课程设计印制板翻板机设计

1、机电一体化课程设计印制板翻板机的设计说明书学院：制造学院班级：0姓名：0学号：0指导教师：0设计时间：2007年1月25日至2007年3月1日目 录任务书（2）一、 总体方案的选择（3）二、 所选方案的具体设计（6）1、 总体结构的设计（6）（1） PCB输送系统（6）（2） 位置检测系统（6）（3） 信号处理系统（7）（4） 执行机构原理图（7） 2、机械机构设计（7）（1）翻转部分设计（8）（2）行程开关的位置选择（8）（3）装置高度调节（8）3、软件部分的设计（9）（1）程序流程图（9）（2）PLC梯形图（9）（3）PLC程序（10）三、 相关参数的设计说明1、 翻转的时间分配（11）2

2、、 传送带的相关计算和翻转主轴的计算（12）3、 电机的选择及有关参数的计算（13）四、 总结体会参考文献（13）任 务 书题目：印制板翻板机的设计设计与任务要求：该装置是为了将通过波峰焊接好的印制板翻转,并传输到反面检查线的上面,工作的过程为:产品到达装置的传送部分上,装置自动将产品与传送部分一起翻转,然后传动部分将产品传输出去,再返回到原位,流程为 到位翻转到位传送翻转到位，该过程自动完成。传送的产品重量为10Kg，底部为一328X246mm的平板型，印制板元件离印制板边缘的距离为8mm，传送形式可以采用皮带、滚筒或链条传输，生产节拍20，传送面离地面的高度为800mm，要求装置高

3、7;20mm可调。要求完成装配图设计并完成电气控制图设计包括：设计说明书一份系统装配图一份系统电气控制图一份二，方案选择图1方案1的简单说明：印制板在传送带上传送，一直传送到翻板装置的“盒子”里面，传感器1检测到位以后，整个翻板装置开始旋转180°，碰到行程开关2就停止旋转，通过传送带把印制板从“盒子”里面“拉”出来，印制板随传送带传输出去，传感器3检测到位以后，翻板装置复位，准备下一个翻板过程，行程开关4用于翻板装置开始状态的定位。 图2 图3.印刷板翻板机结构图 方案2的简单说明：该设备主要由机架、翻板架、翻板电机、同步链条、翻板架转动轴等部分组成，通过转动轴，带动翻板架顺时针方

4、向转动，转过时，印刷板由水平位置翻转到垂直位置，完成翻板动作，继续再转过，翻板架又转到水平位置，准备接料，翻转下一片印刷板。通过翻板架将阴极板送到输送链条上，输出电机工作，通过同步链条驱动轴带动同步主动链轮转动，再带动同步从动链轮转动，输出主动链轮随同步从动链轮一起转动，输出主动链轮带动输出链条运动，通过输出链条将悬挂在其上的印刷板带出，滑落到接印刷板的料架上，完成翻板工作。通过对传统和新型的印刷板加工翻板出料机进行分析比较，本设计的优点：（1）用步进电机驱动翻板架旋转进行翻板，这一翻板工作是间歇动作，步进电机具有频繁启动的优点，而且传动系统简单，动作可靠，使用寿命长，维护检修容易，制造加工成

5、本低。（2）翻板架只沿着顺时针方向转动，可以不断将位于水平位置的阴极板翻转到垂直位置，进行阴极板的翻板，不改变步进电机的旋转方向，可以提高步进电机的使用寿命。（3）翻板架为具有完全对称结构的“A”形，重心和旋转中心重合，不存在偏心，转动时不产生附加的动负荷，转动平稳可靠。（4）翻板工作由对称的两支架交替完成，所以每翻一片印刷板，翻板架只需旋转，提高了翻板的效率，而且翻板架的运动由步进电机驱动，翻转角实现了数字控制。（5）出料时，通过出料链条带动印刷板移动，采用机械传动，结构简单，动作可靠，维护、检修容易，生产、制造成本低两个方案的比较：方案1原理简单，翻板装置也比较简单，但可靠性比较差，翻板装

