一種雙套筒自動切換裝置結構設計*

何　峰，宋萬國，于曉鵬

(大連豪森裝備制造有限公司 a.電氣設計部；b.機械設計部，遼寧 大連　116036)

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一種雙套筒自動切換裝置結構設計*

何峰a，宋萬國a，于曉鵬b

(大連豪森裝備制造有限公司 a.電氣設計部；b.機械設計部，遼寧 大連116036)

在發動機裝配線上，多個工位中需要對不同位置上不同種類的螺栓進行擰緊造作。文章開發了一種自動化程度較高的雙套筒自動切換裝置。重點描述了切換裝置的機構組成、工作原理及控制系統的開發與實施。該裝置的控制器使用了基于西門子工控機IPC677，應用其內部的軟PLC模塊，對該工位上工件的動作進行檢測、規劃與控制，較好的替代了傳統硬件PLC的控制方法。在軟PLC的控制下，雙套筒自動切換裝置可以穩定可靠地時序完成不同位置不同種類螺栓的擰緊操作，目前該系統在裝配線上運轉良好。

雙套筒自動切換裝置；機械結構；控制系統；軟PLC

0　引言

在發動機裝配線上，有多個工位是為了完成螺栓的擰緊操作。在這些工位上，往往需要對多個不同位置、型號不同的螺栓進行擰緊操作。傳統裝配線上通常采用工人手持擰緊槍的方式進行操作。由于傳統的擰緊頭功能單一，一種擰緊頭僅能夠對與其對應的一種螺栓實施擰緊操作，因此工人需要頻繁更換擰緊槍，重復作業；導致這些工位耗時費力，嚴重的影響了生產節拍和效率。因此，在發動機裝配線上，如何實現不同位置螺栓的擰緊工作，是提高裝配效率，建立一條自動化程度較高的裝配線，需要解決的十分重要的問題。

本文提出一種了動作流暢、操作方便、運行可靠，能夠在一個工位上對兩種不同螺栓進行擰緊操作的雙套筒自動切換結構。該設備能夠提高生產效率，減輕工人負擔，可以在特定工位上，完成工件同一圓周上不同位置的螺栓的擰緊工作，大大縮短了裝配節拍，是發動機裝配工藝上比較重要的突破。

1　雙套筒自動切換裝置機構組成與工作原理

如圖1所示，為雙套筒自動切換結構[1-4]，在殼體上設置有電機，電機的工作端上設置有主動齒，與主動齒相嚙合的被動齒也位于殼體上，被動齒與擰緊機構相連，擰緊機構包括一個第一氣缸，在第一氣缸的周圍設置有多個在圓周上均勻分布的第二氣缸，第一氣缸的工作端與第一擰緊頭相連，在第一擰緊頭外套接有第二擰緊頭，并且第一擰緊頭和第二擰緊頭之間能夠相對軸向竄動，第二擰緊頭與第二氣缸的工作端相連[5-6]。

當需要進行螺栓的擰緊時，首先多個第一擰緊頭工作，對一種類型的螺栓(內六角螺栓)進行擰緊，擰緊工作完成后，第一氣缸帶動所有的第一擰緊頭回收，第二氣缸則帶動所有的第二擰緊頭伸出，第一擰緊頭和第二擰緊頭之間相對竄動，第二擰緊頭處于加工位置，對另一種類型的螺栓(外六角螺栓)進行擰緊，這樣就實現了在一個工位上對兩種不同類型的螺栓進行擰緊的目的。而在實際生產和加工過程中，需要擰緊的多個螺栓往往是在圓周上均勻分布的，因此當擰緊機構完成一組螺栓的擰緊操作后，電機工作，通過主動齒帶動被動齒轉動，即實現了擰緊機構的一定角度的轉動，以對同一圓周上不同位置的螺栓進行擰緊操作。

