中小批量上螺絲機(jī)的設(shè)計(jì)

蔡湘云

摘 要：在實(shí)際加工生產(chǎn)中，主要有兩種上螺絲的方法，一種是裝卸螺絲時(shí)采取手動(dòng)控制風(fēng)批的辦法，主要靠人力，生產(chǎn)效率低，有較低的產(chǎn)品一致性和精度。第二種是利用機(jī)械手，這種方法具有高效性，高精度，但成本較高，靈活性不高，不適合用于中小批量的產(chǎn)品加工，對(duì)于大批量的生產(chǎn)比較合適。按照合作企業(yè)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)的上螺絲機(jī)適用于中小批量多品種的生產(chǎn)。該文是在中職學(xué)校與本地企業(yè)的深度合作過程中，學(xué)校下企業(yè)教師應(yīng)校企合作公司的需求，設(shè)計(jì)一臺(tái)利用電腦控制，根據(jù)需求可以靈活調(diào)整上螺絲位置，適用于不同類型工件的上螺絲機(jī)，該產(chǎn)品主要應(yīng)對(duì)中小批量多品種的產(chǎn)品生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：上螺絲機(jī) 中小批量 步進(jìn)電機(jī) 數(shù)控

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（b）-0087-03

在實(shí)際生產(chǎn)加工時(shí)，主要有手動(dòng)控制風(fēng)批和利用機(jī)械手這兩種上螺絲的辦法。前者主要靠的是人力，有很低的生產(chǎn)效率，且產(chǎn)品的一致性和精度都不高；后者具有很高的效率，且精度高，但其需要較高的成本，靈活性也不夠，中小批量的產(chǎn)品加工時(shí)不宜使用，針對(duì)大批量的生產(chǎn)比較適合。因合作企業(yè)實(shí)際需求的不同，設(shè)計(jì)的上螺絲機(jī)適用于中小批量多品種的生產(chǎn)。

1 上螺絲機(jī)系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖及主要組成

如圖1所示，中小批量上螺絲機(jī)主要結(jié)構(gòu)如下。

1.1 步進(jìn)十字工作臺(tái)

如圖1所示，主要由十字工作臺(tái)，57、86步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成。

1.2 自動(dòng)上螺絲機(jī)構(gòu)

主要由立柱、上螺絲氣缸、位移氣缸、風(fēng)批組成。

1.3 螺絲振盤自動(dòng)吹送機(jī)構(gòu)

主要由振盤（見圖2）和軟管組成。

1.4 計(jì)算機(jī)主控箱

只需要普通的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，里面安裝好通過vb編程得到的操作面板。

2 上螺絲機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和工作原理

2.1 驅(qū)動(dòng)電路與計(jì)算機(jī)的通信連接

在電路設(shè)計(jì)中，普通由57、86步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來控制十字工作臺(tái)的準(zhǔn)確位置。利用芯片BDM-60輸出信號(hào)來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，220v交流電經(jīng)橋式整流和變壓器降壓后變?yōu)?4伏直流電壓供給BDM-60步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)電路與計(jì)算機(jī)并行口連接如下圖3所示，利用RS232串口和378來實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)的通信。

2.2 十字工作臺(tái)的電路控制

在計(jì)算機(jī)的軟件面板上輸入x軸和y軸的位移量，通過程序處理之后，將位移獲得的脈沖數(shù)通過并行口引腳5、引腳6輸送至相對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器端口，再通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。得到有效的脈沖信號(hào)上升沿，脈沖每當(dāng)從高到低變化一次時(shí)電機(jī)就會(huì)走一步。通過并行口，計(jì)算機(jī)從引腳8和引腳9向驅(qū)動(dòng)器輸出使能信號(hào)，出現(xiàn)高電平的信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器有效。信號(hào)由2腳輸出步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向控制。

電動(dòng)機(jī)采用的是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)線位移和角位移的一種電動(dòng)機(jī)。在電壓和外界環(huán)境條件變化的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不受影響，只和脈沖頻率成正比關(guān)系，脈沖信號(hào)沒輸出一個(gè)，轉(zhuǎn)子就往前一步或轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，且輸入的脈沖數(shù)與角位移是正相關(guān)關(guān)系，而且角位移的誤差不會(huì)積累，所以適用于高精度控制系統(tǒng)。

2.3 自動(dòng)上螺絲機(jī)構(gòu)的控制過程

2.3.1 總體控制過程

利用普通的計(jì)算機(jī)來操作控制臺(tái)，把利用vb編程得到的操作面板安裝在里面，如圖3所示，只要在屏幕上的數(shù)控上螺絲系統(tǒng)窗口上，通過x軸、y軸和z軸來輸入設(shè)定要上螺絲的位置的數(shù)值，計(jì)算機(jī)自動(dòng)發(fā)出脈沖信號(hào)到所連接的上螺絲機(jī)的步進(jìn)電機(jī)，要上螺絲工件在縱向和橫向方向上的移動(dòng)分別由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制；z軸的數(shù)值主要通過位移氣缸控制豎直方向上移動(dòng)。通過三個(gè)坐標(biāo)的設(shè)定，最后上螺絲的位置可以靈活地改變。

