【正文】 n automatic equipment producing high grade pattern icecream. It is mainly posed of four parts: the stepconveyerbelt, the robotic hands for positioning new cups, nozzles for dosage amp。這 不僅使冰淇淋生產(chǎn)質(zhì)量明顯提高，而且節(jié)約了大量的維修及設(shè)備更新費用，增加了企業(yè)的效益。 我們對現(xiàn)有的冰淇淋設(shè)備進(jìn)行了改良設(shè)計，對其機械機構(gòu)，控制系統(tǒng)進(jìn)行全面改進(jìn)設(shè)計， 大大改善了原有設(shè)備的技術(shù)性能， 改造后的成型機結(jié)構(gòu)受力合理，有較高的安全系數(shù)和較長的使用壽命。 由于水平有限，錯誤之處在所難免，懇請老師們批評指正。 大約在 1920年冰淇淋開始被普遍認(rèn)為是一種有營養(yǎng)的、美味可口的冷飲食品 ,引起了人們的重視 ,成為不平常的冷飲品。 冰淇淋產(chǎn)品向天然、保健、功能化發(fā)展 ， 未來食品發(fā)展趨勢總的 是 要適合人們對營養(yǎng)的追求。無脂肪、低熱量、不含糖的冰淇淋發(fā)展很快 , 如不含乳的莎貝特陽和含少量乳制品的雪貝特是當(dāng)今國內(nèi)外較流行的冷凍飲品。國外制造的軟冰淇淋成型機雖然能夠很好地將軟冰淇淋漿料成型，但價格太高，國內(nèi)的客戶很少。 畢業(yè)設(shè)計 2 本課題目的是針對現(xiàn)有的冰淇淋設(shè)備進(jìn) 行改良設(shè)計，對其機械機構(gòu)，控制系統(tǒng)進(jìn)行全面改進(jìn)設(shè)計。果醬泵奶酪泵 圖 21 冰淇淋成型機加工過程示意圖 冰淇淋成型機的加工過程如 圖 2 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。傳動氣缸動作帶動棘輪傳動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而傳動帶移動一個杯子的距離。同時根據(jù)不同的需要，打開料泵組件，注入不同的原料。如果對此設(shè)備進(jìn)一步縮小，可以為家庭使用。人機界面是在操作人員和機器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕。首先原有的成型機體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修困難，采用 MCS51 控制系統(tǒng)；其次，控制面板上需要安裝許多按鈕，操作復(fù)雜，功能增加的同時，工作參數(shù)的調(diào)整數(shù)量也相應(yīng)的增加；再者，功能的增加使設(shè)備的工位增多，這樣對故障的排除提出了新的要求。從而增加了設(shè)備的可靠性，易于排除故障，提高生產(chǎn)率。其次，可以為故障的查找提供相應(yīng)的提示。 成型機設(shè)計適應(yīng)了中、小企業(yè)的要求，提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟性。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、可編程工業(yè)控制器技術(shù)的發(fā)展 ,電子電控系統(tǒng)取代繼電器控制方式。其次要改變 “國產(chǎn)設(shè)備價廉質(zhì)次 ”的觀念 ,在提高產(chǎn)品科技含量的同時 ,重視產(chǎn)品的加工質(zhì)量 ,精益求精。在導(dǎo)軌護養(yǎng)中使用食用油也是這個原因。前后面板、側(cè)面板及蓋板均采用 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼材料；橫梁、立柱、支承板等結(jié)構(gòu)件多采用 Q235。 機架整體結(jié)構(gòu)緊湊，外形整潔光亮，給人一種清新的感受。上氣后，驅(qū)動氣缸無桿腔通氣，活塞桿上升，齒條軸在導(dǎo)向座導(dǎo)向作用下也上升，帶動齒輪正向旋轉(zhuǎn)，因離合器是正向結(jié)合的，所以鏈輪也正向旋轉(zhuǎn)，鏈條在水平方向上移動一段距離，杯座有一個工作位置移到下一個工作位置。 棘輪機構(gòu) 棘輪機構(gòu)由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運動機構(gòu)。搖桿的往復(fù)擺動可由曲柄搖桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和擺動油缸等實現(xiàn)，在傳遞很小動力時，也有用電磁鐵直接驅(qū)動棘爪的。