降低檢測(cè)精度的前提下，盡量采用成熟技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)控制設(shè)備等，以實(shí)現(xiàn)“組裝化”設(shè)計(jì)，達(dá)到高可靠性，易于安裝、調(diào)試、操作、維修等目的。另外，本產(chǎn)品設(shè)計(jì)以可編程控制器作為核心控制部件，只要在機(jī)器本身作一些改進(jìn)并更換更高級(jí)別的可編程控制器，本產(chǎn)品就會(huì)由半自動(dòng)變?yōu)槿詣?dòng)。因此本產(chǎn)品尚具有良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。 目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的膠帶生產(chǎn)工藝裝備和試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備己達(dá)到相當(dāng)先進(jìn)和完善的地步，整個(gè)生產(chǎn)工藝連續(xù)化普遍采用計(jì)算機(jī)控制膠成型、硫化、磨削、切割等工藝，設(shè)備和功率試驗(yàn)機(jī)等測(cè)試設(shè)備實(shí)現(xiàn)了高度機(jī)電一體化操作人員少、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好。如德國(guó)的Scholz公司、Berstorff公司、日本的神戶公司等專業(yè)生產(chǎn)此類專用設(shè)備;某些大的橡膠公司如Pirelli公司和Gates公司等也可自行設(shè)計(jì)制造此類設(shè)備。但引進(jìn)這些廠家的設(shè)備價(jià)格相當(dāng)昂貴，一般為國(guó)產(chǎn)設(shè)備價(jià)格的3-10倍，同時(shí)不適合于我國(guó)的國(guó)情，從而使其在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用受到限制。國(guó)內(nèi)擁有先進(jìn)設(shè)備的只是少數(shù)廠家，而其他大多數(shù)廠家的生產(chǎn)設(shè)備仍十分落后。 1.2.2半自動(dòng)智能v帶長(zhǎng)度分揀機(jī)技術(shù)分析半自動(dòng)智能V帶分揀機(jī)工作原理如圖1-1所示。要分揀的V帶套在帶輪1、帶輪2上。固定于機(jī)架之上，它在機(jī)架上的位置根據(jù)被測(cè)帶的公稱尺寸調(diào)整，由定位銷定位，螺栓和壓板固定，氣缸2和移動(dòng)支架2裝在可調(diào)支架上，帶輪2裝在移動(dòng)支架2上。工作時(shí)氣缸2推動(dòng)移動(dòng)支架2，隨著移動(dòng)支架2和帶輪2右移，被檢測(cè)v帶的張力逐漸變大，達(dá)到預(yù)定值時(shí)，氣缸2運(yùn)動(dòng)停止，安裝在可調(diào)支架上的位置傳感器向PLC發(fā)出信號(hào)。移動(dòng)托板下裝有齒條，齒條與分辨率提高器的輸入圓柱嚙合，在該分辨率提高器的輸出軸上有一個(gè)齒盤，該齒盤與光電傳感器，PLC的高速計(jì)數(shù)器配合完成位移量與脈沖數(shù)的轉(zhuǎn)換，完成位移的測(cè)量工作。將此脈沖數(shù)存入PLC存儲(chǔ)器貯存后，由PLC處理判明所屬組別，判別完畢，PLC接通標(biāo)記輪控制電機(jī)使之轉(zhuǎn)動(dòng)。標(biāo)記輪上有12個(gè)打印字頭(每一個(gè)打印字頭對(duì)應(yīng)一個(gè)打印符號(hào))，每個(gè)打印字頭(打印符號(hào))對(duì)應(yīng)一個(gè)帶長(zhǎng)度分組公差組別，標(biāo)記輪控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)標(biāo)記輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過一個(gè)對(duì)普通金屬材料敏感的渦流式接近開關(guān)的高、低電平的輸出，由PLC來計(jì)算轉(zhuǎn)過的打印字頭數(shù)量，并與位移量脈沖數(shù)進(jìn)行比較，再配合氣缸1動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)正確組別打印。氣缸1, 2復(fù)位，標(biāo)記輪的轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)位，完成一個(gè)測(cè)試循環(huán)。本課題解決的關(guān)鍵技術(shù)問題:如何將生產(chǎn)的同一規(guī)格、同一型號(hào)v帶產(chǎn)品按設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)進(jìn)行檢測(cè)、分組。如何快速、精確地檢測(cè)右滑板位移量，并判明公差分組的組別。按判明的公差分組的組別，使打印頭轉(zhuǎn)至相應(yīng)的組別字號(hào)，完成正確的字號(hào)打印。該設(shè)備如何在通一臺(tái)設(shè)備上，以較小的資金投入實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格、型號(hào)v帶的檢測(cè)分組。圖1-1半自動(dòng)智能V帶分揀機(jī)工作原理1.3現(xiàn)代控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀分析控制裝置是控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)控制功能的物理單元。廣義地講，計(jì)算機(jī)控制裝置都是以計(jì)算機(jī)為核心構(gòu)成的。計(jì)算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)中采用的是由硬件模擬電路構(gòu)成的模擬式計(jì)算機(jī)控制，而離散控制系統(tǒng)中采用的是以微型機(jī)為主的數(shù)字計(jì)算機(jī)，由硬件和軟件兩部分組成。采用數(shù)字計(jì)算機(jī)控制，運(yùn)算精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好，開發(fā)容易且周期短，而且在硬件電路基本不變的情況下，通過改變控制軟件就可適應(yīng)對(duì)不同被控對(duì)象進(jìn)行控制的需要，即具有良好的柔性。因此，采用微型機(jī)的控制裝置在機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到了非常廣泛的應(yīng)用?？刂蒲b置中采用的微型機(jī)屬工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，常用的主要有可編程控制器、單片微控制器(即單片機(jī))、通用的總線式工業(yè)控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱工控機(jī))等三類。