房翠紅

（江蘇省車(chē)輻中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，江蘇徐州，221300）

0 引言

科技時(shí)代背景下，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的水平明顯得到改善，但是有些機(jī)械加工企業(yè)，依舊采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行手動(dòng)送料，缺乏必要的安全防護(hù)措施。由于輸送物料所用的夾具精準(zhǔn)度低、工作性能差，嚴(yán)重影響了機(jī)械加工的質(zhì)量和效率，因此本文針對(duì)以上問(wèn)題，自主設(shè)計(jì)功能完善、性能穩(wěn)定的螺紋擋圈機(jī)械加工自動(dòng)送料設(shè)備，在交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下，將螺紋擋圈安全運(yùn)送至加工平臺(tái)。無(wú)論是運(yùn)送物料，還是送料設(shè)備下壓，都需要PLC同其他傳感設(shè)備穩(wěn)定連接，在運(yùn)送螺紋擋圈過(guò)程中，不僅定位精準(zhǔn)，還能靈活控制下壓量，通過(guò)人機(jī)交互快速設(shè)置參數(shù)并能清晰低顯示出來(lái)，為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高奠定基礎(chǔ)。

1 PLC自動(dòng)送料設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

自動(dòng)送料設(shè)備底座與工作平臺(tái)牢固連接，生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)振動(dòng)托盤(pán)將螺紋擋圈送入送料軌道，在預(yù)壓位置落下，該設(shè)計(jì)中，供電設(shè)備為交流電機(jī)，并將電機(jī)合理固定在底座上。

螺栓夾裝好以后，其高度如果在預(yù)定值范圍內(nèi)，沖壓機(jī)工作，如果超出預(yù)定值范圍，沖壓機(jī)工作停止，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)夾裝位置及設(shè)備進(jìn)行檢查。螺栓高度符合既定值，啟動(dòng)沖壓設(shè)備，下壓沖壓棒，當(dāng)下壓至最低限度時(shí)，如果高度符合既定參數(shù)，下壓完成，工件移出；如果高度不符合既定參數(shù)，則設(shè)備發(fā)出警報(bào)，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)工件位置以及設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。沖壓機(jī)驅(qū)動(dòng)方式為氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸設(shè)置在底座上，電機(jī)在氣缸驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)沖壓棒進(jìn)行上升和下降運(yùn)動(dòng)。

工作人員利用人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)監(jiān)控自動(dòng)送料設(shè)備下壓螺紋擋圈的過(guò)程，當(dāng)螺紋擋圈或者螺栓下壓后的高度不符合設(shè)定值，設(shè)備發(fā)出警報(bào)，工作人員將暫停鍵按下，設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)優(yōu)化參數(shù)時(shí)，工作人員可利用人機(jī)交互界面調(diào)節(jié)設(shè)備。觸摸屏對(duì)手動(dòng)調(diào)節(jié)提供便利條件，靈敏度高、方便快捷。防護(hù)罩具有保護(hù)設(shè)備的功能，同時(shí)對(duì)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)減少對(duì)周?chē)h(huán)境造成的影響。有效避免設(shè)備內(nèi)部進(jìn)入灰塵等，影響設(shè)備正常運(yùn)行，增加設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的難度，若下壓過(guò)程中，送料機(jī)發(fā)生異?，F(xiàn)象，防護(hù)罩還可以起到人員保護(hù)作用。自動(dòng)送料設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動(dòng)送料設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2 PLC自動(dòng)送料設(shè)備工作原理

