PC鈑金件自動碼料裝置的設(shè)計與研究

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 河源 517000）

目前很多廠對一些中、大型鈑金件在在沖壓成型后采用手工碼料的方式，這樣就要求每臺沖壓設(shè)備都配置一個人專門負(fù)責(zé)碼料。由于沖壓件帶有毛刺，手工碼料容易導(dǎo)致手被毛刺刺傷或劃傷，同時勞動強度比較大。隨著工業(yè)4.0時代的到來，自動化技術(shù)在沖壓領(lǐng)域得以迅猛發(fā)展。

某公司生產(chǎn)PC鈑金件時采用人工取件、搬運、擺放，效率低，安全系數(shù)低，易出事故，隨著人力成本的上升及技術(shù)工人的缺乏，公司急需改變這種傳統(tǒng)的手工碼料。受該公司的委托研制出了一款由導(dǎo)料機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、托板碼料機構(gòu)組成，電機驅(qū)動，氣缸執(zhí)行，PLC控制的PC鈑金件自動碼料裝置，該裝置取代工人在沖壓落料工位上的重復(fù)、危險、生產(chǎn)節(jié)拍要求高的手工取件，減輕勞動強度，生產(chǎn)效率和安全性得以提高，穩(wěn)定性好。

1 PC鈑金件工藝分析

PC鈑金件如圖1所示，是此裝置的碼料對象，這是一款電腦PC外殼鈑金件沖孔落料后的產(chǎn)品,長430 mm至480 mm，寬420 mm至450mm，產(chǎn)品厚度為2.5 mm，有一則帶有10 mm的折邊，為了減輕主機重量，這款PC鈑金件使用的材質(zhì)為AL5025H32，屬于防銹鋁合金，強度中等，耐腐性能好，是款比較成熟穩(wěn)定的產(chǎn)品，生產(chǎn)量大，交貨期緊。

圖1 產(chǎn)品-PC鈑金件

2 PC鈑金件自動碼料裝置的總體設(shè)計

2.1 PC鈑金件自動碼料裝置的工藝流程設(shè)計

本裝置的工作任務(wù)替代人工取件、碼料兩個工序，將如圖1所示的PC鈑金件在沖孔落料后完成自動取件，自動碼料，根據(jù)工作任務(wù)設(shè)計工藝流程圖，如圖2所示。

圖2工藝流程圖

2.2 PC鈑金件自動碼料裝置的工作原理

根據(jù)上述設(shè)計工藝流程，設(shè)計PC鈑金件的自動碼料裝置示意圖如圖3所示，PC鈑金件自動碼料裝置的工作原理可以分四個工作步驟來說明：

步驟1：PC鈑金件沖壓成型后沿著滑槽滑入帶導(dǎo)板的導(dǎo)料槽1內(nèi)，在導(dǎo)板的作用下導(dǎo)正，然后伺服電機5控制夾緊機構(gòu)2將鈑金件3快速收入工位一6的托板上方，夾持機構(gòu)松開，產(chǎn)品自動落入托板，并利用三桿氣缸7定位，完成一個取料、碼料周期；

步驟2：伺服電機8控制由連桿11和搖桿12組成的雙搖桿擺動機構(gòu)下移一個工件高度位置，同時夾緊機構(gòu)退回最初位置，重新夾持下一個鈑金件[1]；

步驟3：重復(fù)步驟1、2，裝置連續(xù)工作，直至鈑金件在托板上堆滿位置，檢測信號發(fā)送主系統(tǒng)，沖床間歇暫停工作；

步驟4：主體氣缸7利用直線導(dǎo)軌12將工位二9的托板位置移至工作位置（工位一），叉車在工位1處取料，同時在工位二的位置重復(fù)1、2、3步驟，實現(xiàn)自動碼料，工作連續(xù)、周期進(jìn)行。

