顧文斌, 許海濤, 王 強(qiáng)

(河海大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇 常州 213022)

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汽車(chē)座椅滾珠裝配控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

顧文斌, 許海濤, 王 強(qiáng)

(河海大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇 常州 213022)

針對(duì)汽車(chē)配件生產(chǎn)中裝配效率低、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種圓盤(pán)式多工位全自動(dòng)裝配設(shè)備，并以可編程邏輯控制器為核心，構(gòu)建了本設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該設(shè)備符合柔性裝配的發(fā)展要求，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便和實(shí)用直觀等特點(diǎn)。

汽車(chē)配件；柔性自動(dòng)裝配；可編程邏輯控制器；控制系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)中小汽配生產(chǎn)企業(yè)汽車(chē)座椅導(dǎo)軌滾珠裝置的裝配基本上由人工完成，大量人工的使用導(dǎo)致生產(chǎn)成本高昂，并且裝配工作是一個(gè)繁瑣的、機(jī)械的重復(fù)性很強(qiáng)的工作，工人長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)一個(gè)動(dòng)作，極易疲勞，從而影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代制造業(yè)中，裝配工序所用的時(shí)間占到整個(gè)產(chǎn)品制造所用時(shí)間的50%～60%，裝配工作量約占整個(gè)產(chǎn)品制造工作量的30%～70%[1-2]。

國(guó)內(nèi)外早已出現(xiàn)了不少類(lèi)似功能的自動(dòng)化裝配設(shè)備，但設(shè)計(jì)時(shí)其功能多偏向于適合大中型企業(yè)大批量生產(chǎn)使用，并且還存在著沖擊力大、維護(hù)費(fèi)用高、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，這對(duì)于追求低成本的中小企業(yè)來(lái)說(shuō)并不適用[3-4]。因此，為改變中小企業(yè)汽車(chē)座椅導(dǎo)軌滾珠裝置由人工裝配的現(xiàn)狀，提高裝配的品質(zhì)與效率，本文設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)座椅導(dǎo)軌滾珠自動(dòng)裝配設(shè)備。

1 汽車(chē)座椅滾珠自動(dòng)裝配設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車(chē)座椅滾珠自動(dòng)裝配設(shè)備由機(jī)架、送料機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)盤(pán)與柔性?shī)A具、推桿和步進(jìn)電機(jī)等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

送料機(jī)構(gòu)采用的是振動(dòng)盤(pán)，它是保持架送料設(shè)備，負(fù)責(zé)把待裝配滾珠的保持架有序地排列起來(lái)，將其送入工位1，由工位1處的推桿將其推入轉(zhuǎn)盤(pán)上的柔性?shī)A具中。

圖1 汽車(chē)座椅滾珠自動(dòng)裝配設(shè)備的結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)盤(pán)采用回轉(zhuǎn)圓盤(pán)式工作臺(tái)，工作臺(tái)上設(shè)置了4個(gè)工位，分別實(shí)現(xiàn)工件有序?qū)?、滾珠精準(zhǔn)導(dǎo)入、有效沖壓和成品導(dǎo)出4個(gè)功能。工作臺(tái)上布置了12個(gè)通用夾具，通過(guò)夾具與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的配合可以高效率完成多個(gè)工件同時(shí)裝配滾珠的工作，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間利用的最大化，提高了生產(chǎn)效率。

柔性?shī)A具的結(jié)構(gòu)如圖2所示。把位于夾具偏下位置的夾緊板固定在一個(gè)可調(diào)節(jié)的螺桿上，通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿長(zhǎng)度以?shī)A持不同尺寸的工件；通過(guò)調(diào)節(jié)夾持滑塊在燕尾槽中的位置以及可伸縮螺桿的長(zhǎng)度，可以改變工件的加工位置；同時(shí)在夾持塊部分外加套筒，可以解決不同型號(hào)滾珠的裝配以及裝配深度變化的問(wèn)題；設(shè)計(jì)防飛擋板主要是為解決轉(zhuǎn)盤(pán)工作時(shí)離心加速度對(duì)加工精度的影響。

圖2 柔性?shī)A具結(jié)構(gòu)

2 汽車(chē)座椅滾珠自動(dòng)裝配設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)本文所設(shè)計(jì)的滾珠自動(dòng)裝配設(shè)備的結(jié)構(gòu)及布局，本裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)分為5個(gè)模塊，即送料模塊1、送料模塊2、裝配模塊、收集模塊和輸送模塊，如圖3所示。前4個(gè)模塊所控制的動(dòng)作相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要對(duì)所選的推桿進(jìn)行實(shí)時(shí)控制即可；而輸送模塊則需要具有較高的控制精度要求，因此選用伺服電機(jī)作為其動(dòng)力。

圖3 控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

汽車(chē)座椅滾珠裝配控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，以可編程邏輯控制器(PLC)為控制核心，通過(guò)串口與上位PC機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的程序編寫(xiě)和實(shí)時(shí)監(jiān)控自動(dòng)裝配裝置的運(yùn)行情況；觸摸屏為人機(jī)交互接口，便于操作人員快速簡(jiǎn)單地調(diào)用各種實(shí)時(shí)控制指令或進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、查詢(xún)故障等[5-7]。