本機(jī)的控制系統(tǒng)主要完成以下功能:順序控制:完成從測(cè)長(zhǎng)、打印頭自動(dòng)打印、復(fù)位到重新啟動(dòng)測(cè)量等順序控制。數(shù)據(jù)傳遞與比較:完成對(duì)測(cè)量裝置讀數(shù)的保存，完成打印頭轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入，并對(duì)二者數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，最終完成按測(cè)量要求控制打印頭轉(zhuǎn)動(dòng)角度，為進(jìn)行標(biāo)記打印作好準(zhǔn)備。不同規(guī)格型號(hào)V帶的檢測(cè):要檢測(cè)的V帶型號(hào)較多，測(cè)量參數(shù)改變時(shí)，應(yīng)能夠方便、靈活地進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。根據(jù)控制要求，綜合考慮，控制系統(tǒng)主要選用可編程控制器可獲得較好的性能價(jià)格比。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，傳感器及測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。傳感器用于檢測(cè)有關(guān)外界環(huán)境及自身狀態(tài)的各種物理量(如力、溫度、距離、變形、位置、功率等)極其變化，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后再通過相應(yīng)的變換、放大、調(diào)制與解調(diào)、濾波、運(yùn)算等電路將有用的信號(hào)檢測(cè)出來，反饋給控制裝置或送去顯示。實(shí)現(xiàn)上述功能的傳感器及相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)與處理電路，就構(gòu)成了機(jī)電一體化產(chǎn)品中的檢測(cè)系統(tǒng)。1.3.1可編程控制器(PLC)國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是，這些控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有的接線和控制盤(柜)就必須隨之改變換更換，通用性和靈活性較差，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的智能控制?？删幊炭刂破饕话憧烧J(rèn)為是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存貯程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。主要特點(diǎn)有四點(diǎn):1、高可靠性。到目前為止，沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可以達(dá)到可編程控制器的可靠性。隨著器件水平的提高，可編程控制器的可靠性還在繼續(xù)提高。例如，三菱F1, F2系列平均無故障時(shí)間可達(dá)30萬小時(shí)。事實(shí)上，如果某種控制裝置可以連續(xù)運(yùn)行20年以上不出問題，在當(dāng)前技術(shù)更新瞬息萬變的世界上，則可以認(rèn)為是永遠(yuǎn)不壞的裝置了。2、編程方便、易于使用。可編程控制器采用與實(shí)際電路接線非常接近的梯形圖。這種圖形編程方式易懂易編，一般技術(shù)人員，也能夠在很短的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)使用。當(dāng)今的可編程控制器還針對(duì)具體問題設(shè)計(jì)了諸如步進(jìn)順序控指令、流程圖指令等指令系統(tǒng)，對(duì)于加快系統(tǒng)開發(fā)速度習(xí)卜常重要。 從硬件方面說，使用可編程控制器，無論是接線、配置都極其方便，只用螺絲刀即可進(jìn)行全部接線工作，而不要自制很多接口電路，通常經(jīng)實(shí)驗(yàn)室編程、模擬調(diào)試后，在現(xiàn)場(chǎng)很快就能安裝調(diào)試成功。3、環(huán)境要求低。可編程控制器具有適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、沖擊和振動(dòng)等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)。4、與其它裝置配置聯(lián)接方便。例如可編程控制器的接口原則就是使外部接線、電平轉(zhuǎn)換盡量少。對(duì)于開關(guān)量，輸入可以是無源觸點(diǎn)開關(guān)或集電極開路晶體管輸出;輸出有繼電器、可控硅、晶體管等各種不同的形式?？芍苯舆B接各種不同類型的接觸器、電磁閥等。 5、運(yùn)行迅速。 工作節(jié)奏快、高速度，為繼電器邏輯控制所望塵莫及。 基于QM的上述優(yōu)點(diǎn)，本機(jī)將其作為控制系統(tǒng)。1.3.2位移檢測(cè)技術(shù)分析檢測(cè)位移量的方法有許多。利用光電傳感器與一轉(zhuǎn)動(dòng)齒盤配合產(chǎn)生脈沖，即可實(shí)現(xiàn)位移量與電信號(hào)的轉(zhuǎn)變，通過檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)位移量的檢測(cè)。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 引言本機(jī)是一典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)是應(yīng)用系統(tǒng)總體技術(shù)，從整體目標(biāo)出發(fā)，綜合分析產(chǎn)品的性能要求及各機(jī)、電組成單元的特性，選擇最合理的單元組合方案，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，機(jī)電一體化產(chǎn)品得到了迅速普及和發(fā)展，機(jī)、電緊密結(jié)合的程度在迅速增加。種類繁多、性能各異的集成電路、傳感器和新材料等，給機(jī)電一體化設(shè)計(jì)人員提供了眾多的可選方案，使設(shè)計(jì)工作具有更大的靈活性。 本章針對(duì)如何利用這些條件，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，開發(fā)出操作簡(jiǎn)便、測(cè)量精確、可靠性與性能價(jià)格比高的半自動(dòng)V帶分組機(jī)。