中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司 鄭攀 胡進(jìn) 劉超吾 薛魁
異形精密零件中的多余物是造成事故的主要原因,將零件沖洗干凈,可極大減小故障率。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腔體異形的零件,簡(jiǎn)單沖洗往往不能滿足要求。本文研制的設(shè)備從沖洗液壓力、受沖面、附著式振動(dòng)三個(gè)方面同時(shí)增強(qiáng)沖洗效果,采用觸摸屏作為信號(hào)輸入端,通過(guò)西門子PLC 中的LAD 編程實(shí)現(xiàn)對(duì)零件翻轉(zhuǎn)的角度和沖洗部位、沖洗時(shí)間的控制,可實(shí)現(xiàn)零件二維翻轉(zhuǎn)附著振動(dòng)沖洗的全部過(guò)程,能有效去除該機(jī)匣內(nèi)各腔、管道及零件表面殘留的多余物,如機(jī)匣內(nèi)殘留的鐵屑、焊渣、雜質(zhì)、灰塵、微銹等。
振動(dòng)翻轉(zhuǎn)沖洗機(jī)的設(shè)計(jì)理念為:(1)附著振動(dòng)是指在零件底部安裝臺(tái)架附著安裝一臺(tái)小電機(jī)在沖洗過(guò)程中不斷振動(dòng)零件,加速多余物與零件的脫離。(2)二維翻轉(zhuǎn)是指水平面內(nèi)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)人工推轉(zhuǎn),垂直面內(nèi)用伺服電機(jī)帶動(dòng)零件翻轉(zhuǎn)。(3)自動(dòng)沖洗是指沖洗過(guò)程步驟繁復(fù),要實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)。(4)HMI(Human Machine Interface)人機(jī)界面是指采用觸摸屏作為信號(hào)輸入端如圖1 振動(dòng)翻轉(zhuǎn)沖洗機(jī)模型所示機(jī)架整體式焊接結(jié)構(gòu),分為上下兩個(gè)主要組成部分,上面部分為沖洗倉(cāng),下面部分為附件安裝位置。沖洗倉(cāng)為密閉式結(jié)構(gòu),沖洗倉(cāng)門為左右平推式。油箱位于沖洗機(jī)機(jī)架右側(cè)面。在油箱前半部,與沖洗倉(cāng)連接處的接油口下面,設(shè)置了檢查濾網(wǎng)。通過(guò)檢查濾網(wǎng)中是否有雜質(zhì)顆粒來(lái)判斷機(jī)匣零件是否沖洗干凈。
圖1 振動(dòng)翻轉(zhuǎn)沖洗機(jī)模型圖
如圖2 振動(dòng)翻轉(zhuǎn)沖洗機(jī)機(jī)械管路圖所示,油泵電機(jī)啟動(dòng)沖洗液流經(jīng)溢流閥。沖洗液壓力的范圍調(diào)節(jié)是通過(guò)溢流閥實(shí)現(xiàn)的,即調(diào)整至所需壓力值附近;精準(zhǔn)調(diào)節(jié)是通過(guò)改變電動(dòng)比例閥的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)的,即調(diào)整至所需壓力值。開(kāi)啟附著在零件上的振動(dòng)電機(jī),并且可以通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率。表面電磁閥打開(kāi)沖洗液對(duì)零件進(jìn)行表面沖洗。表面沖洗結(jié)束后,進(jìn)行內(nèi)腔沖洗。內(nèi)腔共有 6 個(gè)支板分成三組(圖中 1,2 支、板;6,7 支板;M,N 支板),每次沖洗一組。按照1,2 支板→6,7 支板→M,N 支板的順序進(jìn)行沖洗。每次沖洗一組時(shí),其他兩組的管路電磁閥關(guān)閉。完成內(nèi)腔沖洗后進(jìn)行空氣吹掃余液。不同的內(nèi)腔沖洗時(shí)要求零件處在不同的角度。沖洗過(guò)程中伺服電機(jī)緩慢翻轉(zhuǎn)零件至所要求的角度。
圖2 振動(dòng)翻轉(zhuǎn)沖洗機(jī)機(jī)械管路示意圖
如圖3 所示電氣控制系統(tǒng)原理圖,主要從以下4 個(gè)方面闡述整個(gè)控制系統(tǒng)。
