• 喷涂往复机设计

    摘要:通过多轴电机定位的方案对传统往复机结构进行结构优化,介绍机械手的总体结构设计,包括机身机构和软件设计。通过三维建模及PLC控制编程,实现多工位往复机机构和功能设计,最终使设备稳定工作,提高产品良品率。

    1、前言

    产品表面喷涂应用于小型胶电子产品、五金工艺产品、电视剧外壳、电脑面板等方面。传统的往复机只能通过操作员不断的旋转台上做上下料工作,工作台旋转范围和离心力较大,难以避免工作中杂质的掉落。其次放置往复机的无尘车间人员密集,操作过程使灰尘在空中大量流动,降低良品率。为了解决这些问题,本设计增加防尘玻璃,送料用输送带取代转台,工作区域有所减小,便于装载防尘玻璃。往复机可以多个并联在一起或直接通向烤炉,组成一条笔直的生产线,编好程序,只要工作人员上料,在烤炉出口下料就完成所有的工序。提高产品良品率。

    本设计的往复机采用机械手,多轴电机控制进行定位工作。工件通过输送带输送到工作位,经气缸使工件自转,从而对工作进行全方位表面处理作业。

    2、设计方案

    喷枪的X、Y方向的移动是由X、Y方向的伺服电机来驱动,而整个系统由PLC来控制完成,可形成完整的闭环检测系统,故障告警等。传动系统分为两个部分,X、Y和Z方向由电动机连着同步带传动,W方向由电机连着滚珠丝杠传动,喷嘴运行的驱动机构应轻巧、灵活可靠,机构运转平稳且无明显撞击声。

    3、往复机机体设计

    往复机主要包括机身、机械手、输送带、十字转台四个部分。

    3.1 工作台设计

    工作台为一个伸缩旋转台,由气缸和电机进行带动。工作台由底座、气缸、轴、钢套以及支撑架组成。由于产品是几何实体,需要多个面进行表面处理,同时防止油漆喷向操作员,喷枪只能往Y轴的正方向进行喷涂,所以工作台设置为90度自转台,产品是由链条输送到工作区的,因此需要利用气缸把支撑架撑起然后再通过电机带动90度,为了精准的转动一定的角度,在支撑架一侧装上感应传感器进行90度定位。十字支撑架的四个支撑脚为弹性吸盘,当气缸上冲时,起到一定的缓冲作用,接触治具后,气动阀开启,吸盘把治具吸紧,旋转时不会出现飘逸现象。

    3.2 机身设计

    首先合理选择形状和尺寸,机身是一个复杂的受力体,受拉、压、弯、扭的组合作用,受弯矩和扭矩时,则不但与截面积有关而且与截面形状有关,在截面积相同的情况下,空心构件比实心构件的刚度大得多,方向截面抗扭刚度高,矩形截面抗弯刚度高,截面不封闭抗扭刚度极差,故机身都做成封闭、中空的方形截面。

    其次设置隔板和加强筋。机身内设置纵向隔板,将机身的前壁和后壁连接起来,把作业于机身局部地区的载荷传递给其它壁板,从而使整个机身受载荷,减小局部受到力的作用,相应的提高刚度。同时延申的局部地方运用筋来提高刚度,减小局部变形和薄壁震动。

    最后还有采取措施提高接触刚度。机身和其它部件的连接通常采用螺栓连接,由于接触面微观上不平整,只要凸起的端点在接触受到作用力后会产生接触变形,所以在运动机构和机身的接触面粗糙度值精度要求高一些,大概在Ra=1.25-2.5µm,拧紧螺栓后使表面达到200N/cm²的预紧力,这样就减小了表面不平整的影响,提高了接触刚度。

    3.3 输送带设计

    输送带机架由房管焊接而成,焊接钢管也称焊管,是用钢板或带钢机构卷曲成型后焊接制成的方管。焊接方管生产工艺简单,生产效率高,品种规格多,设备资金少,常用材质为Q235A,Q235C,利用80*80的方管焊接架脚,用40*80的方管焊接横梁,利用方管制造支架即省材料,省空间,易焊接,形状多变。方管表面进行了氧化处理,有一定防腐蚀性,更适应喷房的环境。

    输送带链条下方有一固定槽,即使链条塌下也不会影响工件,防止了工件掉落油池,下方链管防止了杂物掉落链条,影响产品的质量。链条采用带附件的双侧型链节,增大治具的接触面积,方便与治具配合。

    3.4 治具的设计

    考虑到传送带与烤炉连接的关系,要考虑治具的采用材料。治具是一块1000mm*1000mm耐高温轻薄胶质网盘,材质为PASF(聚砜类塑料),是大分子链上含有砜基和芳核的一类聚合物。治具上方有多个网络,喷涂时油漆可穿过网格掉落油池,防止工件飞油。其次,网格上还可以插入定制的支撑柱,并可防止类型汽车把手的产品,从而方便产品种类的更换,治具底部没有链牙,约束治具不偏离链条,保证产品在工作区的精确定位。

    4、软件控制设计

    设计采用松下AFPX-C60T的PLC,与变频器结合实现多轴电机控制。

    PLC输入部分包括触摸屏的控制X、Y、Z轴的原点控制,以及三个轴接近原点传感器信号的输入,一旦外板输入信号送给PLC,PLC将控制各个轴的伺服电机实现控制运动(每个轴都有对应的限位保护控制)。PLC通过继电器控制变频器实现对电机的调速从而实现对90度电机和输送带电机的控制,电机速度提高传感器实现闭环反馈,更精确控制整个往复机。

    5   总结

    由于传统喷涂用往复机存在工位缺陷,本文对传统往复机工件机构进行改进,设计喷涂往复机整体结构,主要包括对工作台、机身、输送带和治具进行机构设计。利用三维建模实现优化,利用PLC编程对往复机运行多轴电机进行控制,最终实现喷涂往复机机械手的设计。本设计为企业的工业自动化生产过程实践提供理论设计基础,同时也为今后进行较经济、合理性的开发设计或工程性能优化打好基础。

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