自動(dòng)控制插針設(shè)備的設(shè)計(jì)

□ 蔡漢明 □ 董新華

青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 山東青島 266061

研制自動(dòng)控制插針設(shè)備是應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求，針對(duì)人工插針的局限性在原有機(jī)械設(shè)備上進(jìn)行的改進(jìn)。依靠所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特性，自動(dòng)插針設(shè)備可方便、快捷地實(shí)現(xiàn)插針、卸料、攔針、攔料等功能［1］，能有效解決企業(yè)人工或半自動(dòng)插針設(shè)備的不足。另一方面，現(xiàn)階段企業(yè)仍以半自動(dòng)插針設(shè)備應(yīng)用較多，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制插針設(shè)備的普及仍需要時(shí)間［2］。

通過(guò)借鑒企業(yè)半自動(dòng)插針設(shè)備的相關(guān)資料，運(yùn)用現(xiàn)代電控裝置和氣動(dòng)裝置，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)控制插針設(shè)備［3］。這一設(shè)備不僅可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制插針，提高設(shè)備的應(yīng)變能力和靈活性，而且可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和單循環(huán)控制，方便設(shè)備的調(diào)試。

1　總體方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制插針設(shè)備的工作原理與半自動(dòng)插針設(shè)備類似，通過(guò)插針氣缸前后移動(dòng)實(shí)現(xiàn)鐵針的裝載和插入工件。兩個(gè)振動(dòng)盤中，一個(gè)為設(shè)備提供鐵針，另一個(gè)為設(shè)備提供工件。此外，還有送針輔助裝置和送工件輔助裝置。整個(gè)設(shè)備主要由四大部分組成。第一部分是插針裝置，主要包括插針氣缸、導(dǎo)桿、支座等。第二部分是卸料裝置，主要包括卸料氣缸、滑軌滑塊及后蓋等，通過(guò)氣缸伸縮和工件重力使工件順利落至接料盒內(nèi)。第三部分是運(yùn)送工件裝置，主要包括攔料氣缸和送料管，保證每次只有一個(gè)工件落入插針位置。第四部分是送針裝置，主要包括送針氣缸、振動(dòng)盤和送針管等。插針裝置和卸料裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

▲圖1 插針裝置和卸料裝置結(jié)構(gòu)

2　氣動(dòng)控制模塊原理

自動(dòng)控制插針設(shè)備氣動(dòng)控制模塊原理如圖2所示。系統(tǒng)失電后，為了防止各個(gè)氣缸缸桿受到重力而下滑，必須采用O型三位四通電磁換向閥。系統(tǒng)應(yīng)用調(diào)速閥可以調(diào)節(jié)各個(gè)氣缸缸桿的伸出和收縮速度。此外，為了防止系統(tǒng)過(guò)壓，還設(shè)有卸載裝置，在必要時(shí)防止系統(tǒng)關(guān)鍵部件損壞，低壓時(shí)則有相應(yīng)的報(bào)警功能。

▲圖2 氣動(dòng)控制模塊原理圖

自動(dòng)控制插針設(shè)備氣動(dòng)系統(tǒng)工作過(guò)程如下：在系統(tǒng)通電情況下，所有裝置完成指定的動(dòng)作后都要回原點(diǎn)，等待下一次指令；系統(tǒng)開(kāi)始工作后，若系統(tǒng)檢測(cè)到?jīng)]有工件，則三位四通電磁換向閥左位電磁閥3YA得電，卸料氣缸缸桿伸出，接著電磁換向閥右位電磁閥6YA得電，工件振動(dòng)盤執(zhí)行運(yùn)送工件動(dòng)作，同時(shí)攔料氣缸缸桿縮回執(zhí)行工件放行動(dòng)作；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有工件通過(guò)時(shí)，電磁換向閥左位電磁閥5YA得電，工件振動(dòng)盤停止工作，同時(shí)攔料氣缸缸桿伸出執(zhí)行工件止行動(dòng)作；當(dāng)傳感器檢測(cè)到有工件時(shí)，電磁換向閥左位電磁閥1YA得電，插針氣缸缸桿伸出執(zhí)行插針動(dòng)作；當(dāng)插針氣缸前端磁感應(yīng)器得電時(shí)，電磁換向閥右位電磁閥2YA和4YA得電，插針氣缸缸桿和卸料氣缸缸桿迅速收回，以便于工件落至接料盒；當(dāng)檢測(cè)鐵針有無(wú)的傳感器無(wú)信號(hào)時(shí)，電磁換向閥右位電磁閥8YA得電，攔針氣缸缸桿縮回執(zhí)行鐵針?lè)判袆?dòng)作，振動(dòng)盤工作執(zhí)行送針動(dòng)作，直到傳感器有信號(hào)，電磁換向閥左位電磁閥7YA得電，攔針氣缸缸桿伸出執(zhí)行攔針動(dòng)作，同時(shí)振動(dòng)盤停止工作。

