重力传感器缸 案例｜自动打磨步进升降配合重力传感器解决方案

案例｜自动打磨步进升降配合重力传感器解决方案

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升降步进运动视频

单工位自动打磨设备

项目背景

现在各种设备配件的生产需求不断提高，生产速率也在不断调高，人工是肯定的跟不上时代，全自动打磨设备自然应运而生，外圆工件的抛光打磨，平面工件的抛光打磨，各种异形件的抛光处理，还有精细程度的要求不一样，镜面抛光已经不再稀有，中高端产品基本都会要求达到一定系数的镜面抛光处理。

当工件在一定规格之上，本身重力加上固定结构的协同下，打磨工作肯定是容易被自动化设备取代人工，在细小零件，异形件，薄件的打磨，那么我们客户一般会要求尽力全自动生产线，最少达到单工位全自动，尽力达到提高生产效率的目的，减少重复动作，改善劳动环境。

1项目介绍

项目为某高新企业生产线改善项目，以前采用的是高速电机配套旋转结构，工件固定在卡套上，采用人工手握打磨工具（不同目数的砂纸，纱布，抛光轮）在工件上摩擦抛光。

原始工艺有很多缺陷，高速电机启停时间过长，更换工件必须等电机完全停止，影响生产效率，人工手握工具与高速旋转机构接触，有一定安全风险，人工操作会有疲劳系数和工作职责操守问题，会有一定比例的不合格品存在。

因工艺要求比较高，尖端产品供需持续性比较高，现场要求只能在不影响整体进度的情况下进行并行改造，尽量采取单工位改造，逐步推进，最后联动的操作模式。

减少人工数，人均生产效率提高三至五倍，操作简单，配件更换简单，故障率低，精度可控，工件型号可换，控制参数可存，同系统预留5-10工位扩展。

所有动作均可单点动作，可以按暂停动作，可状态全复位，按停止按钮后，工序完成后才停机，并且每个部件均状态复位。

2硬件配备要求

采用触摸屏操控，配备手自动转换，紧急停止，全自动启动，全自动停止，故障报警等按钮。

采用PLC输出脉冲控制步进电机，与触摸屏通讯可设置不同参数，可保存20种工艺参数，可直接调用参数。

步进控制升降往返打磨工件，配套重力传感器往返打磨工具，控制打磨工件的受力情况。

重力传感器的选型很重要，因为打磨力度直接影响打磨工艺效果。安装结构超级重要，安装有一丁点不对，灵敏度就会差很多。

滚珠丝杆滑台，升降轴套，安装座都是需要详细设计，上下料气缸，手指缸各种选型均需要根据需要适当调整。

3硬件选型计算

我们在选型时，需要考虑情况很多，因为有计数显示，功能参数不同型号的选择，单动动作操作，试机动作，如果选择按钮或者文本，相对就会感官差很多。

选择工控机，则没有太大必要，因为相当于试验机型，后续如果有更多工位或者全套控制，那么我们采取工控机，记录与通讯都会更加强化，又因为后续扩展需求，我们选择了10寸HMI，附带IE串口，可通过交换机多台通讯，可与上位机通讯传输记录数据。

我们因为有步进控制要求，采用脉冲控制，那么我们选型PLC时，必须经过仔细考量，因为有HMI控制输入，IE通讯，那么我们考虑的是带2-3路脉冲输出，开关量输出相对多一点，综合考虑，最后选择了SMART系列，因为自带运动轴控制，三路脉冲输出。配套选择SMART IE HMI。

市场上的步进电机，步进控制器也有非常多，这个根据分辨细分选择合适即可，没有特殊要求，选择大小则根据计算的扭力需求选择。因为控制要求，高速旋转电机，升降轴套还有各种配套安装座，经过仔细计算后，适当增大了定量扭力，这个是经验积累，计算值也是有偏差的。

