CN113212851A - 一种气动三轴移栽机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动三轴移栽机，包括夹片下料管、推料气缸、气缸手指、放置气缸、Y轴气缸、X轴电机、滑轨和PLC一体机，夹片下料管下端设有出料槽，出料槽一端为出料口，推料气缸位于出料槽另一端，推料气缸将落入到出料槽中的夹片从出料口推出，气缸手指与放置气缸连接，放置气缸与Y轴气缸连接，Y轴气缸设置于滑轨上，滑轨与X轴电机连接，推料气缸、放置气缸、Y轴气缸和X轴电机分别与PLC一体机连接，夹片下料管的下端设有传感器。大程度上节省加工时间，减少人力资源，提高了生产效率和生产节拍的弹性调节，降低企业人力成本，并且提高了企业的产能。

Description

一种气动三轴移栽机

技术领域

本发明涉及一种移栽机，特别是一种气动三轴移栽机。

背景技术

目前我国夹片广泛应用在高速铁路、城际铁路、普通公路铁路、城市地铁、大型天文台、大型桥梁建设等基础建设项目。现国内夹片每年生产输出量30亿件以上，国内在不断发展扩大基建，需求量日益增多，加上我国夹片的生产制造远销海外各国，对外输出更是供不应求，而高效的自动化生产是提高生产效率的关键措施。

夹片生产完成后，需要把夹片进行装箱，但是目前国内的大部分厂商的夹片装箱，仍然依靠工人手动装箱，这样生产效率低，成本高，已经严重的影响了夹片生产进度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种气动三轴移栽机。

解决上述技术问题的技术方案是：一种气动三轴移栽机，包括夹片下料管、推料气缸、气缸手指、放置气缸、Y轴气缸、X轴电机、滑轨和PLC一体机，夹片下料管下端设有出料槽，出料槽一端为出料口，推料气缸位于出料槽另一端，推料气缸将落入到出料槽中的夹片从出料口推出，气缸手指与放置气缸连接，放置气缸与Y轴气缸连接，Y轴气缸设置于滑轨上，滑轨与X轴电机连接，推料气缸、放置气缸、Y轴气缸和X轴电机分别与PLC一体机连接，夹片下料管的下端设有传感器；移栽方法：第一步传感器感应到夹片，第二步气缸手指夹起夹片，第三步Z轴升起把气缸手指提升，第四步X轴移动带动气缸手指，第五步Y轴确定放置位置，第六步Z轴下降气缸手指放置夹片，第七步气缸手指松开夹片。

本发明的进一步技术方案是：滑轨包括螺纹杆和与螺纹杆通过螺纹对应连接的滑块，Y轴气缸设置于滑块上，螺纹杆与X轴电机连接，滑块套于螺纹杆上，通过X轴电机的转动使得螺纹杆转动，进而使得滑块能沿着螺纹杆移动。

气缸手指的抓头为“7”字结构，该抓头数量为至少2个，且以圆周的方式设置于气缸上，通过气缸控制抓头的闭合和打开，抓头闭合时的直径小于夹片的内径，抓头打开时的直径大于夹片的内径。

具体移栽方法：通过PLC一体机的控制，第一步：传感器感应到夹片下料管中的夹片，推料气缸将夹片推出到以Z轴方向俯视与气缸手指位置重合处，第二步：气缸手指在放置气缸带动以Z轴方向往下运动直到夹起夹片，第三步：气缸手指在放置气缸带动以Z轴方向往上运动把夹片提升，第四步：X轴电机带动气缸手指沿X轴方向移动夹片，X轴电机在X轴确定位置处停止运动，第五步：Y轴气缸带动气缸手指将夹片定位在Y轴确定位置，第六步：气缸手指在放置气缸带动以Z轴方向往下运动以放置夹片，第七步：气缸手指松开夹片，完成夹片的放置。跳转回到上述第一步传感器感应夹片开始循环。