2.2總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 一般來講，機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)包含技術(shù)資料準(zhǔn)備、性能指標(biāo)確定、總體方案確定三部分內(nèi)容。也就是說，根據(jù)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)要求來確定其性能指標(biāo)，通過對(duì)多個(gè)可行方案進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)出綜合性能最優(yōu)換較優(yōu)的總體方案。 2.2.1 V帶分組性能指標(biāo) 表2-1 V帶尺寸分級(jí)規(guī)定(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13575.1-92，單位mm)公稱尺寸極限偏差配組公差公稱尺寸極限偏差配組公差1400+23，-1142500+31,-1681600+23，-1142800+37,-1881800+27,-1343150+37,-1882000+27,-1343550+44,-221222400+31,-1684000+44,-22124500+52,-26127100+77,-38205000+52,-26128000+77,-38205600+63,-32209000+93,-46326300+63,-322010000+93,-4632根據(jù)表3. 2按配組公差可以計(jì)算出帶組段范圍。表3. 3是常用V帶組段范圍。每一個(gè)組段應(yīng)對(duì)應(yīng)一個(gè)組段的標(biāo)識(shí)號(hào)。 表3. 3為V帶組段范圍直徑為200mm的帶輪直徑為300mm的帶輪160018002000224025002800315011589159317871791198719912224223224842492278227903132314021593159717911795199119952232224024922500279027983140314831597160117951799199519992240224825002508279828063148315641601160517991803199920032248225625082516280628143156316451605160918031807200320072256226425162524281428223164317261609161318071811200720112264227228222830317231807161316171811181520112015283028383180318881617162118151819201520199162116251819182320192023101823182720232027 該機(jī)器對(duì)基準(zhǔn)長(zhǎng)度為2511mm、2711mm、 2911mm、 3111mm 3351mm、 3611mm、 3911mm、4261mm的八種規(guī)格滯進(jìn)行檢測(cè)分組。其中基準(zhǔn)長(zhǎng)度為2511mm 2711mm兩種規(guī)格的V帶按配組公差要求分為8組;基準(zhǔn)長(zhǎng)度為2911na 3111mm的兩種規(guī)格V帶按配組公差要求分為2組;基準(zhǔn)長(zhǎng)度為3351mm、 3611mm兩種規(guī)格V帶按配組公差要求分為3組;3911mm 4261mm兩種規(guī)格錯(cuò)按配組公差要求分為8組。產(chǎn)品的使用要求包括功能性要求、經(jīng)濟(jì)性要求和安全性要求等，產(chǎn)品的性能指標(biāo)是根據(jù)這些要求以及設(shè)計(jì)和制造能力、市場(chǎng)需求等來確定。根據(jù)以上分析，提出本機(jī)主要性能指標(biāo)如下: 1.本機(jī)用于Z, A, B, C四種常用V帶長(zhǎng)度檢測(cè)(公稱長(zhǎng)度范圍1600mm -3150mm)。 2.位移檢測(cè)范圍:50 mm. 3.本機(jī)檢測(cè)項(xiàng)目:尺寸誤差。 4.檢測(cè)精度:1mm 。 5.分揀速度為1015條/分鐘。6.程序編輯功能，以適應(yīng)多種型號(hào)V帶測(cè)量。 對(duì)本機(jī)主要性能指標(biāo)的說明: 任何產(chǎn)品所能實(shí)現(xiàn)的功能都有一定的范圍。合理地確定產(chǎn)品的功能范圍，既要考慮用戶的使用要求，還要考慮產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)上的合理性。本機(jī)僅用于Z, A, B, C四種常用V帶長(zhǎng)度檢測(cè)，公稱長(zhǎng)度范圍1600mm-3150mm，主要基于以下考慮。在實(shí)際生產(chǎn)中，公稱長(zhǎng)度較短的Y型帶，由于長(zhǎng)度較短，帶寬最小，重量體積都不大，且長(zhǎng)度公差小(2mm)，因此，在生產(chǎn)中較易控制，人工檢測(cè)也很方便，勿需使用分揀機(jī)進(jìn)行分揀。而長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)的D, E型V帶，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中用量極少，產(chǎn)量很低?？紤]產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)上的合理性，本機(jī)設(shè)計(jì)可忽略上述幾種帶型，只考慮使用范圍最廣，在生產(chǎn)中長(zhǎng)度尺寸不易控制與檢測(cè)的Z, A, B, C四種型號(hào)V帶。產(chǎn)品的精度指標(biāo)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，也是用戶選購產(chǎn)品的一個(gè)主要參考依據(jù)。一般情況下，精度越高，成本也越高，反之，成本降低。 2.2.2總體方案1.設(shè)計(jì)思想本機(jī)是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13575.1-92.對(duì)V帶尺寸的分級(jí)規(guī)定，用于V帶長(zhǎng)度檢測(cè)、判斷尺寸的組段范圍，并自動(dòng)完成打印組段標(biāo)識(shí)號(hào)。因V帶是無接頭環(huán)形帶，對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，不宜采取直接測(cè)量方法，如此將使得測(cè)量裝置復(fù)雜化，勢(shì)必增大設(shè)備成本。但如果考慮V帶是套在兩帶輪上，在一定的張緊力作用下作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，那么，在一定張緊力作用下，可以通過測(cè)量?jī)蓭л喼行木喑叽?，來間接得到帶長(zhǎng)。如果取兩帶輪直徑為D，帶長(zhǎng)為L(zhǎng)，中心距為，則有下列關(guān)系: a =1/2 (L一)表2-2列出了V帶長(zhǎng)度組段范圍，由上式可以推得相應(yīng)的中心距組段范圍。