开关电源的选择根据电源需求和安装空间选择合适的即可

交换机选择稳定性高的，前期选择了普通五口交换机，后续需求会更换为工业级，相对会更稳定。

工件上料选择了使用手指缸，旋转气缸，升降气缸，定值控制，速度恒定，角度，距离都是恒定，那么我们在工件的上下料均可采用气动装置，动作更迅速。

在打磨时，工件需要反向旋转运动，让工件相对抛光磨具受力更均衡，采用了气缸夹持配套模具使工件在旋转过程中可均衡受力，不会脱落。

4系统架构说明

采用开关电源输出DC24V控制，HMI输入指令给PLC控制动作，根据设定速度，重力，移动速度，移动距离来进行动作。

上下料工位为气缸动作，需要更换配套型号夹具，当系统开始运行后，上料气缸组动作，上料完毕，步进电机A控制滚珠丝杆滑台控制打磨工位前进后退动作，同步主轴旋转工件，采用变频器调速，工件的大小，材质，工艺需求会有不一样，当步进电机移动一定距离之后，磨具工装配套高速电机开始转动，步进电机B在重力传感器感应受力达到设定值时，进行往返运动，对工件进行抛光打磨动作，步进电机A在重力受力到限后，立即停止动作。

当工件在抛光次数或时间达到时，步进电机B自动往后退回，主轴及磨具电机停止动作，旋转气缸，升降气缸，夹持手指缸配合进行下料，并进行下一个上料流程。

4控制动作说明

上下料气缸组合相当于微型机器人，上料流程：升降气缸下降，到位后，夹紧手指缸，工件夹持到位信号给定，上升气缸动作，到位后进行旋转动作，气缸下降，到位松开，升降气缸上升，上升到位后旋转回位，等待下一个工序起始信号，下料气缸组合机器人结构相同，动作相对作调整。

工位主轴旋转：步进前移时，工件主轴旋转启动，当磨轮剩余距离不一样时 磨轮尺寸定值，每个磨轮剩余的量也是定值，每个工件设定磨轮标准距离设定，每个磨轮剩余量小于一定值报警， 磨轮距离减去磨轮定值，根据周长改变转速及时间，先修改转速，转速达到最大值，时间加长。

游刀往返控制升降速度快，滚珠丝杆5mm丝距，设定3000脉冲控制旋转一圈，速度控制在20mm/s左右，可上下调整有效行程控制50mm

步进电机A控制滑台有效丝杆动作行程200mm，丝杠丝距4mm，动作行程约150左右，进刀前后动作速度控制为多段速，根据磨轮的大小，磨具距离工件距离逐渐减速过程，让最后接触时，重力传感相对更灵敏，停止转动更及时。

重力传感器 0-1KG 精度1.0mv/v 0-10变送器转换4-20Ma，控制过程可放大倍数，让传感器灵敏度更高，设置范围更广，对应工件产出更稳定。

5触摸屏组态及注意事项

触摸屏操控，分组参数，直接调用，用户可自由编写参数设档案号，工位变频器主轴速度可单独调整，打磨时间可单独调整，产量计数、故障显示等，工位上下往复步进可独立设定行程和速度

界面主要有设备状态，单独控制，参数设置，存档读取，故障报警等窗口

我们可以设定组态界面，按照实际设备比率3D仿形，设备动作时指示，因为种种原因，大家可以自己试验或查找相关资料学习或观看。

手动自动，独立控制窗口，暂停，复位，单循环，计数，各种设定均有控制需求，我们尽量做到，全面，后续可根据生产实际来作调整，从图纸中来，到实际中去，再回图纸中，不断改进过程。

HMI与PLC通讯采用IE，地址肯定还是设定的最常用的169.254.*.*，通过交换机，编程电脑可以同时控制修改。

用户在使用中可以设定运行参数，并且进行保存，下次同样工件只需调用参数，无需工艺工程师再次进行设定。当需要使用时，写好存档编号，参数读取，那么运行参数就修改为新的参数。

有在做工艺调整或设备维护维修时，我们需要独立电机或气缸动作时，我们可以使用手动点动方式控制。

对应HMI与PLC变量地址一定要一致，到位信号的采集，可给触摸屏指示，当按钮或动作变绿色，那么我们能直观知道部件在动作。我们进行程序编写或项目调试，有明确名称的习惯，当时间过去很久时，如果有维护或其他问题时，我们可以轻松解决，人的思维模式基本固定，但是会不断完善，回顾多年前的思路，会有很多不一样和理解不同。

