黃文漢，孫大許，陳紀(jì)欽

（1.河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東河源517000；2.廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院，廣東廣州510550）

基于PLC鋸床自動送料裝置系統(tǒng)的設(shè)計

黃文漢1，孫大許2，陳紀(jì)欽1

（1.河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東河源517000；2.廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院，廣東廣州510550）

為了減輕勞動強(qiáng)度、提升生產(chǎn)效率、降低制造成本，通過設(shè)計一款通用式的自動送料裝置，采用PLC控制方式對現(xiàn)有的廢舊的鋸床進(jìn)行了自動化改造，實現(xiàn)了鋸床自動下料。該系統(tǒng)使用的PLC控制方式和通用性在廢舊設(shè)備自動化改造中有一定的推廣與應(yīng)用的實際意義。

自動送料；伺服機(jī)構(gòu)；PLC控制；氣動回路

校企合作中，某家加工企業(yè)是一個小型機(jī)械零件加工廠，外接產(chǎn)品經(jīng)常是長度各異的小批量產(chǎn)品，產(chǎn)品的毛坯料都是些長度不一棒料。企業(yè)目前現(xiàn)有下料設(shè)備有一臺式帶鋸床和一臺弓鋸床，采用手工作業(yè)，下料長度一致性不高；效率相對較低，且鋸切下來的坯料長了、短了的情況時有發(fā)生，造成了零件的報廢或者浪費(fèi)。為此，企業(yè)提出了研制一種具有一定通用性自動送料裝置用于改造現(xiàn)有的鋸床：能保證下料長度的一致性、提高生產(chǎn)效率，并能實現(xiàn)送料裝置與改造鋸床分離，可以與其帶鋸床裝配配合完成下料作業(yè)，亦可用與其弓鋸床裝配配合完成下料作業(yè)。

鋸床自動化改造的關(guān)鍵是送料系統(tǒng)的設(shè)計，目前市場上的很多自動送料裝置種類很多，其送料方式多種多樣，其中比較典型的有采用機(jī)械手自動送料［1，2］、氣缸推送方式送料［3］、油壓夾緊伺服送料［4］等，但是在這些產(chǎn)品中，存在著一定點局限性，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配、制其造、維修有一定的難度，價格比較高，不適合普通鋸床的自動送料要求。因此，本文研究了一種自動送料系統(tǒng)，對普通鋸床自動化改造具有一定研究意義。

1　鋸床自動送料系統(tǒng)設(shè)計

通過查找鋸床相關(guān)資料和自動送料等方面資料［5］，根據(jù)機(jī)床數(shù)控化改造的經(jīng)驗，確定鋸床送料系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1　鋸床自動化改造設(shè)計框圖

此設(shè)計方案，主要有以下特點：

（1）保留原有鋸床本身機(jī)械結(jié)構(gòu)；

（2）設(shè)計可移動式自動送料裝置，包括伺服送料機(jī)構(gòu)、氣動夾緊機(jī)構(gòu)等；

（3）自動送料機(jī)構(gòu)可與鋸床本體分離，可作它用，具有通用性。

（4）控制系統(tǒng)采用電氣結(jié)合的PLC邏輯控制形式進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)鋸床加工的自動化；

刑罰的預(yù)防功能包括一般預(yù)防和特殊預(yù)防。一般預(yù)防是通過對犯罪人適用刑罰而對潛在的犯罪分子產(chǎn)生阻止其犯罪的作用；特殊預(yù)防指的是對犯罪人適用刑罰使其在一定時間內(nèi)喪失再犯可能性?；诖?，我們需要加強(qiáng)法官的專業(yè)素質(zhì)，在適用刑罰時做出最恰當(dāng)?shù)倪x擇，刑罰及時準(zhǔn)確，才能最大限度地發(fā)揮其效果。正如貝卡利亞所言：只要刑罰的惡果大于犯罪所帶來的好處，刑罰就可以收到它的效果。這種大于好處的惡果中應(yīng)該包含的，一是刑罰的堅定性，二是既得利益的喪失。除此之外的一切都是多余的，因而也就是蠻橫的[1]52。

（5）采用觸摸屏人機(jī)界面的設(shè)計與接口技術(shù)，設(shè)置相應(yīng)鋸切參數(shù)，實時控制，實現(xiàn)界面人性化、操作的自動化。

1.1機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計

送料系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化加工的關(guān)鍵，也是自動化生產(chǎn)線中復(fù)雜程度較高而且難度較大的重要組成部分。如何能保證送料長度準(zhǔn)確、快捷、平穩(wěn)、安全是設(shè)計送料機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵。綜合考慮成本、環(huán)保等因素，其設(shè)計模型如圖2.