PLC 的編程方法程序可以采用梯形圖、語(yǔ)句表、程序塊等形式表示。采用梯形圖形式進(jìn)行編程[2]。程序在軟件STEP7-Micro/WIN32 中編制調(diào)試,通過(guò) PC/PPI 電纜傳輸?shù)?PLC 中。PLC 控制程序有主程序,數(shù)據(jù)讀取子程序,自動(dòng)分步?jīng)_洗子程序,手動(dòng)模式子程序。(1)主程序:主要負(fù)責(zé)對(duì)各功能塊的調(diào)用及對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的初始化,算法子程序是對(duì)數(shù)字量和模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理。(2)讀取子程序:比例調(diào)節(jié)閥控制器將閥門開(kāi)度轉(zhuǎn)換為4-20mA 的信號(hào),通過(guò)模擬量輸入模塊的AIW0 存入VD0 的寄存器,可實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏上。壓力溫度等物理量信號(hào)均采用此種方式進(jìn)行采集。(3)自動(dòng)分步?jīng)_洗子程序:零件分為表面內(nèi)腔的沖洗,且不同內(nèi)腔零件需旋轉(zhuǎn)到不同的角度提升沖洗效果。(4)手動(dòng)模式選擇:手動(dòng)模式是指操作者可以通過(guò)點(diǎn)擊觸摸屏的開(kāi)關(guān)控制各個(gè)電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉,主要用于初期調(diào)試和后期修理維護(hù)。
在觸摸屏控制頁(yè)面上,可以通過(guò)點(diǎn)擊觸摸屏的開(kāi)關(guān)控制各個(gè)電機(jī)電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉,對(duì)主油泵電機(jī)、油霧分離器電機(jī)、冷卻油泵電機(jī)、冷卻風(fēng)扇電機(jī)、振動(dòng)電機(jī)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的油溫大于設(shè)定溫度時(shí),冷卻油泵電機(jī)與冷卻風(fēng)扇電機(jī)會(huì)自動(dòng)起動(dòng)。振動(dòng)電機(jī)帶變頻器,可以手動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,從而調(diào)整振動(dòng)頻率。主油泵電機(jī)功率較大,采用軟起動(dòng)器起動(dòng)。
交流伺服控制系統(tǒng)是控制零件180°的翻轉(zhuǎn),翻轉(zhuǎn)速度可控制在3r/min~20r/min,且能無(wú)級(jí)調(diào)速;按照零件沖洗工藝要求,精確控制翻轉(zhuǎn)角度,可鎖定在任一角度。交流伺服控制系統(tǒng)主要由Kinco(步科)交流伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)編碼器、限位開(kāi)關(guān)、抱閘裝置等組成。通過(guò)外置的旋轉(zhuǎn)編碼器可手動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī),而通過(guò)PLC 可以按工藝要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)可確定原點(diǎn)位置及限制機(jī)匣翻轉(zhuǎn)的位置。伺服電機(jī)抱閘裝置可在電機(jī)停止?fàn)顟B(tài)下鎖定機(jī)匣的位置。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器各參數(shù)及控制規(guī)律由專用軟件設(shè)定。PLC 輸出信號(hào)或復(fù)位信號(hào)給伺服系統(tǒng),使伺服系統(tǒng)做好準(zhǔn)備動(dòng)作;PLC 輸出±10V 的模擬信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器,可以控制伺服電機(jī)的運(yùn)行。
