完整版（2022年）花式立体冰激凌机构设计本科毕业设计.docx

完整版（2022年）摘要立体花式冰淇淋成型机是生产高档花式冰淇淋的自动化设备，主要有步进输送带、取杯机械手、灌注造型头及分接盒四大部分构成。我们对现有的冰淇淋设备进行了改良设计，对其机械机构，控制系统进行全面改进设计，大大改善了原有设备的技术性能，改造后的成型机结构受力合理，有较高的安全系数和较长的使用寿命。这不仅使冰淇淋生产质量明显提高，而且节约了大量的维修及设备更新费用，增加了企业的效益。为期三个月的毕业设计期间，我们完成了立体花式冰淇淋成型机的机架结构设计、造型机械手设计、气动系统设计和分接盒设计，并编写了系统控制程序。本说明书对机架结构及传动部件、灌注造型头、气动控制系统等作了详尽的叙述，并给出了已经调试过的、可行的软件程序。由于水平有限，错误之处在所难免，恳请老师们批评指正。关键词：立体花式冰淇淋，成型机，人机界面ABSTRACTTheformerforthree-dimensionalpatternice-creamisanautomaticequipmentproducinghighgradepatternice-cream.Itismainlycomposedoffourparts:thestep-conveyer-belt,therobotichandsforpositioningnewcups,nozzlesfordosage&shapingandcontrolbox.Wehaveimprovedthedesignaddressingontheexistingequipment.Itsmechanicalbodyandcontrolsystemhavebeencomprehensivelyconducted,greatlyimprovingthetechnicalperformanceoftheoriginalequipment.Theimprovedmachinehasreasonableforcestructure,ahigherfactorofsafetyandlongerservicelife.Itnotonlysignificantlyimprovesthequalityoficecreamproduction,butalsosavesalotofmaintenanceandequipmentcosts,increasingtheeffectivenessoftheenterprise.Duringtheperiodofthreemonths,wecompletedthedesignoftheframeoftheformer,nozzlesfordosageandshaping,pneumaticcontrolsystemandcontrolbox.Alsowecompiledtheprogramforsystemcontrol.Inthisdirection,weexhaustivelydescribedtheframeandtransfercomponents,nozzlesfordosageandshaping,pneumaticcontrolsystem.Andtheproven,availablecontrolprogramisgiven.Duetothelimitedlevel,theremustbesomeerrorsinmydesign.Isincerelyexpectteacherstogivemecriticismandcorrection.Keywords:Three-dimensionalpatternice-cream,FormingMachine,Humanmachineinterface摘要1ABSTRACT.第一章绪论1第二章设计方案的确定42.1 工艺方案的分析42.2 设计方案论证与比较6第三章冰淇淋成型机机械结构设计83.1 传动部分C3.2 棘轮机构103.3 输送带143.4 料斗组件的设计163.5 模具头组件153.6 果酱加注机组件17第四章气动系统设计184.1 输送带与其他执行器的互锁184.2 挡料气缸、送料气缸及切料气缸194.3 气动系统原理图204.4 气动元件的选择204.5 控制方案的确定21第五章控制系统硬件及软件设计225.1 可编程控制器225.2 触摸屏235.3 PLC盒设计275.4 可编程控制器的接线及分接盒配置27第六章总结29参考文献30致谢31第一章绪论冰淇淋是从中世纪早期的普通冰饮料和冰水发展而成的。