圖2　送料機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計模型

自動送料過程（如圖3所示）包括：夾持棒料→伺服送料→壓緊棒料。

圖3　自動送料過程

初始狀態(tài)時，在人機(jī)界面調(diào)整好參數(shù)（包括料長、下料數(shù)量等），調(diào)好機(jī)械擋塊位置，棒料放置托輥，持料汽缸夾緊，如圖3（a）所示。伺服電機(jī)啟動帶動運(yùn)料滑臺（見圖4）開始送料，滑臺送料至設(shè)定位置，完成送料過程，如圖3（b）所示。夾緊氣缸下壓帶動V型塊壓緊工件，為鋸切開始做好準(zhǔn)備，如圖3（c）所示。通過持料氣缸和V型塊壓緊棒料，有效限制了棒料的自由度，保證了鋸切時，棒料的穩(wěn)定性、可靠性。

圖4　運(yùn)料滑臺機(jī)構(gòu)簡圖

在運(yùn)料滑臺機(jī)構(gòu)中，運(yùn)用了數(shù)控機(jī)床伺服傳動機(jī)構(gòu)，把數(shù)控機(jī)床的工作臺做了符合輸料要求的改動，把原來的工作臺改造成送料滑臺，如圖4所示。送料滑臺的底板與絲杠螺母固定，靠側(cè)面導(dǎo)軌導(dǎo)向，滑臺可在絲杠有效距離內(nèi)運(yùn)行。伺服傳動具有良好的傳動精度和定位精度、穩(wěn)定性好、壽命長等顯著特點，這就保證了下料長度精度和料長的一致性問題。

自動送料裝置的另外一個重要部分就是氣動夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計，包括持料氣缸送料夾緊機(jī)構(gòu)和龍門架下料壓緊機(jī)構(gòu)見圖5.持料氣缸夾緊機(jī)構(gòu)，用戶通過調(diào)整“可調(diào)螺母”夾緊并找準(zhǔn)棒料中心位置；該機(jī)構(gòu)采用氣缸壓緊，通過調(diào)速閥來控制活動鉗口的速度，防止氣壓過大而產(chǎn)生沖擊力影響機(jī)械精度；在固定鉗口和活動鉗口的接觸面上粘貼了橡膠墊，目的是防止夾緊時沖擊力過大、增大送料時棒料與鉗口的靜摩擦力，從而增大送料機(jī)送料能力。龍門架下料壓緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易調(diào)整。對根據(jù)不同型料（方料、圓料等）設(shè)計不同形狀的夾頭，使棒料受到向下壓力和側(cè)向力，在下料時保持限制足夠自由度保證一定的穩(wěn)定性。

圖5　氣動夾緊機(jī)構(gòu)

1.2控制系統(tǒng)設(shè)計

氣動夾緊機(jī)構(gòu)是自動送料裝置的一個重要組成部分，為了保證自動送料裝置夾緊機(jī)構(gòu)穩(wěn)定、安全夾緊，設(shè)計了氣動回路。其工作原理為：輸料開始時，在電磁閥的邏輯控制下，夾緊氣缸在松開狀態(tài)下，送料氣缸夾緊棒料，然后通過伺服送料機(jī)構(gòu)將棒料到設(shè)置位置停止，夾緊氣缸下壓夾緊棒料，鋸削氣缸靠鋸弓自身重力下落開始鋸切棒料完成，鋸削氣缸回退抬起鋸弓，送料氣缸松開，伺服送料機(jī)構(gòu)回退至棒料零點，完成一個單循環(huán)。氣動回路原理圖如圖6所示。

圖6　氣動回路原理圖

1.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)的核心是PLC邏輯控制，設(shè)備所有的開關(guān)量信號都在PLC內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算。選用通過性價比分析，系統(tǒng)選擇的PLC是三菱FX1N-40MT，該型號為基本單元，屬于晶閘管輸出，具有24點輸入端子和16點輸出端子；觸摸屏選用了威綸MT6056I，運(yùn)用EasyBuilder8000組態(tài)軟件進(jìn)行編程。

PLC的I/O分配如表1，其I/O接線圖如圖7所示，人機(jī)界面設(shè)計如圖8所示。

表1　I/O分配表

圖7　PLC的I/O接線圖

圖8　人機(jī)界面設(shè)計

PLC控制是實現(xiàn)送料系統(tǒng)自動化程度和控制精度的核心內(nèi)容。系統(tǒng)通過控制伺服送料的精度，以及各種開關(guān)檢測信號邏輯關(guān)系，以保證送料、下料安全、快捷、穩(wěn)定。PLC的邏輯控制框圖如圖9所示，人機(jī)界面設(shè)計的主要分為手動調(diào)試和自動方式兩種模式，其工作原理如下：

