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長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
編號(hào)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
分揀機(jī)的設(shè)計(jì)
Design of sorting machine
學(xué) 生 姓 名
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械電子工程
學(xué) 號(hào)
指 導(dǎo) 教 師
分 院
機(jī)電工程分院
2013年 6 月
長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)論文
摘要
全自動(dòng)V帶分揀機(jī)是一種昂貴的高效能設(shè)備，所以在廣大廠家中需要一種價(jià)格低廉又能夠進(jìn)行分揀工作的設(shè)備。本文介紹既能達(dá)到維修，調(diào)試，使用方便，又能達(dá)到高效能的一種半自動(dòng)只能V帶長(zhǎng)度分揀機(jī)。主要研究?jī)?nèi)容有，設(shè)計(jì)了用于V帶分揀，融PLC現(xiàn)代傳感器技術(shù)機(jī)械氣動(dòng)于一體的機(jī)電一體化設(shè)備，利用現(xiàn)代傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)位移量于檢測(cè)脈沖數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，通過(guò)對(duì)檢測(cè)脈沖數(shù)分組，簡(jiǎn)介實(shí)現(xiàn)北側(cè)帶長(zhǎng)的分組：組別標(biāo)記號(hào)對(duì)應(yīng)的打印脈沖次數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打印組別號(hào)標(biāo)記。以PLC為控制核心部分實(shí)現(xiàn)智能化控制。根據(jù)V帶日生產(chǎn)量大的特點(diǎn)，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)于打印一體化，實(shí)現(xiàn)了高效率檢測(cè)。半自動(dòng)智能的設(shè)計(jì)思想，使高科技于豐富人力資源實(shí)現(xiàn)了有機(jī)結(jié)合，適合國(guó)情。
關(guān)鍵詞：分揀，PLC, 打印脈沖
Abstract
The sort of V-belt is a wide-used product. 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
Abstract 2
第1章 緒 論 4
1.1引言 4
1.2分組分揀技術(shù)與分組銷(xiāo)售 5
1.2.1分組分揀技術(shù)與分組銷(xiāo)售的問(wèn)題描述及解決方案特點(diǎn) 5
2、分揀技術(shù) 5
1.2.2半自動(dòng)智能v帶長(zhǎng)度分揀機(jī)技術(shù)分析 7
1.3現(xiàn)代控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀分析 8
1.3.1可編程控制器(PLC)國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀 9
2.1 引言 10
2.2總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 10
2.2.1 V帶分組性能指標(biāo) 11
2.2.2總體方案 12
(Ld=1400 mm) 單位:mm 13
3.1引言 14
3.2位移檢測(cè) 15
3.2.2.根據(jù)本機(jī)精度確定被測(cè)V帶組段范圍 16
3.2.3 分辨率提高器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 17
3.3自動(dòng)打印標(biāo)記 21
3.3.1 字頭轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的選擇 24
3.3.2 字頭轉(zhuǎn)動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 25
3.3.3 聯(lián)軸器的選擇 25
3.4設(shè)備各工作過(guò)程的控制 26
3.4.1 PLC控制特點(diǎn)及所選型號(hào) 27
4.1引言 28
4.2氣動(dòng)技術(shù)的主要特點(diǎn) 28
4.3氣動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 29
5.1引言 31
5.2檢測(cè)帶輪直徑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
5.2.1固定式檢測(cè)帶輪 32
5.2.2夾緊式檢測(cè)帶輪 34
5.3初始中心距及基準(zhǔn)中心距的確定、總自支架上的刻度 36
5.4檢測(cè)帶輪軸系以及機(jī)架設(shè)計(jì) 37
5.4.1 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 41
5.6本章小節(jié) 43
參考文獻(xiàn) 45
致 謝 46
39
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(wú)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(chēng)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(guò)多，一般不應(yīng)超過(guò)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(chēng)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(lèi)規(guī)模生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同一型號(hào)、同一公稱(chēng)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(chēng)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(guò)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(méi)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。可采用如下兩種途徑加以解決:
1.從V帶生產(chǎn)的制造工藝、原材料、生產(chǎn)過(guò)程控制等方面考慮提高單根帶的公稱(chēng)尺寸精度。
②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(xiāo)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(xiāo)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(xiāo)售
要進(jìn)行分組銷(xiāo)售，生產(chǎn)廠家必定有一個(gè)分組分揀過(guò)程。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，同一公稱(chēng)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(guò)程對(duì)大多數(shù)生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)是一個(gè)較為復(fù)雜且不易控制的一個(gè)問(wèn)題。
1.2.1分組分揀技術(shù)與分組銷(xiāo)售的問(wèn)題描述及解決方案特點(diǎn)
1．V帶的公稱(chēng)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(wèn)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(chēng)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(guò)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(jué)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(chēng)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(gòu)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(zhuān)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(wèn)題而立項(xiàng)，目的是開(kāi)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(wàn)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(kāi)發(fā)價(jià)值并具有極大的市場(chǎng)潛力。
本課題擬開(kāi)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(zhuān)業(yè)生產(chǎn)此類(lèi)專(zhuān)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(lèi)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(chēng)尺寸調(diào)整，由定位銷(xiāo)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(pán)，該齒盤(pán)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(guò)一個(gè)對(duì)普通金屬材料敏感的渦流式接近開(kāi)關(guān)的高、低電平的輸出，由PLC來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)過(guò)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(wèn)題:
①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。
②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。
③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。
④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(kāi)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(guò)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(chēng)工控機(jī))等三類(lèi)。
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(guò)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(lái)，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(pán)(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。