棘輪機構(gòu)工作時常伴有噪聲和振動，因此它的工作頻率不能過高 。主動桿空套在與棘輪固連的從動軸上，驅(qū)動棘爪與主動桿用轉(zhuǎn)動副相連， 當(dāng) 主動桿逆時針方向擺動時，驅(qū)動棘爪便插入棘輪的齒槽，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過某一角度，這時止回棘爪在棘輪的齒 背畢業(yè)設(shè)計 9 上滑過。齒輪的尺寸，棘輪的位置及杯座間距的關(guān)系公式如式31： L= (1/4) πR （ 31） 其中： L——相鄰杯座間距； R——齒輪半徑。若改變驅(qū)動棘爪的擺角，可以調(diào)節(jié)進(jìn)給量；改變驅(qū)動棘爪的位置（繞自身軸線轉(zhuǎn)過 180176。 圖示 32 的棘輪機構(gòu)可以用來實現(xiàn)快速超越運動。 1．棘輪齒形的選擇 圖示 32 為常用齒形，不對稱梯形用于承受載荷較大的場合；當(dāng)棘輪機構(gòu)承受的載荷較小時，可采用三角形或圓弧形齒形；矩形和對稱梯形用于雙向式棘輪機構(gòu)。棘爪軸心與輪齒頂點的連線與過 A點的齒面法線 nn 的夾角 β 稱為棘爪軸心位置角。 畢業(yè)設(shè)計 11 輸送帶采用了雙排鏈傳動。 其中尼龍輸送帶的價格為： ? 尼龍 100（ NN100 輸送帶）： 20 元 /平米。從表 31 和表 32中比較后我們選擇的輸送帶是普通耐熱輸送帶 Ⅱ 型，溫度條件滿足要求，并且價格也適中。料斗 V型槽兩側(cè)斜板可調(diào)，調(diào)整范圍各 30mm。 料斗組件示意圖如圖 34： 畢業(yè)設(shè)計 13 圖 34 料斗組件示意圖 畢業(yè)設(shè)計 14 圖 35 調(diào)整板示意圖 圖 36 支承板示意圖畢業(yè)設(shè)計 15 圖 37 接料槽示意圖 圖 38 蓋板示意圖 畢業(yè)設(shè)計 16 模具頭組件 所設(shè)計 的模具頭是立體花式冰淇淋成型機的一個十分重要的結(jié)構(gòu)部件，其設(shè)計的好壞關(guān)系到冰淇淋產(chǎn)品的花型完美與否、品種數(shù)量多少以及灌注質(zhì)量的好壞。模具造型頭要求與立軸固連，更換方便靈活，在結(jié)構(gòu)和尺寸上具有一定的互換性。而活 動板由于要有導(dǎo)柱，導(dǎo)套裝置，其下面必畢業(yè)設(shè)計 17 須有凸臺部分，用于安裝導(dǎo)柱、導(dǎo)套。 對于不同的立體花式冰淇淋產(chǎn)品，在模具造型頭中執(zhí)行缸的形成范圍也是不同的。為使在安裝過程中調(diào)整固定板與活動板之間的距離，在導(dǎo)柱上方螺母與固定板之間墊一塊調(diào)整墊片，這樣 還可以調(diào)整固定板與活動板平行，從而更進(jìn)一步地保證導(dǎo)柱與兩板間的垂直度，導(dǎo)向性提高，導(dǎo)套磨損減少。成型機主要機架及傳動部件、灌注造型頭、料泵組件、分接盒等幾部分組成。氣壓傳動以空氣為傳動介質(zhì) ,取之不盡 ,用之不 竭 。 2）在易燃、易爆、粉塵大、強磁、潮濕、溫度變化大、存在腐蝕性氣體等惡劣場合，工作安全可靠，易于實現(xiàn)快速的直線往復(fù)運動、擺動和高速轉(zhuǎn)動，輸出力和運動速度的調(diào)節(jié)都很方便，安裝和控制的自由度都很大，能實現(xiàn)過載自動保護，故氣動具有非常廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。 立體花式冰淇淋成型機輸送帶的步進(jìn)、灌注造型動作的實現(xiàn)、料泵組件的開 /關(guān)以及造型的切料的動作均是在可編程控制器的控制下由氣動執(zhí)行件完成的。因為當(dāng)輸送帶停止時，電磁閥 YA0 的另一側(cè)得電，氣缸 P0 反方向運動，到達(dá)終點時，氣缸的另一側(cè)氣壓升高，從而推動氣控閥向另一側(cè)運動，最終使其它氣動元件上氣。 擋料氣缸、送料氣缸及切料氣缸 根據(jù)不同種類的冰淇淋 ，需要加入不同的原料進(jìn)行造型。 畢業(yè)設(shè)計 21 氣動系統(tǒng)原理圖 根據(jù)立體花式冰淇淋的成型機工藝過程，綜合輸送帶、傳動氣缸、送料氣缸、切料汽缸、擋料氣缸，設(shè)計出了如圖 42 所示的原理圖 P 3 P 2 P 0 P 1V J 3 2 2 0 5 G BY A 0 Y A 1Y A 2Y A 3V F A 5 2 2 0P 0 ： 傳 動 氣 缸P 1 ： 擋 料 汽 缸P 2 : 送 料 氣 缸P 3 ： 切 料 汽 缸V J 3 2 2 0 5 G BV J 3 2 2 0 5 G BV J 3 2 2 0 5 G B圖 42 氣動原理圖 氣動元件的選擇 成型機上所用的氣動元件均為 SMC 公司的產(chǎn)品， SMC CORPORATION 成立于 1959年，總部設(shè)在日本東京。