課程設(shè)計(jì)印制板翻板機(jī)設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)印制板翻板機(jī)的設(shè)計(jì)說明書學(xué)院：制造學(xué)院班級(jí)：0姓名：0學(xué)號(hào)：0指導(dǎo)教師：0設(shè)計(jì)時(shí)間：2007年1月25日至2007年3月1日目 錄任務(wù)書（2）一、 總體方案的選擇（3）二、 所選方案的具體設(shè)計(jì)（6）1、 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（6）（1） PCB輸送系統(tǒng)（6）（2） 位置檢測(cè)系統(tǒng)（6）（3） 信號(hào)處理系統(tǒng)（7）（4） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖（7） 2、機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（7）（1）翻轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì)（8）（2）行程開關(guān)的位置選擇（8）（3）裝置高度調(diào)節(jié)（8）3、軟件部分的設(shè)計(jì)（9）（1）程序流程圖（9）（2）PLC梯形圖（9）（3）PLC程序（10）三、 相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)說明1、 翻轉(zhuǎn)的時(shí)間分配（11）2

2、、 傳送帶的相關(guān)計(jì)算和翻轉(zhuǎn)主軸的計(jì)算（12）3、 電機(jī)的選擇及有關(guān)參數(shù)的計(jì)算（13）四、 總結(jié)體會(huì)參考文獻(xiàn)（13）任 務(wù) 書題目：印制板翻板機(jī)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與任務(wù)要求：該裝置是為了將通過波峰焊接好的印制板翻轉(zhuǎn),并傳輸?shù)椒疵鏅z查線的上面,工作的過程為:產(chǎn)品到達(dá)裝置的傳送部分上,裝置自動(dòng)將產(chǎn)品與傳送部分一起翻轉(zhuǎn),然后傳動(dòng)部分將產(chǎn)品傳輸出去,再返回到原位,流程為 到位翻轉(zhuǎn)到位傳送翻轉(zhuǎn)到位，該過程自動(dòng)完成。傳送的產(chǎn)品重量為10Kg，底部為一328X246mm的平板型，印制板元件離印制板邊緣的距離為8mm，傳送形式可以采用皮帶、滾筒或鏈條傳輸，生產(chǎn)節(jié)拍20，傳送面離地面的高度為800mm，要求裝置高

3、7;20mm可調(diào)。要求完成裝配圖設(shè)計(jì)并完成電氣控制圖設(shè)計(jì)包括：設(shè)計(jì)說明書一份系統(tǒng)裝配圖一份系統(tǒng)電氣控制圖一份二，方案選擇圖1方案1的簡(jiǎn)單說明：印制板在傳送帶上傳送，一直傳送到翻板裝置的“盒子”里面，傳感器1檢測(cè)到位以后，整個(gè)翻板裝置開始旋轉(zhuǎn)180°，碰到行程開關(guān)2就停止旋轉(zhuǎn)，通過傳送帶把印制板從“盒子”里面“拉”出來，印制板隨傳送帶傳輸出去，傳感器3檢測(cè)到位以后，翻板裝置復(fù)位，準(zhǔn)備下一個(gè)翻板過程，行程開關(guān)4用于翻板裝置開始狀態(tài)的定位。 圖2 圖3.印刷板翻板機(jī)結(jié)構(gòu)圖 方案2的簡(jiǎn)單說明：該設(shè)備主要由機(jī)架、翻板架、翻板電機(jī)、同步鏈條、翻板架轉(zhuǎn)動(dòng)軸等部分組成，通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸，帶動(dòng)翻板架順時(shí)針方

4、向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過時(shí)，印刷板由水平位置翻轉(zhuǎn)到垂直位置，完成翻板動(dòng)作，繼續(xù)再轉(zhuǎn)過，翻板架又轉(zhuǎn)到水平位置，準(zhǔn)備接料，翻轉(zhuǎn)下一片印刷板。通過翻板架將陰極板送到輸送鏈條上，輸出電機(jī)工作，通過同步鏈條驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)同步主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)同步從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出主動(dòng)鏈輪隨同步從動(dòng)鏈輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出主動(dòng)鏈輪帶動(dòng)輸出鏈條運(yùn)動(dòng)，通過輸出鏈條將懸掛在其上的印刷板帶出，滑落到接印刷板的料架上，完成翻板工作。通過對(duì)傳統(tǒng)和新型的印刷板加工翻板出料機(jī)進(jìn)行分析比較，本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：（1）用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)翻板架旋轉(zhuǎn)進(jìn)行翻板，這一翻板工作是間歇?jiǎng)幼?，步進(jìn)電機(jī)具有頻繁啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，而且傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)檢修容易，制造加工成