可編程控制器一般可認(rèn)為是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)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(guò)數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種
類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。主要特點(diǎn)有四點(diǎn):
1、高可靠性。
到目前為止，沒(méi)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(wú)故障時(shí)間可達(dá)30萬(wàn)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(wèn)題，在當(dāng)前技術(shù)更新瞬息萬(wàn)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(wèn)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(kāi)發(fā)速度習(xí)卜常重要。
從硬件方面說(shuō)，使用可編程控制器，無(wú)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(kāi)關(guān)量，輸入可以是無(wú)源觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)或集電極開(kāi)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(lèi)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(pán)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(guò)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(guò)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(lèi)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(kāi)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(lái)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(shuō)，根據(jù)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)要求來(lái)確定其性能指標(biāo)，通過(guò)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(chēng)尺寸
極限偏差
配組公差
公稱(chēng)尺寸
極限偏差
配組公差
1400
+23，-11
4
2500
+31,-16
8
1600
+23，-11
4
2800
+37,-18
8
1800
+27,-13
4
3150
+37,-18
8
2000
+27,-13
4
3550
+44,-22
12
22400
+31,-16
8
4000
+44,-22
12
4500
+52,-26
12
7100
+77,-38
20
5000
+52,-26
12
8000
+77,-38
20
5600
+63,-32
20
9000
+93,-46
32
6300
+63,-32
20
10000
+93,-46
32
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
1600
1800
2000
2240
2500
2800
3150
1
1589~1593
1787~1791
1987~1991
2224~2232
2484~2492
2782~2790
3132~3140
2
1593~1597
1791~1795
1991~1995
2232~2240
2492~2500
2790~2798
3140~3148
3
1597~1601
1795~1799
1995~1999
2240~2248
2500~2508
2798~2806
3148~3156
4
1601~1605
1799~1803
1999~2003
2248~2256
2508~2516
2806~2814
3156~3164
5
1605~1609
1803~1807
2003~2007
2256`2264
2516~2524
2814~2822
3164~3172
6
1609~1613
1807~1811
2007~2011
2264~2272
2822~2830
3172~3180
7
1613~1617
1811~1815
2011~2015
2830~2838
3180~3188
8
1617~1621
1815~1819
2015~2019
9
1621~1625
1819~1823
2019~2023
10
1823~1827
2023~2027
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(lái)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(chēng)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10—15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(shuō)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(chēng)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(chēng)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(gòu)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(wú)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(guò)測(cè)量?jī)蓭л喼行木喑叽?，?lái)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(guò)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(guò)測(cè)量中心距位移量來(lái)間接計(jì)算V帶長(zhǎng)度組段范圍，然后，通過(guò)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
1589~
1593
1593~
1597
1597~
1601
1601~
1605
1605~
1609
1609~
1613
1613~
1617
1617~
1621
1621~
1625
中心距位移量
0~2
2~4
4~6
6~8
8~10
10~12
12~14
14~16
16~18
打印標(biāo)識(shí)號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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)。
控制模塊: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(pán)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(guò)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(pán)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(guò)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(lái)越受到人們的重視，應(yīng)用越來(lái)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(lái)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(lái)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(jiàn)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(lèi)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(zhuān)門(mén)用來(lái)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(guò)型光斷續(xù)器。透過(guò)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(guò)用的凹槽，當(dāng)無(wú)物體穿過(guò)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(wú)光照射，也就無(wú)信號(hào)輸出。隨著物體規(guī)則性的有無(wú)，光斷續(xù)器輸出一個(gè)方波。
圖3-2透過(guò)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(jiàn)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(pán)，齒盤(pán)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(guò)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(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，光斷續(xù)器產(chǎn)生與齒盤(pán)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(guò)一個(gè)齒,齒盤(pán)Z,3轉(zhuǎn)27個(gè)齒。齒條的齒距P=πm=3.1415926mm，齒盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒相當(dāng)于齒條移動(dòng)π/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(jiàn)，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(guò)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(pán)轉(zhuǎn)過(guò)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(lèi)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
1589~
1893
1593~
1597
1597~
1601
1601~
1605
1605~
1609
1609~
1613
1613~
1617
1617~
1621
1621~
1625
中心距位移量
0~2
2~4
4~6
6~8
8~10
10~12
12~14
14~16
16~18
打印標(biāo)識(shí)號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)
≧1~17
≧18~34
≧35~51
≧52~68
≧69~85
≧86~100
≧101~115
≧116~132
≧133~149