5程序编写及注意事项

程序控制里面，上下料的控制均为输入输出，到位信号停止输出，停止输出并有到位输出，则进行下一步，简单机器人动作，与很多学习资料的动作类同，不作详细说明。

动作设计时，注意先后顺序和先决条件，因为电机高速动作，打磨磨具的旋转，均需注意避让，注意防呆设置，不能因为故障出现而损坏设备，注意多重保护设定。

步进控制选择的SMART自带3个脉冲输出控制轴，我们可以根据需要来设定，可以直接设定工程量mm输出脉冲数，那么我们就需要对应中间有没有减速机，丝杠丝距进行计算，计算脉冲当量，选型步进电机参数均有使用。

步进电机脉冲数的计算方法，首先，识别丝杠。丝杠每两根导线之间的距离为3mm,4mm,5mm等等不同级别。步进电机为1.8度200步，圆为200×1.8=360度。步进驱动器是16个细分（选择系数），也就是说，1.8分为16个细分。电机通过驱动器的每一步都是1.8/16=0.1125度。无任何减速比存在，每转一圈步进电机需要3200步。导程5的丝杠每转移动5mm，每步移动5/3200=0.0015625mm，这是电机参数。如果导程4的参数为0.00125。我们根据不同的需求来计算所对应不同电机脉冲总数。后续会有针对性讲解。

我们在设置PLCI/O口时，需要注意运动轴对应的口已经默认，根据需要选择不同，个人习惯是计算数量时，预留口为专用接口，后续增加，不管哪种情况均可扩展，改动量会小很多。

运动目标距离为200-400，默认设定300，默认速度为60.0，输出速度需要根据实际工艺不同而调整。当参数已经设定时，参数不该，因为各种原因参数没有保存时，默认设置生效，这样设定的初衷是避免一个问题，使用方不会因为各种不动作而需要去维护，限定在一定范围，当出现这种情况时，我们可以直接判断为参数设置问题，非程序问题。

分段式速度控制，使用距离识别，配套电子尺双重检测，步进X轴A电机运动时有原点检测和归零动作（每个班组或产品品类），打磨为重力传感，经过系列计算预判距离接近时，我们采用减速控制，这套设计使用时，因为工艺节拍调整和实际使用，采用的两段速直接降速运行。

我们采用运动控制轴输出时，我们只要设定好参数，再调整运行设定距离与运转速度，程序即可简单运转，先转动起来，再根据实际的转速已经脉冲当量来调整参数设定。

我们运转当中需要往返，到点暂停动作需要延时，运转速度要求可控，我们在编写程序时有一个比较直观的办法。

需要电机运转，那么使用运动轴，让电机转起来，需要设定运动距离，那么加入相对应的速度，距离，使用计算公式，按比率变动。

电机可以按要求设定距离，设定转速了，需要往返，那么我们给参考点，到点换向，需要暂停时间，继续加入时间继电器。

5总结

复杂的事情都是由简单的问题堆砌起来的，个人习惯为将项目细分，大项目分为几个小项目，项目分为功能，功能再分步骤，最后联合起来就达到最终的目的。

平时的学习和项目进行中，针对性进行总结，对以后的使用会方便很多，触类旁通，我们有时间会有一种感觉，好像这个问题在哪处理过，遇到过或者看到过资料，可缺少关键字，回忆断档的感觉很不好。

用笔记，作总结，我们不用每一个都做，好比开车，我们总会遇到很多重复动作，会形成惯性，让我们手的动作有时候会比想法快。我们需要做的是建档或者有针对性的，知道在哪里可以找到。在自己的思维树里建立分支归纳总结。

我一直在做这个事情，也希望更多人参与进来，所以我开始了我的分享，开始了图文发表。

项目在交付后，运转状态良好，有一些没有考虑到的问题不断出现，因为是新工艺，客户相对还算配合，在不断改进中，客户使用满意度是不断提升，打磨安全系数，产品质量稳定性，人工节省方面得到大幅提升，比客户预想更好。

产品的上下料工作流程没有问题，因为产品工艺的特殊性，夹持模具改动了多次才找出替代方案，产品内部外部的划痕，外表面细微打磨不均匀，都有得到改进解决。

现在还有很多行业的成品合格率或关键工艺需要人工控制，或只有某一个工人能胜任，这会给我们带来很多限制，我们现在任务是让生产的工艺参数有记录，从实践中总结，再通过设计，归纳来改进，减少人为因素影响，让生产可持续性增强，只有实现单机数字化，自动化，才能考虑深入的智能制造。