5、本低。（2）翻板架只沿著順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，可以不斷將位于水平位置的陰極板翻轉(zhuǎn)到垂直位置，進(jìn)行陰極板的翻板，不改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，可以提高步進(jìn)電機(jī)的使用壽命。（3）翻板架為具有完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)的“A”形，重心和旋轉(zhuǎn)中心重合，不存在偏心，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生附加的動(dòng)負(fù)荷，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)可靠。（4）翻板工作由對(duì)稱的兩支架交替完成，所以每翻一片印刷板，翻板架只需旋轉(zhuǎn)，提高了翻板的效率，而且翻板架的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，翻轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制。（5）出料時(shí)，通過出料鏈條帶動(dòng)印刷板移動(dòng)，采用機(jī)械傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，維護(hù)、檢修容易，生產(chǎn)、制造成本低兩個(gè)方案的比較：方案1原理簡(jiǎn)單，翻板裝置也比較簡(jiǎn)單，但可靠性比較差，翻板裝

6、置在上升過程中，印制板有可能滑下，而且印制板翻轉(zhuǎn)后會(huì)失去支撐點(diǎn)而直接“摔”在傳送帶上，有可能損壞印制板上的元件。方案2原理也很簡(jiǎn)單，翻板裝置相對(duì)比較復(fù)雜，安裝精度要求比較高，但可靠性比較好，傳送過程相對(duì)比較平穩(wěn)，對(duì)元件的保護(hù)也比較周到，而且可以通過對(duì)翻板裝置的“盒子”的修改來達(dá)到傳送不同形狀的印制板，擴(kuò)展性較好。由于采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)翻板架轉(zhuǎn)動(dòng)，翻轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制，且翻板架為完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，不存在偏心，因此轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生附加動(dòng)負(fù)荷，而且工作時(shí)，翻板架始終沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，出料通過輸送鏈條完成。因此印刷板加工翻板機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)可靠、裝配維護(hù)容易、制造成本低的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)具有明顯的實(shí)用價(jià)值

7、、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣價(jià)值。最終方案的選取：由于方案1存在有可能損壞元件的致命缺點(diǎn)，而方案2也具有較好的擴(kuò)展性，故本次設(shè)計(jì)采用方案2為基本方案，并確定基本方案的總體流程圖，如圖3三、設(shè)計(jì)說明1、印制板翻板機(jī)的具體結(jié)構(gòu)：總體結(jié)構(gòu)可以參考附件的印制板翻板機(jī)裝配圖。印制板形狀的改良：印制板底部為一個(gè)328×246 mm的平板型，印制板上元件離印制板邊緣的距離為8 mm，設(shè)定印制板的厚度為3 mm，為了便于定位，如圖4所示，在8 mm的邊緣上打上兩個(gè)孔。圖4傳送帶的設(shè)計(jì)：由于定位和安裝的需要，該裝置把傳送帶分成了輸入和輸出兩段，而且如圖5所示，輸入和輸出部分的形狀也不一樣，輸入段為常用的傳送帶，輸

8、出段是用于承載已經(jīng)翻轉(zhuǎn)了的印制板，為了保護(hù)印制板上的元件，需要中間留空。在輸入和輸出的傳送帶兩邊都需要加上與印制板邊緣孔相配合的小凸臺(tái)，并且輸出段傳送帶上的小凸臺(tái)還是把印制板從“盒子”里面“拉”出來的主動(dòng)力。翻板裝置“盒子”的設(shè)計(jì)：“盒子”的尺寸必須與印制板的尺寸相配合，而且要保證翻轉(zhuǎn)過程中印制板不會(huì)掉出來，也不會(huì)因?yàn)榕龅健昂凶印边吘壎鴵p壞上面的元件?！昂凶印辈捎每裳b拆更換設(shè)計(jì)，翻轉(zhuǎn)不同的印制板只需更換相應(yīng)的“盒子”，“盒子”采用矩形槽設(shè)計(jì)，便于裝拆更換，上面的兩個(gè)螺栓用于定位，如圖6所示。圖6翻轉(zhuǎn)主軸的設(shè)計(jì)：如圖7所示，翻轉(zhuǎn)主軸中間長(zhǎng)方形部分要有與“盒子”相配合的矩形槽，兩端是圓軸，一端長(zhǎng)，