例如，配組公差為4mm的V帶，對(duì)每一個(gè)配組公差其相應(yīng)中心跟變動(dòng)量為2mm。反之，通過測(cè)量中心距變動(dòng)量可以推知V帶長(zhǎng)度組段范圍。因此，通過測(cè)量中心距位移量來間接計(jì)算V帶長(zhǎng)度組段范圍，然后，通過打印頭打上相應(yīng)組段標(biāo)識(shí)號(hào)，即可完成V帶分揀工作。以基準(zhǔn)長(zhǎng)度1600 mm的V帶為例，由表2-2，取測(cè)量帶輪直徑D=200mm。取Ld=1589mm對(duì)應(yīng)的中心距為測(cè)量點(diǎn)初始值(a=559mm),固定帶輪與移動(dòng)帶輪的初始中心距即按此值調(diào)整。 表2-3 V帶組段范圍、中心距位移量、打印標(biāo)識(shí)號(hào)關(guān)系 (Ld=1400 mm) 單位:mm 組段范圍158915931593159715971601160116051605160916091613161316171617162116211625中心距位移量022446688101012121414161618打印標(biāo)識(shí)號(hào)123456789因此，本機(jī)應(yīng)由以下功能模塊組成:驅(qū)動(dòng)模塊:使移動(dòng)帶輪運(yùn)動(dòng)，被測(cè)帶產(chǎn)生設(shè)定的張緊力。位移測(cè)量功能模塊:檢測(cè)出相對(duì)初始值的位移量值。自動(dòng)打印功能模塊:根據(jù)組段范圍自動(dòng)打印標(biāo)識(shí)號(hào)?？刂颇K:實(shí)現(xiàn)順序控制、組別范圍判斷、正確打印標(biāo)識(shí)號(hào)等。2.主要模塊設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)模塊機(jī)械、液壓、氣動(dòng)均可產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)。本機(jī)采用氣壓驅(qū)動(dòng)移動(dòng)帶輪運(yùn)動(dòng)，打印頭打印的動(dòng)作也由氣壓驅(qū)動(dòng)完成。氣壓以空氣為工作介質(zhì)，介質(zhì)清潔且容易獲得、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊;對(duì)本課題而言，利用壓力繼電器，氣動(dòng)傳動(dòng)很容易對(duì)被檢測(cè)V帶既進(jìn)行定張緊力控制，又能夠適時(shí)發(fā)出電信號(hào)。這一點(diǎn)，單純機(jī)械傳動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)。液壓傳動(dòng)可用于壓力較大場(chǎng)合。 檢測(cè)時(shí)的帶張緊力設(shè)定為:400N-750N之間。 工作壓力:0.6MPa 驅(qū)動(dòng)移動(dòng)帶氣缸型號(hào):QGBII50-MSI氣缸內(nèi)徑D=50 mm. 驅(qū)動(dòng)標(biāo)記輪氣缸型號(hào):QGCX12-H.氣缸內(nèi)徑D=12 mm.位移測(cè)量功能模塊位移檢測(cè)可選擇方案很多。如感應(yīng)同步器、光柵傳感器(直線位移測(cè)量精度可達(dá)0.5mm)、激光位移傳感器、光電傳感器等。 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13575.1-92的要求，V帶配組公差值在4-32 mm之間，相對(duì)于一般機(jī)械零件公差，數(shù)值相當(dāng)大，對(duì)檢測(cè)精度要求相對(duì)較低。在能夠滿足使用要求的條件下，主要考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維修方便、降低成本，選擇光電傳感器與碼盤配合組成位移檢測(cè)系統(tǒng)，初步提出位移檢測(cè)精度0.5 mm，以得到較高的性能價(jià)格比。 自動(dòng)打印功能模塊打印頭要根據(jù)位移測(cè)量結(jié)果，通過控制系統(tǒng)作用，完成正確轉(zhuǎn)位以及打印組別標(biāo)識(shí)號(hào)。打印頭對(duì)應(yīng)位移測(cè)量結(jié)果實(shí)現(xiàn)正確轉(zhuǎn)位，可采用控制步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、光電碼盤和交流異步微型電動(dòng)機(jī)聯(lián)合控制等實(shí)現(xiàn)。本機(jī)從實(shí)用、系統(tǒng)簡(jiǎn)便等方面考慮，選用后者實(shí)現(xiàn)打印頭轉(zhuǎn)位。電機(jī)型號(hào)為60YY25CDT. 控制模塊本機(jī)以PLC作為設(shè)備的控制系統(tǒng)主體，利用其柔性控制特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)位移檢測(cè)、打印頭轉(zhuǎn)動(dòng)、氣缸電磁閥動(dòng)作及其余部分的動(dòng)作，通過改變應(yīng)用程序的某些模塊和對(duì)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整后可完成不同型號(hào)V帶的分揀。本機(jī)選用三菱F1系列的F1-40MR，即選擇I/O總數(shù)為40點(diǎn)，24個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，功耗25VA, DC24V輸出電源為0.lA。第三章 檢測(cè)、自動(dòng)打印標(biāo)記、電氣控制原理及設(shè)計(jì)3.1引言隨著現(xiàn)代測(cè)量、控制及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)越來越受到人們的重視，應(yīng)用越來越普遍。凡是應(yīng)用到傳感器的地方，必然伴隨著相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)。尤其是在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，傳感器極其檢測(cè)系統(tǒng)不僅是一個(gè)必不可少的組成部分，而且已成為機(jī)與電有機(jī)結(jié)合的一個(gè)重要紐帶。由于近年來計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中許多復(fù)雜的信號(hào)處理都采用計(jì)算機(jī)來完成，本機(jī)的信號(hào)處理由PLC完成。數(shù)字式傳感器可直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，既可提高檢測(cè)精度、分辨率及抗干擾能力，又易于信號(hào)的運(yùn)算處理、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)距離傳輸。