雷　鈞　羅　敏　吳清生　吳岳敏　梅　燁

(①湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖北 十堰 442002；②湖北金仕偉智能裝備技術(shù)有限公司，湖北 十堰 442002)

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轉(zhuǎn)向節(jié)襯套壓裝推孔雙工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

雷鈞①羅敏①吳清生②吳岳敏①梅燁①

(①湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖北 十堰 442002；②湖北金仕偉智能裝備技術(shù)有限公司，湖北 十堰 442002)

分析了汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)襯套壓裝推孔生產(chǎn)方式，結(jié)合加工流程，設(shè)計(jì)了基于三菱PLC的自動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)襯套壓裝推孔雙工位機(jī)床控制系統(tǒng)。對(duì)電氣控制系統(tǒng)和PLC軟件流程進(jìn)行分析，實(shí)踐結(jié)果證明雙工位機(jī)床運(yùn)行效率高，安全可靠。

轉(zhuǎn)向節(jié)襯套；壓裝；推孔；PLC；控制系統(tǒng)

在汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)總成裝配工序中，需要裝入兩個(gè)襯套，并對(duì)兩個(gè)襯套內(nèi)孔進(jìn)行推孔加工。

現(xiàn)有汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)總成襯套的安裝一般采用兩種方式：一種是人工手動(dòng)敲裝，另一種是機(jī)械壓裝。采用人工手動(dòng)敲裝存在著敲擊力量大小及均勻度難以控制等人為不確定因素，壓裝深度難以把握，壓裝質(zhì)量差，且裝配過程中易造成襯套前期損傷，導(dǎo)致整車裝配后早期失效，工件廢次品率較高；采用機(jī)械壓裝，一次只能壓入一個(gè)襯套，生產(chǎn)效率低下，且需要大量的人工進(jìn)行操作，生產(chǎn)成本增加。襯套安裝好后需要對(duì)其進(jìn)行推內(nèi)孔加工，現(xiàn)有的汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)總成襯套推孔多采用臥式推孔機(jī)進(jìn)行加工，由于臥式推孔機(jī)占地面積較大，因此不利于流水線安裝，且每次推孔都要重新安裝熨壓刀，導(dǎo)致工人勞動(dòng)強(qiáng)度增加，生產(chǎn)效率低，影響企業(yè)效益，難易滿足汽車批量化生產(chǎn)的需求。

本課題來源于生產(chǎn)實(shí)際，課題組接受委托開發(fā)轉(zhuǎn)向節(jié)襯套壓裝推孔雙工位機(jī)床。該機(jī)床進(jìn)行汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的壓裝，取代傳統(tǒng)的人工作業(yè)，并通過熨壓刀的推孔，有效控制轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的安裝尺寸，確保襯套的壓裝質(zhì)量，解決傳統(tǒng)工藝的弊病，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并滿足對(duì)工藝精度的要求。該機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)控制，節(jié)省人力，保障工人的生產(chǎn)安全。

從文獻(xiàn)[1-5]中可以看出壓裝機(jī)由PLC控制，因此本機(jī)床也采用PLC控制。

1　工作原理與控制流程

轉(zhuǎn)向節(jié)襯套壓裝推孔雙工位加工機(jī)床示意圖如圖1所示，機(jī)床上從左到右依次分為壓裝工位和推孔工位，推孔工位和壓裝工位中間為上下料位置，在壓裝工位垂直對(duì)稱設(shè)有上下2個(gè)壓襯套油缸，油缸前端分別設(shè)有壓頭。在推孔工位垂直設(shè)有熨壓油缸，油缸前端設(shè)有熨壓刀。在機(jī)床中間穿過推孔工位和壓裝工位水平設(shè)有抗壓導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上設(shè)有移動(dòng)滑臺(tái)，滑臺(tái)通過滑臺(tái)油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)。滑臺(tái)外側(cè)設(shè)有轉(zhuǎn)向節(jié)定位板，在滑臺(tái)上固定有1個(gè)扶平油缸。在壓裝工位、上下料位置及推孔工位處分別設(shè)有接近開關(guān)，在扶平油缸、滑臺(tái)油缸、壓襯套油缸、熨壓油缸上分別設(shè)有電磁換向閥，在壓襯套油缸和熨壓油缸壓頭上設(shè)有壓力傳感器，壓力傳感器、電磁閥換向閥、接近開關(guān)分別與PLC連接。

