張秋容，黃文漢，吳卓庚

（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.深圳市艾特自動化有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

某眼鏡制造企業(yè)擁有多臺XMH-PLJ／3拼接機(jī)，該拼接機(jī)的主要功能是拼接眼鏡架葉子料或樁頭料，無需拼料水及其輔料，可直接拼接。目前，在整個拼接過程中上下料工序仍需要人工手動將塑料眼鏡框放在設(shè)備中，然后再將鼻梁架放在塑料眼鏡框上面，并調(diào)整好鼻梁架相對于眼鏡框的位置；物料放置好后，啟動拼接機(jī)壓緊并拼接眼鏡框和鼻梁架；拼接完成后，人工再把成品物料拿出來。針對此工序存在噪聲大、操作危險、效率低下等問題，本文提出對XMH-PLJ／3拼接機(jī)上下料工序進(jìn)行自動化升級改造，主要根據(jù)XMH-PLJ／3拼接機(jī)的現(xiàn)有工作條件，如拼接機(jī)工作流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)特征等，制定了上下料自動化裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，再結(jié)合氣壓傳統(tǒng)系統(tǒng)，通過PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，實現(xiàn)上下料過程的無人化操作，提升了XMH-PLJ／3拼接機(jī)的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，減少了工人操作的危險程度。

1 XMH-PLJ／3拼接機(jī)自動上下料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)

1.1 自動上下料裝置整體機(jī)械結(jié)構(gòu)

XMH-PLJ／3拼接機(jī)自動上下料裝置主要由機(jī)械手、直線導(dǎo)軌、物料槽升降機(jī)構(gòu)和物料定位機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示。自動上下料裝置有兩個物料槽升降機(jī)構(gòu)，一個是眼鏡框物料槽升降機(jī)構(gòu)，另一個是鼻梁架物料槽升降機(jī)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)會把兩種物料提升到機(jī)械手指定吸取的位置，機(jī)械手先來到眼鏡框物料的工位上，其Y軸下降，吸盤吸起物料，然后通過直線導(dǎo)軌移動到拼接機(jī)上，放下物料，再重復(fù)類似動作，吸起鼻梁架物料放在眼鏡框物料上。在物料被吸走后，物料槽升降機(jī)構(gòu)會向上爬升一個物料的高度，將下一個循環(huán)需要的物料放到相應(yīng)位置。當(dāng)眼鏡框和鼻梁架上下擺放好后，定位機(jī)構(gòu)會通過帶定位塊的氣動機(jī)構(gòu)固定住眼鏡框物料，并把鼻梁架對中移動到眼鏡框上的相應(yīng)位置，等待拼接機(jī)加工完成。最后再由機(jī)械手把成品物料吸起并放在成品物料槽里。

圖1 XMH-PLJ／3拼接機(jī)自動上下料裝置整體機(jī)械結(jié)構(gòu)

1.2 機(jī)械手機(jī)構(gòu)

本機(jī)械手機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)三軸運(yùn)動，由電機(jī)1帶動滾珠絲杠光軸5和X軸導(dǎo)向桿4組成X軸軸向運(yùn)動，Y軸和Z軸的軸向運(yùn)動由氣缸帶動，三根軸配合真空發(fā)生器3及兩個吸盤6組成機(jī)械手，如圖2所示。

圖2 機(jī)械手機(jī)構(gòu)

1.3 物料槽升降機(jī)構(gòu)

本裝置的物料槽分為眼鏡框物料槽和鼻梁架物料槽，兩個物料槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計相同，物料槽的材料采用抗沖擊力強(qiáng)、可塑性高、質(zhì)輕的亞克力板。物料槽的升降機(jī)構(gòu)采用T8型絲杠，配合電機(jī)傳動，由鋁型材固定，如圖3所示。當(dāng)最上層無物料時，升降電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動絲杠運(yùn)動上升一個物料的高度，使得眼鏡框物料、鼻梁架物料到達(dá)機(jī)械手指定吸取位置，便于機(jī)械手上的吸盤成功取料。

圖3 物料槽升降機(jī)構(gòu)

1.4 斜料定位機(jī)構(gòu)

斜料定位機(jī)構(gòu)主要完成鼻梁架在眼鏡框上位置的定位與固定。機(jī)械手將眼鏡框物料放置于如圖4所示的物料放置區(qū)，放置區(qū)設(shè)計有淺凹槽結(jié)構(gòu)，防止眼鏡框物料滑動，定位夾具機(jī)構(gòu)的氣缸推出，使定位夾具頂尖剛好卡在眼鏡框物料的中心定位槽，從而完成眼鏡框的定位及固定。接著機(jī)械手運(yùn)取鼻梁架物料并放置在眼鏡框物料上，放置的位置需要大于定位夾具的寬度，此寬度已由兩個吸盤間的距離決定。放置好鼻梁架后，左右兩邊帶斜塊的定位氣缸實現(xiàn)同步運(yùn)動，將鼻梁架推動并靠緊定位夾具兩邊的斜邊，完成鼻梁架相對于眼鏡框的自動定位及固定。

2 自動上下料裝置控制系統(tǒng)

自動上下料裝置的控制系統(tǒng)包括電氣控制系統(tǒng)和氣動控制系統(tǒng)兩部分。自動上下料裝置的運(yùn)動軸和氣缸按照預(yù)定的程序順序動作，具有運(yùn)行效率高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好等特點。

2.1 電氣控制系統(tǒng)

圖5為電氣控制系統(tǒng)原理圖，主要由電機(jī)控制、電磁線圈控制兩部分組成。因西門子PLC為高電平輸入高電平輸出，故輸入與輸出的公共端都與0V電相接；步進(jìn)驅(qū)動采用共陰極接法，因驅(qū)動器脈沖輸入口PUL＋和方向信號輸入口所需電壓為5V，而開關(guān)電源提供的電源為24V，故在每個驅(qū)動器的DIR＋與PLC對接的信號線中串聯(lián)一個2kΩ的電阻；氣缸電磁閥線圈的信號線與PLC的輸出信號模塊連接，其電源線與0V相接；電磁傳感器均采用三線制，兩根電源線分別與24V和0V相接，另一個信號線則與PLC的輸入信號模塊相接。電氣控制系統(tǒng)控制流程如圖6所示，I／O地址分配如表1所示。

圖5 電氣控制系統(tǒng)原理圖

2.2 氣動控制系統(tǒng)

圖7 為氣動控制系統(tǒng)原理圖。當(dāng)氣缸所對應(yīng)的電磁閥通過PLC控制得電或斷電時，可實現(xiàn)氣缸所帶工作機(jī)構(gòu)的直線往復(fù)運(yùn)動。而吸盤則是利用真空發(fā)生器將正壓氣轉(zhuǎn)為負(fù)壓氣來達(dá)到吸取物料的目的。

3 結(jié)語

圖6 電氣控制系統(tǒng)控制流程

根據(jù)拼接機(jī)工作特點，設(shè)計制造了采用多種傳動技術(shù)的自動上下料裝置，且采用西門子PLC做主控制器，實現(xiàn)了拼接工序的自動化升級改造。

表1 控制系統(tǒng)I／O分配

圖7 氣動控制系統(tǒng)原理圖