9、一端短，短的一端只安裝軸承，長(zhǎng)的一端除了安裝軸承還要開一鍵槽，用于安裝帶輪。圖7傳感器位置的確定：該設(shè)計(jì)采用PLC控制，位置精度要求比較高，如圖8所示，在翻轉(zhuǎn)主軸的兩個(gè)極限位置分別安放行程開關(guān)1、2，以保證翻轉(zhuǎn)主軸的起停位置；在位置A中安裝行程開關(guān)3，當(dāng)印制板送進(jìn)“盒子”，接觸行程開關(guān)3，翻轉(zhuǎn)主軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)；在位置B中安裝行程開關(guān)4，檢測(cè)印制板是否完全離開“盒子”。圖8電機(jī)的設(shè)計(jì)：傳送帶輸入段和輸出段分開，應(yīng)當(dāng)由兩個(gè)電機(jī)分別帶動(dòng)，但輸入段和輸出段有同步的要求，所以選擇有一個(gè)功率較大的電機(jī)直接帶動(dòng)兩個(gè)傳送帶?？烧{(diào)底座螺栓：為了滿足裝置高度±20 mm可調(diào)的要求，底座安裝了六個(gè)可調(diào)螺栓。2

10、、印制板翻板機(jī)的電氣控制設(shè)計(jì)：總體電氣控制設(shè)計(jì)可以參考附件的電氣控制圖。電氣控制圖的簡(jiǎn)單說明：2.2.1 流程圖本系統(tǒng)采用了可變成控制器直接進(jìn)行控制，系統(tǒng)的流程如下：到位翻轉(zhuǎn)到位傳送翻轉(zhuǎn)到位進(jìn)行控制流程圖的編輯如下：?jiǎn)?dòng)輸入印制版印制版是否到位？N翻轉(zhuǎn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)Y翻轉(zhuǎn)是否到位？NY輸出印制版是否完全輸出？NY翻轉(zhuǎn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)是否到位？NY 說 明輸入傳送帶運(yùn)動(dòng)將印制版送入“盒子”循環(huán)的起始點(diǎn)印制版是否觸碰到“盒子”底部的行程開關(guān)ST1翻轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，將印制版翻轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)向輸出端翻轉(zhuǎn)部分是否觸碰到形成開關(guān)ST3印制版從“盒子”里輸出，到達(dá)輸出傳送帶是否釋放了行程開關(guān)ST4輸出延時(shí)空的“盒子”

11、從輸出端翻轉(zhuǎn)回輸入端是否觸碰行程開關(guān)ST2下一個(gè)循環(huán)開始延時(shí)1s圖 72.2.2 程序編輯翻轉(zhuǎn)電機(jī)受PLC直接控制；輸入電機(jī)由行程開關(guān)ST2直接控制，無須經(jīng)PLC控制；輸出電機(jī)啟動(dòng)時(shí)就運(yùn)行，不受PLC控制。由于該系統(tǒng)的控制比較簡(jiǎn)單，所以選擇三菱F40M型PLC。性能參數(shù)為：I/O：40點(diǎn)80點(diǎn)內(nèi)存：890B內(nèi)部繼電器：193個(gè)記時(shí)/計(jì)數(shù)器：32個(gè)該系統(tǒng)含有四個(gè)行程開關(guān)，控制順序如圖7。PLC的主電路與PLC外部接線：見電氣控制圖。指令語(yǔ)句如下：LD 401OUT 100LD 404AND 100OR 431ANI 432OUT 431LD 400OR 432ANI 435OUT 432LD 4

12、02ANI 434OUT 435LD 403ANI 433OUT 434OUT 450K 1LD 450OR 433ANI 100OUT 433END3、印制板翻板機(jī)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算和說明：傳送帶輸入段、輸出段以及翻轉(zhuǎn)的時(shí)間分配：運(yùn)送傳送帶的速度范圍是20020000mm/min，因?yàn)橐?guī)定生產(chǎn)節(jié)拍為20”，考慮到傳送帶上要放置兩塊印制板，傳送距離也比較長(zhǎng)，故確定印制板從放上傳送帶，到達(dá)行程開關(guān)3的時(shí)間為11秒，翻轉(zhuǎn)主軸正反轉(zhuǎn)的時(shí)間都是3秒，“盒子”接觸行程開關(guān)2后停留時(shí)間為3秒，如圖8，滿足生產(chǎn)節(jié)拍20”。傳送帶的傳送速度、滾筒轉(zhuǎn)速和翻轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算：A、傳送帶的傳送速度和滾筒的轉(zhuǎn)速：由于輸入

13、、輸出段由一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)來實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)送，只需考慮“盒子”接觸行程開關(guān)2后停留的3秒內(nèi)，印制板能否完全離開“盒子”，盒子寬約為150mm，帶的傳送速度理論值為v=b/t=150mm/3s=50mm/s=0.05m/s，取v=0.06m/s。滾筒轉(zhuǎn)速：n1=60v/2r =16r/min。B、翻轉(zhuǎn)主軸的轉(zhuǎn)速：翻轉(zhuǎn)時(shí)間為3秒，旋轉(zhuǎn)角度為180°，n2=0.5轉(zhuǎn)/3s=0.5轉(zhuǎn)/0.05min =10r/min。傳送帶輸入段和輸出段的長(zhǎng)度與寬度計(jì)算：確定滾筒半徑為r=30mm，為了使傳輸連續(xù)不停頓，帶長(zhǎng)應(yīng)該為相鄰兩印制板距離的整數(shù)倍，取放置印制板的時(shí)間間隔為9秒，則相鄰印制板距離D=v