所以，只需把夾具更換成不同，將參數(shù)改變，很容易就能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對(duì)于小批量多品種的工件比較適用。利用軟管連接振動(dòng)盤和上螺絲機(jī)，振動(dòng)盤可提供與螺絲機(jī)方向一致的螺絲，通過電磁閥動(dòng)作吹氣供給螺絲。

2.3.2 各部分控制過程

（1）氣缸復(fù)位檢測(cè)：并行口4腳輸出高電平信號(hào)時(shí)，三極管導(dǎo)通，如下圖4所示。當(dāng)復(fù)位位移氣缸和上螺絲氣缸時(shí)，行程開關(guān)SQ3閉合，將送一個(gè)信號(hào)給RS232串口6腳，將自動(dòng)上螺絲控制模塊的控制是不是完成了反饋給計(jì)算機(jī)。放大微弱的計(jì)算機(jī)信號(hào)為大約5伏的觸發(fā)信號(hào)，讓計(jì)算機(jī)運(yùn)行至下一步。其中，并行口的1腳和9腳當(dāng)作預(yù)留信號(hào)，在此設(shè)備的基礎(chǔ)上，可對(duì)工件及夾出工件的機(jī)械手進(jìn)行增設(shè)安裝。

（2）氣缸和風(fēng)批控制電路：當(dāng)圖4中378第四腳送來高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，如下圖5是位移氣缸和上螺絲氣缸的控制電路，圖中繼電器 KA0得電，則圖5中對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)閉合，接通氣缸控制電路。電磁閥KA1得電并自鎖，振動(dòng)盤的電磁閥和位移氣缸同時(shí)得電，通電延時(shí)型線圈Y1也得電，計(jì)時(shí)開始。振動(dòng)盤的吹氣時(shí)間由延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短而定，可選用型號(hào)不同的繼電器進(jìn)行時(shí)間設(shè)定。延時(shí)時(shí)間一到，觸點(diǎn)動(dòng)作將吹氣螺絲送料的電磁閥斷開。

位移氣缸移動(dòng)到位時(shí)，行程開關(guān)SQ1閉合，繼電器KA2閉合并自鎖，風(fēng)批的電磁閥和上螺絲氣缸的電磁閥通電，風(fēng)批此時(shí)開始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)上螺絲氣缸向下進(jìn)給，工件旋入螺絲。螺絲一旦旋入到位，行程開關(guān)SQ4閉合，繼電器線圈KA4通電，斷開觸電，整個(gè)風(fēng)批控制電路和氣缸處于斷電狀態(tài)。

（3）保護(hù)電路：整個(gè)電路中還設(shè)置了x、y軸方向上的行程開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，告知計(jì)算機(jī)檢測(cè)的結(jié)果，確保了x、y正負(fù)兩個(gè)方向的移位不超過行程最大限值。

3 上螺絲機(jī)系統(tǒng)電路軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上螺絲系統(tǒng)的自動(dòng)控制，利用VB編程軟件完成了“飛鵬上螺絲控制系統(tǒng)”控制程序。計(jì)算機(jī)的并行通信和串口是用得比較多的，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)脈沖的周期設(shè)定為1毫秒。部分程序如下。（見表1）

4 調(diào)試

經(jīng)過刻苦的研究，在硬件電路和軟件部分設(shè)計(jì)好后，按要求組裝和重復(fù)調(diào)試設(shè)備。期間，多次改進(jìn)了運(yùn)行程序，以得到操作快捷方便的、高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)。電路方面預(yù)期的效果要實(shí)現(xiàn)，因運(yùn)行頻率要求很小，保證了步進(jìn)電機(jī)很難失步，初始的設(shè)計(jì)目標(biāo)完全達(dá)到了，合作單位也很滿意。

5 結(jié)語

校企合作是企業(yè)尋求發(fā)展，學(xué)校服務(wù)社會(huì)的一種有效方式，根據(jù)企業(yè)實(shí)際需要，通過改良設(shè)計(jì)加工完成后的數(shù)控上螺絲機(jī)提高了加工效率，更加合適于小批量多品種的加工需要，其加工精度與效率得到了很大的提高。技術(shù)需要不斷創(chuàng)新，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過程中還要考慮實(shí)際應(yīng)用多方面的問題，如設(shè)計(jì)的成本、安全性、能否長(zhǎng)時(shí)間無間斷工作等，這都要求設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)方案周全，設(shè)計(jì)技術(shù)高超，需要不斷提高自己的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新能力，不斷完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

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