首先在工裝上放置已經(jīng)穿裝好的吊環(huán)，運(yùn)行中，傳感設(shè)備一旦檢測(cè)到有工件存在，則會(huì)發(fā)出檢測(cè)信號(hào)，并快速向控制設(shè)備傳輸，能夠精準(zhǔn)、即時(shí)控制氣缸動(dòng)作，運(yùn)行當(dāng)中，設(shè)備能夠?qū)β菟ǖ拈L(zhǎng)度進(jìn)行持續(xù)檢測(cè)。預(yù)定位工件，控制設(shè)備準(zhǔn)確、及時(shí)地接受檢測(cè)信號(hào)，精準(zhǔn)控制傳動(dòng)設(shè)備的動(dòng)作，螺紋擋圈通過(guò)震動(dòng)盤(pán)和送料機(jī)構(gòu)發(fā)生移動(dòng)。運(yùn)行中定位傳感設(shè)備檢測(cè)到預(yù)定區(qū)域有工件存在，立即將信號(hào)輸送至控制系統(tǒng)，此時(shí)，控制系統(tǒng)將指令傳向控制設(shè)備進(jìn)行氣缸調(diào)控，利用傳感設(shè)備對(duì)螺栓高度進(jìn)行測(cè)定，如果高度符合要求，則設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)行，反之則設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)行。設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)行后，螺紋擋圈被運(yùn)送到螺栓上方的區(qū)域，此時(shí)設(shè)備開(kāi)始向下擠壓，當(dāng)下壓到最大限度時(shí)，通過(guò)位移傳感設(shè)備測(cè)量固定件的高度。如果測(cè)量的高度不符合預(yù)設(shè)值，則報(bào)警設(shè)備啟動(dòng)，運(yùn)行終止；如果測(cè)量的高度符合預(yù)設(shè)值，繼續(xù)下壓動(dòng)作。完成工件加工后，氣缸閥門(mén)打開(kāi)，然后進(jìn)行工件傳輸，取出成品工件，再進(jìn)行下一個(gè)工件的加工，周而復(fù)始。該氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)包括檢測(cè)、控制、夾緊、定位及工件移出等部分。自動(dòng)送料設(shè)備運(yùn)行流程如圖2所示。

圖2 自動(dòng)送料設(shè)備運(yùn)行流程

3 PLC自動(dòng)送料設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

3.1 PLC選擇

該自動(dòng)送料系統(tǒng)的核心硬件為CP1PLC歐姆龍控制設(shè)備，下壓過(guò)程中，依靠氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，激光感應(yīng)設(shè)備聯(lián)合位移傳感設(shè)備對(duì)螺栓位置以及擋圈的下壓量進(jìn)行控制。各種類(lèi)型的PLC對(duì)工作環(huán)境方面的要求相同，但是在電流、電壓的輸出、分辨率等方面存在不同，選擇PLC時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體型號(hào)對(duì)各種型號(hào)的PLC優(yōu)異性進(jìn)行分析，選擇更加適用的PLC。

3.2 送料裝置選擇

自動(dòng)送料設(shè)備主要運(yùn)輸裝置為送料漏斗。本文所研發(fā)的自動(dòng)送料系統(tǒng)主要由震動(dòng)托盤(pán)和滑道組成。輔助計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，生產(chǎn)周期得到一定縮減。送料系統(tǒng)主要構(gòu)成部分為滑道，具有較高的設(shè)計(jì)要求，本文先分解滑道部分再進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)各種設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最后安裝組成，滿足滑道整體要求。充分結(jié)合滑道設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，進(jìn)行數(shù)值模擬，操作完成后進(jìn)行建模，開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)滑道工作強(qiáng)度以及穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)，盡量減少人工作業(yè)，提高物料運(yùn)輸?shù)闹悄芑潭取?/p>

3.3 顯示界面的選擇

在屏幕前面安裝觸摸檢測(cè)設(shè)備，對(duì)用戶觸摸的位置進(jìn)行檢測(cè)，觸摸屏接收到觸摸信號(hào)后，將其發(fā)送到觸摸控制設(shè)備；本文所用的觸摸控制設(shè)備是通過(guò)觸摸點(diǎn)的檢測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)觸摸信號(hào)的接收，然后將其轉(zhuǎn)換為觸點(diǎn)坐標(biāo)，向CPU發(fā)送，同時(shí)接收并執(zhí)行來(lái)自CPU的命令。

該觸摸屏的控制作用通過(guò)壓力感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由基層和導(dǎo)電層組成，手指觸碰顯示屏，觸摸點(diǎn)的位置，改變電阻，在信號(hào)由X、Y兩個(gè)方向發(fā)出，并將信號(hào)傳輸?shù)接|摸控制設(shè)備。電阻觸摸設(shè)備，在接觸信號(hào)被控制設(shè)備偵測(cè)到后，確定（X ,Y）坐標(biāo)位置，運(yùn)作方式為模擬鼠標(biāo)。

