蔡湘云

摘 要：在實際加工生產(chǎn)中，主要有兩種上螺絲的方法，一種是裝卸螺絲時采取手動控制風批的辦法，主要靠人力，生產(chǎn)效率低，有較低的產(chǎn)品一致性和精度。第二種是利用機械手，這種方法具有高效性，高精度，但成本較高，靈活性不高，不適合用于中小批量的產(chǎn)品加工，對于大批量的生產(chǎn)比較合適。按照合作企業(yè)的實際需要，設計的上螺絲機適用于中小批量多品種的生產(chǎn)。該文是在中職學校與本地企業(yè)的深度合作過程中，學校下企業(yè)教師應校企合作公司的需求，設計一臺利用電腦控制，根據(jù)需求可以靈活調(diào)整上螺絲位置，適用于不同類型工件的上螺絲機，該產(chǎn)品主要應對中小批量多品種的產(chǎn)品生產(chǎn)。

關鍵詞：上螺絲機 中小批量 步進電機 數(shù)控

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0087-03

在實際生產(chǎn)加工時，主要有手動控制風批和利用機械手這兩種上螺絲的辦法。前者主要靠的是人力，有很低的生產(chǎn)效率，且產(chǎn)品的一致性和精度都不高；后者具有很高的效率，且精度高，但其需要較高的成本，靈活性也不夠，中小批量的產(chǎn)品加工時不宜使用，針對大批量的生產(chǎn)比較適合。因合作企業(yè)實際需求的不同，設計的上螺絲機適用于中小批量多品種的生產(chǎn)。

1 上螺絲機系統(tǒng)機械設計結構圖及主要組成

如圖1所示，中小批量上螺絲機主要結構如下。

1.1 步進十字工作臺

如圖1所示，主要由十字工作臺，57、86步進電動機組成。

1.2 自動上螺絲機構

主要由立柱、上螺絲氣缸、位移氣缸、風批組成。

1.3 螺絲振盤自動吹送機構

主要由振盤（見圖2）和軟管組成。

1.4 計算機主控箱

只需要普通的計算機實現(xiàn)，里面安裝好通過vb編程得到的操作面板。

2 上螺絲機系統(tǒng)電路設計和工作原理

2.1 驅(qū)動電路與計算機的通信連接

在電路設計中，普通由57、86步進電動機來控制十字工作臺的準確位置。利用芯片BDM-60輸出信號來驅(qū)動步進電機，220v交流電經(jīng)橋式整流和變壓器降壓后變?yōu)?4伏直流電壓供給BDM-60步進電機驅(qū)動器。驅(qū)動電路與計算機并行口連接如下圖3所示，利用RS232串口和378來實現(xiàn)和計算機的通信。

2.2 十字工作臺的電路控制

在計算機的軟件面板上輸入x軸和y軸的位移量，通過程序處理之后，將位移獲得的脈沖數(shù)通過并行口引腳5、引腳6輸送至相對應的步進電機驅(qū)動器端口，再通過步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機運轉。得到有效的脈沖信號上升沿，脈沖每當從高到低變化一次時電機就會走一步。通過并行口，計算機從引腳8和引腳9向驅(qū)動器輸出使能信號，出現(xiàn)高電平的信號時，驅(qū)動器有效。信號由2腳輸出步進電機的運轉方向控制。

電動機采用的是將電脈沖信號轉換成相應線位移和角位移的一種電動機。在電壓和外界環(huán)境條件變化的情況下，步進電機的轉速不受影響，只和脈沖頻率成正比關系，脈沖信號沒輸出一個，轉子就往前一步或轉動一個角度，且輸入的脈沖數(shù)與角位移是正相關關系，而且角位移的誤差不會積累，所以適用于高精度控制系統(tǒng)。