随着浓缩和干燥牛乳的发展，巴氏杀菌器和均质机的引进，冷冻机和其他加工设备的改进,1879年生产了冰淇淋苏打，1904年出现蛋卷冰淇淋，1921年出现紫雪糕。大约在1920年冰淇淋开始被普遍认为是一种有营养的、美味可口的冷饮食品，引起了人们的重视，成为不平常的冷饮品。冷冻技术和运输业的进一步发展，家庭冰箱的普及和冷饮包装的改进，为冰淇淋工业的发展创造了有利条件，开拓了更广阔的消费市场。我国的冰淇淋生产虽然起步较晚，但发展很快。我国的冷饮工业始于20世纪20年代，当时是采用冰块冷冻方法自制自销。冰淇淋产品向天然、保健、功能化发展，未来食品发展趋势总的是要适合人们对营养的追求。近年来提出“三低一高”即低脂肪、低糖、低盐、高蛋白，这也是冰淇淋产品的发展趋势。美国食品消费有一大趋势，即讲究风味、方便、追求新鲜，非常注重健康食品、功能食品、多食果蔬，以吃为乐趣等。欧洲主要国家与美国的趋势差不多，消费者更注意方便与健康。无脂肪、低热量、不含糖的冰淇淋发展很快，如不含乳的莎贝特阳和含少量乳制品的雪贝特是当今国内外较流行的冷冻饮品。此外还有开发带果蔬、谷类、含钙质等的冰淇淋，国外的“鲜果脆冰”是属于冰品和冰淇淋组合型冷饮，它的特点是采用大冰块刨成碎冰晶和鲜果汁、绿茶、红豆、糖浆调配混合而成,可配花色雪糕线生产出夹心型雪糕，配冰淇淋灌装机生产出花色杯型“雪可特”和“鲜果脆冰杯”，该产品在香港、欧美、东南亚地区深受广大消费者欢迎，特别是夏季儿童喜爱，现在我国南方市场开始流行。冰淇淋成型机是冰淇淋生产中必不可少的重要设备，然而成型机的性能不高，制约了我国高档软冰淇淋行业的发展。国内市场上有国产的和国外的软冰淇淋成型机，但都存在一定的问题：国产软冰淇淋成型机虽然便宜，但制冷量不够，不能将高品质的软冰淇淋浆料很好地成型；国外制造的软冰淇淋成型机虽然能够很好地将软冰淇淋浆料成型，但价格太高，国内的客户很少。因此要解决设备成型性能和价格之间的矛盾，一要在现有国产设备的基础上，加大软冰淇淋成型机的制冷量；二要采取其他配套措施，以系统的眼光来对待成型问题，需对国产软冰淇淋成型机的整体结构进行改进；三要降低高性能软冰淇淋成型机的制造成本、提高设备的市场竞争力。因此，其整体设计对保证产品质量和提高生产效率非常重要。尤其需要对冰淇淋成型机的一些关键设计进行分析研究，并提出相应的改进建议，使改造后的结构受力合理，有较高的安全系数和较长的使用寿命，从而能够改善原有设备的技术性能，提高冰淇淋生产质量，节约大量的维修及设备更新费用，增加企业的效益。本课题目的是针对现有的冰淇淋设备进行改良设计，对其机械机构，控制系统进行全面改进设计。与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：一是结构设计新颖，独特，实用；二是全电路控制，电机转速可调，简单，可靠；三是整机体积较小，便于操作，无需再添加和配套其它设备即可使用，有效降低成本；四是更换不同成形孔或装有不同口味冰淇淋的胶杯即可压出不同形状和口味的冰淇淋，快捷、方便、卫生。同时在原有基础上，加入现有的电子产品，使成型机既具有机械的优点，又有现代机电产品的优势，真正成为符合我国实际的冰淇淋成型设备，从而促进冰淇淋行业的健康发展。第二章设计方案的确定2.1 工艺方案的分析挡料汽缸切料汽缸料斗组件电磁铁zI-MI4送料气缸HHH料泵组件图21冰淇淋成型机加工过程示意图冰淇淋成型机的加工过程如图2错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。传动气缸动作带动棘轮传动机构旋转一定的角度，从而传动带移动一个杯子的距离。棘轮机构中有一离合器保证了在传动气缸收缩时传动带不会反向运动。料斗组件中存放的是冰淇淋料，电磁铁控制料斗组件的开关。当传送带停止运动时，料斗打开冰淇淋料流入杯子中。同时根据不同的需要，打开料泵组件，注入不同的原料。可以在造型部分加入不同的造型模具，利用这些模具制出不同的花型。