雙工位機(jī)床加工流程圖如圖2所示，在一個(gè)加工流程中，工件被移動(dòng)滑臺(tái)先后送到不同的加工工位，整個(gè)加工過程只需人工完成放入工件和取出工件兩個(gè)步驟，大大節(jié)省了人力。具體加工由以下步驟組成：

(1)放入工件：將兩襯套分別套在2個(gè)壓襯套油缸的壓頭上，將轉(zhuǎn)向節(jié)固定在滑臺(tái)上的轉(zhuǎn)向節(jié)定位板中，按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，機(jī)床防護(hù)罩門關(guān)閉。

(2)轉(zhuǎn)向節(jié)到達(dá)壓裝工位：PLC控制滑臺(tái)油缸前進(jìn)伸出推動(dòng)滑臺(tái)向左移動(dòng)，當(dāng)滑臺(tái)到達(dá)壓裝工位附近時(shí)，壓裝工位處設(shè)置的左緩沖接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，滑臺(tái)減速移動(dòng)，直至到達(dá)壓裝工位停止。

(3)對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行輔助定位：轉(zhuǎn)向節(jié)到達(dá)壓裝工位后，PLC控制扶平油缸前進(jìn)伸出將轉(zhuǎn)向節(jié)固定。

(4)對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行襯套壓裝：轉(zhuǎn)向節(jié)固定好后，PLC控制壓襯套油缸分別向上和向下伸出一起將對(duì)應(yīng)壓頭的襯套壓入轉(zhuǎn)向節(jié)中。

(5)壓裝工位液壓油缸回位：兩襯套被壓到位后，對(duì)應(yīng)的壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，PLC控制壓襯套油缸及扶平油缸回位，轉(zhuǎn)向節(jié)松開，同時(shí)對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，壓裝工序完成。

(6)轉(zhuǎn)向節(jié)到達(dá)推孔工位：PLC控制滑臺(tái)油缸后退收縮推動(dòng)滑臺(tái)向右移動(dòng)，當(dāng)滑臺(tái)到達(dá)推孔工位附近時(shí)，推孔工位處設(shè)置的右緩沖接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，滑臺(tái)減速移動(dòng)，直至到達(dá)推孔工位滑臺(tái)停止。

(7)對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)襯套進(jìn)行推孔加工：PLC控制熨壓油缸下行，當(dāng)熨壓油缸前端設(shè)置的刀架碰到對(duì)應(yīng)的脫刀杠桿時(shí)，受到脫刀杠桿向上的力，熨壓刀脫離刀架向下垂直掉落通過襯套，對(duì)襯套進(jìn)行推內(nèi)孔，最后落入接刀盤中，接刀盤旁邊的接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，推孔工序完成。

(8)推孔工位熨壓油缸回位：PLC控制熨壓油缸上升回位，直到與脫刀杠桿不相接觸為止。

(9)滑臺(tái)回位：PLC控制滑臺(tái)油缸前進(jìn)伸出推動(dòng)滑臺(tái)向左移動(dòng)，當(dāng)中間接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)時(shí)，滑臺(tái)停止移動(dòng)到達(dá)上下料位置(即機(jī)床中間位置)。

(10)推孔工位接熨壓刀：PLC控制熨壓油缸下行，將熨壓油缸前端的刀架套在熨壓刀上，熨壓油缸繼續(xù)下行，直至熨壓刀被牢固插接在刀架上，對(duì)應(yīng)的壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，此后熨壓油缸帶動(dòng)熨壓刀上行，對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，回到初始狀態(tài)。

