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        基于PLC的齒輪淬火機(jī)床全自動上料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

        2018-03-13 04:08:40
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        張 華 楊 川

        (重慶機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,重慶 402760)

        1 背景介紹

        齒輪是汽車重要的傳動部件之一,它具有傳動效率高、傳動比穩(wěn)定、工作可靠性高等特點(diǎn)。齒輪傳動對輪齒的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等工藝要求較高,淬火是齒輪加工過程中必不可少的熱處理工序。齒輪淬火用齒輪淬火機(jī)床完成,目前淬火機(jī)床由人工上料,勞動強(qiáng)度大,一人操作一臺機(jī)床,效率低。人工上料已經(jīng)制約了企業(yè)生產(chǎn),使企業(yè)生產(chǎn)成本上升。

        基于上述原因企業(yè)提出了需求,設(shè)計一臺齒輪淬火機(jī)床全自動上料機(jī)。能與現(xiàn)有的齒輪淬火機(jī)床匹配,取代人工,讓一個人可以操作6至8臺機(jī)床,上料機(jī)的節(jié)拍能夠和齒輪淬火機(jī)床節(jié)拍匹配(1min加工10個),適應(yīng)多品種的齒輪生產(chǎn)(直徑60~120mm,厚度10~20mm),最后設(shè)備要穩(wěn)定可靠,便于操作。

        本文從企業(yè)需求出發(fā)設(shè)計了齒輪淬火機(jī)床全自動上料機(jī)。除了能夠應(yīng)用于齒輪零件,還可用于鏈輪、齒圈等盤類零件。上料機(jī)主要由料倉系統(tǒng)、上料機(jī)械手兩大部分組成。控制系統(tǒng)主要采用PLC為控制核心,觸摸屏做人機(jī)交互的設(shè)計。

        2 機(jī)械系統(tǒng)

        上料機(jī)主要由料倉系統(tǒng)、上料機(jī)械手兩大部分組成,如圖1所示。料倉系統(tǒng)由基座、轉(zhuǎn)盤、提升滑臺組成。上料機(jī)械手由滑臺氣缸、上下料氣缸、手爪氣缸組成,其中轉(zhuǎn)盤上有8個獨(dú)立的料倉,每個料倉放置工件的數(shù)量由工件的數(shù)量所決定。

        圖1 上料機(jī)三維實體造型圖

        上料機(jī)料倉系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤由交流電機(jī)帶動凸輪分割器實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤精確定位。提升滑臺由直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠構(gòu)成,由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動,準(zhǔn)確提升工件到指定位置。上料機(jī)械手主要由氣動系統(tǒng)組成,由氣缸驅(qū)動,實現(xiàn)齒輪的準(zhǔn)確抓取。料倉的高度為450mm,淬火機(jī)床加工的齒輪厚度為10mm,料倉可盛放的工件數(shù)量為450/10=45,料倉系統(tǒng)總共可以容納的齒輪為45×8=360個。機(jī)床加工效率為6個/min,人工一次裝件可自動運(yùn)行的時間為360/6=60min。

        3 工作過程原理

        人工將一批齒輪裝入上料機(jī)轉(zhuǎn)盤當(dāng)中,啟動上料機(jī),上料機(jī)自動將轉(zhuǎn)盤料倉中的齒輪一個一個放入淬火機(jī)床中,自動工作過程如圖2所示。

        圖2 上料機(jī)工作過程圖

        4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

        4.1 系統(tǒng)組成

        為了達(dá)到設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、操作便捷等要求,選擇了以PLC為控制核心,使用HMI觸摸屏做人機(jī)交互設(shè)計來滿足上料機(jī)需求??刂葡到y(tǒng)硬件如圖3所示,主要有HMI人機(jī)觸摸屏、PLC、對射傳感器、光纖傳感器、接近開關(guān)、磁性開關(guān)、按鈕、步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)、指示燈與氣缸電磁閥。

        圖3 控制系統(tǒng)硬件組成圖

        4.2 PLC選型

        根據(jù)企業(yè)維修人員對PLC的熟悉情況,在滿足設(shè)備控制需求的前提下,考慮到穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、售后服務(wù)等因素選用了臺達(dá)公司的DVP-ES2系列PLC為控制主機(jī)。上料機(jī)數(shù)字量輸入14個,步進(jìn)電機(jī)脈沖及方向輸出2個,數(shù)字量輸出4個??紤]到后續(xù)的升級留取了備用口,選擇了臺達(dá)公司的DVP24ES200T型號,數(shù)字量輸入16個,輸出8個。

        4.3 步進(jìn)電機(jī)選型

        步進(jìn)電機(jī)主要用于驅(qū)動提升滑臺。提升滑臺為垂直安裝,使用滾珠絲杠傳動,絲杠導(dǎo)程為5mm。每組料倉高度容量為450mm,容納最大齒輪的直徑為Φ120mm。料倉最大提升齒輪的總質(zhì)量約為159kg,齒輪托盤為1kg,提升的最大質(zhì)量為160kg。伺服電機(jī)需要扭矩T=M×g×PB/2π=160kg×9.8m/s2×0.005mm/6.28=1.25N·m(M為提升負(fù)載質(zhì)量,G是重力加速度,PB為滾珠絲杠螺距)。考慮到啟動加速過程和運(yùn)動過程的沖擊,將計算力矩提高2倍,即為2.5N·m。步進(jìn)電機(jī)型號確定為57BYG250H。

        5 控制軟件設(shè)計

        上料機(jī)控制軟件設(shè)計主要有兩部分,一部分是PLC控制程序設(shè)計,一部分是HMI觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計。

        5.1 PLC程序設(shè)計

        PLC程序使用臺達(dá)配套軟件DELTA WPLSoft編寫,主要由手動控制程序、自動運(yùn)行程序構(gòu)成,使用梯形圖和SFC圖結(jié)合編寫的方法編寫程序。核心部分自動運(yùn)行程序流程圖如圖4所示。

        圖4 自動運(yùn)行程序流程圖

        5.2 HMI程序設(shè)計

        HMI選用的是威綸公司的TK6070IH觸摸屏,使用EasyBuilder8000軟件編寫畫面。主要由手動操作畫面、自動控制畫面、I/O查看畫面、報警畫面、幫助畫面等組成,圖5為手動操作畫面,每個畫面由狀態(tài)顯示區(qū)、按鈕操作區(qū)、主控按鈕區(qū)、窗口切換區(qū)等構(gòu)成。

        圖5 手動操作畫面

        6 結(jié)語

        本文根據(jù)企業(yè)的實際需求,設(shè)計了針對齒輪淬火機(jī)床的全自動上料機(jī),能夠與現(xiàn)有的齒輪淬火機(jī)床配合,節(jié)拍效率能穩(wěn)定在10件/min,能夠適應(yīng)多個品種的齒輪、鏈輪等盤類零件,穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到企業(yè)的要求。

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