机械自动化定长系统分析

汪海生

（浙江上虹货架有限公司，浙江 嘉兴 314100）

我国社会的不断发展，给工业生产带来了巨大的冲击，我国工业进入了高速发展时期。工业自动化发展对于促进我国工业战略升级、提升综合国力及实现中华民族伟大复兴具有重要意义。厂方对生产成本及效率提出了要求，客户对产品质量与交货期限也提出了双重要求，自动化在此情况下得到快速的发展。工业3.0电子和信息技术系统实现自动化，工业4.0物联信息系统集成工业相关的所有模块，工业5.0是以“人＋机器人”人机协作为目的，工业自动化取得了飞跃发展。自动化的发展离不开结构的支撑，定长系统是机械自动化中应用最为广泛的系统之一。

1 应用对象

定长系统是对需要加工的原料，按照指定尺寸进行长度输出。定长系统在自动化中得到了广泛使用，适用于对长度有要求的批量化作业中，被普遍应用于各类板材、矩形管材、型材类、五金模具冲压、非标立柱类加工中。该结构能够快速、稳定、高效率地进行批量化生产作业，符合新时代企业“减员增效、优质生产”的价值观。

2 系统分析

定长系统一般分为机械定长、电气定长及相关组合定长，能够精确地对原料进行尺寸输出。其中，机械定长一般为挡料定长，电气定长可分为传感器、编码器、伺服系统、电子计米器等。同时，该系统还可使用相关组合方式，利用机械定长及传感器、编码器配合伺服等进行操作。匹配的定长系统对整个设备系统的稳定性、可靠性、准确性及工作效率有很大影响。

2.1 机械定长

机械定长是利用机械结构本身的尺寸长度及牢固性进行定长，需要对定位板进行尺寸确定、锁定定位板，利用机械材料特有的刚性对原材料长度进行输出。机械定长一般指挡料定长系统。挡料定长是指先将挡料板按照指定尺寸固定在所需长度位置，利用原材料本身的刚性输送到挡料板贴合进行下一步操作，原材料的长度根据挡料板摆放的位置确定。在此过程中，需要注意判断是否贴合挡料板及贴合挡料板后继续输送原材料是否会对原材料的刚性产生影响，防止原材料发生弯曲、变形。

根据上述所提到的贴合挡料板和产生变形问题，应增加相应的导向机构配合使用。利用原材料固有的刚性，贴合挡料板确定长度后，继续输送使挡料板被原材料贴合推动沿导向机构滑行一段距离进行下一步作业。下一步作业设备应与挡料板一起被贴合移动，可通过触碰相关传感器或延时继电器进行延时触发下一步作业。本套机构适用于型材或其他本身具有一定刚性的原材料，比如矩形管、方管、槽钢、轧制立柱等。原材料要求本身具有一定的刚性且长度应该控制在3 m以内，方便自动化设备或自动化生产线的设计。本套机构常用在与轧机配合进行行程定长、冲孔、切断等型材类生产线上，可大幅度提升生产效率。

2.2 电气定长

随着工业的不断发展与升级，电气控制在设备、生产线中得到广泛使用，传感器、编码器、伺服驱动控制器也得到广泛应用。

2.2.1 传感器定长

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器定长包含接近开关、光电开关、对射传感器、电子计米器等将信号源转为电信号进行定长的电子元器件。传感器的种类繁多，使用特点各不相同，在这里不一一讨论。传感器对长度的精度要求，与安装状态及传感器自身精度有关，常与其他机械机构配合使用，也可直接使用传感器进行定长。

2.2.2 编码器定长

编码器是将信号或数据进行编制，转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。在定长系统中使用时，物件与输送轮接触面平整、无相对滑动，可以直接安装在输送轮上进行定长测量，其他的需设计专用编码机构进行检查。

编码器机构设计需用到检测轮、弹簧、软联轴器、轴承等。弹簧可以对原材料变形区域进行弹性调节，保证编码器机构中检查轮与原材料一直保持接触状态。编码器与检测轮应使用软连接，不易采用刚性联轴器，防止安装或使用过程中因产生侧向大位移偏动而损坏编码器。

编码器定长系统常被用在卷料板材冲断、模具冲压成型、型材定长、包装线、布料切断等设备中。编码器定长几乎覆盖所有长度控制输出，工业使用较为广泛。在具体使用时，应根据不同原材料、机构作出相应的调整。

2.2.3 伺服定长

伺服定长是比较常见的定长方式，伺服电机可使控制速度、位置精度非常高，可以将电压信号转化为转矩和转速，以驱动控制对象。伺服定长通过伺服电机的PID调节快速定长，可以通过丝杆、齿轮齿条、涡轮蜗杆等形式，将电气信号转移到机械长度尺寸上，应用在工业生产、航空航天、军工厂等中，是目前最为广泛的定长方式之一。另外，它还可设计不同结构应用于不同场合，具有精度高、响应时间短、尺寸稳定、便于控制等优点，也是工业整体升级的重点。

2.3 组合定长

组合定长采用电气与机械相互结合的方式进行定长。机械对伺服、传感器等电子器件进行尺寸安装及机构刚性保证，电子器件为机械提供触发点，两者相互结合，具有有效提升定长的效率及简化结构等特点，保证尺寸的稳定输出。

靠料定长常使用2个传感器进行减速后定长，是指具有一定刚性的原材料接近定位板时，先触碰到减速传感器进行一级减速，第二定位传感器应与定位板位置贴近，触碰定位传感器后延时，利用输送辊轮与原材料滑动延时贴合定位板进行下一步作业，一般与输送辊轮架配合使用，不会对原材料产生形变。本结构常与带锯床、圆锯设备、冲床等对长度输出设备构成生产线，具有结构简单、尺寸可靠等特点，要求原材料是自身具有一定的刚性的材料，比如矩形管、圆管、立柱、横梁等。

参考文献：

［1］胡寿松.自动化控制［M］.北京：科学出版社，2007.

［2］闻邦椿.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2010.