劉涵茜

(蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215123)

0 引言

由于人工勞動力短缺問題日益明顯，因此開發(fā)接線端子全自動組裝機(jī)已經(jīng)成為小型外加工服務(wù)商的迫切需求。雖然接線端子組裝機(jī)都是小批量定制化產(chǎn)品，但是隨著家電市場的持續(xù)繁榮，開發(fā)接線端子裝配機(jī)仍然存在很大的市場空間。目前市場上接線端子種類繁多，根據(jù)使用場合的不同，各個廠家要求不一樣，設(shè)計形狀也大不相同，難以標(biāo)準(zhǔn)化，因此市場上該類型的自動化設(shè)備都是小批量定制化生產(chǎn)。本文所設(shè)計的接線端子裝配機(jī)專用于格力電器的接線端子，該設(shè)備需具有以下幾個特點(diǎn)：①投入少，產(chǎn)量高，并且控制系統(tǒng)簡單，保護(hù)功能齊全；②大量采用標(biāo)準(zhǔn)件，保證設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定，并且后期的維護(hù)簡單快捷；③接線端子待裝配零部件較多，但要求設(shè)備裝配單元少，動作流程簡單。

1 接線端子裝配機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能

接線端子裝配機(jī)主要包括進(jìn)料單元、植入螺母單元、插入墊片單元、鎖螺絲單元、插定位銷單元和出料單元6個部分。單元加工順序由順時針方向依次裝配：進(jìn)料—植入螺母—插入墊片—擰螺絲—插定位銷—出料，每個零部件的供料都采用了振動盤排列。接線端子裝配機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 接線端子裝配機(jī)整體結(jié)構(gòu)

為提高加工效率，接線端子裝配機(jī)采用了六工位圓盤順序裝配，可以實(shí)現(xiàn)多工位同時動作、加工，如圖2所示。六工位圓盤單元通過PLC控制步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)時，考慮到該圓盤單元需要高度精準(zhǔn)定位，因此凸輪分割器分為兩個軸，一個軸由主軸電機(jī)帶動，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)；另一個軸用于高速計數(shù)，相當(dāng)于編碼器的功能。

1.1 植入螺母單元

螺母植入單元主要由旋轉(zhuǎn)氣缸、升降氣缸、真空吸頭和旋轉(zhuǎn)臂等部分組成，如圖3所示。當(dāng)光纖傳感器檢測到直線送料器最前端有工件時，振動盤停止振動，傳感器傳遞取料信號，這時根據(jù)前后光纖傳感器來判斷旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)如何動作，要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是使前真空吸頭有工件，后真空吸頭沒有工件。前真空吸頭用于放置工件到圓盤單元上，后真空吸頭用于抓取工件，當(dāng)升降氣缸執(zhí)行回縮到位時，兩邊的真空吸頭一個執(zhí)行吹氣，另一個執(zhí)行進(jìn)氣。通過旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)交替抓放工件，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。

1-圓盤；2-凸輪跟隨；3-凸輪隨動器；4-主軸電機(jī)及減速器；5-凸輪分割器；6-同步輪

1.2 插定位銷單元

圖4為插定位銷單元。定位銷由振動盤供料，當(dāng)插定位銷單元發(fā)出請求裝配信號，振動盤會通過氣管連接螺絲機(jī)夾嘴，通過氣吹的方式將定位銷送到螺絲機(jī)夾嘴處，此時送料氣缸執(zhí)行下壓，下壓元件在送料氣缸力的作用下會將螺絲機(jī)夾嘴張開，使定位銷進(jìn)入接線端子定位孔內(nèi)，當(dāng)送料氣缸到達(dá)限位處，氣缸進(jìn)入緩沖狀態(tài)，在壓縮彈簧的作用力下繼續(xù)緩慢下降，直到到達(dá)油液緩沖器最大壓縮行程，氣缸執(zhí)行服務(wù)動作，一個裝配工作周期完成。

1-密封圈槽；2-安裝快速接頭；3-旋轉(zhuǎn)氣缸；4-直線軸承；5-升降氣缸；6-圓柱導(dǎo)軌；7-真空吸頭；8-密封蓋板；9-旋轉(zhuǎn)臂

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制流程

首先將振動盤里加滿料，通電開機(jī)自動工作運(yùn)行；接著在人機(jī)界面上設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，查看觸摸屏是否有報警顯示，檢查指示燈是否運(yùn)行正常，如果一切準(zhǔn)備就緒，此時按下人機(jī)界面上的啟動按鈕，控制系統(tǒng)將會按照以下流程工作：首先從圓盤的振動盤進(jìn)料口抓取工件，放入圓盤工位1，然后發(fā)出進(jìn)料完成信號，凸輪分割器驅(qū)動圓盤旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度；這時工位1和工位2同時工作，工位1進(jìn)料、工位2向接線端子內(nèi)植入螺母，待兩個工位都發(fā)出完成信號時，凸輪分割器驅(qū)動圓盤旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度；這時工位1、工位2、工位3同時工作，工位1、2的動作與前面相同，工位3執(zhí)行向接線端子內(nèi)插入墊片的動作，待3個工位都發(fā)出完成信號時，凸輪分割器驅(qū)動圓盤旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度；這時工位1、工位2、工位3重復(fù)前面的動作，工位4執(zhí)行鎖螺絲的動作，待4個工位都發(fā)出完成信號時，凸輪分割器驅(qū)動圓盤旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度；這時工位1、工位2、工位3、工位4執(zhí)行前面相同的動作，工位5執(zhí)行插定位銷的動作流程，待5個工位都發(fā)出裝配完成信號時，凸輪分割器驅(qū)動圓盤旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度；這時一個裝配完成的接線端子將會在工位6出料口出料。按照這樣的順序流程循環(huán)連續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)多個工位同時進(jìn)行裝配的自動化批量生產(chǎn)任務(wù)。