再利用切料汽缸将花型切开，将加工好的花型放入到杯子中，接着进行人工加盖、贴标签、速冻等操作。成型机每6秒一个工作节拍，这样可以保证日产量很大，放杯盒取杯均是由人工完成，又可以大大减少设备的成本，进而生产的冰淇淋的成本不高，非常适合中小企业。如果对此设备进一步缩小，可以为家庭使用。料斗组件造型放盖、贴标签速冻取杯图2-2冰淇淋工艺流程图所设计的立体花式冰淇淋成型机由机架及传动部件、灌注造型头、料泵组件、控制系统组成。控制系统主要有可编程控制器(PLC)、人机界面(HMI)、气缸、各种传感器等组成。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、更加人性化的特点。人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误。在冰淇淋成型机中引入PLC和FM,既可以增加设备的稳定性，又可以提高生产效率，进一步提高设备的附加值。2.2 设计方案论证与比较这次设计的课题是在原有成型机的基础上改进的。首先原有的成型机体积大，结构复杂，维修困难，采用MCS-51控制系统；其次，控制面板上需要安装许多按钮，操作复杂，功能增加的同时，工作参数的调整数量也相应的增加；再者，功能的增加使设备的工位增多，这样对故障的排除提出了新的要求。从而使成型机制造成本很高，成型机的市场售价也很高，生产出的立体花式冰淇淋价格相应也高，这些都影响了成型机的经济效益。在这种情况下，我们提出了对成型机进行改造的课题。在保留原有成型机优点的同时，我们对成型机作了改进：把原有的控制系统改为PLC进行控制，利用人机界面进行操作。从而增加了设备的可靠性，易于排除故障，提高生产率。采用人机界面之后，用户可以根据操作要求，通过屏幕转换来加以解决。对于运行参数的修改和设定，也可以将其设计在屏幕上运行显示和调整。进入正常运行后，还可以根据实际的工况环境，对一些参数进行调整。其次，可以为故障的查找提供相应的提示。在屏幕界面设计时，可先将每一功能部件均简化成示意图，图中将各信号点在相应的部位列出，当设备有故障时，通过程序判断将相应的部位画面在屏中自动的显示出来，帮助用户到相应的工位上去找故障点，这样就能迅速、准确排除故障，减少查找故障的时间而造成平均产量的下降。另外，在设备调试期间，调试人员可根据部件示意图的动态效果，在屏上观察各个部件得运行情况，由此来判断各输入输出点的接线及状态是否正确，给调试带来方便。在正常的生产期间，操作人员也可直接通过查看屏幕了解设备的运行情况。成型机设计适应了中、小企业的要求，提高了产品的经济性。此处省略NNNNNNNNNNmN如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩第三章冰淇淋成型机机械结构设计冰淇淋成型机是生产冰淇淋必不可少的设备，它主要由制冷系统、控制系统、传动系统和搅拌系统等组成。冰淇淋机传统的控制方式是接触器-继电器式的，但是这种控制方式在开发周期、硬件的灵活性、适应性，准确性上很难满足客户的需求，尤其在高性能的软冰淇淋成型机方面。随着微电子技术、计算机技术、可编程工业控制器技术的发展，电子电控系统取代继电器控制方式。而可编程控制器比单片机具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、更加人性化等优点。如今，国内已经出现了很多有关PLC控制的冰淇淋机，而国外电子计算机应用于冰淇淋生产已很普遍，不仅用于配方设计，而且用于整个生产系统的自动化控制。随着更多先进的技术引入中国，竞争也向着多层次发展，国内冰淇淋行业首先要避免走单纯的测绘仿制的老路，开发出多品种多规格大型化，适合中国国情的设备；其次要改变“国产设备价廉质次的观念，在提高产品科技含量的同时，重视产品的加工质量，精益求精。立体花式冰淇淋成型机是一种高档次的冷饮食品加工机械，其产品要求在造型上、口味上有其独特优点，但卫生要求尤为重要。机架及传动部件是立体花式冰淇淋成型机的主要部件之一，而冰淇淋就是在传动部件带动下经过不同工位的操作在机架上成型的，这就要求机架的操作部分必须保持清洁卫生。在设计中是通过将驱动部分与工作部分分开来实现此要求的，有效的防止了驱动润滑脂对冰淇淋的影响；在导轨护养中使用食用油也是这个原因。