(11)取出轉(zhuǎn)向節(jié)：所有工序完成后，防護(hù)罩門開啟，將加工好的轉(zhuǎn)向節(jié)取出。至此一個(gè)加工流程完成，進(jìn)入下一個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)的加工。

加工前，系統(tǒng)要處于初始狀態(tài)，即滑臺(tái)位于上下料位置，上下料位置處的接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，壓襯套油缸、熨壓油缸都處于初始狀態(tài)，相應(yīng)的接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，扶平油缸沒有伸出。此時(shí)，系統(tǒng)才被允許運(yùn)行，如果出現(xiàn)意外情況或外部按下急停按鈕，系統(tǒng)不在初始狀態(tài)，機(jī)床將不能執(zhí)行自動(dòng)加工。這時(shí)需要將機(jī)床調(diào)至手動(dòng)狀態(tài)，將機(jī)床各部分調(diào)到初始狀態(tài)方可進(jìn)行自動(dòng)加工。同時(shí)，本機(jī)床各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)利用了重力垂直向下的特性，因此床身放置不能傾斜，否則會(huì)造成加工機(jī)構(gòu)的向下偏移，無法準(zhǔn)確的將襯套壓入轉(zhuǎn)向節(jié)以及熨壓刀無法丟入轉(zhuǎn)向節(jié)襯套以及接刀盤中，甚至還有可能會(huì)損壞機(jī)床和熨壓刀。

2　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本機(jī)床控制系統(tǒng)主要由PLC、A/D轉(zhuǎn)換模塊、觸摸屏、按鈕、接近開關(guān)、壓力傳感器、液壓站等組成，PLC選用三菱的FX3U-80MR，模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊采用FX3U-4AD模塊，該模塊有4個(gè)輸入通道。為了準(zhǔn)確定位壓頭和滑臺(tái)，采用接近開關(guān)和壓力傳感器，使機(jī)床能夠精確可靠地運(yùn)行。為了保證工人的生產(chǎn)安全，設(shè)計(jì)了防護(hù)罩，其推拉門的開關(guān)使用電磁換向閥控制。本機(jī)床除了使用控制機(jī)箱的按鈕控制以外，還使用了工業(yè)觸摸屏來監(jiān)控機(jī)床的工作狀態(tài)，方便機(jī)床的使用。

主電路電氣圖如圖3所示。取三相電為液壓電動(dòng)機(jī)供電，開關(guān)電源輸出24 V的直流電為控制回路供電，電路中設(shè)計(jì)多個(gè)斷路器作為供電控制開關(guān)。

本課題中PLC的I/O點(diǎn)如表1所示。

X0到X3分別為急停和液壓電動(dòng)機(jī)過載的信號(hào)輸入端，X10～X22分別為各工位接近開關(guān)信號(hào)的輸入端，X30～X34分別是控制臺(tái)按鈕信號(hào)的輸入端。PLC的輸出端Y0控制驅(qū)動(dòng)中間繼電器線圈，間接控制接觸器KM1，控制液壓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。輸出端Y10～Y25分別控制機(jī)床各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的中間繼電器線圈，包括開關(guān)門及各油缸。Y10和Y11、Y13和Y14、Y15和Y16、Y17和Y20、Y21和Y22分別是對(duì)應(yīng)油缸的電磁換向閥控制信號(hào)，Y12是電磁調(diào)速閥控制信號(hào)，Y23是電磁溢流閥控制信號(hào)。輸出端Y30～Y34控制各信號(hào)燈的狀態(tài)。

表1PLC的I/O點(diǎn)

