于躍

摘 要：根據(jù)飛機(jī)壁板裝配工裝及定位裝夾自動(dòng)化要求，在分析現(xiàn)有工裝系統(tǒng)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出了以可編程控制器SIMATIC S7-200為控制核心的回轉(zhuǎn)裝配自動(dòng)工裝系統(tǒng)，通過工藝過程分析、控制系統(tǒng)硬件選型和軟件編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛機(jī)壁板夾緊、松開和回轉(zhuǎn)裝配工裝位置的自動(dòng)控制，該系統(tǒng)已用于配合五坐標(biāo)自動(dòng)制孔設(shè)備對(duì)翼面類部件的雙面精準(zhǔn)加工中。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)工裝;飛機(jī)裝配;定位夾緊;PLC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.004

0 引言

飛機(jī)部裝裝配過程中，使用傳統(tǒng)的裝配工裝需要人工完成飛機(jī)壁板定位夾緊等一系列重復(fù)性工作，不僅效率低，耗費(fèi)人力，而且在安裝過程中壁板可能造成碰撞破損。針對(duì)上述問題，提出了以可編程控制器SIMATIC S7-200為核心的回轉(zhuǎn)裝配工裝系統(tǒng)。該工裝控制系統(tǒng)集檢測、控制、通訊、氣動(dòng)技術(shù)為一體，采用氣動(dòng)夾緊裝置對(duì)飛機(jī)壁板進(jìn)行定位夾緊，能實(shí)現(xiàn)對(duì)工裝旋轉(zhuǎn)定位的自動(dòng)控制。

1 回轉(zhuǎn)裝配工裝系統(tǒng)組成

回轉(zhuǎn)裝配工裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括回轉(zhuǎn)工裝骨架、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、三根定位立柱、半圓形導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。在飛機(jī)裝配過程中，回轉(zhuǎn)裝配工裝配合自動(dòng)制孔設(shè)備完成對(duì)飛機(jī)壁板的自動(dòng)制孔加工，自動(dòng)制孔設(shè)備用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配中機(jī)翼蒙皮的制孔，采用五坐標(biāo)立柱形式，它由支撐移動(dòng)定位平臺(tái)和多功能末端執(zhí)行器組成，自動(dòng)制孔設(shè)備可沿X向移動(dòng)。工作中將待制孔的飛機(jī)壁板工件放在回轉(zhuǎn)裝配工裝上，回轉(zhuǎn)裝配工裝系統(tǒng)根據(jù)工藝要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)和位置控制，以便自動(dòng)制孔設(shè)備對(duì)工件進(jìn)行精準(zhǔn)雙面加工。

2 自動(dòng)工裝系統(tǒng)的工藝過程分析

回轉(zhuǎn)裝配工裝配合自動(dòng)制孔設(shè)備完成對(duì)飛機(jī)壁板的雙面加工，根據(jù)實(shí)際工況需定義三個(gè)關(guān)鍵工位，一工位、二工位、三工位。由三根立柱作為工位基準(zhǔn)，每個(gè)立柱上有電磁閥控制氣路通斷，從而控制定位夾緊裝置的夾緊和松開，工裝在三個(gè)工位配合自動(dòng)制孔設(shè)備完成對(duì)飛機(jī)壁板的制孔。

回轉(zhuǎn)裝配工裝處于一工位，工裝框架與自動(dòng)制孔設(shè)備X軸正方向成90度角，進(jìn)行工件上架、安裝上下翼面裝配緊固件等工作，主要利用回轉(zhuǎn)裝配工裝骨架上滿足飛機(jī)壁板尺寸的裝卡夾具固定工件，同時(shí)利用五個(gè)氣缸進(jìn)一步固定工件。

