谷長峰，廖群英，陳向榮，張林鋒，張玲玲

（1.郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 郴州 423000；2.深圳前海斐銳思企業(yè)管理咨詢有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

生產(chǎn)過程的自動(dòng)化是企業(yè)提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的重要途徑。壓銷作業(yè)是自動(dòng)化設(shè)備中的齒輪軸部件裝配作業(yè)工序之一。目前，很多齒輪軸部件裝配用銷釘把齒輪固定在軸上的壓銷作業(yè)，還是采用人工把銷釘一個(gè)一個(gè)地放在壓銷頭上進(jìn)行[1]。這種裝配作業(yè)方式，一方面壓銷作業(yè)時(shí)比較耗時(shí)，壓銷效率較低；另一方面作業(yè)的安全性能、可靠性能差，裝配質(zhì)量得不到保證，嚴(yán)重影響了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。所以，目前的壓裝方式已無法適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備批量化制造的要求了[2]。市場上比較先進(jìn)的也有部分半自動(dòng)壓銷機(jī)或自動(dòng)送銷機(jī)構(gòu)的其他場景的應(yīng)用，但自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)的安全性、操作的方便性等問題有待進(jìn)一步提高。為研究開發(fā)設(shè)計(jì)高效、安全、可靠的一款自動(dòng)供銷壓銷機(jī)，達(dá)到從設(shè)計(jì)到研發(fā)試制，再到產(chǎn)品的調(diào)試改進(jìn)，到后期全面廣泛應(yīng)用的預(yù)期目標(biāo)，通過文獻(xiàn)研究法、調(diào)查研究法、實(shí)驗(yàn)研究法、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法等研究方法，在分析了自動(dòng)化設(shè)備中的齒輪軸部件裝配作業(yè)工序的齒輪軸部件定位銷的壓裝過程后，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)、氣壓、電氣控制和PLC相關(guān)理論，設(shè)計(jì)開發(fā)出了自動(dòng)供銷壓銷裝置。研究設(shè)計(jì)的自動(dòng)供銷壓銷機(jī)不僅能自動(dòng)壓銷，還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)供銷、壓銷的連續(xù)作業(yè)，且整個(gè)作業(yè)過程能自動(dòng)安全檢測。該自動(dòng)供銷壓銷機(jī)具有自動(dòng)化程度、安全性和生產(chǎn)效率更高，操作更簡單，具有很好的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 自動(dòng)供銷壓銷機(jī)的設(shè)計(jì)原理

圖1所示為自動(dòng)供銷壓銷機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。圖2所示為工作原理示意圖。操作自動(dòng)供銷壓銷機(jī)時(shí)，首先開啟自動(dòng)供銷裝置和自動(dòng)壓銷裝置電源，轉(zhuǎn)盤自動(dòng)找到原點(diǎn)位置；接通氣源調(diào)定壓力（氣壓0.5～0.6 MPa）后，打開電控箱上的電源開關(guān)和定時(shí)開關(guān)，設(shè)置好計(jì)數(shù)器和定時(shí)器，雙手同時(shí)按下左右兩個(gè)按鈕（SB1和SB2），讓轉(zhuǎn)動(dòng)盤空轉(zhuǎn)一圈（因初始狀態(tài)轉(zhuǎn)盤一側(cè)沒有銷釘）。然后將銷釘放入V型槽?內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪?轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)齒輪把銷釘帶入導(dǎo)向管?中，然后進(jìn)入傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤?的槽中，步進(jìn)電機(jī)?轉(zhuǎn)動(dòng)，把銷釘帶到壓銷頭的下面；調(diào)整支撐座位置，將部品(軸和齒輪）放入支撐座，按下壓銷開關(guān)⑩，沖壓頭自動(dòng)下降，壓銷頭把銷釘壓入⑧軸和齒輪中，到達(dá)設(shè)定的時(shí)間后，沖壓頭自動(dòng)上升，從而完成作業(yè)。