1-螺絲機(jī)夾嘴；2-壓縮彈簧；3-下壓元件；4-送料氣缸；5-浮動接頭；6-直線導(dǎo)軌；7-油液緩沖器；8-導(dǎo)軌限位塊

2.2 系統(tǒng)互聯(lián)圖

通過分析控制流程可知接線端子裝配機(jī)的控制屬于順序控制，圓盤的旋轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電機(jī)及配套的驅(qū)動器控制；控制系統(tǒng)對信號的處理為數(shù)字量的處理和控制；通過人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、啟停控制及實(shí)時監(jiān)視等功能。針對上述要求，選用三菱晶體管輸出的FX3U系列PLC及昆侖通態(tài)的觸摸屏，PLC與觸摸屏之間通過232串口進(jìn)行通訊，其系統(tǒng)互聯(lián)圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)互連圖

2.3 PLC輸入/輸出信號接線

由于使用了步進(jìn)電機(jī)控制六工位圓盤，因此選用晶體管輸出的PLC。FX3U系列的PLC帶有3個高速脈沖口，PLC的輸出端Y0～Y7為步進(jìn)電機(jī)定位控制用，Y0～Y2為高速脈沖輸出口，Y3～Y7為方向信號。該系統(tǒng)設(shè)計電路中定義脈沖信號輸出為Y0，方向信號為Y3，脫機(jī)信號為Y4。此外Y10～Y37均為各單元?dú)飧纂姶砰y輸出信號，PLC的輸入信號主要來自于氣缸的磁感應(yīng)傳感器以及光纖傳感器信號。PLC I/O接線圖如圖6所示。

圖6 PLC I/O接線圖

由于本系統(tǒng)設(shè)計占用的I/O點(diǎn)很多，選型所采用的FX3U-80MT輸入輸出點(diǎn)不夠，后又根據(jù)需要進(jìn)行了I/O擴(kuò)展，選擇的擴(kuò)展模塊為FX2N-16ER。

2.4 觸摸屏設(shè)計

圖7為觸摸屏系統(tǒng)自動運(yùn)行界面，設(shè)置了4個指示燈顯示，分別為自動運(yùn)行、初始狀態(tài)、故障報警、原點(diǎn)位置，這樣能夠?qū)崟r監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，只有在4個指示燈均顯示正常的狀態(tài)下才能夠啟動或者保持運(yùn)行狀態(tài)；設(shè)置了3個按鈕，分別為啟動按鈕、停止按鈕和急停旋鈕；在觸摸屏的下方有5個功能界面按鈕，每個界面對應(yīng)不同的功能，可以實(shí)現(xiàn)任意切換。

圖7 自動運(yùn)行界面 圖8 報警顯示界面

圖8為系統(tǒng)報警顯示界面，滾動提示可以實(shí)時顯示當(dāng)前故障；窗口提示能記錄一段時間內(nèi)的所有報警，以表格的形式記錄，系統(tǒng)默認(rèn)報警信息保存時間為一周；報警提示類似于窗口提示，在提供信息的同時還可以提供聲音報警；在觸摸屏的下方有5個功能界面按鈕，每個界面對應(yīng)不同的功能，可以實(shí)現(xiàn)任意切換。

2.5 PLC編程

基于PLC控制的裝配系統(tǒng)采用了三菱GX Works2編程軟件編輯梯形圖程序，通過DZRN、DDRVA等定位指令完成步進(jìn)電機(jī)的回零控制及位置控制，如圖9、圖10所示 。通過子程序調(diào)用選擇各工位程序的運(yùn)行，縮短了程序掃描執(zhí)行的時間。

圖9 步進(jìn)電機(jī)原點(diǎn)回歸控制 圖10 步進(jìn)電機(jī)定位控制

3 結(jié)語

接線端子裝配設(shè)備采用了三菱PLC控制，與原來的繼電器電路控制系統(tǒng)相比，具有更大的靈活性和通用性；通過人機(jī)界面能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備的實(shí)時操作與監(jiān)控，更加方便快捷。此設(shè)備采用自動控制，不需要人員頻繁操作，降低了工作強(qiáng)度，節(jié)省了人力和成本。通過一段時間的試運(yùn)行，該設(shè)備能夠正常且穩(wěn)定運(yùn)行。