凌 松，趙海彬，張 亮，馮寶林

（常州先進制造技術(shù)研究所，常州 213000）

0 引言

導(dǎo)爆索作為傳爆和引爆的索狀起爆器材[1]，主要用于以引爆炸藥，廣泛使用在軍事、航空航天等領(lǐng)域中。文中涉及的導(dǎo)爆索是企業(yè)針對特殊應(yīng)用而研制的，其外表是采用銀制的管狀結(jié)構(gòu)，里面為空心，火藥則填充在空心部分。未拉絲之前的導(dǎo)爆索外形如圖1所示。

圖1 銀導(dǎo)爆索

剛生產(chǎn)出的導(dǎo)爆索是直徑相對較粗的，根據(jù)企業(yè)的要求，需要對導(dǎo)爆索進行逐級的拉拔至所需規(guī)格直徑的細(xì)絲，同時在末端保留一小段較粗的部分，以提高末端的爆炸效果，拉絲示意如圖2所示。

圖2 導(dǎo)爆索拉制示意

傳統(tǒng)的拉拔工作主要以手工操作為主，先通過軋頭機將粗導(dǎo)爆索頭部軋細(xì)，然后穿過拉絲模具，在另一端進行拉拔，這個過程至少需要兩個人進行配合操作，同時為了保證末端留有一段較粗的部分，需要拉拔的人去感受中間拉力的變化，避免直接拉穿。

本文針對企業(yè)的拉絲工藝要求，采用了PLC為控制核心，利用拉力傳感器設(shè)計了導(dǎo)爆索拉絲的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了中間拉拔過程的自動化，大大減輕勞動力，同時提高了拉絲的質(zhì)量和效率。

1 自動拉絲機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動拉絲機的總體機械結(jié)構(gòu)如圖3所示。拉絲電機和退絲電機采用的是防爆伺服電機，通過齒輪齒條的方式安裝在直線導(dǎo)軌上，可以在導(dǎo)軌上進行往返運動。拉絲機的前部是一個夾持氣爪，用于夾持導(dǎo)爆索，拉絲模具槽固定在拉絲電機的機械部分，拉絲模具可以人工進行逐級更換。退絲氣爪安裝在退絲電機的機械部分，用于將拉絲完成的導(dǎo)火索自動拉出模具。在拉絲工程中為了能夠保留導(dǎo)火索末端的臺階部分，在夾持氣爪的頂部放置了拉力傳感器，用于實時的檢測拉力變化，使得能準(zhǔn)確停在末端臺階位置。

圖3 自動拉絲機機械結(jié)構(gòu)圖

自動拉絲的工作流程為：將所需模具放置在拉絲模具槽內(nèi)，把軋頭完的導(dǎo)爆索穿過模具后，利用夾持氣爪夾緊導(dǎo)爆索，利用拉絲電機帶動模具往后運動，同時拉力傳感器檢測拉力的變化，到達(dá)末端位置后拉絲電機自動停止，退絲電機運動至拉絲電機處后用退絲氣爪夾持導(dǎo)爆索末端，拉絲電機反向運動完成自動退絲。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 控制要求和難點

根據(jù)企業(yè)對導(dǎo)爆索的成型要求，對導(dǎo)爆索的拉拔需要每次穿過一種孔徑的拉絲模具，按照孔徑減小的方式逐步通過13種規(guī)格的拉絲模具，也就是完成一根導(dǎo)爆索的拉絲工藝，要經(jīng)過13次的拉拔操作，同時需要逐級拉拔出來的導(dǎo)爆索最后末端要保留15mm長的臺階，其他部分則要保持光滑，如圖2所示。

系統(tǒng)控制的難點主要是對15mm末端位置的判斷，在13次的拉拔過程中，拉絲電機必須能夠準(zhǔn)確停在末端臺階處，太靠前則容易在導(dǎo)爆索上留下其他臺階，影響產(chǎn)品質(zhì)量，太靠后則容易拉斷拉爆索。由于末端臺階處的直徑要大于前端，所以在模具經(jīng)過臺階處的拉力會產(chǎn)生突變，利用拉力傳感器可以采樣整個拉絲過程中的拉力值，利用拉力突變來檢測臺階位置。

