喷涂往复机设计

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。