在材料选用方面，传动部件的导轨选用方铝，杯座选用ICrl8Ni9Ti不锈钢，不仅满足了卫生要求，而且满足了产品设计的外观要求。我们所设计的机架式封闭式结构，体积为1500x1000x1OOOo在高度方向上尺寸的设计中考虑到用户操作方便、舒适。前后面板、侧面板及盖板均采用1C8Ni9Ti不锈钢材料；横梁、立柱、支承板等结构件多采用Q235;较多的采用铝板所卷制的角钢、横钢形式。既美观漂亮，给人清洁感，又能降低成本及机床重量，同时保证了机床所需的刚度及强度。机架内部留有空间用于安装电磁阀板，这样使得整机结构紧凑。机架整体结构紧凑，外形整洁光亮，给人一种清新的感受。3.1 传动部分立体花式冰淇淋成型机的传动部件是在微机控制下的气动执行元件驱动气缸作用下，带动齿轮实现履带的传动的结构。齿轮向履带传递运动是通过双排链传动实现的，该机构有机地结合了微机、气动及机械结构配合控制的方法。传送带的驱动单元由驱动气缸、齿条轴、齿轮、棘轮机构等几个主要部分组成。上气后，驱动气缸无杆腔通气，活塞杆上升，齿条轴在导向座导向作用下也上升，带动齿轮正向旋转，因离合器是正向结合的，所以链轮也正向旋转，链条在水平方向上移动一段距离，杯座有一个工作位置移到下一个工作位置。到位后，其他各部件执行相应操作（如取杯、灌注等），同时气缸有杆腔通气，活塞杆下降，齿条轴下降，带动齿轮反向旋转，但因离合器是反向脱开的，链轮并不随齿轮反转，不会使杯位发生变化；各工位操作完毕图31齿轮齿条传动示意图成型机根据工艺要求，当传送带停止时，其他执行器才开始操作，操作完毕后，传送带开始下一次步进，在设计中采用了“气一电”互锁的方案，保证在驱动气缸活塞杆前伸时其他执行器因无气而不会动作。3.2 棘轮机构棘轮机构由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构。它将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪较接于摇杆上，当摇杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向转动；当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮停止转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。摇杆的往复摆动可由曲柄摇杆机构、齿轮机构和摆动油缸等实现，在传递很小动力时，也有用电磁铁直接驱动棘爪的。棘轮每次转过的角度称为动程。动程的大小可利用改变驱动机构的结构参数或遮齿罩的位置等方法调节，也可以在运转过程中加以调节。如果希望调节的精度高于一个棘齿所对应的角度，可应用多棘爪棘轮机构。棘轮机构工作时常伴有噪声和振动，因此它的工作频率5.棘爪1 .棘轮2 .机架3 .片簧4 .止回棘爪图3-2棘轮机构的组成图3-2棘轮机构由棘轮、棘爪及机架组成，用于输送带每次步进时的定位。主动杆空套在与棘轮固连的从动轴上，驱动棘爪与主动杆用转动副相连，当主动杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽，使棘轮跟着转过某一角度，这时止回棘爪在棘轮的齿背上滑过。当主动杆顺时针方向摆动时，止回棘爪阻止棘轮发生顺时针方向转动，同时驱动棘爪在棘轮的齿背上滑过，此时棘轮静止不动。棘轮每次步进的角度转化为排链的步进距离，即为相邻两杯座之间的距离。棘轮上取八个齿槽，均匀分布。齿轮的尺寸，棘轮的位置及杯座间距的关系公式如式3-1:1.=(1/4)R(3-1)其中：L相邻杯座间距；R齿轮半径。3.2.1 棘轮机构的作用棘轮机构的主要用途有：间歇送进、制动和超越等。1.间歇送进为了切削工件，带轮需作连续往复直线运动，工作台作间歇移动。当曲柄1转动时，经连杆2带动摇杆5作往复摆动；摇杆5上装有双向棘轮机构的棘爪3,棘轮4与丝杠6固连，棘爪带动棘轮作单方向间歇转动，从而使螺母（即工作台）作间歇进给运动。若改变驱动棘爪的摆角，可以调节进给量；改变驱动棘爪的位置（绕自身轴线转过180。后固定），可改变进给运动的方向。