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(lái)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(wú)潤(rùn)滑條件下工作的耐磨件?？估瓘?qiáng)度：含水58.8MPa、干態(tài)176.4Mpa；抗彎強(qiáng)度：100Mpa;抗壓強(qiáng)度：58.6～88.2 Mpa;硬度：HBS=12.4；彈性模量：E=2250Mpa;分度圓直徑：d=mz=20×1=20mm；取齒寬為2mm.由于齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中幾乎沒(méi)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(guò)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(guò)小很難在其上開(kāi)鍵槽而且承載的力也很小，所以齒輪和軸之間利用過(guò)盈配合來(lái)保證軸向和周向的定位。圓柱面過(guò)盈聯(lián)接的計(jì)算（摘自GB/T5371-1985）[5]表25.5-3 取T=1N,選取=0.1
l 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(jiàn)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25.5-4[5],和1.5-98[3]
l 被包容件傳遞載荷所需最小直徑變化量
值查表25.5-4和25.5-7
l 聯(lián)接傳遞載荷所需最小過(guò)盈量
l 考慮壓平后的最小過(guò)盈量壓入法裝配
對(duì)縱向過(guò)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25.5-4
l 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=0.5
l 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(guò)盈量
配合的選擇
l 選擇配合的要保證過(guò)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(guò)盈量和最小過(guò)盈量
l 確定基本過(guò)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/T1800～1803-1997《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(guò)盈和最小過(guò)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(guò)程中該分辨率提高器屬于增速機(jī)構(gòu)，只靠過(guò)盈配合很難保證徑向的定位問(wèn)題，故在過(guò)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;③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(pán)4上安裝有等間隔的12個(gè)字
頭，自霍爾式接近開(kāi)關(guān)5開(kāi)始，沿逆時(shí)針?lè)较颍诸^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(kāi)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(kāi)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(pán)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(pán)4的水平位置A處安裝有渦流式接近開(kāi)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(pán)4所處的前后位置不同，自前至后，依次為:渦流式接近開(kāi)關(guān)3、字頭2、字頭盤(pán)4、圓柱式欽鐵硼和霍爾式按近開(kāi)關(guān)5。字頭盤(pán)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(wú)級(jí)調(diào)速。在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，字頭與字頭盤(pán)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(kāi)關(guān)的電平就會(huì)發(fā)生變化，由原來(lái)的低電平變?yōu)楦唠娖?，一旦字頭離開(kāi)A處，接近開(kāi)關(guān)的電平就會(huì)由原來(lái)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(kāi)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(kāi)關(guān)，使得字頭盤(pán)4的減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至霍爾式接近開(kāi)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(wèn)題：為了降低設(shè)備的成本，字盤(pán)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，沒(méi)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(wèn)題。為此將接近開(kāi)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(lái)，過(guò)大的位移將有彈簧來(lái)抵消，使機(jī)器的性能得以改善。
打印頭字頭盤(pán)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(guò)由橡膠制成的聯(lián)軸器傳遞給軸，然后再傳遞給字頭盤(pán)。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(wú)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)
80YY25-2
25
220
50
0.30
120(1200)
205(2050)
1200
1.5/450
連續(xù)Cont
80YN25-2
0.35
130(1300)
220(2200)
1200
2.0/450
30min
80YN25-2
0.30
120(1200)
205(2050)
1200
1.5/450
連續(xù)Cont
80YN25-1
25
110
60
0.60
120(1200)
170(1700)
1450
6/250
連續(xù)Cont
80YN25-1
0.70
130(1300)
180(1800)
1450
8/250
30min
80YN25-1
0.60
120(1200)
170(1700)
1450
6/250
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90—1400r/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(lèi)型：為了降低設(shè)備的成本，字盤(pán)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，沒(méi)有選擇步進(jìn)電機(jī)或交直流伺服電機(jī)，打印頭字頭盤(pán)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6W～140W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(wú)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(guò)載而過(guò)早損壞；功率過(guò)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(jiàn)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(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，沒(méi)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
?D
L
L1
扭矩
偏心角度
最高轉(zhuǎn)速
LK1-15
3 4 5
15.5
23
3
1N·m
2°
8000r/min
LK1-17-
4 5 6
17.5
23
3
1.5N·m
2°
8000r/min
LK1-19
3 5 8
19.5
24.5
3.55
2N·m
2°
8000r/min
電動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸器傳遞給軸，然后再傳遞給字頭盤(pán)。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(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，沒(méi)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(gòu)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(guò)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(guò)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(guò)程如下：
開(kāi)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(pán)處于“初始位”位置)→在上述位置正常并顯示“正?！?，否則接通各控制電路，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(guò)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(pán)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(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)至“初始位”位置。
手動(dòng)工作過(guò)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(yǔ)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(chēng)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(lái)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(wú)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(guò)2萬(wàn)次，由此可見(jiàn)，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(shuō)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(shuō)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(shuō)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(wèn)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(guò)硬件連線來(lái)完成，因此功能專(zhuān)一，不靈活;而PLC的控制是通過(guò)軟件編程來(lái)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(wú)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(wú)限對(duì)。因?yàn)樵诖鎯?chǔ)器中