3.4 設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路

在進(jìn)行氣功回路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行多種回路的對(duì)比分析，選擇合適的回路作為本文送料系統(tǒng)的重要組成。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)送料設(shè)備所用的驅(qū)動(dòng)裝置為氣缸，利用壓力控制下壓動(dòng)作，為了確保設(shè)備運(yùn)行正常，工作壓力由三聯(lián)件提供。

本自動(dòng)送料設(shè)備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所用回路為單壓驅(qū)動(dòng)，滿足該設(shè)備生產(chǎn)加工需要的壓力范圍。驅(qū)動(dòng)回路分為多壓和雙壓等，廣泛應(yīng)用于柔性化機(jī)械加工生產(chǎn)中，豐富生產(chǎn)選擇條件，提高設(shè)備加工生產(chǎn)的靈活性。

本文結(jié)合工作實(shí)際，選擇使用氣動(dòng)回路對(duì)下壓棒的動(dòng)作進(jìn)行控制。在生產(chǎn)要求得到滿足的條件下，進(jìn)行資合理運(yùn)用，選擇具有較高性價(jià)比的元件，經(jīng)濟(jì)成本降低，同時(shí)，生產(chǎn)質(zhì)量及其效率顯著提高。

推進(jìn)氣缸和下壓氣缸是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的主要組成，螺紋擋圈在下壓氣缸的作用下，螺栓移動(dòng)到固定位置；螺紋擋圈在推進(jìn)氣缸的作用下，被移送到設(shè)定位置，為氣缸下壓過(guò)程中，螺栓與螺紋擋圈準(zhǔn)確配合。本文氣缸材料為性能穩(wěn)定、耐高溫、耐腐蝕等性能的316不銹鋼，該氣動(dòng)回路具有穩(wěn)定性好、使用壽命高等優(yōu)勢(shì)。

3.5 輔助裝置的選擇

機(jī)械加工中，夾具作為一種輔助設(shè)備發(fā)揮著重要作用。本設(shè)計(jì)所用夾具根據(jù)螺紋擋圈和螺栓的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。夾具內(nèi)徑10mm，螺紋擋圈的外徑20mm，夾具的外邊緣設(shè)置卡盤(pán)，具有下壓、固定螺紋擋圈的作用，有效預(yù)防運(yùn)行過(guò)程中螺紋擋圈脫滑，對(duì)設(shè)備正常工作造成影響。夾具的種類(lèi)較多，其中包括專(zhuān)用式、柔性式以及組合式夾具等，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于該種類(lèi)型的夾具夾裝工件的方式靈活多變，因此在各種零件加工中可以運(yùn)用。

夾具的主要作用是對(duì)螺紋擋圈進(jìn)行固定，以防運(yùn)行中螺紋擋圈出現(xiàn)位移，造成經(jīng)濟(jì)損失。在設(shè)備底部利用夾具固定螺栓，夾具設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)按照螺紋擋圈的形狀、尺寸，與螺栓緊密貼合，夾緊，設(shè)置卡盤(pán)，夾緊螺栓，可根據(jù)螺栓的外徑靈活調(diào)整夾具的內(nèi)徑尺寸，因此夾裝具有很好的柔性。

4 PLC軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，所用PLC為歐姆龍Ver9.3，CX-Programmer編程工具，利用在PLC軟件設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面。

4.1 原理特征

由于梯形圖的結(jié)構(gòu)形式同電器電路相差不大，操作方便，因此廣泛應(yīng)用于PLC編程過(guò)程中。梯形圖設(shè)計(jì)即為程序編程。以下為梯形圖的基本原理特征：

PLC為虛擬開(kāi)關(guān)，分別有“0”和“1”兩種控制指令，其編程元件相對(duì)應(yīng)于映像寄存設(shè)備，PLC程序運(yùn)行時(shí)，寄存于映像寄存設(shè)備，調(diào)用時(shí)，可直接實(shí)施程序啟動(dòng)，可精準(zhǔn)控制所有端口設(shè)備的狀態(tài)。梯形圖由左到右，由上到下，進(jìn)行排列，可直接運(yùn)用計(jì)算結(jié)果，且各個(gè)觸點(diǎn)具有反復(fù)使用的功能。

