PC鈑金件自動碼料裝置的設計與研究

（河源職業技術學院，廣東 河源 517000）

目前很多廠對一些中、大型鈑金件在在沖壓成型后采用手工碼料的方式，這樣就要求每臺沖壓設備都配置一個人專門負責碼料。由于沖壓件帶有毛刺，手工碼料容易導致手被毛刺刺傷或劃傷，同時勞動強度比較大。隨著工業4.0時代的到來，自動化技術在沖壓領域得以迅猛發展。

某公司生產PC鈑金件時采用人工取件、搬運、擺放，效率低，安全系數低，易出事故，隨著人力成本的上升及技術工人的缺乏，公司急需改變這種傳統的手工碼料。受該公司的委托研制出了一款由導料機構、夾緊機構、托板碼料機構組成，電機驅動，氣缸執行，PLC控制的PC鈑金件自動碼料裝置，該裝置取代工人在沖壓落料工位上的重復、危險、生產節拍要求高的手工取件，減輕勞動強度，生產效率和安全性得以提高，穩定性好。

1 PC鈑金件工藝分析

PC鈑金件如圖1所示，是此裝置的碼料對象，這是一款電腦PC外殼鈑金件沖孔落料后的產品,長430 mm至480 mm，寬420 mm至450mm，產品厚度為2.5 mm，有一則帶有10 mm的折邊，為了減輕主機重量，這款PC鈑金件使用的材質為AL5025H32，屬于防銹鋁合金，強度中等，耐腐性能好，是款比較成熟穩定的產品，生產量大，交貨期緊。

圖1 產品-PC鈑金件

2 PC鈑金件自動碼料裝置的總體設計

2.1 PC鈑金件自動碼料裝置的工藝流程設計

本裝置的工作任務替代人工取件、碼料兩個工序，將如圖1所示的PC鈑金件在沖孔落料后完成自動取件，自動碼料，根據工作任務設計工藝流程圖，如圖2所示。

圖2工藝流程圖

2.2 PC鈑金件自動碼料裝置的工作原理

根據上述設計工藝流程，設計PC鈑金件的自動碼料裝置示意圖如圖3所示，PC鈑金件自動碼料裝置的工作原理可以分四個工作步驟來說明：

步驟1：PC鈑金件沖壓成型后沿著滑槽滑入帶導板的導料槽1內，在導板的作用下導正，然后伺服電機5控制夾緊機構2將鈑金件3快速收入工位一6的托板上方，夾持機構松開，產品自動落入托板，并利用三桿氣缸7定位，完成一個取料、碼料周期；

步驟2：伺服電機8控制由連桿11和搖桿12組成的雙搖桿擺動機構下移一個工件高度位置，同時夾緊機構退回最初位置，重新夾持下一個鈑金件[1]；

步驟3：重復步驟1、2，裝置連續工作，直至鈑金件在托板上堆滿位置，檢測信號發送主系統，沖床間歇暫停工作；

步驟4：主體氣缸7利用直線導軌12將工位二9的托板位置移至工作位置（工位一），叉車在工位1處取料，同時在工位二的位置重復1、2、3步驟，實現自動碼料，工作連續、周期進行。

圖3 PC鈑金自動碼料裝置示意圖

3 PC鈑金件自動碼料裝置主要機構設計

3.1 導料機構設計

PC鈑金件的導料機構的工作任務是將沖壓落料后的鈑金件按順序送至碼料機構中托板的上方[2]。導料機構如圖4所示，由T型導料槽、導板、支架等構件組成。其工作原理：沖孔落料后的鈑金件落在導料槽內，導料槽一側固定不動，另一側設計成活動的，由氣缸推動，寬度可以根據鈑金件的寬度自由調節，當調至合適寬度時氣缸退回，鈑金件在活動側導板的導正作用下有序的進行送料，同時在導料槽的固定側邊設計了擋料銷，用來擋住未夾緊之前的鈑金件。

圖4導料機構圖

3.2 夾緊機構設計

夾持機構的工作任務是將鈑金件夾緊，然后松開放入碼垛機構中的托板上。如圖5所示，該夾緊機構由氣爪、導軌、彈片等零部件組成。其工作原理：當鈑金件到達擋料銷的位置時，傳感器發出感應信號，活動側氣缸向左推進，推動氣爪前進，進行夾緊動作，在電機的驅動下，運至工位1的上方，傳感器發出感應信號，促使氣缸后退，氣爪松開，鈑金件放入工位1的托板上，此時完成碼料動作。

