機械工程在小家電設計開發中的應用

任年剛

摘要：隨著我國經濟的不斷發展，人們的生活水平不斷的提高，小家電改變了人們的生活方式，提高了人們的勞動效率。分析了小家電產品的現狀，論證了工業設計程序與方法在小家電產品設計的應用，為其他小家電產品和其他類別產品的開發設計研究提供一定的參考量。

關鍵詞：機械設計;小家電;開發設計

1 機械工程在小家電設計的特征分析

1.1增加了小家電的功能性

目前，小家電的現代機械設計模式在我國逐漸推廣開來，現代的機械設計與傳統的機械設計還是存在很大區別的，現代機械設計是在傳統機械設計的基礎上進行了加強，因此現代機械設計技術相比傳統機械設計技術更具有先進性。如今人們對小家電的要求很高，尤其在生產過程中傳統的機械設計導致生產的工序非常的復雜，所以在生產加工方面傳統的機械設計存在很大的缺陷。而現代機械設計則利用了先進的通訊技術，解決了機械設計工序復雜的問題，然后再結合現代的編程，讓小家電變得更加的智能，功能更加豐富多樣。如果之后想要賦予小家電更多的功能，讓其工作更加的靈活多變，只需要更新其內部的軟件程序就可以。

1.2提高了工作效率，降低成本

在小家電設計完成之后都會進行穩定性的測試，只有測試合格的小家電才能投入生產。在現代機械設計中只需要運用計算機軟件進行模擬就可以完成穩定性的測試，這種方式更加的簡單快捷。通過計算機軟件的測試結果就可以清楚地了解當前的機械設計中存在的問題，然后有針對性的進行改善，就可以確保機械設計的質量。另外這種測試不需要進行機械設計的實體加工或者生產。因此在成本投入方面會節省很多。

2 機械工程在小家電中的應用—電飯煲內膽生產線自動化的機械手設計

2.1電飯煲內膽生產線自動化的機械手設計

2.1.1電飯煲內膽沖壓工藝生產線組成和布局

企業原來的電飯煲內膽沖壓工藝生產線使用的是人工上下料，這種方式效率較低，而且成本高，現在把機械手投入使用，各個工位的動作用機械手來實現。完成機械手與沖壓設備的協調控制，是本文重點研究的內容。根據企業電飯煲內膽沖壓生產線，組成沖壓生產線的主要設備有：4臺機械手、油壓機、立式壓邊機、立式轆骨機以及傳送帶等設備]。所以，首先要對機械手系統的各個部分的控制功能進行分析，為了讓機械手與各沖壓設備協調控制，也需要知道各個沖壓設備的控制功能。整條生產線上實現的沖壓工藝為拉伸、切邊、彎邊、滾邊和沖字等，原先各個工藝都采用人工操作，勞動成本高且生產效率低，根據企業要求，設計的自動化生產線機械手控制系統需要滿足7秒內實現自動上下料的功能，讓整條生產線配合工作，一方面可以完成產品的自動化操作，另一方面可以提高生產效率以及可靠性。機械手控制系統是本文研究的重點工作，其動作時序較多，且是一個多輸入輸出系統，合理安排動作順序，使其能與其他設備協調控制，最后才可以保證系統的生產效率和節拍以及穩定安全的工作。設計的生產線如圖2-1所示：

2.1.2機械手工藝流程和實現的功能

設計機械手控制系統的目的主要是實現電飯煲內膽沖壓工藝上下料的自動化，也就是將上一道工序沖壓好的產品，通過機械手快速準確的將該產品放到另一個待沖壓的設備上。沖壓結束后，機械手再把產品取出，并放到皮帶線上，本文以電飯煲沖壓完成后輸送到皮帶線上的過程的機械手為主要研究對象，分析機械手的控制任務和實現的功能，設計機械手控制系統，并使設計的機械手能夠精準的將沖壓完的電飯煲內膽取出，放在傳送帶上，且要保證機械手和沖壓設備相互協調，不會出現干涉和碰撞，使其能按要求完成控制任務。機械手選擇圓柱坐標型，一共有三個自由度，包括一個旋轉動作和兩個直線動作。

2.1.3機械手主要技術指標

（1）機械手的最大載重（包括吸盤）：5kg

（2）機械手的工作周期：7s

（3）機械手的重復定位精度：0. 2mm

（4）工作空間：根據生產線改造方案中各個設備的相互布局及企業要求，活動

半徑預設置為1250 m。

（5）運行速度：升降軸速度初定為600 mm/s，旋轉軸旋轉速度初設定為

135* /s，伸縮軸速度初設定為2000 mm/s.

（6）機械手吸盤的物料為電飯煲內膽，其材料為鋁料，重0.4lkg.。

2.2各功能模塊概述

2.2.1人機界面

人機界面（觸摸屏）系統的出現，對人機交互具有重要意義，在PLC為控制核心的系統中，人機界面的主要任務是監控整個控制系統，觸摸屏在和PLC通信時，可以對輸入單元輸入相關的操作指令或者編輯工作參數，最終完成人和機器的信息交互，但是經過觸摸屏實現的動作，最終還是通過PLC來完成的，觸攬屏只是改變或者顯示PLC中的數據。

2.2.2控制器

機械手控制系統的核心部分就是控制器，它也可以稱為計算機，主要是以微處理器為基礎且應用場合是在工業控制方面上。此外，控制器的發展隨著其他技術的發展而來，包括數字技術與自動控制技術等，在使用上，可靠性高且容易操作，目前也已經被廣泛的使用，而在工業領域中，PLC的應用也越來越多，已經成為自動控制系統的基本裝置。微型計算機的發展對PLC的發展有著不可缺少的作用，PLC從誕生開始，就已經決定了它主要服務對象是在工業領域中，目前，PLC的可靠性越來越高，使用起來也越來越方便，PLC技術的提高得益于電路設計技術和生產制造工藝的不斷提高。PLC在工作狀態中，會按順序執行控制程序，同時不斷對系統內部完成查詢和執行等相關任務，這是不斷循環掃描的過程。按照不同的控制要求，可通過編程軟件改變程序，即可按要求完成各種控制任務，其外部接線也相對簡化，減輕了維護工作。

2.2.3驅動模塊

驅動模塊的主要組成有驅動器及其他有關組件。根據驅動源的不同，驅動方式主要有三種：電氣驅動、液壓驅動和氣壓驅動國，按照不同的生產需求，也有把這三種驅動方式結合起來的系統，機械手大多數采用的是電氣驅動，電氣驅動主要有兩種：伺服電機驅動與步進電機驅動。而在本設計的控制系統中，機械手三軸均使用伺服電機驅動器。通過使用伺服驅動器，能夠完成較復雜的控制算法。

結論

本文結合了機械工程在小家電設計的特征與機械工程在小家電中的應用，并以電飯煲內膽生產線自動化的機械手設計為例來進一步剖析機械工程在小家電設計開發中的應用。隨著我國經濟的快速發展，工業領域中的各行各業都在自身企業的機械設備進行生產運行的過程中引入了電氣工程自動化技術，相較于原先的人為控制，電氣工程自動化技術具有不可比擬的應用優勢，并且有效提高了機械設備運行效率，推動機械設備運行朝著智能化、自動化趨勢發展。

參考文獻：

[1]張懷仁.機械制造及其自動化的發展方向[J].數字通信世界，2020（05）：266.

[2]孫川川.機械制造業對于機械自動化技術的應用[J].湖北農機化，2020（08）：51.

[3]閆鑫.機械自動化技術及其在機械制造中的應用[J].湖北農機化，2020（08）：53-54.