2.2 控制系統(tǒng)硬件

控制系統(tǒng)的硬件部分主要由PLC、伺服電機、觸摸屏、拉力傳感器組成。PLC選用的是歐姆龍的CP1L，CP1L自帶四路脈沖輸出，可以獨立控制四路伺服電機?？紤]到整個系統(tǒng)的防爆要求，伺服電機選用的是派克公司的防爆伺服電機。拉力傳感器采用的電阻應(yīng)變式傳感器[2]，其電壓根據(jù)拉力值可在0±10VDC間變化。其總控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.3 控制系統(tǒng)軟件

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括PLC程序設(shè)計和觸摸屏程序界面設(shè)計[3]。

PLC主程序包括系統(tǒng)參數(shù)的初始化，伺服電機回原點，拉力突變檢測。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

檢測導(dǎo)爆索臺階處拉力的突變是控制程序的核心部分，在系統(tǒng)中考慮了兩種檢測方案：

1）方案一：設(shè)定拉絲過程的最大拉力，直接利用拉力傳感器檢測拉絲過程中的最大拉力，達(dá)到設(shè)定值就停止拉絲電機，默認(rèn)到達(dá)臺階位置，控制方式比較簡單，易實現(xiàn)。在實際的工作測試中，經(jīng)過測量導(dǎo)爆索經(jīng)過每個拉絲模的拉力值均是變化的，最大拉力值如果設(shè)置過小則拉絲電機過早停止會形成新的臺階，如果設(shè)置過大則會拉斷導(dǎo)爆索。這種方案只能用于通過單一的拉絲模具，可行性不高。

2）方案二：同時設(shè)定最大拉力和拉力的變化率，設(shè)定PLC內(nèi)部的定時器為0.1S為采樣周期，不斷檢測當(dāng)前值與前一時刻值的差值，同時滿足當(dāng)前的差值超過設(shè)定變化率的值和當(dāng)前拉力值超過設(shè)定最大值的時候，認(rèn)為拉絲模已經(jīng)運行至末端臺階處。其控制流程如圖6所示。經(jīng)過反復(fù)驗證測試，方案二大大提高了臺階位置的識別率，符合實際的需求。

觸摸屏的程序的設(shè)計主要是人機交互的界面，通過觸摸屏可以設(shè)置最大拉力值、變化率值等控制參數(shù)以及實現(xiàn)控制系統(tǒng)的運行和停止等操作，系統(tǒng)的人機界面如圖7所示。

圖6 拉力檢測流程圖

圖7 觸摸屏操作界面

3 樣機運行調(diào)試

整機零件設(shè)計加工，完成裝配后進行樣機調(diào)試。樣機的整體結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 樣機機械結(jié)構(gòu)圖

在觸摸屏上設(shè)置最大拉力值為2000，拉力變化率為200，待伺服電機回零完成后，裝入拉絲模具同時穿入導(dǎo)爆索，夾持氣爪夾緊后，點擊啟動按鈕，拉絲電機自動運行至導(dǎo)爆索臺階位置后停止，隨后退絲電機自動完成完成退絲流程。圖9為拉絲過后的導(dǎo)爆索。

圖9 拉制后的導(dǎo)爆索

4 結(jié)束語

經(jīng)過反復(fù)的測試，整個系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定的工作，拉制后的導(dǎo)爆索符合企業(yè)的工藝要求。

[1] 魏林,王高,趙輝,高志強,趙慧明.導(dǎo)爆索軸向爆轟波壓力測試技術(shù)研究[J].工程爆破,2011,17(4):90-93.

[2] 郭懷天,李寶華,趙玉俠,曹彥波.基于電阻應(yīng)變式傳感器的電子天平的研制[J].微計算機信息,2007,23(16):140-142.

[3] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.