回轉(zhuǎn)裝配工裝處于二工位，工裝框架與設(shè)備X軸正方向成0度角，對(duì)工件進(jìn)行正面制孔及補(bǔ)充制孔工作?；剞D(zhuǎn)工裝處于三工位，工裝框架與設(shè)備X軸正方向成180度角，對(duì)工件進(jìn)行反面制孔及補(bǔ)充制孔工作。在三工位完成工件反面制孔工作后，自動(dòng)制孔設(shè)備自動(dòng)退回原始位置，同時(shí)自動(dòng)設(shè)備給工裝系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)絡(luò)信號(hào)，回轉(zhuǎn)裝配工裝由三工位旋轉(zhuǎn)到一工位，此時(shí)定位夾和定位銷將工裝夾緊，五個(gè)氣缸松開，該工位完成分解工藝緊固件、產(chǎn)品下架等工作，最終完成對(duì)工件的雙面制孔。

3 控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)及開發(fā)

回轉(zhuǎn)裝配工裝控制系統(tǒng)遵循電氣控制系統(tǒng)的基本原則，保證系統(tǒng)具有先進(jìn)性，實(shí)時(shí)性，安全性，經(jīng)濟(jì)型，易維護(hù)性[1]。該控制系統(tǒng)以西門子S7-200可編程邏輯控制器為核心，接收現(xiàn)場的光電開關(guān)感應(yīng)信號(hào)，控制面板上的按鈕操作信號(hào)，還有來自自動(dòng)制孔設(shè)備的遠(yuǎn)程聯(lián)絡(luò)通訊信號(hào)，同時(shí)對(duì)檢測接收到的各種信號(hào)通過程序邏輯處理之后對(duì)現(xiàn)場氣動(dòng)裝置、電機(jī)器件等實(shí)施控制，而且系統(tǒng)具有指示燈輸出及其故障的聲光報(bào)警功能。

3.1 控制系統(tǒng)硬件選型

結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)回轉(zhuǎn)裝配工裝中的被控對(duì)象進(jìn)行分析，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，該控制系統(tǒng)共計(jì)51個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和共計(jì)39個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，留有10%余量。該控制系統(tǒng)采用了S7 CN系列的CPU226主機(jī)，擴(kuò)展兩個(gè)數(shù)字輸入輸出模塊EM223和EM221，完成數(shù)據(jù)采集，及對(duì)電磁閥和電機(jī)的控制，滿足了回轉(zhuǎn)裝配工裝控制系統(tǒng)的要求。

對(duì)PLC數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)，以及外部24V直流供電器件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算了消耗總電流大小，CPU226自身帶的24V電源不能滿足該電路的需要，所以再選擇一個(gè)穩(wěn)定輸出的24V，3A直流電源模塊，為輸入輸出模塊及24V直流供電器件提供工作電源。

對(duì)系統(tǒng)的控制回路以及動(dòng)力回路，設(shè)有保護(hù)措施，采用具有“組合功能”的模式，使用空氣開關(guān)、斷路器、接觸器、熱繼電器等，組成不同功能的回路，完成該系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)、可編程邏輯控制器、電磁閥等主要器件的保護(hù)功能。

3.2 軟件設(shè)計(jì)及開發(fā)

軟件采用西門子公司的STEP7-Micro/win32標(biāo)準(zhǔn)工具編程軟件，應(yīng)用該軟件確定I/O端子地址分配。系統(tǒng)的控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，通過檢測判定程序使得各個(gè)模塊之間既相互獨(dú)立又有內(nèi)在聯(lián)系。該回轉(zhuǎn)裝配工裝實(shí)現(xiàn)制孔設(shè)備和工裝設(shè)備獨(dú)立控制，工裝設(shè)備控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)工裝手動(dòng)、自動(dòng)操作，同時(shí)設(shè)有保護(hù)、故障報(bào)警指示等功能。

4 結(jié)論

本文介紹了基于PLC控制的回轉(zhuǎn)裝配工裝的設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)闡述了回轉(zhuǎn)裝配工裝的整體設(shè)計(jì)方案、主要工藝過程設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)硬件選型和軟件編程。實(shí)踐應(yīng)用證明，采用該回轉(zhuǎn)裝配工裝配合自動(dòng)制孔設(shè)備對(duì)飛機(jī)壁板進(jìn)行制孔加工，縮短了自動(dòng)制孔的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了整個(gè)過程的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]SIEMENS SIMATIC.S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊[Z].2004.

[2]吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.