莫偉強，文 豪，劉 娜

(北京理工大學珠海學院 工業(yè)自動化學院，廣東 珠海 519088)

0 引言

零件在裝配之前，表面會因制造裝備潤滑油及油氣蒸發(fā)而積留一層油垢，且油脂中混著切削屑、灰塵等，這些污物過多時，如果不及時清理，裝配之后將會影響到設(shè)備的整體性能，如油耗增加、機溫升高、破壞零部件正常的配合間隙、加速零件磨損和腐蝕，甚至引發(fā)一些故障，因此必須對污物進行及時清除。

裝配零件大部分為非標準件，外形不規(guī)則[1]，目前生產(chǎn)中多使用人工清洗，生產(chǎn)效率不高，且由于零件的外形多樣，人工清洗的效果并不理想。針對某種零件設(shè)計清洗工藝和清洗設(shè)備雖然可行，但對于其他同類型零件不具備通用性，也會提高生產(chǎn)成本。因此，需要設(shè)計一款自動化設(shè)備，用于清洗不規(guī)則零件，以提高生產(chǎn)效率和清洗效果。為此，本文設(shè)計了一款基于PLC的不規(guī)則零件清洗設(shè)備。

1 不規(guī)則零件清洗工序設(shè)計

不規(guī)則零件的外形多種多樣，如圖1所示。選用清洗介質(zhì)為碳氫溶劑，同時介質(zhì)中添加防銹劑等化學物質(zhì)，清洗效果更佳且可滿足防銹的要求。針對不規(guī)則零件的特點，設(shè)計的具體清洗工序如下：

(1) 待清洗的零件通過相應(yīng)的夾具夾緊后，固定于清洗籃中；設(shè)置清洗液溫度和清洗時間。

(2) 啟動清洗籃旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件后，清洗籃旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件帶動清洗籃在清洗箱內(nèi)做圓周運動，固定在清洗籃內(nèi)的零件也隨著清洗籃的旋轉(zhuǎn)做圓周運動；同時，上噴管和下噴管分別通過相應(yīng)的噴頭向零件噴灑清洗液。

(3) 零件清洗完成后，清洗液從過濾層排出；同時，在清洗籃自身的旋轉(zhuǎn)和清洗液的余溫作用下，零件被自動干燥，整個清洗過程結(jié)束。

2 清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計

清洗設(shè)備可分為整機結(jié)構(gòu)、清洗系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其組成框圖如圖2所示。

圖2 清洗設(shè)備組成框圖

整機結(jié)構(gòu)由上箱體和下箱體組成,上箱體為機蓋并在機蓋中布置通電線路；下箱體為清洗結(jié)構(gòu)，包括噴水管、排風口、儲液池和清洗籃，其裝配示意圖如圖3所示。

圖3 設(shè)備下箱體裝配圖

清洗系統(tǒng)由動力裝置和噴射裝置組成，動力裝置提供高壓清洗液，經(jīng)噴射裝置連接至噴水管，噴射清洗零件。

控制系統(tǒng)實現(xiàn)清洗過程的控制[2]。開始清洗時，先將不規(guī)則零件放置在清洗籃并用夾具固定；清洗籃做360°圓周運動，其上方和下方均布置噴水管對工件進行高壓清洗，由于清洗籃是旋轉(zhuǎn)的，上、下噴水管可覆蓋零件，保證工件的各部分被充分清洗，包括將死角的污漬清洗干凈；噴射清洗完成后，清洗液在儲液池收集，同時排風口輸出熱風，將零件充分烘干，達到防止生銹的效果。此方法安全可靠，整個清洗過程可高效率全自動完成[3]。

清洗籃是放置工件組的承載托盤，由Φ1.5 mm鋼絲焊成的25 mm×25 mm網(wǎng)格構(gòu)成。清洗過程中清洗籃的轉(zhuǎn)動是由齒條傳動裝置帶動支撐滾輪滑盤實現(xiàn)，齒條傳動裝置由減速器輸出軸上組件和清洗籃上的齒條組成。

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計

為了滿足被控對象的控制要求，提高清洗效率和自動化程度，控制系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下幾點[4]：

(1) 最大限度地滿足被控對象的控制要求，根據(jù)清洗設(shè)備的工藝流程分析控制要求和控制任務(wù)。

(2) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、實用及維修方便。

(3) 保證控制系統(tǒng)安全、可靠和穩(wěn)定。

(4) 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC(可編程邏輯控制器)容量時，應(yīng)該適當留有余地。

3.1 控制系統(tǒng)組成

整個清洗設(shè)備控制系統(tǒng)的對象主要包括高壓水射流、加熱器、傳動電機、液壓泵、液位控制系統(tǒng)以及狀態(tài)監(jiān)控與參數(shù)調(diào)整等[5-6]。調(diào)整的主要參數(shù)為清洗時間的設(shè)置、清洗液溫度的設(shè)置以及清洗液液位監(jiān)控等[7-8]。控制系統(tǒng)組成框圖如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.2 PLC程序設(shè)計

整個清洗過程如下：

(1) 工件裝夾于專用夾具上，連同夾具一并固定在清洗籃內(nèi)。

(2) 設(shè)置清洗時間(0 min～10 min)和清洗液溫度(0 ℃～80 ℃)，按下啟動按鈕清洗過程開始。

(3) 電機帶動清洗籃做圓周運動，固定在清洗籃內(nèi)的零件隨著清洗籃做圓周運動，同時上、下噴頭在泵作用下噴出高溫、高壓液體。

(4) 當設(shè)定時間達到后，清洗過程結(jié)束，在清洗籃自身旋轉(zhuǎn)和清洗液余溫作用下零件被自動干燥。

(5) 移出裝有工件的夾具，整個過程結(jié)束。

PLC程序控制流程如圖5所示。

圖5 PLC程序控制流程

4 結(jié)束語

本文研究的不規(guī)則零件清洗設(shè)備來源于實際的工程項目，主要解決了零件加工過程中的清洗問題。以PLC控制的全自動清洗設(shè)備有效改善了零件加工行業(yè)工人的工作環(huán)境，提高了零件清洗的質(zhì)量和效率，降低了清洗成本。