輸入說明輸出說明X0急停輸入Y0液壓系統(tǒng)啟動(dòng)X3液壓電動(dòng)機(jī)過載Y10滑臺(tái)右移X10滑臺(tái)左接近開關(guān)Y11滑臺(tái)左移X11滑臺(tái)左緩沖接近開關(guān)Y12滑臺(tái)減速X12滑臺(tái)中間接近開關(guān)Y13扶平油缸前進(jìn)X13滑臺(tái)右緩沖接近開關(guān)Y14扶平油缸后退X14滑臺(tái)右接近開關(guān)Y15上壓襯套油缸前進(jìn)X16上壓襯套油缸后接近開關(guān)Y16上壓襯套油缸后退X20下壓襯套油缸后接近開關(guān)Y17下壓襯套油缸前進(jìn)X21熨壓油缸檢測(cè)刀開關(guān)Y20下壓襯套油缸后退X22熨壓油缸后接近開關(guān)Y21熨壓油缸前進(jìn)X30手自動(dòng)切換旋鈕Y22熨壓油缸后退X31液壓系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕Y23電磁溢流閥控制X32液壓系統(tǒng)停止按鈕Y24防護(hù)門開X33自動(dòng)啟動(dòng)按鈕Y25防護(hù)門關(guān)X34自動(dòng)停止按鈕Y30系統(tǒng)啟動(dòng)燈Y31系統(tǒng)報(bào)警燈Y32自動(dòng)啟動(dòng)燈Y33自動(dòng)停止燈Y34多層警報(bào)燈

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件的主程序流程圖如圖4所示。當(dāng)按下急停按鈕、液壓電動(dòng)機(jī)過載等情況下系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)無報(bào)警的情況下按下系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕就啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，按下系統(tǒng)停止按鈕就關(guān)閉液壓系統(tǒng)。

PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖5所示，M1、M4分別為系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)和初始位置條件信號(hào)，M60、M61分別為上下壓裝缸壓力檢測(cè)到位信號(hào)，M62為撿刀壓力檢測(cè)到位信號(hào)。

4　結(jié)語

課題組通過對(duì)雙工位壓床工作過程的分析，對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)。機(jī)床通過將壓裝推孔兩個(gè)工位集成在同一機(jī)架上，實(shí)現(xiàn)了汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)襯套壓裝推孔加工的自動(dòng)控制，加工過程安全可靠，提高了裝配質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)接刀，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了工時(shí)，提高了作業(yè)效率。雙工位機(jī)床已經(jīng)在工廠得到實(shí)際使用，得到廠家的認(rèn)可。

[1]王小明，鮑曉敏，劉愛博.基于PLC的貨車滾動(dòng)軸承壓裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010(6)：138-139.

[2]潘玉蘭.基于PLC自動(dòng)壓裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù)，2014(9)：164-167.

[3]劉捷，蔣士博，方婷.臥式輪軸壓裝機(jī)液壓及控制系統(tǒng)改造[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2014(2):153-155.

[4]胡國(guó)良，王雪軍，王小明.25t軸重貨車滾動(dòng)軸承壓裝機(jī)電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng)，2008(4):48-51.

[5]王峰.100P轉(zhuǎn)向節(jié)襯套及平面軸承耐久性試驗(yàn)裝置開發(fā)[J].機(jī)床與液壓，2004(3)：97-98.

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Control system design of steering knuckle bush press mounting push hole double-station machine tool

LEI Jun①,LUO Min①,WU Qingsheng②, WU Yuemin①,MEI Ye①

(①School of Electrical & Information Engineering, Hubei University of Automotive Technology,Shiyan 442002, CHN; ②Golden Mind Intelligent Technology Co.,Ltd., Shiyan 442002, CHN )

A control system of the automatic steering knuckle bush press mounting and push hole double-station machine tool based on Mitsubishi PLC is designed by analyzing the manufacture technique and processing technic of automobile front axle steering knuckle bush press mounting and push hole. Focusing on the performance of electrical control system and PLC software, it is reasonable to conclude that the double-station machine tool has high operating efficiency and reliability.

steering knuckle bush; press mounting;push hole; PLC; control system

TP271；U468.2

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.10.018

雷鈞，男，1975年生，工學(xué)碩士，副教授，研究方向?yàn)楣I(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)、單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)。

(編輯譚弘穎)

2016-05-03)

161022