1.殼體 2.電機 3.主動齒 4.被動齒 5.擰緊機構 6.第一氣缸 7.第二氣缸 8.第一擰緊頭 9.第二擰緊頭

圖1雙套筒自動切換裝置機構圖

2　控制系統的設計

軟PLC是一種基于PC的新型工業控制軟件。與傳統PLC相比，它具有開放的體系結構、更強的網絡通訊能力和更強的數據處理能力，能較好地滿足現代工業自動化的要求。同時，它也具有傳統PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的優勢。因此，軟PLC技術已經成為目前國際工業自動化領域逐漸興起的一項新型控制技術。軟PLC的控制結構圖如圖2所示。

圖2　軟PLC的控制結構圖

傳統PLC的控制系統利用現場總線技術將PLC及現場設備連接起來，然后通過上位機來對現場PLC狀態進行監控，再將信息反饋到企業管理層，整個過程耗時較長，且通信不便。而軟PLC控制系統是以高效、快捷的網絡為媒介，實現對現場設備的操作和控制，完成從工廠設備層到企業管理層的直接通訊，大大地提高了工作效率和設備運行可靠性。

軟PLC通過輸入輸出模塊，使用CAN通信模塊與上位機進行通信；接收信號轉換電路的輸入信號，按需求進行控制計算以后，輸出控制信號至信號轉換電路，控制外部負載動作；與此同時，信號轉換電路也接收各種負載信號，把采集到的信號進行轉換后，送給軟PLC，以滿足軟PLC的功能需求[7]。

圖3為設備控制系統的硬件結構圖，在控制器的設計方案中，選用西門子工控機PC677作為控制器，工控機PC677下位有若干個西門子ET200s模塊，同時還有德國Schrauber控制模塊；其中ET200s遠程工作站的通訊模塊，控制第一氣缸與第二氣缸的順序動作；Schrauber模塊控制擰緊槍動作，使擰緊力達到預期值。

圖3　控制系統硬件結構圖

該工位屬于全自動工位，軟PLC需要檢測托盤中是否有料，判斷抬起到位是否完成，判斷自動擋或手動擋，順序控制氣缸及擰緊槍完成擰緊動作，檢測本工序操作是否完成等，流程圖如圖4所示[8-10]。

圖4　軟PLC程序流程圖

3　結論

本文針對發動機裝配線上，某些工位對不同位置上不同種類螺栓的擰緊問題，開發了一種自動化程度較高的雙套筒自動切換裝置。該機構的機械結構簡單，緊湊，能夠有效控制成本且自動化程度較高?？刂粕喜捎昧艘环N基于西門子工控機IPC677的軟PLC控制方式，工作穩定可靠，裝配節拍大大縮短，并且整個系統的開放性、靈活性以及較低的價格在市場上占很大優勢。綜上所述，本文提出的雙套筒自動切換裝置，具有較強的應用價值。

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(編輯趙蓉)

Structure Design of an Automatic Switching Device over Double Sleeves

HE Fenga，SONG Wan-guob，YU Xiao-pengb

(a. Electrical Design Department;b. Mechanical Design Department,Dalian Haosen Equipment Manufacture Co., Ltd.，Dalian Liaoning 116036, China)

In order to complete tightening process over position-varied different bolts on some work stations, the paper proposed a structure design of automatic switching device over double sleeves. The paper highlights the structure designing, working principle and control system of the device. Moreover, a soft PLC controlling method based on Siemens IPC677 was illustrated which can detect, plan and control the movement of the work piece. With the help of this controlling method, the switching device functions stably and reliably to complete tightening process over position-varied different bolts.

switching device over double sleeves; structure design; control system; soft PLC

1001-2265(2016)04-0132-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.04.035

2015-07-13；

2015-08-24

遼寧省科技創新重大專項(201408001)

何峰(1977—)，男，回族，遼寧大連人，大連豪森設備制造有限公司工程師，研究方向為汽車裝備制造，(E-mail)hefeng@haosen.com.cn。

TH162;TG65

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