6、置在上升过程中，印制板有可能滑下，而且印制板翻转后会失去支撑点而直接“摔”在传送带上，有可能损坏印制板上的元件。方案2原理也很简单，翻板装置相对比较复杂，安装精度要求比较高，但可靠性比较好，传送过程相对比较平稳，对元件的保护也比较周到，而且可以通过对翻板装置的“盒子”的修改来达到传送不同形状的印制板，扩展性较好。由于采用了步进电机驱动翻板架转动，翻转角实现了数字控制，且翻板架为完全对称的结构，不存在偏心，因此转动时不产生附加动负荷，而且工作时，翻板架始终沿一个方向旋转，出料通过输送链条完成。因此印刷板加工翻板机具有结构简单、工作平稳可靠、装配维护容易、制造成本低的特点。本设计具有明显的实用价值

7、、经济价值和推广价值。最终方案的选取：由于方案1存在有可能损坏元件的致命缺点，而方案2也具有较好的扩展性，故本次设计采用方案2为基本方案，并确定基本方案的总体流程图，如图3三、设计说明1、印制板翻板机的具体结构：总体结构可以参考附件的印制板翻板机装配图。印制板形状的改良：印制板底部为一个328×246 mm的平板型，印制板上元件离印制板边缘的距离为8 mm，设定印制板的厚度为3 mm，为了便于定位，如图4所示，在8 mm的边缘上打上两个孔。图4传送带的设计：由于定位和安装的需要，该装置把传送带分成了输入和输出两段，而且如图5所示，输入和输出部分的形状也不一样，输入段为常用的传送带，输

8、出段是用于承载已经翻转了的印制板，为了保护印制板上的元件，需要中间留空。在输入和输出的传送带两边都需要加上与印制板边缘孔相配合的小凸台，并且输出段传送带上的小凸台还是把印制板从“盒子”里面“拉”出来的主动力。翻板装置“盒子”的设计：“盒子”的尺寸必须与印制板的尺寸相配合，而且要保证翻转过程中印制板不会掉出来，也不会因为碰到“盒子”边缘而损坏上面的元件。“盒子”采用可装拆更换设计，翻转不同的印制板只需更换相应的“盒子”，“盒子”采用矩形槽设计，便于装拆更换，上面的两个螺栓用于定位，如图6所示。图6翻转主轴的设计：如图7所示，翻转主轴中间长方形部分要有与“盒子”相配合的矩形槽，两端是圆轴，一端长，

9、一端短，短的一端只安装轴承，长的一端除了安装轴承还要开一键槽，用于安装带轮。图7传感器位置的确定：该设计采用PLC控制，位置精度要求比较高，如图8所示，在翻转主轴的两个极限位置分别安放行程开关1、2，以保证翻转主轴的起停位置；在位置A中安装行程开关3，当印制板送进“盒子”，接触行程开关3，翻转主轴开始转动；在位置B中安装行程开关4，检测印制板是否完全离开“盒子”。图8电机的设计：传送带输入段和输出段分开，应当由两个电机分别带动，但输入段和输出段有同步的要求，所以选择有一个功率较大的电机直接带动两个传送带。可调底座螺栓：为了满足装置高度±20 mm可调的要求，底座安装了六个可调螺栓。2

10、、印制板翻板机的电气控制设计：总体电气控制设计可以参考附件的电气控制图。电气控制图的简单说明：2.2.1 流程图本系统采用了可变成控制器直接进行控制，系统的流程如下：到位翻转到位传送翻转到位进行控制流程图的编辑如下：启动输入印制版印制版是否到位？N翻转电机逆时针旋转Y翻转是否到位？NY输出印制版是否完全输出？NY翻转电机顺时针旋转翻转是否到位？NY 说 明输入传送带运动将印制版送入“盒子”循环的起始点印制版是否触碰到“盒子”底部的行程开关ST1翻转电机运动，将印制版翻转并转向输出端翻转部分是否触碰到形成开关ST3印制版从“盒子”里输出，到达输出传送带是否释放了行程开关ST4输出延时空的“盒子”