2,制动图示32为杠杆控制的带式制动器，制动轮与外棘轮2固结，棘爪3校接于制动轮4上A点，制动轮上围绕着由杠杆5控制的钢带6。制动轮4按逆时针方向自由转动，棘爪3在棘轮齿背上滑动，若该轮向相反方向转动，则4轮被被制动。3.超越图示32的棘轮机构可以用来实现快速超越运动。运动由蜗杆传到蜗轮，通过安装在蜗轮上的棘爪3驱动棘轮固连的输出轴5按图示3-2方向慢速转动。当需要轴快速转动时，可按输出轴的方向快速转动输出轴上的手柄，这时由于手动转速大于蜗轮转速，所以棘爪在棘轮齿背滑过，从而在蜗轮继续转动时，可用快速手动来实现输出轴超越蜗轮的运动。3.2.2棘轮机构的设计棘轮机构的设计主要应考虑：棘轮齿形的选择、模数齿数的确定、齿面倾斜角的确定、行程和动停比的调节方法。1 .棘轮齿形的选择图示32为常用齿形，不对称梯形用于承受载荷较大的场合;当棘轮机构承受的载荷较小时，可采用三角形或圆弧形齿形；矩形和对称梯形用于双向式棘轮机构。2 .模数、齿数的确定与齿轮相同，棘轮轮齿的有关尺寸也用模数m作为计算的基本参数，但棘轮的标准模数要按棘轮的顶圆直径da来计算，如式3-2:m=da/z(3-2)棘轮齿数z一般由棘轮机构的使用条件和运动要求选定。对于一般进给和分度所用的棘轮机构，可根据所要求的棘轮最小转角来确定棘轮的齿数(z250,一般取z=8-30),然后选定模数。3 .齿面倾斜角的确定棘轮齿面与径向线所夹。称为齿面倾斜角。棘爪轴心与轮齿顶点的连线与过A点的齿面法线nn的夹角B称为棘爪轴心位置角。为使棘爪在推动棘轮的过程中始终紧压齿面滑向齿根部，应满足棘齿对棘爪的法向反作用力N对心轴的力矩大于摩擦力Ff(沿齿面)对心轴的力矩从而Ff/N<tan因为f=tan=Ff/N所以tan>tan即>(3-3)式中f和分别为棘爪与棘轮齿面间的摩擦系数和摩擦角，取f=0.2o3.3输送带输送带是带动杯座实现步进运动，移动杯座到不同工位进行操作的传送装置。输送带是通过双排链传动实现其传动的，那么，杯座与链条之间是如何连接的呢？在图3-3中给出了简图：图3-3杯座与链条联接关系简图从图3-3中可以看出，杯座与链条是通过中装片连接在一起的，从而实现了杯座随链条的步进运动。输送带采用了双排链传动。打开机架的左侧盖，转动手轮可以调整链轮的位置，达到链条张紧的目的，以防止链条垂度过大引起的啮合不良和振动等现象。链条及输送导轨的润滑均采用使用油脂。目前市场上销售的输送带有以下几种：1）强力型输送带：尼龙输送带（NN输送带）和聚酯输送带（EP输送带），其中聚酯输送带每平米比尼龙输送带高1元。其中尼龙输送带的价格为：尼龙100（NNlOO输送带）：20元/平米。尼龙150（NNI50输送带）：22元/平米。尼龙200（NN200输送带）：24元/平米。2-）耐热输送带一普通耐热输送带和一EP-耐热输送带型空耐验温度蜃高短时运行诵代号价将WJHlJ/度/限（元/平米）eI100150T122Il125170T224Ill150200T327lTAon型EPIOo价格衣3-2tp明然将达带WEP200价格交数EP300价格元/平米元/平米元/平米_|303438Il343842Ill384244IV424446表3-1为普通耐热输送带各参数，表3-2为EP耐热输送带各参数。从表3-1和表3-2中比较后我们选择的输送带是普通耐热输送带Il型，温度条件满足要求，并且价格也适中。综合以上各方面，机架及传动部件满足了立体花式冰淇淋成型机的工艺要求，同时也达到了设计的要求。3.4 料斗组件的设计送料机构采用的是以V型储料，经偏心轮导向的方式运动的，偏心轮固定在V型料槽右下侧，偏心轮高低可调，在调整部位安装一个强力弹簧，可根据工件直径的大小，调整偏心轮向V型料槽的挺进的尺寸。料斗固定在分度头的右侧不动，在料斗下面设计送料滑槽A,滑槽的高度可调（由手轮B来调整：手轮的转动可使。角的大小产生变化，导致h的数值也随之发生变化，从而达到适合不同直径的工件的调整使用）调整的幅度为50mm以上，由汽缸推动滑槽向左或向右运动。料斗V型槽两侧斜板可调,调整范围各30mm接料部位，如没什么特殊地要求，就在出料口装一个斜板，使由下料汽缸推出的冰淇淋料经斜板自由滚落至下方的接料箱中。机体结构全采用钢板焊接而成，整体稳固，可以承受更大负荷的运动，使用高刚性线性滑轨，能达到运动速度快、高效能、震动小、使用寿命长的要求。