孫立琴，王　磊，王　璇

(大連豪森設(shè)備制造有限公司 a.經(jīng)營(yíng)部；b.機(jī)械設(shè)計(jì)部，遼寧 大連　116036)

?

基于軟PLC的多位置分度式彈夾送料裝置的設(shè)計(jì)

孫立琴a，王磊a，王璇b

(大連豪森設(shè)備制造有限公司 a.經(jīng)營(yíng)部；b.機(jī)械設(shè)計(jì)部，遼寧 大連116036)

為了提高傳統(tǒng)油封送料過(guò)程中的自動(dòng)化程度，提出了一種多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了將油封(或類似工件)自動(dòng)輸送與壓裝到對(duì)應(yīng)工位。文章重點(diǎn)介紹了該裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，采用了基于西門子工控機(jī)IPC677的新型的軟PLC控制方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)PLC，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)油封送料過(guò)程的自動(dòng)化。該機(jī)構(gòu)整個(gè)工作穩(wěn)定可靠，有效地解決了傳統(tǒng)送料方式對(duì)人力物力資源的浪費(fèi)，大大提高了生產(chǎn)加工的效率，有效地增加了企業(yè)收入。

送料機(jī)構(gòu)；多位置分度式；油封；軟PLC

0　引言

隨著我國(guó)汽車制造、裝配業(yè)的逐步發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)加工過(guò)程中的自動(dòng)化程度的要求也越來(lái)越高。發(fā)動(dòng)機(jī)零件如油封在進(jìn)行加工裝配作業(yè)前的送料工序很大程度上影響著整個(gè)裝配線的效率。傳統(tǒng)的手工送料方法，定位精度差，延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，大大地降低生產(chǎn)加工產(chǎn)品的加工節(jié)拍，嚴(yán)重的影響工作效率?，F(xiàn)有自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)大多用于沖壓生產(chǎn)，并使用專用多工位壓力機(jī)和其自帶的多工位送料裝置配套使用來(lái)實(shí)現(xiàn)加工制造過(guò)程中的送料與加工，其自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)存在專有性強(qiáng)、通用性差、投資大、生產(chǎn)柔性差等缺點(diǎn)[1-3]，無(wú)法適用于發(fā)動(dòng)機(jī)零件如油封的加工裝配過(guò)程中的自動(dòng)送料。

本文提出一種多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)，能夠讓操作人員在一次性大量上料后，自動(dòng)完成送料工作，有效地解決了當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)油封裝配過(guò)程中手工作業(yè)造成的人力物力的浪費(fèi)，加快了生產(chǎn)加工的節(jié)拍，提高了生產(chǎn)加工的效率和柔性，并適用于其它相關(guān)領(lǐng)域零件的自動(dòng)送料動(dòng)作，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)組成與工作原理

多位置分度式自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)根據(jù)其送料方式大致可分為以下3類:機(jī)械送料、電子送料和組合式送料[4-5]。組合式送料系統(tǒng)融合了機(jī)械和電子送料的優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用,本文提出的多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)包括：機(jī)架1，電機(jī)2，轉(zhuǎn)盤3，料架4，推送裝置5，推送氣缸6推送桿7，出料口8，翻板9，擋條10，機(jī)械手11，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.機(jī)架 2.電機(jī) 3.轉(zhuǎn)盤 4.料架 5.推送裝置 6.推送氣缸

多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)的特征在于：一個(gè)作為基礎(chǔ)的機(jī)架1，機(jī)架1上設(shè)置有轉(zhuǎn)盤3，轉(zhuǎn)盤3能夠在旋轉(zhuǎn)電機(jī)2的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤3的外圓周上均勻分分布有多個(gè)料架4，這些料架4縱向設(shè)置，其內(nèi)可以疊摞的防止多個(gè)物料(如油封)，轉(zhuǎn)盤3的中心處設(shè)置有推送裝置5，推送裝置5包括一個(gè)推送氣缸6，推送氣缸6的工作端上設(shè)置有推送桿7，推送桿7的端頭部分與料架4的底端相配，料架4的底端開(kāi)設(shè)有出料口8，機(jī)架1上設(shè)置有與出料口8位置相配的翻板9，翻板9通過(guò)翻轉(zhuǎn)氣缸進(jìn)行控制，并能夠翻轉(zhuǎn)90°，并且在翻板9上遠(yuǎn)離料架4的一側(cè)還設(shè)置有擋條10，機(jī)架1上還設(shè)置有與翻板9相配的機(jī)械手11。