评测来了！三款销量过万的车载手机支架，哪款最给力？

声明：本文转自易车微信公众号。

某天中午我吃完饭，正在打盹，收到这么一条信息：

随着移动互联网技术的高速发展和车联网技术的低速发展，虽然车上的LED屏也越来越大、功能越来越多，但是大家还是习惯用手机上的地图导航。

然而，我们也知道，边开车边拿着手机操作显然是非常危险需要完全禁止的，所以车载支架 的出现和畅销也就不足为奇了。

于是我上万能的某宝进行了一番搜索，总结了一下热门手机支架的分类。

安装在车上的方式有：

1、黏贴式： 通过3M胶把支架固定在车上。

2、吸盘式 ：采用吸盘的方式把支架固定到车上。

3、出风口式： 支架卡在/夹在出风口上，是目前最主流的固定方式。

固定手机的方式：

1、磁吸式 ：利用在手机背面铁一片磁片，与支架磁石固定。

2、重力感应式： 靠重力夹紧的支架，只要把手机搭上去就能夹住。

3、卡扣式： 用卡扣（有3面和2面之分）固定手机。

这两组基本两两可以交叉组合，我挑了三个销量排名靠前的、价格也差不多的支架买了回来替大家用用看，虽然我没有买全市面上所有的支架，但是我买的三款支架完美涵盖了这几个分类。

那么下面我就替大家用用看，到底哪款才是更好用、更方便的手机支架。

评测维度

说完了分类，在进入评测前，我们还是要考虑一下评测的维度，四维度分别是：

安全性： 是否会影响驾驶视线，是否会造成安全隐患，是否会造成车体损伤；

使用便捷性： 包括安装/拆卸方便、取拿方便、阅读方便；

灵活性： 分为两部分，即支架角度可左右调节和手机可横竖放置。主要考验手机支架的灵活程度，检验其是否可以调整到合适的使用位置；

牢固性： 稳不稳，在颠簸路段会不会震动严重影响使用。

为了检验安装的方便性和对视野的影响，我们随便找了一位同事的代步车进行测试。

1号选手 **磁吸手机支架

安装方式：黏贴式

固定方式：磁吸式

包装非常简单，配件也很少，包含支架本体和一个备用3M胶和两个贴在手机背面的磁片。

安全性：

不会影响驾驶视野，但是低头阅读会有安全隐患。

使用便捷性：

安装基本没有难度，在手机上贴上这个小圆片，然后把支架胶上的覆盖膜撕掉，在车上找到合适的位置一贴就可以了，拆卸也只需要一拔就行，并且不会对车体留下黏痕。

取拿也很方便，上车将手机一放即刻，下车一拿就走，完全不需要任何操作。

阅读如果在仪表台上黏贴与视线齐平会比较方便，在中控台附近黏贴需要低头便利性稍差。

灵活性：

灵活程度几乎满分，安装位置可以任意选择，只要有3m胶那么大的一块儿地方就可以安装，可以任意旋转手机的角度，横屏竖屏都不会影响稳定性，毕竟转的是手机本体而不是支架。但是如果贴在中控台上，支架的前后角度受限，调整空间不大。

牢固性：

稳。跟夹扣的牢靠程度不相上下。

缺点：

1、磁力贴这个东西真的是，太丑了，贴在手机上特别丑，贴在壳子上特别丑，贴在手机上套个壳子就吸不太牢了，为了又不丑又牢，得上了车摘壳子再使用，麻烦，而且我用来测试贴在一台手机后面的磁力贴，揭不下来了……