3　電路控制模塊設(shè)計(jì)

3.1　控制系統(tǒng)硬件

考慮到抗干擾性和響應(yīng)速度，自動(dòng)控制插針設(shè)備應(yīng)用Q型可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)。Q型PLC控制系統(tǒng)主要包括基板、中央處理器、電源和輸入輸出模塊等［4］。自動(dòng)控制插針設(shè)備電路控制模塊主要硬件選型見(jiàn)表1。

表1　電路控制模塊主要硬件選型

自動(dòng)控制插針設(shè)備電路控制模塊硬件如圖3所示。PLC利用自身方便快捷的傳輸優(yōu)勢(shì)，在整個(gè)系統(tǒng)中主要完成輸入信號(hào)采集和處理、送針振動(dòng)盤和運(yùn)送工件振動(dòng)盤啟停控制、電磁閥啟閉控制、報(bào)警信號(hào)啟閉控制、空氣壓縮泵起停控制等工作，使設(shè)備動(dòng)作有序進(jìn)行。

▲圖3 電路控制模塊硬件

3.2　控制面板

自動(dòng)控制插針設(shè)備操作面板根據(jù)功能需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)橄到y(tǒng)有手動(dòng)、自動(dòng)循環(huán)、單循環(huán)三種模式，所以有總開(kāi)關(guān)、模式轉(zhuǎn)換按鈕、自動(dòng)按鈕、單循環(huán)按鈕和停止按鈕。根據(jù)手動(dòng)功能的需求，有插針、返回、卸料、復(fù)位、攔料、料放行、攔針、針?lè)判小⑺土稀⒘现埂⑺歪槨⑨樦沟劝粹o，每一個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，既方便單獨(dú)調(diào)試，又提高設(shè)備在應(yīng)用時(shí)的靈活性。

3.3　PLC輸入輸出點(diǎn)

自動(dòng)控制插針設(shè)備根據(jù)實(shí)際輸入輸出點(diǎn)數(shù)選擇三菱Q型PLC，當(dāng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可以使用擴(kuò)展模塊［5-6］。三菱Q型PLC的輸入輸出端子模塊接線如圖4所示。

▲圖4 輸入輸出端子模塊接線

為實(shí)現(xiàn)插針設(shè)備的手動(dòng)、自動(dòng)循環(huán)、單循環(huán)三種控制模式，采用三菱GX Works2編寫相應(yīng)的程序［7］。編寫程序時(shí)，使用三菱PLC專用的順序功能指令STL、STLE， 根據(jù)客戶需求還可以使某段程序具有記憶功能，即使瞬間斷電后來(lái)電，系統(tǒng)也會(huì)再次執(zhí)行完相應(yīng)的動(dòng)作才繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)［8］。 自動(dòng)控制插針設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行順序流程如圖5所示。

▲圖5 自動(dòng)插針設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行順序流程

4　結(jié)論

自動(dòng)控制插針設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)能夠滿足工廠的實(shí)際生產(chǎn)需要，有效解決了人工或半自動(dòng)插針設(shè)備存在的生產(chǎn)效率低、員工手部易受傷等問(wèn)題。根據(jù)需要，自動(dòng)控制插針設(shè)備適用于一次插三根針，也可以在此基礎(chǔ)上增設(shè)多個(gè)插針導(dǎo)桿，進(jìn)而滿足不同的市場(chǎng)需求［9-10］。

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