2.3 自動上螺絲機構的控制過程

2.3.1 總體控制過程

利用普通的計算機來操作控制臺，把利用vb編程得到的操作面板安裝在里面，如圖3所示，只要在屏幕上的數(shù)控上螺絲系統(tǒng)窗口上，通過x軸、y軸和z軸來輸入設定要上螺絲的位置的數(shù)值，計算機自動發(fā)出脈沖信號到所連接的上螺絲機的步進電機，要上螺絲工件在縱向和橫向方向上的移動分別由兩個步進電機控制；z軸的數(shù)值主要通過位移氣缸控制豎直方向上移動。通過三個坐標的設定，最后上螺絲的位置可以靈活地改變。

所以，只需把夾具更換成不同，將參數(shù)改變，很容易就能進行轉換，對于小批量多品種的工件比較適用。利用軟管連接振動盤和上螺絲機，振動盤可提供與螺絲機方向一致的螺絲，通過電磁閥動作吹氣供給螺絲。

2.3.2 各部分控制過程

（1）氣缸復位檢測：并行口4腳輸出高電平信號時，三極管導通，如下圖4所示。當復位位移氣缸和上螺絲氣缸時，行程開關SQ3閉合，將送一個信號給RS232串口6腳，將自動上螺絲控制模塊的控制是不是完成了反饋給計算機。放大微弱的計算機信號為大約5伏的觸發(fā)信號，讓計算機運行至下一步。其中，并行口的1腳和9腳當作預留信號，在此設備的基礎上，可對工件及夾出工件的機械手進行增設安裝。

（2）氣缸和風批控制電路：當圖4中378第四腳送來高電平時，三極管導通，如下圖5是位移氣缸和上螺絲氣缸的控制電路，圖中繼電器 KA0得電，則圖5中對應觸點閉合，接通氣缸控制電路。電磁閥KA1得電并自鎖，振動盤的電磁閥和位移氣缸同時得電，通電延時型線圈Y1也得電，計時開始。振動盤的吹氣時間由延時時間的長短而定，可選用型號不同的繼電器進行時間設定。延時時間一到，觸點動作將吹氣螺絲送料的電磁閥斷開。

位移氣缸移動到位時，行程開關SQ1閉合，繼電器KA2閉合并自鎖，風批的電磁閥和上螺絲氣缸的電磁閥通電，風批此時開始旋轉，同時上螺絲氣缸向下進給，工件旋入螺絲。螺絲一旦旋入到位，行程開關SQ4閉合，繼電器線圈KA4通電，斷開觸電，整個風批控制電路和氣缸處于斷電狀態(tài)。

（3）保護電路：整個電路中還設置了x、y軸方向上的行程開關進行檢測，告知計算機檢測的結果，確保了x、y正負兩個方向的移位不超過行程最大限值。

3 上螺絲機系統(tǒng)電路軟件設計

為了實現(xiàn)上螺絲系統(tǒng)的自動控制，利用VB編程軟件完成了“飛鵬上螺絲控制系統(tǒng)”控制程序。計算機的并行通信和串口是用得比較多的，驅(qū)動步進電機脈沖的周期設定為1毫秒。部分程序如下。（見表1）

4 調(diào)試

經(jīng)過刻苦的研究，在硬件電路和軟件部分設計好后，按要求組裝和重復調(diào)試設備。期間，多次改進了運行程序，以得到操作快捷方便的、高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)。電路方面預期的效果要實現(xiàn)，因運行頻率要求很小，保證了步進電機很難失步，初始的設計目標完全達到了，合作單位也很滿意。

5 結語

校企合作是企業(yè)尋求發(fā)展，學校服務社會的一種有效方式，根據(jù)企業(yè)實際需要，通過改良設計加工完成后的數(shù)控上螺絲機提高了加工效率，更加合適于小批量多品種的加工需要，其加工精度與效率得到了很大的提高。技術需要不斷創(chuàng)新，我們在設計的過程中還要考慮實際應用多方面的問題，如設計的成本、安全性、能否長時間無間斷工作等，這都要求設計人員設計方案周全，設計技術高超，需要不斷提高自己的實際操作經(jīng)驗和創(chuàng)新能力，不斷完善產(chǎn)品的設計。

參考文獻

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