圖9　PLC邏輯控制框圖

手動調(diào)試模式：

（1）機(jī)床開機(jī)上電后，PLC進(jìn)行初始化處理；

（2）初始化后，操作人員可通過手動選擇自動加工或者是手動調(diào)試機(jī)床模式；

（3）若選擇手動調(diào)試模式，則由工人單段調(diào)試各動作，方便調(diào)整下料的狀態(tài)；

自動下料模式：

1）手工調(diào)試完畢后，即可切換到自動加工模式，在自動模式下的任意時段，都可按動機(jī)床復(fù)位按鈕使鋸床復(fù)位；

2）上料后，操作者可給出循環(huán)啟動指令，鋸床開始執(zhí)行下料任務(wù)，按照如圖10所示流程圖進(jìn)行自動下料；

圖10　自動循環(huán)下料加工的流程圖

3）在下料過程中，隨時對各信號元件進(jìn)行監(jiān)控，以保證下料安全性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2　應(yīng)用及效果

自動送料裝置（圖11）已經(jīng)制作完成，并用于客戶現(xiàn)場調(diào)試使用，其效果達(dá)到了預(yù)期目的，此送料系統(tǒng)的一個顯著特點是通用性好，主要表現(xiàn)在：

（1）送料機(jī)構(gòu)可以與鋸床本體分開，并可以與其他類型鋸床連接組合使用；

（2）龍門架下料壓緊裝置夾頭形狀、大小可以調(diào)整更換，適合不同大小、形狀型材，如圓料、棒料。

（3）完成了鋸床送料系統(tǒng)設(shè)計與改造。該伺服輸料機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)合理，穩(wěn)定性好，速度相應(yīng)快，精度控制在0.1 mm以內(nèi)，效率提高了將近5倍，且運(yùn)送平穩(wěn)，滿足了送料精度和效率的要求；自動化程度得到了提高，有效降低了勞動強(qiáng)度，達(dá)到了客戶使用要求。

圖11　改造后鋸床送料裝置

3　結(jié)束語

根據(jù)我國的國情情況，目前全面淘汰現(xiàn)有的老舊設(shè)備是不現(xiàn)實的，但是通過技術(shù)改革、新產(chǎn)品、新材料的設(shè)計與開發(fā)，對舊機(jī)改造升級，提升其企業(yè)競爭力，勢在必行。本文是在原有鋸床本體基礎(chǔ)上，采用的PLC控制技術(shù)和人機(jī)界面設(shè)計了一款通用型送料裝置，對廢舊設(shè)備進(jìn)行自動化改造有一定的參考和實用意義。

［1］胡學(xué)武，盛小明.基于電-氣控制的拉伸機(jī)自動送料機(jī)械手［J］.液壓與氣動，2010，（11）：45-46.

［2］修學(xué)強(qiáng).一種單行程吊鉤式拋丸機(jī)自動送料機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制［J］.液壓與氣動，2015，43（9）：97-99.

［3］黃慶專，程志杰.數(shù)控車削自動送料裝置設(shè)計與控制［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2014，（7）：147-149.

［4］劉燕，劉志.大型板料加工自動送料控制系統(tǒng)的設(shè)計與改進(jìn)［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2010，（11）：78-79.

［5］（日）藤森洋三．楊鴻銓譯．上下料自動化圖集［M］．貴陽：貴州人民出版社，1989：109-111．

Design of PLC-Based ControlSystem of Automatic Feeding Device

HUANGWen-han1，SUN Da-xu2，CHEN Ji-qin1
（1.School of Mechanical and Electrical Engineering，Heyuan Polytechnic，Heyuan Guangdong 517000，China；2.School of Automotive，Guangdong Mechanical&Electrical Polytechnic，Guangzhou Guangdong 510550，China）

In order to alleviate labor intensity，improve production efficiency and reduce the manufacturing cost，the design of PLC-based control of a universal automatic feeding device，has solved the problem of automatic blanking.It has the practical significance for the certain popularization and application that the system uses the PLC controlmode and the universality in the automation transformation of the second-hand equipment.

automatic feeding；servomechanism；PLC-Control；pneumatic circuitry

TH138

A

1672-545X（2016）05-0016-04

2016-02-13

河源市社會發(fā)展科技計劃項目《陶藝金屬兩用立式車床設(shè)計與開發(fā)》（2014-75）；河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院計劃科研項目《基于PLC與觸摸屏控制的帶鋸床數(shù)控改造》（09Hzy-ky05）。

黃文漢（1979-），男，廣東河源人，工程碩士，講師，研究方向為機(jī)電設(shè)備機(jī)械設(shè)計與系統(tǒng)開發(fā)；孫大許（1973-），男，河南許昌人，博士，講師；陳紀(jì)欽（1983-），男，廣東蕉嶺人，工程碩士，講師。