由于采用上述技术方案，本发明之一种气动三轴移栽机，具有以下有益效果：

1.发明的气动三轴移栽机主要功能是对夹片的定向、定位移动，进而模仿人工手动操作的动作，减少夹片装箱的人工劳动，也就是完成夹片从输送带到夹片箱中的整个动作的自动化。通过气动三轴移栽准确快速定位移动夹片，把夹片从输送带放到夹边箱中，完成夹片的装箱。气动三轴移栽机不仅可以减少人工成本，提高夹片生产效率，因整体设备造型小巧，重量轻，还可方便搬运和拆装。采用该气动三轴移栽机后将很大程度上节省加工时间，减少人力资源，提高了生产效率和生产节拍的弹性调节，降低企业人力成本，并且提高了企业的产能。

2. 本发明在合作研究开发的时候，已在合作公司的夹片自动化生产线上进行实验使用，通过实际使用证明，夹片装运的质量和生产效率大为提高，同时也降低了成本。改善了的原工序设备只能满足一种类型夹片片生产的要求，根本解决了不同类型夹片均能实现全自动装运的工作过程。

下面，结合说明书附图和具体实施例对本发明之一种气动三轴移栽机的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：一种气动三轴移栽机的结构示意图。

图2：气动三轴移栽机的工作流程图。

图3：气动三轴移栽机的电气布置示意图。

在上述附图中，各标号说明如下：

1-Y轴气缸，2-X轴电机，3-气缸手指，4-Z轴电机，5-传感器，6-放置气缸，7-触摸屏一体机，8-复位按钮，9-上电按钮，10-急停按钮，11-推料气缸，12-摆放到位的夹片，13-支架，14-滑轨，15-夹片下料管。

具体实施方式

一种气动三轴移栽机，包括夹片下料管、推料气缸、气缸手指、放置气缸、Y轴气缸、X轴电机、滑轨和PLC一体机，夹片下料管、推料气缸、气缸手指、放置气缸、X轴电机、Y轴气缸和PLC一体机分别设置与支架平台上，夹片下料管下端设有出料槽，出料槽为两端开口中空的结构，该出料槽中间的通道为只能容纳一个夹片，出料槽一端为出料口，推料气缸位于出料槽另一端，推料气缸将落入到出料槽中的夹片从出料口推出，气缸手指与放置气缸连接，放置气缸与Y轴气缸连接，Y轴气缸通过支杆设置于滑轨上，滑轨与X轴电机连接，推料气缸、放置气缸、Y轴气缸和X轴电机分别与PLC一体机连接，夹片下料管的下端设有传感器，气缸手指下方与出料口相对的位置处设有计数器，传感器和计数器分别与PLC一体机连接，移栽方法：第一步传感器感应到夹片，第二步气缸手指夹起夹片，第三步Z轴升起把气缸手指提升，第四步X轴移动带动气缸手指，第五步Y轴确定放置位置，第六步Z轴下降气缸手指放置夹片，第七步气缸手指松开夹片。滑轨包括螺纹杆和与螺纹杆通过螺纹对应连接的滑块，Y轴气缸通过支杆设置于滑块上，螺纹杆与X轴电机连接，滑块套于螺纹杆上，通过X轴电机的转动使得螺纹杆转动，进而使得滑块能沿着螺纹杆移动。Y轴气缸通过滑轨与Z轴电机连接，即，与X轴电机的连接方式相似，Y轴气缸通过螺纹杆和滑块与Z轴电机连接，Y轴气缸和Z轴电机分别设置于与X轴电机连接的滑块上。这样可以方便适用于不同高度的夹片。气缸手指的抓头为“7”字结构，该抓头数量为至少2个，且以圆周的方式设置于气缸上，通过气缸控制抓头的闭合和打开，抓头闭合时的直径小于夹片的内径，抓头打开时的直径大于夹片的内径，通过将抓头插入到夹片上端孔中，通过抓头扩张的方式将夹片夹持并抬起。