最常見的數(shù)字式傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、光電編碼器及激光干涉儀等。3.2位移檢測(cè) 3.2.1.位移檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理目前可用于位移檢測(cè)的傳感器種類很多。本機(jī)采用光電傳感器，光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器，若用這種傳感器測(cè)量其它非電量時(shí)，只要將這些非電量的變化(例如位移的變化)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化即可。這種測(cè)量方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、高可靠性、高精度和反應(yīng)快等特點(diǎn)。圖3-1是本機(jī)器位移檢測(cè)原理圖。圖3-1位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光斷續(xù)器是一種光電子器件，它是專門用來檢測(cè)物體的光傳感器，它有一個(gè)發(fā)光元件和受光器件，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，然后再將光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出。在此我們選擇了透過型光斷續(xù)器。透過型光斷續(xù)器的原理圖如圖3-2所示，它們的發(fā)光元件和受光器件相距一定的距離，中間物體為穿過用的凹槽，當(dāng)無物體穿過時(shí)，發(fā)光元件的輻射光照射在受光器件上，將光信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。當(dāng)斷續(xù)器內(nèi)有物體時(shí)，則發(fā)光元件輻射的光被遮擋，受光器件無光照射，也就無信號(hào)輸出。隨著物體規(guī)則性的有無，光斷續(xù)器輸出一個(gè)方波。圖3-2透過型光斷續(xù)器的電器原理圖利用本機(jī)進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)，首先根據(jù)V帶型號(hào)，按最短帶長(zhǎng)計(jì)算出初始中心距，根據(jù)此值調(diào)整固定帶輪與移動(dòng)帶輪的中心距。被測(cè)V帶套在帶輪上之后，氣缸2(見圖1-1)推動(dòng)右滑板右移，右滑板下的齒條與分辨率提高器輸入齒輪嚙合，分辨率提高器是由輪系組成的增速轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，在其輸出端有一個(gè)齒盤，齒盤的圓周均勻地分布有許多齒。該齒和槽起通斷光線的作用，它與透過型光斷續(xù)器結(jié)合(如圖3-3所示，1和2),便可產(chǎn)生一系列適合于PLC高速計(jì)數(shù)用的方波。即齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周，光斷續(xù)器產(chǎn)生與齒盤上齒槽數(shù)相等的電脈沖信號(hào)。圖3-3光電監(jiān)測(cè)原理圖為提高檢測(cè)精度，利用分辨率提高器的兩級(jí)傳動(dòng)，取齒條、齒輪的模數(shù)為m=1，齒數(shù)Z1=Z2=Z3=20，Z,1 =Z,2 =Z,3 =60，則傳動(dòng)比為=27，即齒數(shù)Z1轉(zhuǎn)過一個(gè)齒,齒盤Z,3轉(zhuǎn)27個(gè)齒。齒條的齒距P=m=3.1415926mm，齒盤轉(zhuǎn)過一個(gè)齒相當(dāng)于齒條移動(dòng)/27= 0.116mm因此，本機(jī)的測(cè)量分辨率為0.12mm，精度約為0.3mm。 3.2.2.根據(jù)本機(jī)精度確定被測(cè)V帶組段范圍 由此可見，本機(jī)首先將帶長(zhǎng)檢測(cè)轉(zhuǎn)換成中心距位移檢測(cè)，通過上述檢測(cè)機(jī)構(gòu)將中心距位移轉(zhuǎn)換成為一定的脈沖數(shù)量，齒盤轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，則產(chǎn)生一個(gè)脈沖，相臨脈沖的下降沿對(duì)應(yīng)中心距位移0.116 mm，即0.116mm/脈沖。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13575.1-92.規(guī)定的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為1600mm V帶的配組公差值為4mm，對(duì)應(yīng)的中心距的公差值約為2mm，該值對(duì)應(yīng)2/0.116=17個(gè)脈沖。圖3-4 分辨率提高器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖根據(jù)本機(jī)設(shè)定的分辨率和表2-2確定的V帶分組范圍，得出表3-1所示的當(dāng)帶長(zhǎng)Ld=1600mm，配組公差4 mm時(shí)，V帶帶長(zhǎng)范圍、中心距位移量、打印標(biāo)識(shí)號(hào)關(guān)系，的表格，其余帶長(zhǎng)的分組類似。 表3一1 V帶組段范圍、中心距位移量、打印標(biāo)識(shí)號(hào)關(guān)系 (Ld= 2511mm配組公差4 mm) 單位:mm組段范圍158918931593159715971601160116051605160916091613161316171617162116211625中心距位移量022446688101012121414161618打印標(biāo)識(shí)號(hào)123456789對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)117183435515268698586100101115116132133149 帶長(zhǎng)的分組可以用測(cè)量數(shù)據(jù)求帶長(zhǎng)分組的計(jì)算框圖求出，求出的數(shù)據(jù)存放于PLC的內(nèi)部寄存器中，以備將來調(diào)用。 3.2.3 分辨率提高器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)1.分辨率齒輪的設(shè)計(jì)選取尼龍610作為分辨率齒輪的材料，其特點(diǎn)：耐疲勞，強(qiáng)度韌性好，剛性大，耐磨，自潤(rùn)滑性能良好，耐熱，尺寸穩(wěn)定性好，成品收縮率好，適用于無潤(rùn)滑條件下工作的耐磨件。