PLC控制的機械加工自動送料機設計

房翠紅

（江蘇省車輻中等專業學校，江蘇徐州，221300）

0 引言

科技時代背景下，工業生產自動化的水平明顯得到改善，但是有些機械加工企業，依舊采用傳統的生產工藝進行手動送料，缺乏必要的安全防護措施。由于輸送物料所用的夾具精準度低、工作性能差，嚴重影響了機械加工的質量和效率，因此本文針對以上問題，自主設計功能完善、性能穩定的螺紋擋圈機械加工自動送料設備，在交流電動機驅動下，將螺紋擋圈安全運送至加工平臺。無論是運送物料，還是送料設備下壓，都需要PLC同其他傳感設備穩定連接，在運送螺紋擋圈過程中，不僅定位精準，還能靈活控制下壓量，通過人機交互快速設置參數并能清晰低顯示出來，為工業生產自動化程度的提高奠定基礎。

1 PLC自動送料設備基本結構

自動送料設備底座與工作平臺牢固連接，生產過程中，通過振動托盤將螺紋擋圈送入送料軌道，在預壓位置落下，該設計中，供電設備為交流電機，并將電機合理固定在底座上。

螺栓夾裝好以后，其高度如果在預定值范圍內，沖壓機工作，如果超出預定值范圍，沖壓機工作停止，工作人員應當對夾裝位置及設備進行檢查。螺栓高度符合既定值，啟動沖壓設備，下壓沖壓棒，當下壓至最低限度時，如果高度符合既定參數，下壓完成，工件移出；如果高度不符合既定參數，則設備發出警報，工作人員應當對工件位置以及設備進行調整。沖壓機驅動方式為氣缸驅動，氣缸設置在底座上，電機在氣缸驅動下產生動力，驅動沖壓棒進行上升和下降運動。

工作人員利用人機交互界面實時監控自動送料設備下壓螺紋擋圈的過程，當螺紋擋圈或者螺栓下壓后的高度不符合設定值，設備發出警報，工作人員將暫停鍵按下，設備停止運轉。當優化參數時，工作人員可利用人機交互界面調節設備。觸摸屏對手動調節提供便利條件，靈敏度高、方便快捷。防護罩具有保護設備的功能，同時對設備發生故障時減少對周圍環境造成的影響。有效避免設備內部進入灰塵等，影響設備正常運行，增加設備維護保養的難度，若下壓過程中，送料機發生異?，F象，防護罩還可以起到人員保護作用。自動送料設備結構如圖1所示。

圖1 自動送料設備結構圖

2 PLC自動送料設備工作原理

首先在工裝上放置已經穿裝好的吊環，運行中，傳感設備一旦檢測到有工件存在，則會發出檢測信號，并快速向控制設備傳輸，能夠精準、即時控制氣缸動作，運行當中，設備能夠對螺栓的長度進行持續檢測。預定位工件，控制設備準確、及時地接受檢測信號，精準控制傳動設備的動作，螺紋擋圈通過震動盤和送料機構發生移動。運行中定位傳感設備檢測到預定區域有工件存在，立即將信號輸送至控制系統，此時，控制系統將指令傳向控制設備進行氣缸調控，利用傳感設備對螺栓高度進行測定，如果高度符合要求，則設備啟動運行，反之則設備無法啟動運行。設備啟動運行后，螺紋擋圈被運送到螺栓上方的區域，此時設備開始向下擠壓，當下壓到最大限度時，通過位移傳感設備測量固定件的高度。如果測量的高度不符合預設值，則報警設備啟動，運行終止；如果測量的高度符合預設值，繼續下壓動作。完成工件加工后，氣缸閥門打開，然后進行工件傳輸，取出成品工件，再進行下一個工件的加工，周而復始。該氣動夾緊系統包括檢測、控制、夾緊、定位及工件移出等部分。自動送料設備運行流程如圖2所示。

圖2 自動送料設備運行流程

3 PLC自動送料設備硬件設計

3.1 PLC選擇

該自動送料系統的核心硬件為CP1PLC歐姆龍控制設備，下壓過程中，依靠氣缸進行驅動，激光感應設備聯合位移傳感設備對螺栓位置以及擋圈的下壓量進行控制。各種類型的PLC對工作環境方面的要求相同，但是在電流、電壓的輸出、分辨率等方面存在不同，選擇PLC時，應當根據具體型號對各種型號的PLC優異性進行分析，選擇更加適用的PLC。

3.2 送料裝置選擇

自動送料設備主要運輸裝置為送料漏斗。本文所研發的自動送料系統主要由震動托盤和滑道組成。輔助計算機技術進行設計，生產周期得到一定縮減。送料系統主要構成部分為滑道，具有較高的設計要求，本文先分解滑道部分再進行設計，并對各種設計參數進行優化，最后安裝組成，滿足滑道整體要求。充分結合滑道設計和計算機設計，進行數值模擬，操作完成后進行建模，開展模擬實驗，對滑道工作強度以及穩定性進行預測，盡量減少人工作業，提高物料運輸的智能化程度。

3.3 顯示界面的選擇

在屏幕前面安裝觸摸檢測設備，對用戶觸摸的位置進行檢測，觸摸屏接收到觸摸信號后，將其發送到觸摸控制設備；本文所用的觸摸控制設備是通過觸摸點的檢測設備實現觸摸信號的接收，然后將其轉換為觸點坐標，向CPU發送，同時接收并執行來自CPU的命令。

該觸摸屏的控制作用通過壓力感應來實現，由基層和導電層組成，手指觸碰顯示屏，觸摸點的位置，改變電阻，在信號由X、Y兩個方向發出，并將信號傳輸到觸摸控制設備。電阻觸摸設備，在接觸信號被控制設備偵測到后，確定（X ,Y）坐標位置，運作方式為模擬鼠標。