4.2 控制程序

根據(jù)實(shí)際情況，從上料到出料的過(guò)程，不僅需要人工操作，還需要自動(dòng)調(diào)控。首先將吊環(huán)組裝好，然后由工人將其進(jìn)行安裝，傳感設(shè)備測(cè)定螺栓高度，如果所測(cè)值不在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)，設(shè)備停止運(yùn)行，然后將螺紋擋圈放置加工區(qū)域，下壓逐步進(jìn)行，當(dāng)下壓至極限位置時(shí)，由位移傳感設(shè)備對(duì)工件總長(zhǎng)度實(shí)施測(cè)定，若是測(cè)定值在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，則下壓動(dòng)作繼續(xù)，完成工件加工，最后將工件取出。

加工工件中，PLC的重要作用是控制系統(tǒng)、輸出、處理數(shù)據(jù)。工件加工前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)要求和規(guī)范全面測(cè)試工作設(shè)備，為系統(tǒng)安全運(yùn)行及功能完善提供保障。

4.3 設(shè)計(jì)交互界面

用戶通過(guò)人機(jī)交互界面可對(duì)機(jī)器運(yùn)行的情況準(zhǔn)確掌握，為人工調(diào)控提供支持，為設(shè)備安全、可靠運(yùn)行提供保障。該設(shè)計(jì)中，由DOP-B10S511臺(tái)達(dá)觸摸顯示器作為人機(jī)界面，該設(shè)備操作方便、靈敏度高。如果螺栓下落的位置和時(shí)間不準(zhǔn)確，設(shè)備則會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。報(bào)警界面如圖3所示。

圖3 報(bào)警界面

用戶通過(guò)人機(jī)交互界面可對(duì)程序運(yùn)行的情況實(shí)時(shí)了解和掌握，能夠清晰地看到相關(guān)參數(shù)，比如螺栓長(zhǎng)度等。如果運(yùn)行當(dāng)中，設(shè)備所檢測(cè)到的數(shù)值符合預(yù)設(shè)值，可按照該界面提供的程序合理進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

氣缸下壓與氣缸閉合等程序通過(guò)交互面板展示出來(lái)。將手動(dòng)控制的開(kāi)關(guān)設(shè)置在面板的下方。手動(dòng)控制設(shè)備有黑、黃、紅三個(gè)按鈕，其中，自動(dòng)調(diào)節(jié)與手動(dòng)調(diào)節(jié)的自行切換由黑色按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，黃色按鈕具有系統(tǒng)復(fù)位功能，將送料設(shè)備恢復(fù)到原始狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備異常運(yùn)行時(shí)，操作紅色的按鈕停止運(yùn)行，效降低經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)論

PLC自動(dòng)送料設(shè)備，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)設(shè)備外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇合適的硬件類(lèi)型，設(shè)備工作效率提高，節(jié)約生產(chǎn)成本；科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC應(yīng)用范圍更加廣泛，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)PLC控制的伺服電機(jī)、運(yùn)行及停止、電器開(kāi)關(guān)等進(jìn)行研究。所用歐姆龍PLC性能良好、使用周期長(zhǎng)，為送料系統(tǒng)安全運(yùn)行提高可靠保障；由人工智能和氣動(dòng)設(shè)備相結(jié)合的人機(jī)交互界面，為工作人員的操作提供便利條件，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)調(diào)整，觸屏設(shè)計(jì)便于參數(shù)修改，工作人員可結(jié)合設(shè)備工作實(shí)際情況調(diào)整數(shù)據(jù)參數(shù)，遇到緊急情況可隨時(shí)按停按鈕，避免事故發(fā)生，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行修整，盡可能減少經(jīng)濟(jì)損失；夾具設(shè)計(jì)柔性化，可使自動(dòng)送料設(shè)備裝配各種規(guī)格的螺栓、螺紋擋圈，為柔性化機(jī)械加工提供便利條件，一機(jī)多用的目的得以實(shí)現(xiàn)，有效節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本和生產(chǎn)能源。