機械工程在小家電設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用

任年剛

摘要：隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)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(chǎn)品的現(xiàn)狀，論證了工業(yè)設(shè)計程序與方法在小家電產(chǎn)品設(shè)計的應(yīng)用，為其他小家電產(chǎn)品和其他類別產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計研究提供一定的參考量。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;小家電;開發(fā)設(shè)計

1 機械工程在小家電設(shè)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(xiàn)代機械設(shè)計模式在我國逐漸推廣開來，現(xiàn)代的機械設(shè)計與傳統(tǒng)的機械設(shè)計還是存在很大區(qū)別的，現(xiàn)代機械設(shè)計是在傳統(tǒng)機械設(shè)計的基礎(chǔ)上進行了加強，因此現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)相比傳統(tǒng)機械設(shè)計技術(shù)更具有先進性。如今人們對小家電的要求很高，尤其在生產(chǎn)過程中傳統(tǒng)的機械設(shè)計導(dǎo)致生產(chǎn)的工序非常的復(fù)雜，所以在生產(chǎn)加工方面?zhèn)鹘y(tǒng)的機械設(shè)計存在很大的缺陷。而現(xiàn)代機械設(shè)計則利用了先進的通訊技術(shù)，解決了機械設(shè)計工序復(fù)雜的問題，然后再結(jié)合現(xiàn)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(nèi)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(shè)計完成之后都會進行穩(wěn)定性的測試，只有測試合格的小家電才能投入生產(chǎn)。在現(xiàn)代機械設(shè)計中只需要運用計算機軟件進行模擬就可以完成穩(wěn)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(jié)果就可以清楚地了解當前的機械設(shè)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(shè)計的質(zhì)量。另外這種測試不需要進行機械設(shè)計的實體加工或者生產(chǎn)。因此在成本投入方面會節(jié)省很多。

2 機械工程在小家電中的應(yīng)用—電飯煲內(nèi)膽生產(chǎn)線自動化的機械手設(shè)計

2.1電飯煲內(nèi)膽生產(chǎn)線自動化的機械手設(shè)計

2.1.1電飯煲內(nèi)膽沖壓工藝生產(chǎn)線組成和布局

企業(yè)原來的電飯煲內(nèi)膽沖壓工藝生產(chǎn)線使用的是人工上下料，這種方式效率較低，而且成本高，現(xiàn)在把機械手投入使用，各個工位的動作用機械手來實現(xiàn)。完成機械手與沖壓設(shè)備的協(xié)調(diào)控制，是本文重點研究的內(nèi)容。根據(jù)企業(yè)電飯煲內(nèi)膽沖壓生產(chǎn)線，組成沖壓生產(chǎn)線的主要設(shè)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(shè)備]。所以，首先要對機械手系統(tǒng)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(shè)備協(xié)調(diào)控制，也需要知道各個沖壓設(shè)備的控制功能。整條生產(chǎn)線上實現(xiàn)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(chǎn)效率低，根據(jù)企業(yè)要求，設(shè)計的自動化生產(chǎn)線機械手控制系統(tǒng)需要滿足7秒內(nèi)實現(xiàn)自動上下料的功能，讓整條生產(chǎn)線配合工作，一方面可以完成產(chǎn)品的自動化操作，另一方面可以提高生產(chǎn)效率以及可靠性。機械手控制系統(tǒng)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(tǒng)，合理安排動作順序，使其能與其他設(shè)備協(xié)調(diào)控制，最后才可以保證系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和節(jié)拍以及穩(wěn)定安全的工作。設(shè)計的生產(chǎn)線如圖2-1所示：

2.1.2機械手工藝流程和實現(xiàn)的功能

設(shè)計機械手控制系統(tǒng)的目的主要是實現(xiàn)電飯煲內(nèi)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(chǎn)品，通過機械手快速準確的將該產(chǎn)品放到另一個待沖壓的設(shè)備上。沖壓結(jié)束后，機械手再把產(chǎn)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(wù)和實現(xiàn)的功能，設(shè)計機械手控制系統(tǒng)，并使設(shè)計的機械手能夠精準的將沖壓完的電飯煲內(nèi)膽取出，放在傳送帶上，且要保證機械手和沖壓設(shè)備相互協(xié)調(diào)，不會出現(xiàn)干涉和碰撞，使其能按要求完成控制任務(wù)。機械手選擇圓柱坐標型，一共有三個自由度，包括一個旋轉(zhuǎn)動作和兩個直線動作。

2.1.3機械手主要技術(shù)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(fù)定位精度：0. 2mm

（4）工作空間：根據(jù)生產(chǎn)線改造方案中各個設(shè)備的相互布局及企業(yè)要求，活動

半徑預(yù)設(shè)置為1250 m。

（5）運行速度：升降軸速度初定為600 mm/s，旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)速度初設(shè)定為

135* /s，伸縮軸速度初設(shè)定為2000 mm/s.

（6）機械手吸盤的物料為電飯煲內(nèi)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(tǒng)的出現(xiàn)，對人機交互具有重要意義，在PLC為控制核心的系統(tǒng)中，人機界面的主要任務(wù)是監(jiān)控整個控制系統(tǒng)，觸摸屏在和PLC通信時，可以對輸入單元輸入相關(guān)的操作指令或者編輯工作參數(shù)，最終完成人和機器的信息交互，但是經(jīng)過觸摸屏實現(xiàn)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(shù)據(jù)。

2.2.2控制器

機械手控制系統(tǒng)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(chǔ)且應(yīng)用場合是在工業(yè)控制方面上。此外，控制器的發(fā)展隨著其他技術(shù)的發(fā)展而來，包括數(shù)字技術(shù)與自動控制技術(shù)等，在使用上，可靠性高且容易操作，目前也已經(jīng)被廣泛的使用，而在工業(yè)領(lǐng)域中，PLC的應(yīng)用也越來越多，已經(jīng)成為自動控制系統(tǒng)的基本裝置。微型計算機的發(fā)展對PLC的發(fā)展有著不可缺少的作用，PLC從誕生開始，就已經(jīng)決定了它主要服務(wù)對象是在工業(yè)領(lǐng)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(shù)的提高得益于電路設(shè)計技術(shù)和生產(chǎn)制造工藝的不斷提高。PLC在工作狀態(tài)中，會按順序執(zhí)行控制程序，同時不斷對系統(tǒng)內(nèi)部完成查詢和執(zhí)行等相關(guān)任務(wù)，這是不斷循環(huán)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(wù)，其外部接線也相對簡化，減輕了維護工作。

2.2.3驅(qū)動模塊

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

結(jié)論

本文結(jié)合了機械工程在小家電設(shè)計的特征與機械工程在小家電中的應(yīng)用，并以電飯煲內(nèi)膽生產(chǎn)線自動化的機械手設(shè)計為例來進一步剖析機械工程在小家電設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域中的各行各業(yè)都在自身企業(yè)的機械設(shè)備進行生產(chǎn)運行的過程中引入了電氣工程自動化技術(shù)，相較于原先的人為控制，電氣工程自動化技術(shù)具有不可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢，并且有效提高了機械設(shè)備運行效率，推動機械設(shè)備運行朝著智能化、自動化趨勢發(fā)展。

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