11、从输出端翻转回输入端是否触碰行程开关ST2下一个循环开始延时1s图 72.2.2 程序编辑翻转电机受PLC直接控制；输入电机由行程开关ST2直接控制，无须经PLC控制；输出电机启动时就运行，不受PLC控制。由于该系统的控制比较简单，所以选择三菱F40M型PLC。性能参数为：I/O：40点80点内存：890B内部继电器：193个记时/计数器：32个该系统含有四个行程开关，控制顺序如图7。PLC的主电路与PLC外部接线：见电气控制图。指令语句如下：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、印制板翻板机相关参数的计算和说明：传送带输入段、输出段以及翻转的时间分配：运送传送带的速度范围是20020000mm/min，因为规定生产节拍为20”，考虑到传送带上要放置两块印制板，传送距离也比较长，故确定印制板从放上传送带，到达行程开关3的时间为11秒，翻转主轴正反转的时间都是3秒，“盒子”接触行程开关2后停留时间为3秒，如图8，满足生产节拍20”。传送带的传送速度、滚筒转速和翻转主轴转速的计算：A、传送带的传送速度和滚筒的转速：由于输入

13、、输出段由一个电机带动来实现同步运送，只需考虑“盒子”接触行程开关2后停留的3秒内，印制板能否完全离开“盒子”，盒子宽约为150mm，带的传送速度理论值为v=b/t=150mm/3s=50mm/s=0.05m/s，取v=0.06m/s。滚筒转速：n1=60v/2r =16r/min。B、翻转主轴的转速：翻转时间为3秒，旋转角度为180°，n2=0.5转/3s=0.5转/0.05min =10r/min。传送带输入段和输出段的长度与宽度计算：确定滚筒半径为r=30mm，为了使传输连续不停顿，带长应该为相邻两印制板距离的整数倍，取放置印制板的时间间隔为9秒，则相邻印制板距离D=v

14、3;t=9s×50mm/s=450mm,可以得到带长的几何关系（如图9）：nD=2r+2L，其中L长度应该取小直，从图上可以看出LD+0.5b=625mm,所以算出n=3.2，取整n=4。所以输出段带长S=nD=1800mm，两滚筒中心距L=0.5（nD-2r）=805.8mm。同理，输出段L2b=492mm，所以算出n=2.6，取整n=3，输出段带长S=1350mm，滚筒中心距L=580.8mm，另外输出段中间留空，带两边宽度取6mm。图9电机的选择及有关参数的计算：A、带动传送带的电机：由于电机带动的是传送带，传动带上的负载基本恒定，所以按照带恒定负载时电动机容量选择，即PNPL

15、 ,PL=T·n/9550；并且选取Y系列三相异步电动机,最大负载扭矩应该满足TL max=0.8Tmax ；通过对印制板重量和滚筒尺寸的计算，算出输入输出总扭矩，设传送带摩擦系数为0.4，带上保持运送两块印制板，印制板每块10Kg重，滚筒半径为30mm，转速为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，通过查表，选择Y801-4型电机，其额定功率为0.55Kw，满载转速1390

16、r/min，同步转速1500r/min。B、带动翻转主轴的电机：由于电机带动的是翻转主轴，负载大小有规律变动，所以按照重复短时工作制的电动机容量选择，设定“盒子”为5Kg，印制板为10Kg，则TL max=15×9.8×0.2=29.4N·m，PL=T·n/9550=0.03Kw，由于是通过重复短时工作制计算，=tp/tp+t0=6/11,Ps=PL(/aN)1/2=0.04Kw，通过查表，选择YZR112M-6型电机，其额定功率为1.1Kw，转速912r/min。连接各个电机的减速器传动比的计算与减速器类型的选择：A、连接到传送带上的减速器：总传动比i

17、=1500/16=93.75，所以选择齿轮蜗杆二级减速器。B、连接到翻转主轴上的减速器：总传动比I=912/10=91.2，所以选择齿轮蜗杆二级减速器。翻转主轴的轴承选择及有关参数的计算：翻转主轴理论上只受到径向力的作用，但由于装置位置精度要求高，所以选择深沟球轴承，其型号配合翻转主轴两端直径，选择6006。四、总结体会通过这次设计总结了以前学习的机电一体化和机械设计方面的知识，做到了将机械与电气的渗透，设计过程中遇到了各种各样的问题，并最终得到了解决。在后期设计和制作中，我还发现方案一中采用气压传动在大工业生产中还是可行的，可以由多组翻转机构采用一台空气压缩机统一供气的方式，这样能最大限度的提高动力源的利用率，加上方案一的同时输入输出的工作方式，生产想效率上也是很可观的。当然，对我这次的单机组设计上，这样的效率并不是那么的理想化。在传感器的选择上，还可以全部采用光敏传感器，提高系统的精度，