机械工程在小家电设计开发中的应用

任年刚

摘要：随着我国经济的不断发展，人们的生活水平不断的提高，小家电改变了人们的生活方式，提高了人们的劳动效率。分析了小家电产品的现状，论证了工业设计程序与方法在小家电产品设计的应用，为其他小家电产品和其他类别产品的开发设计研究提供一定的参考量。

关键词：机械设计;小家电;开发设计

1 机械工程在小家电设计的特征分析

1.1增加了小家电的功能性

目前，小家电的现代机械设计模式在我国逐渐推广开来，现代的机械设计与传统的机械设计还是存在很大区别的，现代机械设计是在传统机械设计的基础上进行了加强，因此现代机械设计技术相比传统机械设计技术更具有先进性。如今人们对小家电的要求很高，尤其在生产过程中传统的机械设计导致生产的工序非常的复杂，所以在生产加工方面传统的机械设计存在很大的缺陷。而现代机械设计则利用了先进的通讯技术，解决了机械设计工序复杂的问题，然后再结合现代的编程，让小家电变得更加的智能，功能更加丰富多样。如果之后想要赋予小家电更多的功能，让其工作更加的灵活多变，只需要更新其内部的软件程序就可以。

1.2提高了工作效率，降低成本

在小家电设计完成之后都会进行稳定性的测试，只有测试合格的小家电才能投入生产。在现代机械设计中只需要运用计算机软件进行模拟就可以完成稳定性的测试，这种方式更加的简单快捷。通过计算机软件的测试结果就可以清楚地了解当前的机械设计中存在的问题，然后有针对性的进行改善，就可以确保机械设计的质量。另外这种测试不需要进行机械设计的实体加工或者生产。因此在成本投入方面会节省很多。

2 机械工程在小家电中的应用—电饭煲内胆生产线自动化的机械手设计

2.1电饭煲内胆生产线自动化的机械手设计

2.1.1电饭煲内胆冲压工艺生产线组成和布局

企业原来的电饭煲内胆冲压工艺生产线使用的是人工上下料，这种方式效率较低，而且成本高，现在把机械手投入使用，各个工位的动作用机械手来实现。完成机械手与冲压设备的协调控制，是本文重点研究的内容。根据企业电饭煲内胆冲压生产线，组成冲压生产线的主要设备有：4台机械手、油压机、立式压边机、立式辘骨机以及传送带等设备]。所以，首先要对机械手系统的各个部分的控制功能进行分析，为了让机械手与各冲压设备协调控制，也需要知道各个冲压设备的控制功能。整条生产线上实现的冲压工艺为拉伸、切边、弯边、滚边和冲字等，原先各个工艺都采用人工操作，劳动成本高且生产效率低，根据企业要求，设计的自动化生产线机械手控制系统需要满足7秒内实现自动上下料的功能，让整条生产线配合工作，一方面可以完成产品的自动化操作，另一方面可以提高生产效率以及可靠性。机械手控制系统是本文研究的重点工作，其动作时序较多，且是一个多输入输出系统，合理安排动作顺序，使其能与其他设备协调控制，最后才可以保证系统的生产效率和节拍以及稳定安全的工作。设计的生产线如图2-1所示：

2.1.2机械手工艺流程和实现的功能

设计机械手控制系统的目的主要是实现电饭煲内胆冲压工艺上下料的自动化，也就是将上一道工序冲压好的产品，通过机械手快速准确的将该产品放到另一个待冲压的设备上。冲压结束后，机械手再把产品取出，并放到皮带线上，本文以电饭煲冲压完成后输送到皮带线上的过程的机械手为主要研究对象，分析机械手的控制任务和实现的功能，设计机械手控制系统，并使设计的机械手能够精准的将冲压完的电饭煲内胆取出，放在传送带上，且要保证机械手和冲压设备相互协调，不会出现干涉和碰撞，使其能按要求完成控制任务。机械手选择圆柱坐标型，一共有三个自由度，包括一个旋转动作和两个直线动作。

2.1.3机械手主要技术指标

（1）机械手的最大载重（包括吸盘）：5kg

（2）机械手的工作周期：7s

（3）机械手的重复定位精度：0. 2mm

（4）工作空间：根据生产线改造方案中各个设备的相互布局及企业要求，活动

半径预设置为1250 m。

（5）运行速度：升降轴速度初定为600 mm/s，旋转轴旋转速度初设定为

135* /s，伸缩轴速度初设定为2000 mm/s.

（6）机械手吸盘的物料为电饭煲内胆，其材料为铝料，重0.4lkg.。

2.2各功能模块概述

2.2.1人机界面

人机界面（觸摸屏）系统的出现，对人机交互具有重要意义，在PLC为控制核心的系统中，人机界面的主要任务是监控整个控制系统，触摸屏在和PLC通信时，可以对输入单元输入相关的操作指令或者编辑工作参数，最终完成人和机器的信息交互，但是经过触摸屏实现的动作，最终还是通过PLC来完成的，触揽屏只是改变或者显示PLC中的数据。

2.2.2控制器

机械手控制系统的核心部分就是控制器，它也可以称为计算机，主要是以微处理器为基础且应用场合是在工业控制方面上。此外，控制器的发展随着其他技术的发展而来，包括数字技术与自动控制技术等，在使用上，可靠性高且容易操作，目前也已经被广泛的使用，而在工业领域中，PLC的应用也越来越多，已经成为自动控制系统的基本装置。微型计算机的发展对PLC的发展有着不可缺少的作用，PLC从诞生开始，就已经决定了它主要服务对象是在工业领域中，目前，PLC的可靠性越来越高，使用起来也越来越方便，PLC技术的提高得益于电路设计技术和生产制造工艺的不断提高。PLC在工作状态中，会按顺序执行控制程序，同时不断对系统内部完成查询和执行等相关任务，这是不断循环扫描的过程。按照不同的控制要求，可通过编程软件改变程序，即可按要求完成各种控制任务，其外部接线也相对简化，减轻了维护工作。

2.2.3驱动模块

驱动模块的主要组成有驱动器及其他有关组件。根据驱动源的不同，驱动方式主要有三种：电气驱动、液压驱动和气压驱动国，按照不同的生产需求，也有把这三种驱动方式结合起来的系统，机械手大多数采用的是电气驱动，电气驱动主要有两种：伺服电机驱动与步进电机驱动。而在本设计的控制系统中，机械手三轴均使用伺服电机驱动器。通过使用伺服驱动器，能够完成较复杂的控制算法。

结论

本文结合了机械工程在小家电设计的特征与机械工程在小家电中的应用，并以电饭煲内胆生产线自动化的机械手设计为例来进一步剖析机械工程在小家电设计开发中的应用。随着我国经济的快速发展，工业领域中的各行各业都在自身企业的机械设备进行生产运行的过程中引入了电气工程自动化技术，相较于原先的人为控制，电气工程自动化技术具有不可比拟的应用优势，并且有效提高了机械设备运行效率，推动机械设备运行朝着智能化、自动化趋势发展。

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