龍淑嬪

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河源 517000）

基于沖床的安全自動送料系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

龍淑嬪

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河源 517000）

針對沖床送料效率低、生產(chǎn)安全性能低等現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并根據(jù)實際情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。采用電機(jī)帶動送料機(jī)構(gòu)實現(xiàn)自動送料，采用光電控制原理設(shè)計出光電安全裝置，使其滿足高效率、安全生產(chǎn)，提高自動化程度和安全性能。

自動送料 優(yōu)化設(shè)計 安全裝置

1 沖床自動送料系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)現(xiàn)狀

隨著制造業(yè)自動化程度越來越高，沖壓制件類型、工藝、外形日益復(fù)雜，精度要求也越來越高。沖壓生產(chǎn)自動化主要指材料的供給、制品及廢料的排除、沖床的調(diào)整與運轉(zhuǎn)等作業(yè)過程的自動化。將這些技術(shù)應(yīng)用到?jīng)_壓生產(chǎn)流水線的相應(yīng)環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)過程的自動化。

由于很多普通沖床的使用年限未到，因此近年來針對沖床的輔助裝置——自動送料機(jī)構(gòu)的研究與開發(fā)應(yīng)用得到了重視，并發(fā)展很快。同時，普通沖床的安全性能不高，容易出現(xiàn)安全事故，因此要在提高普通沖床自動化程度的同時提高其安全生產(chǎn)性能。自動送料機(jī)構(gòu)作為沖壓加工生產(chǎn)實現(xiàn)自動化的最基本要求，它的自動化程度高低，直接影響著沖壓生產(chǎn)效率、生產(chǎn)節(jié)拍以及沖壓生產(chǎn)整體自動化水平。只有其自動化程度與沖壓設(shè)備相匹配，甚至高于沖壓設(shè)備，才能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓生產(chǎn)的完全自動化。安全裝置可以在生產(chǎn)過程中保障高效率同時降低事故率，延長安全生產(chǎn)時間。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)和安全裝置設(shè)計時，采用先進(jìn)的優(yōu)化設(shè)計手段，可以對自動送料機(jī)構(gòu)的性能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到更好的使用效果。

2 沖床自動送料系統(tǒng)工作流程及優(yōu)化方案設(shè)計

普通沖床工作情況如下：進(jìn)行鋁板沖壓，每分鐘完成落料件60個。

根據(jù)沖床工作要求，其加裝自動送料裝置后，工作過程如下：設(shè)備就緒——送料——到位——沖壓——完成。具體為沖壓設(shè)備準(zhǔn)備就緒，按下啟動裝置，送料機(jī)構(gòu)開始送料，材料到達(dá)位置后檢測裝置發(fā)出指令，沖床進(jìn)行沖壓工作。沖壓工作完成后，反饋裝置反饋信息至控制系統(tǒng)，完成一個送料、沖壓加工操作。

根據(jù)實際情況，沖床自動送料機(jī)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動，通過滾筒進(jìn)行傳送，具體工作原理為：驅(qū)動電機(jī)提供運行動力，并將動力傳送給減速裝置。減速裝置與主動鏈輪連接，經(jīng)傳動鏈傳動到從動鏈輪，從動鏈輪通過機(jī)構(gòu)或其他裝置與滾筒相連，滾筒與輥軸之間用傳送帶聯(lián)接，通過傳送帶與滾筒之間的摩擦力，滾筒轉(zhuǎn)動帶動輥軸一起旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)加工材料的輸送。圖1為沖床自動送料機(jī)構(gòu)的裝配簡圖，圖2為沖床自動送料機(jī)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)簡圖。

圖1 沖床自動送料機(jī)構(gòu)的裝配簡圖

圖2 自動送料機(jī)構(gòu)三維圖

3 沖床安全裝置優(yōu)化方案設(shè)計

3.1 沖床安全裝置的設(shè)計

沖床工作時，當(dāng)啟動系統(tǒng)后沖頭會隨主軸的轉(zhuǎn)動而上下往復(fù)運動。因進(jìn)行了自動送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計，工人不需在每一個動作完成后進(jìn)行上料和下料，只需進(jìn)行工作檢測和進(jìn)行落料的清理。原有沖床無安全裝置，導(dǎo)致工人在進(jìn)行落料清理時容易發(fā)生安全事故，因此通過增設(shè)安全裝置，達(dá)到能夠在加工時可以成功檢測到工位上是否有操作工人進(jìn)行動作。若有，則發(fā)出警報且能自動停機(jī)，以保障工人安全。

