機械自動化定長系統分析

汪海生

（浙江上虹貨架有限公司，浙江 嘉興 314100）

我國社會的不斷發展，給工業生產帶來了巨大的沖擊，我國工業進入了高速發展時期。工業自動化發展對于促進我國工業戰略升級、提升綜合國力及實現中華民族偉大復興具有重要意義。廠方對生產成本及效率提出了要求，客戶對產品質量與交貨期限也提出了雙重要求，自動化在此情況下得到快速的發展。工業3.0電子和信息技術系統實現自動化，工業4.0物聯信息系統集成工業相關的所有模塊，工業5.0是以“人＋機器人”人機協作為目的，工業自動化取得了飛躍發展。自動化的發展離不開結構的支撐，定長系統是機械自動化中應用最為廣泛的系統之一。

1 應用對象

定長系統是對需要加工的原料，按照指定尺寸進行長度輸出。定長系統在自動化中得到了廣泛使用，適用于對長度有要求的批量化作業中，被普遍應用于各類板材、矩形管材、型材類、五金模具沖壓、非標立柱類加工中。該結構能夠快速、穩定、高效率地進行批量化生產作業，符合新時代企業“減員增效、優質生產”的價值觀。

2 系統分析

定長系統一般分為機械定長、電氣定長及相關組合定長，能夠精確地對原料進行尺寸輸出。其中，機械定長一般為擋料定長，電氣定長可分為傳感器、編碼器、伺服系統、電子計米器等。同時，該系統還可使用相關組合方式，利用機械定長及傳感器、編碼器配合伺服等進行操作。匹配的定長系統對整個設備系統的穩定性、可靠性、準確性及工作效率有很大影響。

2.1 機械定長

機械定長是利用機械結構本身的尺寸長度及牢固性進行定長，需要對定位板進行尺寸確定、鎖定定位板，利用機械材料特有的剛性對原材料長度進行輸出。機械定長一般指擋料定長系統。擋料定長是指先將擋料板按照指定尺寸固定在所需長度位置，利用原材料本身的剛性輸送到擋料板貼合進行下一步操作，原材料的長度根據擋料板擺放的位置確定。在此過程中，需要注意判斷是否貼合擋料板及貼合擋料板后繼續輸送原材料是否會對原材料的剛性產生影響，防止原材料發生彎曲、變形。

根據上述所提到的貼合擋料板和產生變形問題，應增加相應的導向機構配合使用。利用原材料固有的剛性，貼合擋料板確定長度后，繼續輸送使擋料板被原材料貼合推動沿導向機構滑行一段距離進行下一步作業。下一步作業設備應與擋料板一起被貼合移動，可通過觸碰相關傳感器或延時繼電器進行延時觸發下一步作業。本套機構適用于型材或其他本身具有一定剛性的原材料，比如矩形管、方管、槽鋼、軋制立柱等。原材料要求本身具有一定的剛性且長度應該控制在3 m以內，方便自動化設備或自動化生產線的設計。本套機構常用在與軋機配合進行行程定長、沖孔、切斷等型材類生產線上，可大幅度提升生產效率。

2.2 電氣定長

隨著工業的不斷發展與升級，電氣控制在設備、生產線中得到廣泛使用，傳感器、編碼器、伺服驅動控制器也得到廣泛應用。

2.2.1 傳感器定長

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器定長包含接近開關、光電開關、對射傳感器、電子計米器等將信號源轉為電信號進行定長的電子元器件。傳感器的種類繁多，使用特點各不相同，在這里不一一討論。傳感器對長度的精度要求，與安裝狀態及傳感器自身精度有關，常與其他機械機構配合使用，也可直接使用傳感器進行定長。

2.2.2 編碼器定長

編碼器是將信號或數據進行編制，轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。在定長系統中使用時，物件與輸送輪接觸面平整、無相對滑動，可以直接安裝在輸送輪上進行定長測量，其他的需設計專用編碼機構進行檢查。

編碼器機構設計需用到檢測輪、彈簧、軟聯軸器、軸承等。彈簧可以對原材料變形區域進行彈性調節，保證編碼器機構中檢查輪與原材料一直保持接觸狀態。編碼器與檢測輪應使用軟連接，不易采用剛性聯軸器，防止安裝或使用過程中因產生側向大位移偏動而損壞編碼器。

編碼器定長系統常被用在卷料板材沖斷、模具沖壓成型、型材定長、包裝線、布料切斷等設備中。編碼器定長幾乎覆蓋所有長度控制輸出，工業使用較為廣泛。在具體使用時，應根據不同原材料、機構作出相應的調整。

2.2.3 伺服定長

伺服定長是比較常見的定長方式，伺服電機可使控制速度、位置精度非常高，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速，以驅動控制對象。伺服定長通過伺服電機的PID調節快速定長，可以通過絲桿、齒輪齒條、渦輪蝸桿等形式，將電氣信號轉移到機械長度尺寸上，應用在工業生產、航空航天、軍工廠等中，是目前最為廣泛的定長方式之一。另外，它還可設計不同結構應用于不同場合，具有精度高、響應時間短、尺寸穩定、便于控制等優點，也是工業整體升級的重點。

2.3 組合定長

組合定長采用電氣與機械相互結合的方式進行定長。機械對伺服、傳感器等電子器件進行尺寸安裝及機構剛性保證，電子器件為機械提供觸發點，兩者相互結合，具有有效提升定長的效率及簡化結構等特點，保證尺寸的穩定輸出。

靠料定長常使用2個傳感器進行減速后定長，是指具有一定剛性的原材料接近定位板時，先觸碰到減速傳感器進行一級減速，第二定位傳感器應與定位板位置貼近，觸碰定位傳感器后延時，利用輸送輥輪與原材料滑動延時貼合定位板進行下一步作業，一般與輸送輥輪架配合使用，不會對原材料產生形變。本結構常與帶鋸床、圓鋸設備、沖床等對長度輸出設備構成生產線，具有結構簡單、尺寸可靠等特點，要求原材料是自身具有一定的剛性的材料，比如矩形管、圓管、立柱、橫梁等。

參考文獻：

［1］胡壽松.自動化控制［M］.北京：科學出版社，2007.

［2］聞邦椿.機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010.