抗拉強(qiáng)度：含水58.8MPa、干態(tài)176.4Mpa；抗彎強(qiáng)度：100Mpa;抗壓強(qiáng)度：58.688.2 Mpa;硬度：HBS=12.4；彈性模量：E=2250Mpa;分度圓直徑：d=mz=201=20mm；取齒寬為2mm.由于齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中幾乎沒有力的傳遞，所以不需要進(jìn)行較核。2.分辨率提高器軸的設(shè)計(jì)按每分鐘分揀15條V帶設(shè)計(jì)計(jì)算，則檢測(cè)每條v帶需要4秒，按檢測(cè)最長(zhǎng)帶3150mm的極限偏差計(jì)算，齒條行程為L(zhǎng)=(3188-3132)/2=28mm.則I軸轉(zhuǎn)速為n1=28/(4*20)=21r/min,III軸轉(zhuǎn)速為n3=27*21=567r/min;由于提高器運(yùn)行過程中，只有齒輪嚙合摩擦和齒條帶動(dòng)齒輪微弱的轉(zhuǎn)矩,取T=1N.mm 。軸的材料選取45鋼,彈性模量：E=200000Mpa;屈服強(qiáng)度353Mpa.則由公式（2-43）2設(shè)計(jì)軸的直徑. 查表2-6得C=160從本機(jī)的設(shè)計(jì)成本考慮，越小的軸加工越困難，故此，分辨率提高器軸的直徑取5mm.軸的結(jié)構(gòu)如零件圖：考慮軸徑過小很難在其上開鍵槽而且承載的力也很小，所以齒輪和軸之間利用過盈配合來保證軸向和周向的定位。圓柱面過盈聯(lián)接的計(jì)算（摘自GB/T5371-1985）5表25.5-3 取T=1N,選取=0.1l 傳遞載荷所需的最小的結(jié)合壓強(qiáng)： T-轉(zhuǎn)矩（N.mm）,-結(jié)合直徑（mm）,-結(jié)合長(zhǎng)度，一般取=0.9（mm）-摩擦系數(shù)，見表25.5-5、6則l 直徑比齒輪 對(duì)實(shí)心軸l 包容件傳遞載荷所需最小直徑變化量 值查表25.5-45,和1.5-983l 被包容件傳遞載荷所需最小直徑變化量 值查表25.5-4和25.5-7l 聯(lián)接傳遞載荷所需最小過盈量 l 考慮壓平后的最小過盈量壓入法裝配 對(duì)縱向過盈量聯(lián)接取 l 包容件不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大結(jié)合壓強(qiáng) a,b值可查圖25.5-4l 被包容件不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大結(jié)合壓強(qiáng) 當(dāng)為實(shí)心軸時(shí)c=0.5l 聯(lián)接件不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大結(jié)合壓強(qiáng) 取l 聯(lián)接件不產(chǎn)生塑性變形的傳遞力 l 包容件不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大直徑變化量 l 被包容件不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大直徑變化量 l 聯(lián)接件不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大有效過盈量 配合的選擇l 選擇配合的要保證過盈聯(lián)接傳遞給定的載荷 保證聯(lián)接件不產(chǎn)生塑性變形 - 標(biāo)準(zhǔn)確定的最大過盈量和最小過盈量l 確定基本過盈量 l 確配合定基本的基本偏差代號(hào) 查圖25.5-5 相應(yīng)的基本偏差代號(hào)為“U”(或由GB/T18001803-1997公差與配合的規(guī)定選擇)l 選定配合，代號(hào)U的基本偏差為0.023mm采用的公差孔為IT7 軸為IT6 所以選定出最大過盈和最小過盈 IT6=0.008mm IT7=0.012mm 定出 由GB/T1801-1997確定配合較核計(jì)算l 聯(lián)接最小傳遞力 l 結(jié)合件的最大應(yīng)力 齒輪 軸 所以滿足設(shè)計(jì)要求。由于在實(shí)際應(yīng)用過程中該分辨率提高器屬于增速機(jī)構(gòu)，只靠過盈配合很難保證徑向的定位問題，故在過盈配合的基礎(chǔ)上將與齒輪配合部分做成滾花軸。3.3自動(dòng)打印標(biāo)記自動(dòng)打印標(biāo)記裝置要完成的工作:根據(jù)被測(cè)帶的分組，將打印頭的標(biāo)記輪 處;打印頭在氣缸的推動(dòng)下，前移，打印標(biāo)記;打印完畢，打印頭在氣缸的作用下復(fù)位，標(biāo)記輪回轉(zhuǎn)，自動(dòng)復(fù)位。圖3-6標(biāo)記輪結(jié)構(gòu)（1） 標(biāo)記輪結(jié)構(gòu)如圖3-6, 3-7所示，在字頭盤4上安裝有等間隔的12個(gè)字頭，自霍爾式接近開關(guān)5開始，沿逆時(shí)針方向，字頭上的字符依次為:圖3-7標(biāo)記輪結(jié)構(gòu)（2）“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，“10”，“11”，“12”。由于霍爾式接近開關(guān)5僅對(duì)磁性材料敏感，在圖3-6中的與霍爾式接近開關(guān)5相對(duì)的位置上，安裝有一個(gè)稀土磁性材料欽鐵硼的圓柱體，因此將其用于整個(gè)圓盤的圓周方向的初始位置的判別。由測(cè)量系統(tǒng)得出的帶的分組數(shù)，記錄于PLC的計(jì)數(shù)器C667中，將此數(shù)值賦予中間存儲(chǔ)器后，作為減計(jì)數(shù)器的初值賦于另一計(jì)數(shù)器C662。在字頭盤4的水平位置A處安裝有渦流式接近開關(guān)，其特點(diǎn)是對(duì)普通的金屬材料敏感，由于字頭2和字頭盤4所處的前后位置不同，自前至后，依次為:渦流式接近開關(guān)3、字頭2、字頭盤4、圓柱式欽鐵硼和霍爾式按近開關(guān)5。字頭盤4在具有電子調(diào)速功能的減速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工作條件無級(jí)調(diào)速。在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，字頭與字頭盤下部油漆盒6上的海綿接觸，自動(dòng)在字頭上均勻地涂上油漆，每當(dāng)一個(gè)字頭轉(zhuǎn)至A處，渦流式接近開關(guān)的電平就會(huì)發(fā)生變化，由原來的低電平變?yōu)楦唠娖?，一旦字頭離開A處，接近開關(guān)的電平就會(huì)由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?，PLC的計(jì)數(shù)器將此值與帶長(zhǎng)測(cè)量所的得分組值比較，若相等，則電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并向PLC的中間繼電器發(fā)出信號(hào)。進(jìn)一步使得掃一印頭驅(qū)動(dòng)氣缸的電磁閥接通，整個(gè)打印頭在氣缸的作用下右移，字頭的字符便轉(zhuǎn)印到V帶上。 