圖3 振動(dòng)翻轉(zhuǎn)沖洗機(jī)電氣原理圖
基于EBpro 編程軟件,使用威綸通觸摸屏編制人機(jī)控制界面。圖4 為歡迎頁(yè)面,圖5 為自動(dòng)沖洗1 控制頁(yè)面。圖6 為交流系統(tǒng)控制頁(yè)面,圖7 為手動(dòng)控制頁(yè)面。由于自動(dòng)沖洗過(guò)程都是一鍵全自動(dòng)沖洗,在控制頁(yè)面上并無(wú)很大區(qū)別,表面加內(nèi)腔4 個(gè)部位9 個(gè)角度的沖洗流程,編制順序功能圖,通過(guò)PLC 的LAD 編程實(shí)現(xiàn)了一鍵沖洗。沖洗開(kāi)始后,不需要人工干預(yù)直至沖洗完成。實(shí)現(xiàn)了沖洗流程的自動(dòng)循環(huán)。一鍵自動(dòng)沖洗減輕了操作者的負(fù)擔(dān),提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,但也降低了整個(gè)沖洗流程的可控性。增加暫停- 繼續(xù)功能,一方面保證了一鍵自動(dòng)化,另一方面兼顧了流程可控性。
圖4 歡迎頁(yè)面
圖5 自動(dòng)沖洗1 控制頁(yè)面
圖6 交流系統(tǒng)控制頁(yè)面
圖7 手動(dòng)沖洗控制頁(yè)面
沖洗時(shí)間可人工設(shè)定,提高設(shè)備交互性和功能性。在觸摸屏的操作頁(yè)面點(diǎn)擊輸入框即可輸入時(shí)間和沖洗循環(huán)次數(shù),為實(shí)際操作增加靈活性,也為今后在實(shí)際操作中摸索更為科學(xué)快捷的沖洗模式提供了便利。圖7 為手動(dòng)沖洗頁(yè)面,油泵啟動(dòng)沖洗液流動(dòng),電動(dòng)比例閥調(diào)節(jié)壓力,振動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟零件振動(dòng),沖洗液溫度過(guò)高開(kāi)啟冷卻泵和冷卻風(fēng)扇,油霧分離器開(kāi)啟抽風(fēng)。這些功能在圖5 交流控制系統(tǒng)頁(yè)面都有單獨(dú)的啟停按鈕控制。由機(jī)械油路原理圖可知,表面沖洗時(shí)打開(kāi)表面沖洗閥即可。內(nèi)腔沖洗時(shí)打開(kāi)內(nèi)腔沖洗閥加上該內(nèi)腔對(duì)應(yīng)的管路電磁閥,如沖洗M,N 支板打開(kāi)內(nèi)腔沖洗閥+M號(hào)支板閥+N 號(hào)支板閥,其余閥門關(guān)閉??諝獯祾邥r(shí)打開(kāi)內(nèi)腔氣路閥后,開(kāi)啟1,2,6,7,M,N 路支板閥壓縮空氣即可進(jìn)入內(nèi)腔吹洗余液。
圖8 數(shù)據(jù)采集頁(yè)面
由工控機(jī)、PLC 的模擬量輸入模塊、熱電阻輸入模塊、PPI 通信電纜等組成。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集由PLC 的兩塊模擬量輸入模塊EM231 和一塊熱電阻輸入模塊EM231RTD 完成,參數(shù)經(jīng)過(guò)PLC的轉(zhuǎn)化運(yùn)算,提供給數(shù)采系統(tǒng)軟件。數(shù)采系統(tǒng)底層軟件是基于組態(tài)王軟件自主研發(fā)編制專用數(shù)據(jù)采集軟件,打印報(bào)表輸出沖洗步驟和壓力曲線。沖洗流程結(jié)束后,可自動(dòng)打印沖洗過(guò)程中壓力隨時(shí)間的變化曲線,為事后過(guò)程檢驗(yàn)和質(zhì)量控制提供文件資料。(如圖8 所示)。
振動(dòng)翻轉(zhuǎn)沖洗機(jī)的研制基本實(shí)現(xiàn)當(dāng)初的設(shè)計(jì)理念:附著振動(dòng)+二維翻轉(zhuǎn),自動(dòng)沖洗+HMI。振動(dòng)翻轉(zhuǎn)沖洗機(jī)外形設(shè)計(jì)美觀,布局合理,功能強(qiáng)大,堅(jiān)固耐用。滿足工藝要求,自動(dòng)化程度高,科技含量高。較之普通沖洗機(jī),在自動(dòng)化程度、功能擴(kuò)展、操作人性化等方面都做出很大改進(jìn),也取得了顯著成效。