多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)能夠一次性存儲(chǔ)大量物料的結(jié)構(gòu)，它能夠?qū)⑦@些物料逐個(gè)的運(yùn)送到翻板上，并由與翻板相配的機(jī)械手將工件移送至加工工位，這樣操作人員就可以根據(jù)每天所需工件的具體數(shù)量，在每天開(kāi)始工作時(shí)將足量的待安裝工件放置到本裝置中，之后全天的送料工作既能夠自動(dòng)完成，讓工人避免長(zhǎng)時(shí)間的枯燥重復(fù)勞動(dòng)，而且還能夠提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來(lái)更大的利潤(rùn)。因此可以說(shuō)它具備了多種優(yōu)點(diǎn)，特別適合于在本領(lǐng)域中推廣應(yīng)用，其市場(chǎng)前景十分廣闊。

工件為發(fā)動(dòng)機(jī)上的油封，零件圖如圖2所示，經(jīng)出料口8由推送桿7推出的油封進(jìn)入輸送帶，為之后將其壓裝到發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上做準(zhǔn)備。本設(shè)計(jì)中工件為油封，對(duì)于其他類似零件也可以使用本設(shè)計(jì)。

1.油封 2.發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋圖2　發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋及油封示意圖

多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程如下：在實(shí)施將油封壓裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上的工作之前，首先將多個(gè)油封一次性的放置到多個(gè)料架4上，然后開(kāi)啟本機(jī)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)的推送裝置5開(kāi)始工作，推送氣缸6驅(qū)動(dòng)推送桿7伸出，將與其對(duì)應(yīng)的料架4上最底端的油封推出，油封通過(guò)出料口8后運(yùn)動(dòng)至翻板9上，此后推送桿7回收，料架4上其余的油封自然落下，等待下一次推送桿7的推出動(dòng)作；油封來(lái)到翻板9上之后，翻板9在翻轉(zhuǎn)氣缸的帶動(dòng)下翻轉(zhuǎn)90°，讓油封從水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，在豎直狀態(tài)下，翻板9上的擋條10恰好位于油封下方，防止油封從翻板9上滑落，此時(shí)機(jī)械手11移動(dòng)過(guò)來(lái)將油封抓取并移送至壓裝工位上進(jìn)行壓裝；上一個(gè)油封壓裝完成后，上述動(dòng)作重復(fù)進(jìn)行一次，機(jī)械手11中心抓取下一個(gè)油封進(jìn)行壓裝操作；一個(gè)料架4上的油封全部使用完畢后，旋轉(zhuǎn)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，讓下一個(gè)裝滿了油封的料架4運(yùn)動(dòng)至與推送裝置5相配的位置，重復(fù)上述動(dòng)作；如上反復(fù)操作，直至所有料架4上的油封全部使用完畢。

操作人員可以根據(jù)每天所需加工的油封的量，一次性將對(duì)應(yīng)數(shù)量的油封放置到料架4內(nèi)，這樣就免除了頻繁運(yùn)送油封所產(chǎn)生的重復(fù)勞動(dòng)。

1.擋條 2.機(jī)械手 3.轉(zhuǎn)盤 4.料架 5.推送裝置

2　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文中的控制部分基于新型的軟PLC技術(shù)，其中軟PLC包括CAN通信模塊、CPU單元、存儲(chǔ)器模塊、電源模塊和輸入輸出模塊等，其硬件支撐平臺(tái)為較為通用的PC機(jī)，既繼承了傳統(tǒng)的PLC高速度、高性能、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，又融入了PC機(jī)高通用性和很好地兼容性等特點(diǎn)，并且基于IC31131國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，能很好地解決傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品之間互相不兼容、技術(shù)專有性強(qiáng)，編程方式差別較大的問(wèn)題[6-8]。軟PLC的控制架構(gòu)同傳統(tǒng)PLC的控制架構(gòu)不一樣，如圖4所示。

圖4　電氣控制器結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，軟PLC中的西門子工控機(jī)IPC677包含若干個(gè)西門子PC477模塊，具有現(xiàn)場(chǎng)編程調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控等功能。PC477下位設(shè)有若干ET200s模塊，ET200s的輸入輸出模塊用來(lái)控制轉(zhuǎn)盤以固定角度轉(zhuǎn)動(dòng)、控制氣缸推動(dòng)推送桿伸出與回收等動(dòng)作[9-10]。