氣缸右移到極限位置后，由接近開關(guān)向PLC發(fā)出信號(hào)，氣缸的電磁閥失電，氣缸在其內(nèi)部彈簧的作用下，退回最左端。并觸發(fā)氣缸左端極限位置開關(guān)，使得字頭盤4的減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至霍爾式接近開關(guān)5被觸發(fā)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。完成一個(gè)打印標(biāo)記的循環(huán)。 圓周方向的定位問題：為了降低設(shè)備的成本，字盤的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，沒有選擇步進(jìn)電機(jī)或交直流伺服電機(jī)，因而機(jī)械系統(tǒng)存在圓周方向的定位問題。為此將接近開關(guān)的位置設(shè)計(jì)成可調(diào)的，如圖3一8 所示。圖3-8周向位置調(diào)整孔 為了防止打印標(biāo)記時(shí)，帶的厚度差別造成的打印力量不足造成的氣缸與推動(dòng)打印頭的支持之間設(shè)計(jì)了彈簧傳力裝置，如此一來，過大的位移將有彈簧來抵消，使機(jī)器的性能得以改善。 打印頭字頭盤的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為電子調(diào)速的減速電機(jī)，且?guī)в凶詣?dòng)制動(dòng)功能，其動(dòng)力通過由橡膠制成的聯(lián)軸器傳遞給軸，然后再傳遞給字頭盤。采用帶橡膠連軸器的優(yōu)點(diǎn)是可以很好地補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸之間，因機(jī)架的制造和安裝誤差造成的徑向、軸向和軸線的綜合位移。采用該電子調(diào)速的減速電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)，不需要任何特殊電源，可直接使用交流電，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，由于該電機(jī)配有無級(jí)電子調(diào)速裝置，因而，可以滿足不同工_況的要求。型號(hào)功率W電壓V頻率Hz電流A起動(dòng)轉(zhuǎn)矩mN.m(g.cm)額定轉(zhuǎn)矩mN.m(g.cm)額定轉(zhuǎn)速r/min電容uF/VAC工作狀態(tài)80YY25-225220500.30120(1200)205(2050)12001.5/450連續(xù)Cont80YN25-20.35130(1300)220(2200)12002.0/45030min80YN25-20.30120(1200)205(2050)12001.5/450連續(xù)Cont80YN25-125110600.60120(1200)170(1700)14506/250連續(xù)Cont80YN25-10.70130(1300)180(1800)14508/25030min80YN25-10.60120(1200)170(1700)14506/250連續(xù)Cont 該電機(jī)的型號(hào)為：80YYJT25，其性能參數(shù)如下：該機(jī)為具有電子調(diào)速的、電容運(yùn)轉(zhuǎn)的、具有電子調(diào)速的單項(xiàng)交流異步電動(dòng)機(jī)。額定電流：0.35A，調(diào)速范圍901400r/min, 1200轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)矩：0.198,90轉(zhuǎn)/分（N.m）：0.070，起動(dòng)電流(A)： 0.50，超動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N.m):0.100。 3.3.1 字頭轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的選擇1. 選擇電機(jī)的類型：為了降低設(shè)備的成本，字盤的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，沒有選擇步進(jìn)電機(jī)或交直流伺服電機(jī)，打印頭字頭盤的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇減速式單相交流電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)，且?guī)в凶詣?dòng)制動(dòng)功能。單相交流電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)，按輸出功率可分為6W140W八個(gè)品種，每個(gè)品種又可按其功能分為YY型異步電動(dòng)機(jī)和YN型可逆電動(dòng)機(jī)；每種還可附設(shè)帶電子調(diào)速，帶電磁制動(dòng)，帶機(jī)械阻尼等功能。YY型異步電機(jī)用于一個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)的工作機(jī)械；YN型可逆電機(jī)用于頻繁啟動(dòng)或換向運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。不同功率和不同性能的電機(jī)，都可適配一種合適的減速器，以滿足需要的轉(zhuǎn)速輸出。故本機(jī)采用YY型，采用該減速電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)，不需要任何特殊電源，可直接使用交流電，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，由于該電機(jī)配有無級(jí)電子調(diào)速裝置，因而，可以滿足不同工_況的要求。2. 確定電機(jī)的功率：電機(jī)的功率選擇得合適與否，對(duì)電機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)功率小于工作要求時(shí)，電機(jī)不能保證工作裝置的正常工作，或使電機(jī)因長(zhǎng)期過載而過早損壞；功率過大則電機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，造成浪費(fèi)。 電機(jī)，由于電機(jī)功率越小傳動(dòng)效率越低，(見新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)下)該電機(jī)的傳動(dòng)效率約為 由于本機(jī)所需電機(jī)只需要帶動(dòng)字頭盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有其它負(fù)載。所以選擇額定功率為25W的50%,則實(shí)際輸出功率為12.5W,足以滿足設(shè)計(jì)需要。 