具体移栽方法：将X轴电机2、Z轴电机4、触摸屏的PLC一体机7、推料气缸11和夹片下料管15分别通过螺栓安装在支架13上。将气缸手指3通过螺栓安装在放置气缸6上，将放置气缸6通过螺栓安装在Y轴气缸1，将Y轴气缸1通过螺栓安装在滑轨14上，将滑轨14通过螺栓安装在X轴电机2上，将传感器5通过螺纹安装在夹片下料管15上。通过螺栓进行装配以方便设备的维修和检测。安装好各个机构和设计好程序后，按下上电按钮9控制系统上电后，触摸屏的操作界面共有四个界面主要分为一个总画面和三个分画面，总画面包含了气动三轴移栽的各个机构，通过对各个机构的选择进入其中的机构画面对机构的工作进行操作，主要有：手动控制、自动控制、监控画面。分画面内包含了本机构的输入按钮和输出指示，输入按钮有启动、停止、急停、复位、总急停这些功能按钮，输出指示与数据显示则主要表示为输入按钮工作后的变化以便操作人员观察与发现。具体操作步骤，第一步：传感器感应到夹片下料管15中的夹片，推料气缸11将夹片推出到以Z轴方向俯视与气缸手指3位置重合处，第二步：气缸手指3在放置气缸6带动以Z轴方向往下运动直到夹起夹片，第三步：气缸手指3在放置气缸6带动以Z轴方向往上运动把夹片提升，第四步：X轴电机2带动气缸手指3沿X轴方向移动夹片，X轴电机2在X轴确定位置处停止运动，第五步：Y轴气缸1带动气缸手指3将夹片定位在Y轴确定位置，第六步：气缸手指3在放置气缸6带动以Z轴方向往下运动以放置夹片，第七步：气缸手指3松开夹片，完成夹片的放置。跳转回到上述第一步传感器感应夹片开始循环。

气动三轴移栽机的控制器采用PLC作为控制器；气动三轴移栽机构元器件的统计，输入的元器件包括：8个气缸磁性感应开关传感器来采集气缸运动位置的信号，将其产生的信号用作PLC的输入信号，1个2相编码器来确定X轴的移动距离，2个接近开关传感器来采集夹片的位置信息，输入I口共计12个包括10个传感器和1个编码器的2相输入；输出元器件包括：4个双线圈自保持型电磁阀，两组步进电机，输出O口共计8个，其中每个步进电机输出需要两个O口。气动三轴移栽的X轴和Z轴都由滚珠丝杆来驱动。气动三轴移栽机中的X轴和Z轴都选择了两相混合式步进电机作为驱动的动力源。（实施方式具体使用的机构零部件参见表1）

表1：I/O端口具体参数

气动三轴移栽机的具体控制方法：

（1）初始归位系统阶段：气动三轴移栽控制系统在启动后运行的第一步就是归初始位，以保证设备在抓取夹片时的准确。在归初始位系统阶段，采用的是编码器对步进电机的旋转量进行计数，同时编码器有一个绝对零点，通过编码器对步进电机的旋转量进行计数与编码器的绝对零点进行比较，使用PLC内部的比较指令判断编码器所统计的步进电机的旋转量与绝对零点的相对位置，从而来确定步进电机的旋转的方向，一直到步进电机所统计的旋转量与绝零点想等，步进电机完成初始归位。在实现机构归初始位系统的阶段中重点使用的是比较指令CMP，CMP指令主要是完成上述的步进电机的旋转量与编码器绝对零点的比较。CMP指令会根据比较的结果来选择需要激活的内部继电器，从而完成对步进电机的启动、停止、换向，最终完成机构的归初始位。

（2）自动控制移栽夹片系统阶段：按照编写好的程序，根据各传感器传来的信号，进行夹片的定向定位移栽。在此阶段要完成机构的自动运行，这个过程中涉及到众多传感器和执行器，难免相互会有影响，在编程序过程中要把它们的相互影响消除，在程序中采用了众多的内部继电器M来消除这些影响，使从各个传感器传来的信号来激活内部继电器M，通过内部继电器M间接控制各执行器的动作。

（3）手动控制移栽夹片系统阶段：气动三轴移栽控制系统的手动控制阶段，主要是为了方便适用不同的工序要求来进行手动操作气动三轴移栽在完成要求的动作。手动操作系统阶段在整个控制系统设计中是很有必要的，手动操作可以完成简单一些的要求，方便操作人员了解整个系统的工作流程。具体的手动控制包括：X轴正负方向的移动、Z轴正负方向的移动、Y轴气缸的伸缩、放置气缸的伸缩、气缸手指的加紧与松开。在此阶段需要和自动控制程序区别开，因为使用到了相同的传感器和执行器，如不区分会造成程序的混乱，从而造成机构的故障。故使用子程序跳转指令CALL完成程序的区分，把手动控制程序定以为子程序，自动控制程序为主程序，子程序跳转指令CALL使用内部继电器M36激活，完成子程序的跳转。