由于其體積小，可使電磁閥板布局緊湊，占用空間小，電磁閥板裝于機架內(nèi)部，上有一擋板可起到水洗機床時對閥的保護作用。產(chǎn)品具有更大的改型靈活性，利于用戶進(jìn)行再次開發(fā)。 人機界面是在操作人員和機器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁 ,用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕 .隨著機械設(shè)備的飛速發(fā)展 ,以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作 ,而且操作困難 ,無法提高 工作效率 .但是使用人機界面能夠明確指示并告知操作員機器設(shè)備目前的狀況 ,使操作變的簡單生動 `,并且可以減少操作上的失誤 ,即使是新手也可以很輕松的操作整個機器設(shè)備 .使用人機界面還可以使機器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化 ,同時也能減少 PLC 控制器所需的 I/O 點數(shù) ,降低生產(chǎn)的成本同時由于面板控制的小型化及高性能 ,相對的提高了整套設(shè)備的附加價值 . 畢業(yè)設(shè)計 23 第五章 控制系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計 立體花式冰淇淋成型機的控制方案采用 PLC 氣動控制系統(tǒng)，分接盒是聯(lián)系 PLC 的輸入輸出以及氣動控制系統(tǒng)的中心樞紐。采用分接盒分開可以減少控制部分的體積，增加外形美觀，而且便于操作。主機的各個部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。 可編程控制器配有兩種寄存器，即系統(tǒng)寄存器（ EPROM）和用戶寄存器（ RAM）。它包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)，定時器 /計數(shù)器預(yù)置數(shù)和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)，存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。立體花式冰淇淋成型機工作過程中，用戶是站在冰淇淋灌注頭后的一端位置，進(jìn)行放蓋、裝箱等操作的，所以控制盒安裝于成型機右端床身表面上，便于用戶及時操作處理問題。目前，根據(jù)傳感器的類型，觸摸屏大致被分為紅外線式、電阻式、表面聲波式和電容式觸摸屏四種。 MT5420T 與 FX2N32MR 通訊參數(shù)設(shè)置如圖 52 所示。剛運行機器時，需要檢查成型機的各執(zhí)行件是否到位、杯子的位置是否合適等，則選擇 “點動操作 ”模式。點擊彈出的小窗口右下角，關(guān)閉該窗口，進(jìn)入模式選擇對話框。按要求點擊 “連續(xù)運行 ”，進(jìn)入正常的生產(chǎn)過程。主界面中各指示燈對應(yīng)各執(zhí)行器動作情況：執(zhí)行器動作指示燈亮。 PLC 盒面板選用 Q235 材料，厚度 б=2mm，其上加工有可編程控制器接線時用的穿孔線。打開側(cè)蓋就可以方便的進(jìn)行編程和更換 ROM 盒操作。其對工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制，只有通過接線將執(zhí)行器與自身聯(lián)系起來才能真正體現(xiàn)出魅力。 作為一種產(chǎn)品，立體花式冰淇淋成型機采用的 “PLC—氣動控制系統(tǒng) ”柔性強，控制精度高 ，可靠。因此，可以對該成型機繼續(xù)改進(jìn)，在此機器上加入一些裝置，實現(xiàn)取杯、放蓋和貼標(biāo)簽自動化。PA,2020.(9):4548,88 [13]. 江國祥 .冰淇淋機常見故障及解決方法 [J].乳品加工 .43 [14]. 肖堯榮 .冰淇淋制造概 論 [J].上海市輕工業(yè)工程設(shè)計院 .812 [15]. 佳文 .大豆、花生冰淇淋的加工工藝及設(shè)備 [J].中國食品報 ,2020(007):12 [16]. 蔡云升 .淺談國內(nèi)外冰淇淋發(fā)展趨勢 [J].食品工業(yè) .1997,1(1):23 [17]. 祝美云 .我國中小型冷飲企業(yè)冰淇淋安全問題與對策 [J].農(nóng)產(chǎn)品加工 其次，我要感謝學(xué)院給我們提供了這樣一個機會，可以驗證并展示我們?nèi)甓鄟淼膶W(xué)習(xí)成果，充分發(fā)揮自身的設(shè)計才能。