根據(jù)現(xiàn)有沖床結(jié)構(gòu)和使用要求，進(jìn)行安全裝置方案設(shè)計。安全裝置采用光電控制，其基本原理為：當(dāng)工人進(jìn)行落料清理過程中，有人體器官穿過光束將平行光束遮擋住時，安全裝置需及時發(fā)送報警信號給控制系統(tǒng)；系統(tǒng)發(fā)出警報并停止主軸電機(jī)，沖頭停止動作。安全裝置進(jìn)行制動操作后，此狀態(tài)必須保持到平行光束不再被阻擋，系統(tǒng)才能恢復(fù)正常工程狀態(tài)。

根據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行光電安全裝置系統(tǒng)設(shè)計，電路原理圖如圖3、圖4所示。安全裝置由發(fā)光頭、接收頭、靈敏繼電器及控制電路等組成。正常工作時，光線照射到光敏元件上，繼電器KA吸合，KM吸合，牽引電磁鐵YB吸合，沖床正常開車。當(dāng)有工人或其他人員的手伸進(jìn)沖床的危險區(qū)時，光線被擋，KA釋放，KM釋放，YB失電釋放，剎車機(jī)構(gòu)動作，沖床電機(jī)停止運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)緊急停車。光源與接收頭之間的距離與工作燈光源的功率大小有關(guān)，可以根據(jù)具體要求進(jìn)行選擇和設(shè)置。

圖3 光電控制原理

圖4 制動回路

3.2 安全裝置的安裝

安全裝置的光源和感應(yīng)器的距離與產(chǎn)生安全事故的危險區(qū)域之間的距離必須保持在最小安全距離（S）。

安全距離的計算大小為：S=1.6(t1+t2)。式中：S為安全距離（m）；1.6為人體器官的伸進(jìn)速度（m/s）；t1為安全裝置的響應(yīng)時間（s）；t2為設(shè)備運行到完全停止的時間（s）。

安全裝置高度及位置確定后，應(yīng)使安全裝置的保護(hù)高度覆蓋整個工作區(qū)域，并在工作區(qū)域的最上邊緣和最下邊緣，各留出至少一個遮光樣品直徑值的余量。

4 基于沖床的安全自動送料系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的優(yōu)點及使用情況

本裝置通過進(jìn)行自動送料設(shè)計，使生產(chǎn)效率由原來的每分鐘20次落料加工提升為每分鐘60次，且降低了廢品率和廢料損耗。通過進(jìn)行安全裝置設(shè)計，滿足了工廠安全生產(chǎn)的要求，且系統(tǒng)響應(yīng)快、可靠性高，能保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行。綜上所述，基于沖床的安全自動送料系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，提高了生產(chǎn)效率和安全性能，經(jīng)投入使用，效果良好。

[1]陳曉斌，段海峰.沖床自動送料機(jī)構(gòu)設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)，2012，（8）：50-51.

[2]邊起.沖床步進(jìn)送料控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)，2013.

[3]趙夫超，江建剛.一種沖床自動送料裝置的設(shè)計與研究[J].機(jī)械工程師，2013，（9）：23-24.

[4]李卓斌.基于PLC的沖床自動裝箱系統(tǒng)設(shè)計[D].大連：大連理工大學(xué)，2015.

[5]劉愛華.沖床自動保護(hù)裝置的設(shè)計[J].傳感器與微系統(tǒng)，2005，24（9）：56-57.

Optimal Design of Safety Automatic Feeding Device for Punch Press

LONG Shuping
(Heyuan Polytechnic, Heyuan 517000)

In view of the present situation of the low efficiency and low production safety performance of the punch press, the optimized design is carried out according to the actual situation. By motor driven feed mechanism to realize automatic feeding, using photoelectric control principle designed photoelectric safety device to improve the safety performance, to meet the requirement of high efficiency, safety in production, improve the degree of automation and the safety performance.

automatic feeding,optimal design,safety device

河源市科技課題“基于沖床自動送料系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究與設(shè)計”（編號：2011-100）。