且操作简单，占用空间小，可以完全满足生产形式及需求。料斗组件示意图如图3-4:图3-6支承板示意图O9图3-7接料槽示意图图3-8盖板小意图3.5 模具头组件所设计的模具头是立体花式冰淇淋成型机的一个十分重要的结构部件，其设计的好坏关系到冰淇淋产品的花型完美与否、品种数量多少以及灌注质量的好坏。图3-9模具头组件示意图我们所设计的立体花式冰淇淋成型机模具头部分在产品结构上采用了一些铸铝的板件、铸件，是在原有资料基础上，经过老师的指导以及自己的深思熟虑而逐渐设计出来的。该部件结构合理、布局紧凑、外形简洁，整体协调，给人一种赏心悦目的清新之感。3.5.1 模具造型头通过软件程序的配置与模具造型头的更换，以及气动有关参数的调整，可以实现多种立体花式冰淇淋的造型。模具造型头要求与立轴固连，更换方便灵活，在结构和尺寸上具有一定的互换性。所设计的模具头在模具造型头转动或摆动过程中套筒及接料口相对不动，要求套筒与模具头有较高精度的毕业设计间隙配合。3.5.2 材料选择及热处理、公差配合、润滑及其它造型头材料大多选用铸铝合金，大件选用ZAL102,如固定板、活动板、支脚架等，这是因为铸铝合金具有铸造性能好、密度较小，质量较轻、外观漂亮等优点。ZLA102合金板的上、下面均经抛光处理，这样可以增加结构的外形美观，上面安装位置有凸台，减少加工面，降低加工成本。而活动板由于要有导柱，导套装置，其下面必须有凸台部分，用于安装导柱、导套。导套材料选用ZQSn6-63,导柱采用不锈钢；导柱导套间有相对运动，故他们之间的配合采用间隙配合;导套与活动板之间无相对运动，采用压配或过渡配合，导柱必须保证与上、下面垂直，在设计中是靠导柱上采用轴肩与固定板的下表面相接触的方法来将导柱与固定板的垂直度控制在许可偏差范围之内。在导柱加工时，只要保证加工轴肩端面的进刀方向与导柱的轴心线相垂直就能保证加工出来的导柱安装后与固定板的垂直度。为了在装配时保证这种垂直关系，导柱的上端与固定板配合处采用间隙配合，保证轴肩端面与固定板之间的接触。对于不同的立体花式冰淇淋产品，在模具造型头中执行缸的形成范围也是不同的。为了适应产品更换的要求，档块之间的距离必须是可调的，因此，档块不采用固定的挡块，而采用可以调整的档块。对于直行升降气缸，只要松开支撑柱的上、下档块，调整移动到所需位置，再拧紧档块上螺钉，即可实现模毕业设计具造型头上、下动作的行程。为了提高使用寿命，在导柱与导套之间需要润滑，采用油环结构，开油杯孔即可实现。为使在安装过程中调整固定板与活动板之间的距离，在导柱上方螺母与固定板之间垫一块调整垫片，这样还可以调整固定板与活动板平行，从而更进一步地保证导柱与雨板间的垂直度，导向性提高，导套磨损减少。模具头选用不锈钢材料，外形美观，并且清洁卫生，能满足食品加工的重要要求，模具头在接料口之间采用活套形式，接料口与活套由托架托住挂于活动板上，可以与活动板一起上下移动，而又不影响模具头的转动。3.6 果酱加注机组件2.电动机图3-10果酱加注机组件示意图图310所示为果酱加注机。果酱放在1果酱储备机构中，当需要生产花式冰淇淋时，气动电动机，带动输出泵，把果酱输送到果酱灌注头中第四章气动系统设计立体花式冰淇淋成型机是生产高档花式冰淇淋的自动生产设备，进口设备多采用凸轮一气动控制系统，本机在设计中采用了PLC控制系统，一方面简化了机构，同时使控制更准确，更可靠。成型机主要机架及传动部件、灌注造型头、料泵组件、分接盒等几部分组成。能实现输送带的步进传动，冰淇淋的造型，料泵的开关。气压传动控制系统是指以压缩空气为工作介质，实现动力传递和工程控制的系统。一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件以及气源清净化元件所组成。气压传动以空气为传动介质，取之不尽,用之不竭；用过的空气直接排到大气中，处理方便，不污染环境，符合“绿色制造”中清洁能源的要求.空气的粘度很小，因而流动时阻力损失小，便于集中供气,远距离传输和控制.通过对气压传动方式与其它传动方式的相互比较，可知气动易于集中控制、程序控制和实现工序自动化，气压传动具有以下特点：1）气动元件结构简单、紧凑、易于制造、元件便于标准化、使用维修简单、寿命长。