圖5夾緊機構圖

3.3 自動碼料機構設計

自動碼料機構的工作任務是完成自動碼料和工位轉換。根據這個功能要求，設計的碼料機構如圖6所示，其由氣缸、擋板、托板、支架、擺動機構等構件組成。其工作原理是：當夾緊機構松開氣爪，鈑金件自動掉入工位一的托板上，此時氣缸推進，與兩側的擋板形成一個四邊形，對掉入的鈑金件進行碼垛，當鈑金件碰到擋板時，傳感器發出信號，氣缸后退，當下一個鈑金件落入前，此時的電機驅動擺動機構下移一個工件的高度，為后續的鈑金件碼垛提供所需空間，機構依次重復上述動作，碼垛動作完成，當鈑金件的碼垛數量達到預設的數據時，發出信號給夾緊機構，夾緊機構暫停工作，此時碼料機構下的雙向氣缸驅動整個碼料機構沿著導軌推進，當到達工位一的位置，限位開關發出信號，氣缸停止運動，同時夾緊機構收到信號，松開氣爪，鈑金件落入工位2，工位轉換動作順利完成，工位一的垛料等著取走，上述動作重復、周期進行，從而實現自動碼料功能。

圖6自動碼料機構

3.4 PC鈑金件自動碼料裝置總體結構設計

經上述各機構的設計與分析，PC鈑金件自動碼料裝置總體結構如圖7所示，鈑金件從落入料槽—送料—夾緊—松開—工位一碼料—換位—工位二碼料，一個周期完成，實現自動碼料，無人工操作。

圖7總體結構設計圖

4 PC鈑金件自動碼料裝置的電氣控制系統設計

4.1 氣動控制設計

本裝置的氣動元件主要由氣爪、單向氣缸、雙向氣缸、電控換向閥，單向閥等組成[3]。其中，2個單向氣缸用于鈑金件的夾緊，2個單向氣缸用于碼垛的對齊，1個雙向氣缸用于機構的換位。采用了10個位置傳感器，其作用將各氣缸的位置轉換為PLC控制系統的輸入信號。10個單向節流閥用于控制氣缸的運動速度，氣缸的運動方向是通過PLC控制系統的輸出信號傳送至電磁換向閥而實現的。

4.2 電控系統設計

本裝置的電控系統采用三菱公司的可編程控制器，以按鈕、開關、傳感器等為輸入信號，以指示燈、換向閥和計時器為輸出信號，共采用15個輸入點，5個輸出點[4]，PC鈑金件自動碼料裝置I/O表如下表1所示。

表1 PC鈑金件自動碼料裝置I/O表

（續上表）

5 效率對比分析

PC鈑金件自動碼料裝置試制后，投入企業實際生產，經一段時間的測試，以相同規格的產品，在相同時間里，人工碼料和自動碼料的件數進行對比分析，表2為測試數據。

表2 PC鈑金件自動碼料裝置的效率測試數據

從表中可知，采用PC鈑金件自動碼料裝置后，生產效率得以提高，安全性提高，人工成本降低為原來的1/3，同時解決現在一線工人難招問題。

6 結束語

本裝置通過PLC和氣動技術控制執行機構，由導料槽送料，夾緊機構進行取件，碼垛機構進行自動碼料，實現了送料—夾緊—堆垛—換位等工序的自動化。設備經投產試用，設備運行性能穩定，與原有人工碼料對比，碼料的速度提高了2/3，每件產品的碼料時間平均提高10秒，生產效率提高，操作工人由原有1臺/1人，變成3臺/1人，人力成本降低。該項技術的應用實現了企業的自動化生產，降低了操作工人的勞動強度，確保了操作工人的安全性等，同時也為其它相似鈑金行業實現FMS柔性生產提供參考價值。

[1]隋明陽.機械設計基礎[M].北京:機械工業出版社，2005.

[2]胡家秀.簡明機械零件設計實用手冊[M].北京：機械工業出版社，2012.

[3]張秋容.液壓與氣動[J].基于氣動和PLC控制技術的螺紋裝配設備研發，2012，12(7):30-31.

[4]尹志強.機電一體化設計課程設計指導書[M].北京：機械工業出版社，2010.