圖2 自動(dòng)供銷壓銷機(jī)工作原理示意圖

2 自動(dòng)供銷壓銷機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

自動(dòng)供銷壓銷機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成由自動(dòng)供銷裝置和自動(dòng)壓銷裝置兩大部分組成（如圖1所示），其主要結(jié)構(gòu)組成有：①氣缸裝置、②操作面板、③計(jì)數(shù)器、④時(shí)間制（保壓時(shí)間0-10"）、⑤定時(shí)開關(guān)、⑥電源開關(guān)、⑦壓銷頭、⑧軸、齒輪（工件）、⑨支撐座、⑩壓銷開關(guān)、?底座、?控制箱、?傳感器、?傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤、?導(dǎo)向管、?銷（工件）、?V型導(dǎo)向槽、?傳動(dòng)齒輪（帶步進(jìn)電機(jī)）、?傳感器、?步進(jìn)電機(jī)[3]。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容及對策（如圖2所示）。其中：V型導(dǎo)向槽用V型構(gòu)造是為了保證銷釘沒有橫向狀態(tài)的銷，并傾斜安裝依靠銷自身重力順暢滑行[12]；步進(jìn)電機(jī)裝上傳動(dòng)齒輪后防止銷產(chǎn)生堆積，并能通過齒輪推動(dòng)銷往前送進(jìn)[4]；利用PVC管從V型導(dǎo)向槽上接送銷釘，實(shí)現(xiàn)一個(gè)一個(gè)搬送，實(shí)現(xiàn)銷釘移動(dòng)的方向不會(huì)改變[5]；利用傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤一次旋轉(zhuǎn)180°實(shí)現(xiàn)銷釘縱向搬運(yùn)[1-6]。

3 自動(dòng)供銷壓銷機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣控制電路：自動(dòng)供銷壓銷機(jī)電氣電路（圖3～5），由控制電路圖、PLC控制程序（圖6）等組成[7-11]。自動(dòng)供銷壓銷機(jī)的電氣控制及PLC控制原理如下。

圖3 主控電路

圖4 控制電路

圖5 被控執(zhí)行電路

圖6 PLC程序梯圖

（1）自動(dòng)送銷控制：當(dāng)QA起動(dòng)開關(guān)按下，K1繼電器得電并自鎖，同時(shí)HG電源指示燈點(diǎn)亮，自動(dòng)供銷壓銷機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，當(dāng)按下SB1自動(dòng)送銷開關(guān)時(shí)，通過PLC程序控制，K4繼電器得電，控制送銷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與其同軸的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)（傳動(dòng)齒輪?），把銷釘往前送進(jìn)一個(gè)銷長距離，推動(dòng)前面的一個(gè)個(gè)銷釘進(jìn)入導(dǎo)銷管中，最終到達(dá)傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤。

（2）轉(zhuǎn)盤搬送控制：當(dāng)銷釘被送入轉(zhuǎn)盤?中后，通過SK1接近傳感器開關(guān)輸入控制信號(hào)，通過PLC程序控制，K3繼電器得電，定位電磁閥S1得電，使壓銷作業(yè)處于壓銷禁止，起到安全保護(hù)狀態(tài)，同時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)180°，將銷釘搬送到壓銷頭下面。傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)后，SK1接近傳感器信號(hào)發(fā)生變化，控制K2繼電器得電，BU警報(bào)器發(fā)出搬送完成信號(hào)提醒。

（3）壓銷頭壓銷控制：銷釘通過傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤送到壓銷頭下，并警報(bào)器發(fā)出信號(hào)后，當(dāng)雙手分別同時(shí)按壓銷操作開關(guān)SB3和壓銷操作開關(guān)SB4時(shí)，壓銷電磁閥S2得電，控制氣缸裝置動(dòng)作，通過PLC程序控制，壓銷頭進(jìn)行壓銷動(dòng)作，并按設(shè)定的時(shí)進(jìn)行保壓，通過計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)壓銷數(shù)量。

（4）安全保護(hù)控制：為了防止傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與壓銷頭發(fā)生碰撞，在電器及PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，在傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤未完成搬送時(shí)進(jìn)行了壓銷禁止；為了防止壓銷過程產(chǎn)生過載而造成設(shè)備損壞，在電器設(shè)計(jì)時(shí)，通過安全保護(hù)繼電器K5實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)作用；在操作上，為防止操作者在放置工件時(shí)存在的安全問題，安裝了兩個(gè)串聯(lián)的壓銷操作開關(guān)，使操作者必須在兩只手分別同時(shí)按下壓銷操作開關(guān)SB1和SB2時(shí)才能進(jìn)行壓銷動(dòng)作，以保證操作者的人身安全。