（4）推料气缸计数阶段：在气动三轴移栽上的推料气缸主要负责将夹片推到指定位置供气缸手指夹取，该指定位置处设有计数器，因此通过对推料气缸推料数量进行计数处理，就可以知道气动三轴移栽的夹片数量，以便工作人员进行数量统计，其主要通过接近开关传感器X10对推料气缸推送过的夹片进行感应，然后通过INC指令对感应到的信号进行累加计数，最后传到数据寄存器D200中，每天的计数可以通过数据清零M45对当天的数据进行清除。

（5）总急停阶段：气动三轴移栽控制系统需在总急停按下后全部复位至原始状态，所以通过设置总急停开关X17，将X轴步进电机、Y轴气缸、放置气缸、气缸手指进行复位，即全部停止。

自动控制：初始状态→通入电源→机构归初始位→选择自动控制→启动气动三轴移栽自动控制→停止气动三轴移栽自动控制→机构归初始位→系统停止运行

手动控制：初始状态→通入电源→机构归初始位→选择手动控制→手动控制三轴移栽自动控制(Z/X轴步进电机的移动、Y轴气缸的动作、放置气缸的动作、推料气缸的推料、气缸手指的抓取)→关闭手动控制→机构归初始位→系统停止运行。

Claims (4)

1.一种气动三轴移栽机，其特征在于：包括夹片下料管、推料气缸、气缸手指、放置气缸、Y轴气缸、X轴电机、滑轨和PLC一体机，夹片下料管下端设有出料槽，出料槽一端为出料口，推料气缸位于出料槽另一端，推料气缸将落入到出料槽中的夹片从出料口推出，气缸手指与放置气缸连接，放置气缸与Y轴气缸连接，Y轴气缸设置于滑轨上，滑轨与X轴电机连接，推料气缸、放置气缸、Y轴气缸和X轴电机分别与PLC一体机连接，夹片下料管的下端设有传感器；移栽方法：第一步传感器感应到夹片，第二步气缸手指夹起夹片，第三步Z轴升起把气缸手指提升，第四步X轴移动带动气缸手指，第五步Y轴确定放置位置，第六步Z轴下降气缸手指放置夹片，第七步气缸手指松开夹片。

2.根据权利要求1所述的一种气动三轴移栽机，其特征在于：滑轨包括螺纹杆和与螺纹杆通过螺纹对应连接的滑块，Y轴气缸设置于滑块上，螺纹杆与X轴电机连接，滑块套于螺纹杆上，通过X轴电机的转动使得螺纹杆转动，进而使得滑块能沿着螺纹杆移动。

3.根据权利要求1所述的一种气动三轴移栽机，其特征在于：气缸手指的抓头为“7”字结构，该抓头数量为至少2个，且以圆周的方式设置于气缸上，通过气缸控制抓头的闭合和打开，抓头闭合时的直径小于夹片的内径，抓头打开时的直径大于夹片的内径。

4.根据权利要求1所述的一种气动三轴移栽机，其特征在于：具体移栽方法：通过PLC一体机的控制，第一步：传感器感应到夹片下料管中的夹片，推料气缸将夹片推出到以Z轴方向俯视与气缸手指位置重合处，第二步：气缸手指在放置气缸带动以Z轴方向往下运动直到夹起夹片，第三步：气缸手指在放置气缸带动以Z轴方向往上运动把夹片提升，第四步：X轴电机带动气缸手指沿X轴方向移动夹片，X轴电机在X轴确定位置处停止运动，第五步：Y轴气缸带动气缸手指将夹片定位在Y轴确定位置，第六步：气缸手指在放置气缸带动以Z轴方向往下运动以放置夹片，第七步：气缸手指松开夹片，完成夹片的放置。

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