工作介质是空气，来源方便，使用后可直接排至大气，不污染环境。空气在管道内的流动损失小，可远距离输送，压缩空气便于贮存，故气动常被做为低成本自动化气动的最佳手段。2）在易燃、易爆、粉尘大、强磁、潮湿、温度变化大、存在腐蚀性气体等恶劣场合，工作安全可靠，易于实现快速的直线往复运动、摆动和高速转动，输出力和运动速度的调节都很方便，安装和控制的自由度都很大，能实现过载自动保护，故气动具有非常广泛应用领域。因其含有水蒸汽，排气噪声较大，故需供油润滑，排除冷凝水和消声。3）工作适应性。压缩空气工作压力一般在O.40.8MPa,故输出力和力矩不太大，传动效率较低；空气有压缩性，运动速度的稳定性较差，实现精密控制较难；信号传递速度比液压、电气小，因空气传动方式有自己的优缺点，在选择传动和控制方式时应扬长避短，对某个工程对象，最理想的传动和控制方式，可以是单一式，也可以是混合式。立体花式冰淇淋成型机输送带的步进、灌注造型动作的实现、料泵组件的开/关以及造型的切料的动作均是在可编程控制器的控制下由气动执行件完成的。上气后，可由机身上触摸屏的点动触点检查输送带的步进及气缸的动作是否正常可靠，而后进入系统。4.1 输送带与其他执行器的互锁根据工艺要求，当输送带运动时其它气缸不能动作，我们设计了气一电互锁回路，如图4-1所示。图4-1气一电互锁回路如图4-1所示。因为当输送带停止时，电磁阀YAo的另一侧得电，气缸PO反方向运动，到达终点时，气缸的另一侧气压升高，从而推动气控阀向另一侧运动，最终使其它气动元件上气。保证在活塞杆前伸时其他执行器不动作，而在活塞杆后缩时由于采用了离合器也不造成误动作。图1.3所示为“气电”互锁回路。由气动原理图可以看出，只有在PO缸（输送带驱动气缸）有杆腔为高压，即输送带停止时，气动阀左腔接通后其他气动执行器才能上气执行操作。4.2 挡料气缸、送料气缸及切料气缸根据不同种类的冰淇淋，需要加入不同的原料进行造型。在造型之前需要关闭进料的管路，此时挡料气缸动作关闭管路。接着送料气缸动作对原料造型，同时把之前已做好的花型送出，然后切料汽缸把连续的花型分开。这三个气缸的动作顺序是由气缸的上的位置传感器与PLC配合完成的。4.3 气动系统原理图根据立体花式冰淇淋的成型机工艺过程，综合输送带、传动气缸、送料PO:传动气缸P1：挡料汽缸PZ送料气缸P3:切料汽缸图42气动原理图4.4 气动元件的选择成型机上所用的气动元件均为SMC公司的产品，SMCCoRPORATl娥应于1959年，总部设在日本东京。时至今日，SMC已成为世界级的气动元件研发、制造、销售商。SIVC作为世界最著名的气动元件制造和销售的跨国公司，其销售网及生产基地遍布世界。SMC产品以其品种齐全、可靠性高、经济耐用、结构精巧细致，质量优良。由于其体积小，可使电磁阀板布局紧凑，占用空间小，电磁阀板装于机架内部，上有一挡板可起到水洗机床时对阀的保护作用。4.5 控制方案的确定所设计的立体花色冰淇淋成型机采用PLC与触摸屏的组合控制，体现出机电一体化产品的优点。在设计中，注重发挥以PLC为核心的电子技术优势。将传动机构、执行机构和气压传动控制融为一体，使控制灵活、细致，进而使产品造型丰富多彩，更好实现花型设计，而且花型的变更可通过软件调整有关参数及更换相应的模具方便的实现。产品具有更大的改型灵活性，利于用户进行再次开发。PLC可靠性高，抗干扰能力强，它是专门为工业环境下应用而设计的，对环境的要求不高；PLC使用方便，不需要用户自己设计和制作硬件装置，只需要根据控制要求进行模块的配置；PLC的编程语言简单、易学，便于掌握，用户可以容易的对程序进行更改；PLC控制系统的安装接线工作量比继电器接触器控制系统少的多，只需要将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连。PLC的主机由微处理器（CPlA存储器（EPROMRA0输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。主机的各个部分均通过电源总线、控制总线和数据总线连接。人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕.随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率.但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动,并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备.使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值.第五章控制系统硬件及软件设计立体花式冰淇淋成型机的控制方案采用PLC气动控制系统，分接盒是联系PLC的输入输出以及气动控制系统的中心枢纽。电磁阀断电/通电、气动执行元件的位置如何以及其它机构的动作都要经分接盒得以协调实现。在设计中，分接盒有两部分组成：触摸屏和PLC盒。触摸屏安装于机身表面，便于操作；PLC盒安装于床身端部的侧盖位置，打开侧盖可进行编程、更换RO腹等操作，同时装于内部可以起到一定的保护PLC的作用。采用分接盒分开可以减少控制部分的体积，增加外形美观，而且便于操作。5.1可编程控制器PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的一种通用的工业自动控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点。PLC硬件系统的基本结构框图如图5-1所示。总 线RAMCPU电源模块EPROM外国设备用户输入模 块计算机或其 它设备用户输出模 块输入模块输出模块图5-1PLC硬件系统结构框图在图5-1中，PLC的主机由微处理器(CPU)、存储器(EPROMRAM)输入/输出模块、外设I/O设备、通信接口及电源组成。主机的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接。CPU是PLC的控制中枢。PLC的CPU按照系统程序赋予的功能接收并存储用户键入的应用程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并诊断用户程序的语法错误。当PLC运行时，CPU首先以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内，等所有的用户的程序执行完毕后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直至停止。可编程控制器配有两种寄存器，即系统寄存器(EPROM和用户寄存器(RAl系统寄存器用来现存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户存储器用来存放系统的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部分也称为数据存储区。它包括输入、输出数据映像区，定时器/计数器预置数和当前值的数据区，存放中间结果的缓冲区。PLC的控制对象是工业生产过程，实际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是各不相同的，而可编程控制器的CPU所处理的信号只能是标准电平，这就需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁，进行信号的转换。我们在设计中根据成型机的输入输出选用16点输入16点输出的三菱PLC,型号为：FXW32MR52触摸屏触摸屏是用于用户操作的部分，客观要求便于工人操作的位置。立体花式冰淇淋成型机工作过程中，用户是站在冰淇淋灌注头后的一端位置，进行放盖、装箱等操作的，所以控制盒安装于成型机右端床身表面上，便于用户及时操作处理问题。触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活之中，应用非常广泛，比如：自动化停车设备、自动洗车机、天车升降控制、生产线监控等，甚至可用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整，触摸屏具有操作简便、界面友好、信息丰富、响应迅速、安全可靠、扩充性好等优点。触摸屏的本质是传感器，它由触摸检