3.4 設計氣動回路

在進行氣功回路設計時，應當進行多種回路的對比分析，選擇合適的回路作為本文送料系統的重要組成。本文設計的自動送料設備所用的驅動裝置為氣缸，利用壓力控制下壓動作，為了確保設備運行正常，工作壓力由三聯件提供。

本自動送料設備的驅動系統所用回路為單壓驅動，滿足該設備生產加工需要的壓力范圍。驅動回路分為多壓和雙壓等，廣泛應用于柔性化機械加工生產中，豐富生產選擇條件，提高設備加工生產的靈活性。

本文結合工作實際，選擇使用氣動回路對下壓棒的動作進行控制。在生產要求得到滿足的條件下，進行資合理運用，選擇具有較高性價比的元件，經濟成本降低，同時，生產質量及其效率顯著提高。

推進氣缸和下壓氣缸是氣動驅動的主要組成，螺紋擋圈在下壓氣缸的作用下，螺栓移動到固定位置；螺紋擋圈在推進氣缸的作用下，被移送到設定位置，為氣缸下壓過程中，螺栓與螺紋擋圈準確配合。本文氣缸材料為性能穩定、耐高溫、耐腐蝕等性能的316不銹鋼，該氣動回路具有穩定性好、使用壽命高等優勢。

3.5 輔助裝置的選擇

機械加工中，夾具作為一種輔助設備發揮著重要作用。本設計所用夾具根據螺紋擋圈和螺栓的尺寸進行設計。夾具內徑10mm，螺紋擋圈的外徑20mm，夾具的外邊緣設置卡盤，具有下壓、固定螺紋擋圈的作用，有效預防運行過程中螺紋擋圈脫滑，對設備正常工作造成影響。夾具的種類較多，其中包括專用式、柔性式以及組合式夾具等，在實際生產中，由于該種類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用。

夾具的主要作用是對螺紋擋圈進行固定，以防運行中螺紋擋圈出現位移，造成經濟損失。在設備底部利用夾具固定螺栓，夾具設計應當按照螺紋擋圈的形狀、尺寸，與螺栓緊密貼合，夾緊，設置卡盤，夾緊螺栓，可根據螺栓的外徑靈活調整夾具的內徑尺寸，因此夾裝具有很好的柔性。

4 PLC軟件系統的設計

本設計中，所用PLC為歐姆龍Ver9.3，CX-Programmer編程工具，利用在PLC軟件設計人機交互界面。

4.1 原理特征

由于梯形圖的結構形式同電器電路相差不大，操作方便，因此廣泛應用于PLC編程過程中。梯形圖設計即為程序編程。以下為梯形圖的基本原理特征：

PLC為虛擬開關，分別有“0”和“1”兩種控制指令，其編程元件相對應于映像寄存設備，PLC程序運行時，寄存于映像寄存設備，調用時，可直接實施程序啟動，可精準控制所有端口設備的狀態。梯形圖由左到右，由上到下，進行排列，可直接運用計算結果，且各個觸點具有反復使用的功能。

4.2 控制程序

根據實際情況，從上料到出料的過程，不僅需要人工操作，還需要自動調控。首先將吊環組裝好，然后由工人將其進行安裝，傳感設備測定螺栓高度，如果所測值不在預設值范圍內，報警裝置發出警報，設備停止運行，然后將螺紋擋圈放置加工區域，下壓逐步進行，當下壓至極限位置時，由位移傳感設備對工件總長度實施測定，若是測定值在預設值范圍內，則下壓動作繼續，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、輸出、處理數據。工件加工前，應當根據要求和規范全面測試工作設備，為系統安全運行及功能完善提供保障。

4.3 設計交互界面

用戶通過人機交互界面可對機器運行的情況準確掌握，為人工調控提供支持，為設備安全、可靠運行提供保障。該設計中，由DOP-B10S511臺達觸摸顯示器作為人機界面，該設備操作方便、靈敏度高。如果螺栓下落的位置和時間不準確，設備則會發出警報信號。報警界面如圖3所示。

圖3 報警界面

用戶通過人機交互界面可對程序運行的情況實時了解和掌握，能夠清晰地看到相關參數，比如螺栓長度等。如果運行當中，設備所檢測到的數值符合預設值，可按照該界面提供的程序合理進行調節控制。

氣缸下壓與氣缸閉合等程序通過交互面板展示出來。將手動控制的開關設置在面板的下方。手動控制設備有黑、黃、紅三個按鈕，其中，自動調節與手動調節的自行切換由黑色按鈕來實現，黃色按鈕具有系統復位功能，將送料設備恢復到原始狀態，當設備異常運行時，操作紅色的按鈕停止運行，效降低經濟損失。

5 結論

PLC自動送料設備，硬件系統設計時，對設備外形及內部結構進行合理設計，選擇合適的硬件類型，設備工作效率提高，節約生產成本；科學技術的發展，PLC應用范圍更加廣泛，本設計主要針對PLC控制的伺服電機、運行及停止、電器開關等進行研究。所用歐姆龍PLC性能良好、使用周期長，為送料系統安全運行提高可靠保障；由人工智能和氣動設備相結合的人機交互界面，為工作人員的操作提供便利條件，能夠實現設備的實時調整，觸屏設計便于參數修改，工作人員可結合設備工作實際情況調整數據參數，遇到緊急情況可隨時按停按鈕，避免事故發生，及時采取有效措施進行修整，盡可能減少經濟損失；夾具設計柔性化，可使自動送料設備裝配各種規格的螺栓、螺紋擋圈，為柔性化機械加工提供便利條件，一機多用的目的得以實現，有效節約經濟成本和生產能源。