自動(dòng)裝配裝置中的各種開(kāi)關(guān)量的輸入輸出模塊則通過(guò)數(shù)據(jù)線接入控制核心PLC模塊，根據(jù)各傳感器獲得的信號(hào)，控制系統(tǒng)可以作出相應(yīng)的反應(yīng)。如各類(lèi)開(kāi)關(guān)傳感器獲得的信息可作為啟動(dòng)、復(fù)位、報(bào)警信號(hào)；繼電器開(kāi)合時(shí)間可以控制推桿的正反運(yùn)行時(shí)間；工作過(guò)程中如果遇到塞料、空料等現(xiàn)象，相應(yīng)的報(bào)警指示燈就會(huì)閃爍。

圖4 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

PLC選用三菱FX2N系列PLC，編程軟件為GX Developer 8.52 ，人機(jī)界面軟件為SWOPC-FXDU/WIN-C，系統(tǒng)中文平臺(tái)為Windows 2000。

2.3 控制系統(tǒng)軟件流程

設(shè)備控制系統(tǒng)的主要控制流程為裝料完畢后啟動(dòng)振動(dòng)盤(pán)，當(dāng)鈑金件到達(dá)工位1時(shí)，接近開(kāi)關(guān)輸入控制器準(zhǔn)備信息。由于步進(jìn)電機(jī)存在容易失步的缺點(diǎn)，因而需先將步進(jìn)電機(jī)和4個(gè)工位處的推桿復(fù)位，然后各工位的推桿依次工作：工位1處的推桿將工件推入夾具中，工位2處的推桿將抽板推至與夾具滾珠通道對(duì)應(yīng)處再把滾珠送入夾具中，工位3處的推桿推動(dòng)沖壓頭，完成滾珠的裝配，工位4處的推桿將夾具中完成裝配的工件推出夾具送入成品通道。裝配工作完后推桿復(fù)位，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)30°，進(jìn)入下一個(gè)工作節(jié)拍。在工件進(jìn)料口、出料口和沖壓頭部位設(shè)置接近開(kāi)關(guān)和光電開(kāi)關(guān)，一旦出現(xiàn)工件沒(méi)有輸送到位或沖壓頭擊打在夾持塊上的情況時(shí)，即停止工作和報(bào)警處理，從而避免機(jī)器空運(yùn)行和損壞夾具。其控制軟件流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程

2.4 主程序流程

控制系統(tǒng)的主程序包括初始化、工作模式選擇、檢查復(fù)位、急停/停止處理和運(yùn)行控制等子程序。運(yùn)行控制部分協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)盤(pán)與工位的位置關(guān)系，支持4個(gè)工位同時(shí)工作，間歇完成工件、滾珠的送料、沖壓、導(dǎo)出工作。其運(yùn)行控制流程圖如圖6所示。

圖6 運(yùn)行控制流程圖

2.5 觸摸屏界面的設(shè)計(jì)

觸摸屏界面主要包括操作界面、狀態(tài)顯示界面、參數(shù)設(shè)置界面和統(tǒng)計(jì)界面等，軟件面板主界面如圖7所示。

圖7 軟件面板主界面

操作界面包含了手動(dòng)模式、單步模式以及循環(huán)模式，分別對(duì)應(yīng)著調(diào)機(jī)、單步和大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求。在面板上還設(shè)置有軟件開(kāi)關(guān)、復(fù)位和急停功能按鈕。狀態(tài)顯示界面用于顯示設(shè)備的運(yùn)行情況，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障可以給出故障報(bào)警和出錯(cuò)顯示，且報(bào)警燈閃爍，為及時(shí)排除故障提供幫助。統(tǒng)計(jì)界面用來(lái)記錄并分析設(shè)備的工作狀況，包括裝配數(shù)量、合格品率等，為生產(chǎn)管理提供依據(jù)。參數(shù)設(shè)置界面提供裝配件型號(hào)的選擇，工作臺(tái)、振動(dòng)盤(pán)速率的改變等等。

使用專(zhuān)用軟件在計(jì)算機(jī)上完成觸摸屏畫(huà)面設(shè)計(jì)后，通過(guò)計(jì)算機(jī)的RS232串行口下載到觸摸屏。PLC對(duì)觸摸屏數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)讀寫(xiě)，完成兩者之間的信息交互。

3 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)座椅導(dǎo)軌滾珠自動(dòng)裝配設(shè)備運(yùn)用柔性裝配及機(jī)電一體化技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，創(chuàng)新性和可行性均較好?？删幊踢壿嬁刂破鲬{借其高可靠性和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，極大地提高了控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；觸摸屏作為人機(jī)交互界面，提供了良好的操作平臺(tái)。系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)，提供了便捷的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的可操作性和靈活性。

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The assembly control system development of the auto seat ball

GU Wenbin, XU Haitao, WANG Qiang

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Hohai University, Jiangsu Changzhou, 213032, China)

In order to solve the low efficiency of manual assembly and high cost problems in the manufacturing of auto parts, it proposes a kind of automatic equipment with round table and multistage. It uses PLC as the core control device, and designs the automatic control system. This system meets the requirement of flexible assemble, and has the advantages of simple structure, convenient operation, practicality etc.

auto parts; flexible automatic assemble; PLC; control system

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.09.011

2015-07-22

顧文斌(1980—)，男，江蘇連云港人，河海大學(xué)講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化、智能控制算法等。

TP278

B

2095-509X(2015)09-0040-04