（5）自動(dòng)供銷壓銷機(jī)的PLC程序設(shè)計(jì)：自動(dòng)供銷壓銷機(jī)的工作是在可編控制器的控制下完成工作，PLC控制程序設(shè)計(jì)（圖6）[8-9]。

4 測試驗(yàn)證與結(jié)果分析

為驗(yàn)證自動(dòng)供銷壓銷機(jī)的各方面功能及設(shè)計(jì)要求，自動(dòng)供銷壓銷機(jī)已經(jīng)從設(shè)計(jì)到研發(fā)試制，再到產(chǎn)品的調(diào)試改進(jìn)，最后到生產(chǎn)的運(yùn)用，采用了在實(shí)際生產(chǎn)條件下通過試生產(chǎn)的方式對自動(dòng)供銷壓銷機(jī)生產(chǎn)性測試驗(yàn)證。整個(gè)測試過程從功能測試、可靠性測試、安全性測試、易用性測試等方面進(jìn)行了充分的測試分析，結(jié)果如表1所示[10]。

表1 自動(dòng)供銷壓銷機(jī)測試驗(yàn)證結(jié)果表

自動(dòng)供銷壓銷機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)銷釘自動(dòng)供給與自動(dòng)壓銷相協(xié)調(diào)配合動(dòng)作，完成零件與零件的連接與定位的機(jī)械設(shè)備。自動(dòng)供銷壓銷機(jī)技術(shù)層面分析，解決了幾個(gè)方面的技術(shù)難題：（1）實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)供銷、壓銷的連續(xù)作業(yè)，整個(gè)銷釘?shù)淖詣?dòng)供銷與壓銷動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合動(dòng)作，且整個(gè)作業(yè)過程能自動(dòng)安全檢測；（2）供銷過程保證銷釘一個(gè)個(gè)正確方向的送進(jìn)，而不產(chǎn)生堆集；（3）沖壓過程實(shí)現(xiàn)銷釘壓銷工位，連續(xù)轉(zhuǎn)換，保證工作的連續(xù)；（4）通過導(dǎo)向追加策略，解決了沖壓過程的銷釘容易沖飛現(xiàn)象。測試驗(yàn)證結(jié)果的研究與分析，證實(shí)自動(dòng)供銷壓銷機(jī)具有較好的品質(zhì)，能夠在一定程度上替代同類產(chǎn)品，并通過實(shí)際測試驗(yàn)證了自動(dòng)供銷壓銷機(jī)其智能化程度高，與同類產(chǎn)品比較明顯提高了機(jī)構(gòu)裝配效率30%以上，且安全性、可靠性很高。

5 結(jié)束語

此研究通過對自動(dòng)化設(shè)備中的齒輪軸部件裝配壓銷工作過程的分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)出了自動(dòng)供銷壓銷機(jī)，改變了現(xiàn)有的齒輪軸部件裝配用銷釘把齒輪固定在軸上的壓銷作業(yè)——采用人工把銷釘一個(gè)一個(gè)地放在壓銷頭上進(jìn)行的壓銷裝配作業(yè)工序。本文研究設(shè)計(jì)開發(fā)的自動(dòng)供銷壓銷機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)供銷、壓銷的連續(xù)作業(yè)，且整個(gè)作業(yè)過程能自動(dòng)安全檢測；與市場上其他場景應(yīng)用的供銷或壓銷機(jī)相比，具有自動(dòng)化程度、安全性和生產(chǎn)效率更高，操作更簡單等特點(diǎn)。自動(dòng)供銷壓銷機(jī)一方面提高了壓銷作業(yè)生產(chǎn)效率和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和產(chǎn)品生產(chǎn)成本；另一方面增強(qiáng)了操作安全性和可靠性，提高了作業(yè)中的自動(dòng)化水平。自動(dòng)供銷壓銷機(jī)已經(jīng)在工廠實(shí)際中使用，得到了廠家的認(rèn)可。