圖5　控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

為了實(shí)現(xiàn)多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，在推送桿對(duì)應(yīng)的料架位置處設(shè)置一個(gè)壓力傳感器和計(jì)數(shù)器。多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)的控制流程圖如圖6所示。當(dāng)多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)上電后，控制系統(tǒng)首先檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)，如果系統(tǒng)狀態(tài)異常，自動(dòng)重啟。當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)正常工作后對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。壓力傳感器通過(guò)檢測(cè)料架的受力判斷當(dāng)前料架上是否還有工件需要推送，計(jì)數(shù)器用來(lái)記錄壓力傳感器沒(méi)有壓力的料架的個(gè)數(shù)，定義為無(wú)壓力次數(shù)(即空料架的個(gè)數(shù))。系統(tǒng)初始化完成后，首先檢測(cè)壓力傳感器數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前料架上是否有油封需要推送。若檢測(cè)到料架上有工件，則控制推送機(jī)構(gòu)推送工件，并返回上一步工序繼續(xù)檢測(cè)；若檢測(cè)到壓力傳感器上沒(méi)有數(shù)據(jù)，則將計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)“i”加1，并判斷數(shù)據(jù)“i”的大小。若“i”<8，表明還有料架上的工件沒(méi)有進(jìn)行推送，此時(shí)控制機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)料架的轉(zhuǎn)盤，并繼續(xù)推送工件，返回上一步進(jìn)行壓力傳感器壓力檢測(cè)；如果“i”等于8，則表示無(wú)壓力次數(shù)達(dá)到8次，表明所有料架均為空料架，機(jī)構(gòu)料架上所有工件推送完成，機(jī)器自動(dòng)停止，等待工人一次性上料或停機(jī)，至此完成整個(gè)機(jī)構(gòu)工件的推送。

圖6　軟PLC程序流程圖

3　結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種多位置分度式彈夾送料機(jī)構(gòu)，搭建了基于西門子工控機(jī)IPC677的控制平臺(tái)，使用新型的軟PLC控制技術(shù)對(duì)整個(gè)工作過(guò)程進(jìn)行控制，整套工作系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油封(或類似工件)的自動(dòng)送料與壓裝，該機(jī)構(gòu)有效地解決了傳統(tǒng)送料機(jī)構(gòu)對(duì)人力資源的浪費(fèi)，減短了生產(chǎn)周期，提高企業(yè)利潤(rùn)。

[1] 臧希喆,程鳳蘭,趙杰. 一種嵌入式多工位壓力機(jī)送料機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)[J]. 黑龍江科技信息,2011(24):20-21.

[2] 陳曉斌,段海峰. 沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 裝備制造技術(shù),2012(8):50-51,56.

[3] 羅云華,張祥林,張穎,等. 多工位自動(dòng)送料系統(tǒng)的送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析[J]. 鍛壓技術(shù),2004(4): 54-57.

[4] 南雷英,戚春曉,孫友松. 沖壓生產(chǎn)自動(dòng)送料技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展概況[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù),2006(2):18-21.

[5] 閔鵬,李廣平,閔建成. 多工位壓力機(jī)發(fā)展研究[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù),2013(3):9-14.

[6] 陳延奎. 淺談PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[J]. 中國(guó)科技信息,2009(20):116-118.

[7] 姚遠(yuǎn),丑武勝,陳友東,等. 軟PLC編程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2006(6):14-17,21.

[8] 劉興松,楊執(zhí)中,邊黨偉,等.基于軟PLC的電氣控制器設(shè)計(jì)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2014，41(10):1111-1113.

[9] 吳亦峰,侯志偉.PLC及電氣控制 [M]．北京：電子工業(yè)出版社,2012.

[10] 莊尚志，鄭建彬.基于多線程技術(shù)的PLC與PC的串行通信[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(6):877-880.

(編輯李秀敏)

Design of Transfer Feeder Mechanism of Multi-Position with Dividing Type Based on Soft PLC

SUN Li-qina，WANG Leia，WANG Xuanb

(a. Business Department; b.Mechanical Design Department, Dalian Haosen Equipment Manufacturing Co., Ltd., Dalian Liaoning 116036, China)

In order to increase the level of automation in the process of transferring and pressing of oil seal (or similar work pieces), the paper proposed a novel structure design of transfer feeder mechanism of multi-position with dividing type. The paper highlights the structure designing, working principle of the device and the design and implementation of control system. Moreover, a soft PLC controlling method based on Siemens IPC677 was introduced which has already taken the place of traditional PLC in this device, which functions stably and reliably to achieve the whole process fully automated. This device can effectively solve the huge waste problem of manpower and resources during the traditional way, and improve the efficiency of production and processing, at the same time, increase the profit of the company.

transfer feeder mechanism; multi-position with dividing type; oil seal; soft PLC

1001-2265(2016)09-0126-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.036

2015-10-04

遼寧省科技創(chuàng)新重大專項(xiàng)(201408001)

孫立琴(1971—)，女，遼寧大連人，大連豪森設(shè)備制造有限公司工程師，研究方向?yàn)槠囇b備制造，(E-mail)sunliqin@haosen.com.cn。

TH122;TG65

A