2、磁片包括替换装只有俩，如果你临时换个手机或者用你家人手机，就没办法使用这个支架了。

3、说是位置灵活，但是如果总是拔下来再黏上去，可以预见黏力会慢慢下降，所以要一次选好位置尽量别动。

4、大部分磁吸力支架会对手机GPS信号造成影响。

2号选手 **重力感应支架

安装方式：出风口式

固定方式：重力感应式

红彤彤的很喜庆，左右下三个夹扣都有硅胶垫，不会夹伤手机，通风口夹也有硅胶垫，减少对通风口的伤害。

安全性：

放在出风口位置，不会影响驾驶视野。低头阅读会造成安全隐患。

使用便捷性：

2号选手安装没啥难度，在你驾驶位置附近的吹风口选一个看起来最方便、又不会影响中控台操作的，一插，完事。拆卸，一拔，完事。

取拿也很方便，完全可以单手操作，我们只需要把手机往支架里面一放，手机压住底部支架，底部支架受到重力的影响，会自己带动两边的支架夹紧手机。

出风口位置注定阅读视野会偏低，便利性较差。如果出风口离驾驶位太远或太近（被方向盘遮挡），阅读便利性会更低。

灵活性

2号选手只能选在出风口使用，位置灵活性很低。因为是重力感应，基本不可以横屏，只能竖屏使用，稍微一横卡扣就会自己松开，前后调整角度很有限，并且单手操作难度较大。

牢固性：

并不牢固，会随着颠簸跳动。如果手机过大过沉，使用一会儿会慢慢低头。如果出风口条比较松，会晃得更厉害。

缺点

1、对出风口位置和形状有要求，若出风口离驾驶位较远或较低或被方向盘挡住，使用这种支架看手机会有安全隐患。并且特殊形状的出风口就没办法使用，有局限性。比如奥迪TT的出风口，就无法使用这款支架了。

2、经常拔插会对出风口条造成损伤，夹在出风口的重量也会对出风口条造成损伤。

3、手机放在空调出风口要面对过冷或者过热的问题。熟悉电子设备的朋友都知道，电子设备在过热情况下可能发生电池爆炸、芯片短路等问题，而太冷则容易导致手机电池电量下降迅速，甚至于手机冻关机。

当然现在有些车可以选择性的关闭某个出风口，但是关闭离你最近的出风口不会热吗？不会冷吗？

4、角度可调整的范围非常有限，基本只能竖屏使用。

3号选手 **吸盘式手机支架

安装方式：吸盘式

固定方式：卡扣式

东西非常多一堆，需要自己组装，左右下三个夹扣都有硅胶垫，不会夹伤手机。

安全性：

三号选手的吸盘可以吸在任何平整的地方，但是无论是放在前挡风玻璃还是仪表台上，都会一定程度的遮挡视线，造成一定的安全隐患。

使用便捷性：

三号选手需要提前组装，安装也需要挑选位置使用吸盘扣紧，有一定的学习成本，虽然并不难，但是比上面两个的的一秒安装还是便捷性略差。

取拿时手机放下的时候需要打开卡扣，拿出来的时候需要按下开关，无法单手操作。

阅读便利性无论放在仪表台还是前挡风玻璃上都不需要低头，还可以调整角度和远近，阅读便利性极好。

灵活性

灵活程度满分，安装位置可以任意选择仪表台、前挡风玻璃（不推荐）、甚至多媒体屏幕上。

可以任意旋转手机屏幕角度，还可以调整臂长、前后角度。

牢固性：

稳。相当稳。可以看上面的动图，倒着手机都不会掉。

底座也很稳，如果粘不牢可以用水冲洗一下，又会粘的很牢了。

缺点：

1、安全问题，如果要使用，非常不建议黏在前挡风玻璃上，对视野的遮挡很明显，建议放在仪表盘上面。

2、使用便捷度相较上两个要差点，无法实现单手取拿。

总结

磁吸力手机支架和出风口式手机支架应该是目前最畅销的支架种类之二了，但是这两款王哥都不推荐：

一款完美的手机支架应该满足哪些条件呢？拿取便利性（单手能否拿取）、阅读便利性、视野遮挡、牢固程度、耐用、辐射、对手机影响（要贴片，要夹膜、出风口太凉吹着都比较受影响）这些都是要考虑的。

但是，世界上并没有完美的东西，选择手机支架要有取舍，总的来说：

追求功能、高兼容性的支架重度用户：吸盘式。 拥有非常不错的可调性，并且兼容所有车型。

追求极简，不希望支架不用的时候碍眼：磁力式。 的确是本身最好看和小巧的支架，不过副作用就是手机上得贴磁片，这是一部分朋友无法接受的。

追求随便一放就走：出风口式重力支架。 确实方便没话说，就是没法横屏。

最后，你喜欢用哪款呢？留言说出你的理由。

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