該電機(jī)的型號(hào)為:80YY25CDT，其性能參數(shù)如下:該機(jī)為帶電磁制動(dòng)動(dòng)的、電容運(yùn)轉(zhuǎn)的、具有電子調(diào)速的單項(xiàng)交流異步電動(dòng)機(jī)。額定電壓:220V，額定功率25W，額定電流:O.3A，調(diào)速范圍90一1400r/min，額定轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分，額定轉(zhuǎn)矩:205mN.m。 3.3.2 字頭轉(zhuǎn)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)軸的材料選擇Q235A鋼。由表可以查得，參考資料2由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩很小，只有打印時(shí)的剪切力。所以從加工的角度考慮，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接取軸的最小直徑為8mm。直接對(duì)軸進(jìn)行剪應(yīng)力較核。結(jié)構(gòu)如圖：由靜力平衡方程求得：Ra=Rb=28.8N. 滿足設(shè)計(jì)要求。 3.3.3 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)示意圖如下：規(guī)格d1,d2 軸徑DLL1扭矩偏心角度最高轉(zhuǎn)速LK1-1534515.52331Nm28000r/minLK1-17-45617.52331.5Nm28000r/minLK1-193 5 819.524.53.552Nm28000r/min電動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過聯(lián)軸器傳遞給軸，然后再傳遞給字頭盤。由于機(jī)架的制造和安裝存在誤差，所以選擇彈性聯(lián)軸器。采用彈性連軸器的優(yōu)點(diǎn)是可以很好地補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸之間，因機(jī)架的制造和安裝誤差造成的徑向、軸向和軸線的綜合位移。由于本機(jī)所只需要帶動(dòng)字頭盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有其它負(fù)載。需要的轉(zhuǎn)矩很小，故選擇LK-15-0608型彈性聯(lián)軸器。該聯(lián)軸器傳遞扭距1N.m,最高轉(zhuǎn)速800r/min（外購于廣州菱科自動(dòng)化設(shè)備有限公司）3.3.4 傳力裝置彈簧的選取 根據(jù)彈簧的工作條件和工作載荷確定彈簧的材料直徑，由于本機(jī)在傳動(dòng)過程中的力不大，不需要進(jìn)行許用應(yīng)力校核計(jì)算，直接根據(jù)參考資料3表3.4-11選取圓柱螺旋壓縮彈簧，材料為65Mn,材料直徑為1mm,承受載荷為54.98N，彈簧中徑為12mm的彈簧。根據(jù)工作的需要選取彈簧有效圈數(shù)為30.3.4設(shè)備各工作過程的控制本設(shè)各的控制面板如圖所示3一1 1，其工作過程如下：開機(jī)自檢(帶輪夾緊處于“放松”位置，帶輪張緊處于“張緊”位置，打印頭的字頭盤處于“初始位”位置)在上述位置正常并顯示“正?！保駝t接通各控制電路，使機(jī)器處于上述位置，并使機(jī)器處于“手動(dòng)位置”。自動(dòng)工作過程:“啟動(dòng)”高速計(jì)數(shù)器清零，進(jìn)行高速計(jì)數(shù)帶輪夾緊氣缸收縮，至“夾緊”帶輪張緊氣缸“張緊”，至“張緊”高速計(jì)數(shù)結(jié)束尺寸分組打印頭的字盤轉(zhuǎn)動(dòng)至相應(yīng)的位置打印頭被氣缸推動(dòng)前進(jìn)，至“前位” 打印頭推動(dòng)氣缸后退，至“后位”帶輪張緊氣缸“放松”，同時(shí)打印頭的字盤轉(zhuǎn)動(dòng)至“初始位”位置。手動(dòng)工作過程：按下“手動(dòng)”按鈕，至手動(dòng)指示燈亮，點(diǎn)動(dòng)控制面板上的不同按鈕，即可執(zhí)行相應(yīng)操作。手動(dòng)功能可方便的完成機(jī)械的調(diào)試、故障檢測(cè)與排除、設(shè)備的調(diào)整等。 3.4.1 PLC控制特點(diǎn)及所選型號(hào) 本機(jī)所采用的PLC控制裝置，較之繼電器控制有許多優(yōu)點(diǎn)。PLC的編程語言使用最多的是梯形圖。PLC的梯形圖與繼電器控制線路十分相似，梯形圖中沿用了繼電器控制電路中的元件名稱和序號(hào)，僅有個(gè)別不同。從信號(hào)的輸入/輸出形式及控制功能來看，二者也是相同的。但PLC控朱日與繼電器控制有許多的不同之處：1.器件組成不同。繼電器控制線路是由若干真正的繼電器組成，而梯形圖則是由許多的“軟繼電器”組成。那些硬繼電器的觸點(diǎn)易磨損，而“軟繼電器”則無此現(xiàn)象。本機(jī)要求每分鐘檢測(cè)10根帶，一天按工作8小時(shí)計(jì)，按檢測(cè)一根帶，觸點(diǎn)動(dòng)作一次計(jì)算，則觸點(diǎn)一天動(dòng)作的總次數(shù)是: 10 * 60 * 8 = 4800（次)而一般繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作總數(shù)不應(yīng)超過2萬次，由此可見，如果使用繼電氣控制，觸點(diǎn)磨損嚴(yán)重，繼電器需經(jīng)常更換，嚴(yán)重影響設(shè)備使用。2.工作方式不同，在繼電氣控制線路中的各繼電器是按“并行”方式工作的，或者說是同時(shí)執(zhí)行的，即當(dāng)電源接通時(shí)，滿足條件的繼電器將同時(shí)動(dòng)作。而在PLC控制系統(tǒng)中，各“軟繼電器”都處于周期性循環(huán)掃描接通之中，也就是說受同一條件制約的各“軟繼電器”的動(dòng)作次序決定于程序掃描順序，所以說PLC以“串行”方式工作。PLC的這種“串行”工作方式，可避免繼電器控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配問題。3.實(shí)施控制的方法不同。在繼電器控制線路中，控制功能的實(shí)現(xiàn)是通過硬件連線來完成，因此功能專一，不靈活;而PLC的控制是通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，所以方便、靈活。本機(jī)要檢測(cè)9種型號(hào)V帶，更換型號(hào)時(shí)，要調(diào)整改變多種檢測(cè)參數(shù)，使用PLC控制，無須調(diào)整硬件連接，僅改變軟件即可，非常方便。 4.觸點(diǎn)數(shù)量不同。繼電器線路中的繼電器觸點(diǎn)數(shù)量是有限的，由于控制的觸點(diǎn)數(shù)一般只有4-8對(duì);而梯形圖中的“軟繼電器”供編程使用的觸點(diǎn)數(shù)有無限對(duì)。因?yàn)樵诖鎯?chǔ)器中