14、3;t=9s×50mm/s=450mm,可以得到帶長(zhǎng)的幾何關(guān)系（如圖9）：nD=2r+2L，其中L長(zhǎng)度應(yīng)該取小直，從圖上可以看出LD+0.5b=625mm,所以算出n=3.2，取整n=4。所以輸出段帶長(zhǎng)S=nD=1800mm，兩滾筒中心距L=0.5（nD-2r）=805.8mm。同理，輸出段L2b=492mm，所以算出n=2.6，取整n=3，輸出段帶長(zhǎng)S=1350mm，滾筒中心距L=580.8mm，另外輸出段中間留空，帶兩邊寬度取6mm。圖9電機(jī)的選擇及有關(guān)參數(shù)的計(jì)算：A、帶動(dòng)傳送帶的電機(jī)：由于電機(jī)帶動(dòng)的是傳送帶，傳動(dòng)帶上的負(fù)載基本恒定，所以按照帶恒定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量選擇，即PNPL

15、 ,PL=T·n/9550；并且選取Y系列三相異步電動(dòng)機(jī),最大負(fù)載扭矩應(yīng)該滿足TL max=0.8Tmax ；通過對(duì)印制板重量和滾筒尺寸的計(jì)算，算出輸入輸出總扭矩，設(shè)傳送帶摩擦系數(shù)為0.4，帶上保持運(yùn)送兩塊印制板，印制板每塊10Kg重，滾筒半徑為30mm，轉(zhuǎn)速為16r/min，TL max=10×2×9.8×0.4×0.03×2=4.7N·m，Tmax=TL max/0.8=5.88 N·m，PL=T·n/9550=0.01Kw，通過查表，選擇Y801-4型電機(jī)，其額定功率為0.55Kw，滿載轉(zhuǎn)速1390

16、r/min，同步轉(zhuǎn)速1500r/min。B、帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)主軸的電機(jī)：由于電機(jī)帶動(dòng)的是翻轉(zhuǎn)主軸，負(fù)載大小有規(guī)律變動(dòng)，所以按照重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)容量選擇，設(shè)定“盒子”為5Kg，印制板為10Kg，則TL max=15×9.8×0.2=29.4N·m，PL=T·n/9550=0.03Kw，由于是通過重復(fù)短時(shí)工作制計(jì)算，=tp/tp+t0=6/11,Ps=PL(/aN)1/2=0.04Kw，通過查表，選擇YZR112M-6型電機(jī)，其額定功率為1.1Kw，轉(zhuǎn)速912r/min。連接各個(gè)電機(jī)的減速器傳動(dòng)比的計(jì)算與減速器類型的選擇：A、連接到傳送帶上的減速器：總傳動(dòng)比i

17、=1500/16=93.75，所以選擇齒輪蝸桿二級(jí)減速器。B、連接到翻轉(zhuǎn)主軸上的減速器：總傳動(dòng)比I=912/10=91.2，所以選擇齒輪蝸桿二級(jí)減速器。翻轉(zhuǎn)主軸的軸承選擇及有關(guān)參數(shù)的計(jì)算：翻轉(zhuǎn)主軸理論上只受到徑向力的作用，但由于裝置位置精度要求高，所以選擇深溝球軸承，其型號(hào)配合翻轉(zhuǎn)主軸兩端直徑，選擇6006。四、總結(jié)體會(huì)通過這次設(shè)計(jì)總結(jié)了以前學(xué)習(xí)的機(jī)電一體化和機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，做到了將機(jī)械與電氣的滲透，設(shè)計(jì)過程中遇到了各種各樣的問題，并最終得到了解決。在后期設(shè)計(jì)和制作中，我還發(fā)現(xiàn)方案一中采用氣壓傳動(dòng)在大工業(yè)生產(chǎn)中還是可行的，可以由多組翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)空氣壓縮機(jī)統(tǒng)一供氣的方式，這樣能最大限度的提高動(dòng)力源的利用率，加上方案一的同時(shí)輸入輸出的工作方式，生產(chǎn)想效率上也是很可觀的。當(dāng)然，對(duì)我這次的單機(jī)組設(shè)計(jì)上，這樣的效率并不是那么的理想化。在傳感器的選擇上，還可以全部采用光敏傳感器，提高系統(tǒng)的精度，