中小批量上螺絲機的設(shè)計

蔡湘云

摘 要：在實際加工生產(chǎn)中，主要有兩種上螺絲的方法，一種是裝卸螺絲時采取手動控制風批的辦法，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，對于大批量的生產(chǎn)比較合適。按照合作企業(yè)的實際需要，設(shè)計的上螺絲機適用于中小批量多品種的生產(chǎn)。該文是在中職學校與本地企業(yè)的深度合作過程中，學校下企業(yè)教師應(yīng)校企合作公司的需求，設(shè)計一臺利用電腦控制，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，該產(chǎn)品主要應(yīng)對中小批量多品種的產(chǎn)品生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：上螺絲機 中小批量 步進電機 數(shù)控

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0087-03

在實際生產(chǎn)加工時，主要有手動控制風批和利用機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)品加工時不宜使用，針對大批量的生產(chǎn)比較適合。因合作企業(yè)實際需求的不同，設(shè)計的上螺絲機適用于中小批量多品種的生產(chǎn)。

1 上螺絲機系統(tǒng)機械設(shè)計結(jié)構(gòu)圖及主要組成

如圖1所示，中小批量上螺絲機主要結(jié)構(gòu)如下。

1.1 步進十字工作臺

如圖1所示，主要由十字工作臺，57、86步進電動機組成。

1.2 自動上螺絲機構(gòu)

主要由立柱、上螺絲氣缸、位移氣缸、風批組成。

1.3 螺絲振盤自動吹送機構(gòu)

主要由振盤（見圖2）和軟管組成。

1.4 計算機主控箱

只需要普通的計算機實現(xiàn)，里面安裝好通過vb編程得到的操作面板。

2 上螺絲機系統(tǒng)電路設(shè)計和工作原理

2.1 驅(qū)動電路與計算機的通信連接

在電路設(shè)計中，普通由57、86步進電動機來控制十字工作臺的準確位置。利用芯片BDM-60輸出信號來驅(qū)動步進電機，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步進電機驅(qū)動器。驅(qū)動電路與計算機并行口連接如下圖3所示，利用RS232串口和378來實現(xiàn)和計算機的通信。

2.2 十字工作臺的電路控制

在計算機的軟件面板上輸入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輸送至相對應(yīng)的步進電機驅(qū)動器端口，再通過步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)。得到有效的脈沖信號上升沿，脈沖每當從高到低變化一次時電機就會走一步。通過并行口，計算機從引腳8和引腳9向驅(qū)動器輸出使能信號，出現(xiàn)高電平的信號時，驅(qū)動器有效。信號由2腳輸出步進電機的運轉(zhuǎn)方向控制。

電動機采用的是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)線位移和角位移的一種電動機。在電壓和外界環(huán)境條件變化的情況下，步進電機的轉(zhuǎn)速不受影響，只和脈沖頻率成正比關(guān)系，脈沖信號沒輸出一個，轉(zhuǎn)子就往前一步或轉(zhuǎn)動一個角度，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積累，所以適用于高精度控制系統(tǒng)。

2.3 自動上螺絲機構(gòu)的控制過程

2.3.1 總體控制過程

利用普通的計算機來操作控制臺，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，計算機自動發(fā)出脈沖信號到所連接的上螺絲機的步進電機，要上螺絲工件在縱向和橫向方向上的移動分別由兩個步進電機控制；z軸的數(shù)值主要通過位移氣缸控制豎直方向上移動。通過三個坐標的設(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，很容易就能進行轉(zhuǎn)換，對于小批量多品種的工件比較適用。利用軟管連接振動盤和上螺絲機，振動盤可提供與螺絲機方向一致的螺絲，通過電磁閥動作吹氣供給螺絲。

2.3.2 各部分控制過程

（1）氣缸復位檢測：并行口4腳輸出高電平信號時，三極管導通，如下圖4所示。當復位位移氣缸和上螺絲氣缸時，行程開關(guān)SQ3閉合，將送一個信號給RS232串口6腳，將自動上螺絲控制模塊的控制是不是完成了反饋給計算機。放大微弱的計算機信號為大約5伏的觸發(fā)信號，讓計算機運行至下一步。其中，并行口的1腳和9腳當作預留信號，在此設(shè)備的基礎(chǔ)上，可對工件及夾出工件的機械手進行增設(shè)安裝。

（2）氣缸和風批控制電路：當圖4中378第四腳送來高電平時，三極管導通，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中對應(yīng)觸點閉合，接通氣缸控制電路。電磁閥KA1得電并自鎖，振動盤的電磁閥和位移氣缸同時得電，通電延時型線圈Y1也得電，計時開始。振動盤的吹氣時間由延時時間的長短而定，可選用型號不同的繼電器進行時間設(shè)定。延時時間一到，觸點動作將吹氣螺絲送料的電磁閥斷開。

位移氣缸移動到位時，行程開關(guān)SQ1閉合，繼電器KA2閉合并自鎖，風批的電磁閥和上螺絲氣缸的電磁閥通電，風批此時開始旋轉(zhuǎn)，同時上螺絲氣缸向下進給，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，整個風批控制電路和氣缸處于斷電狀態(tài)。

（3）保護電路：整個電路中還設(shè)置了x、y軸方向上的行程開關(guān)進行檢測，告知計算機檢測的結(jié)果，確保了x、y正負兩個方向的移位不超過行程最大限值。

3 上螺絲機系統(tǒng)電路軟件設(shè)計

為了實現(xiàn)上螺絲系統(tǒng)的自動控制，利用VB編程軟件完成了“飛鵬上螺絲控制系統(tǒng)”控制程序。計算機的并行通信和串口是用得比較多的，驅(qū)動步進電機脈沖的周期設(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)計好后，按要求組裝和重復調(diào)試設(shè)備。期間，多次改進了運行程序，以得到操作快捷方便的、高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)。電路方面預期的效果要實現(xiàn)，因運行頻率要求很小，保證了步進電機很難失步，初始的設(shè)計目標完全達到了，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，學校服務(wù)社會的一種有效方式，根據(jù)企業(yè)實際需要，通過改良設(shè)計加工完成后的數(shù)控上螺絲機提高了加工效率，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，我們在設(shè)計的過程中還要考慮實際應(yīng)用多方面的問題，如設(shè)計的成本、安全性、能否長時間無間斷工作等，這都要求設(shè)計人員設(shè)計方案周全，設(shè)計技術(shù)高超，需要不斷提高自己的實際操作經(jīng)驗和創(chuàng)新能力，不斷完善產(chǎn)品的設(shè)計。

參考文獻

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