圖3 PC鈑金自動碼料裝置示意圖

3 PC鈑金件自動碼料裝置主要機構(gòu)設(shè)計

3.1 導(dǎo)料機構(gòu)設(shè)計

PC鈑金件的導(dǎo)料機構(gòu)的工作任務(wù)是將沖壓落料后的鈑金件按順序送至碼料機構(gòu)中托板的上方[2]。導(dǎo)料機構(gòu)如圖4所示，由T型導(dǎo)料槽、導(dǎo)板、支架等構(gòu)件組成。其工作原理：沖孔落料后的鈑金件落在導(dǎo)料槽內(nèi)，導(dǎo)料槽一側(cè)固定不動，另一側(cè)設(shè)計成活動的，由氣缸推動，寬度可以根據(jù)鈑金件的寬度自由調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)至合適寬度時氣缸退回，鈑金件在活動側(cè)導(dǎo)板的導(dǎo)正作用下有序的進(jìn)行送料，同時在導(dǎo)料槽的固定側(cè)邊設(shè)計了擋料銷，用來擋住未夾緊之前的鈑金件。

圖4導(dǎo)料機構(gòu)圖

3.2 夾緊機構(gòu)設(shè)計

夾持機構(gòu)的工作任務(wù)是將鈑金件夾緊，然后松開放入碼垛機構(gòu)中的托板上。如圖5所示，該夾緊機構(gòu)由氣爪、導(dǎo)軌、彈片等零部件組成。其工作原理：當(dāng)鈑金件到達(dá)擋料銷的位置時，傳感器發(fā)出感應(yīng)信號，活動側(cè)氣缸向左推進(jìn)，推動氣爪前進(jìn)，進(jìn)行夾緊動作，在電機的驅(qū)動下，運至工位1的上方，傳感器發(fā)出感應(yīng)信號，促使氣缸后退，氣爪松開，鈑金件放入工位1的托板上，此時完成碼料動作。

圖5夾緊機構(gòu)圖

3.3 自動碼料機構(gòu)設(shè)計

自動碼料機構(gòu)的工作任務(wù)是完成自動碼料和工位轉(zhuǎn)換。根據(jù)這個功能要求，設(shè)計的碼料機構(gòu)如圖6所示，其由氣缸、擋板、托板、支架、擺動機構(gòu)等構(gòu)件組成。其工作原理是：當(dāng)夾緊機構(gòu)松開氣爪，鈑金件自動掉入工位一的托板上，此時氣缸推進(jìn)，與兩側(cè)的擋板形成一個四邊形，對掉入的鈑金件進(jìn)行碼垛，當(dāng)鈑金件碰到擋板時，傳感器發(fā)出信號，氣缸后退，當(dāng)下一個鈑金件落入前，此時的電機驅(qū)動擺動機構(gòu)下移一個工件的高度，為后續(xù)的鈑金件碼垛提供所需空間，機構(gòu)依次重復(fù)上述動作，碼垛動作完成，當(dāng)鈑金件的碼垛數(shù)量達(dá)到預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)時，發(fā)出信號給夾緊機構(gòu)，夾緊機構(gòu)暫停工作，此時碼料機構(gòu)下的雙向氣缸驅(qū)動整個碼料機構(gòu)沿著導(dǎo)軌推進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)工位一的位置，限位開關(guān)發(fā)出信號，氣缸停止運動，同時夾緊機構(gòu)收到信號，松開氣爪，鈑金件落入工位2，工位轉(zhuǎn)換動作順利完成，工位一的垛料等著取走，上述動作重復(fù)、周期進(jìn)行，從而實現(xiàn)自動碼料功能。

圖6自動碼料機構(gòu)

3.4 PC鈑金件自動碼料裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)上述各機構(gòu)的設(shè)計與分析，PC鈑金件自動碼料裝置總體結(jié)構(gòu)如圖7所示，鈑金件從落入料槽—送料—夾緊—松開—工位一碼料—換位—工位二碼料，一個周期完成，實現(xiàn)自動碼料，無人工操作。

圖7總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

4 PC鈑金件自動碼料裝置的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1 氣動控制設(shè)計

本裝置的氣動元件主要由氣爪、單向氣缸、雙向氣缸、電控?fù)Q向閥，單向閥等組成[3]。其中，2個單向氣缸用于鈑金件的夾緊，2個單向氣缸用于碼垛的對齊，1個雙向氣缸用于機構(gòu)的換位。采用了10個位置傳感器，其作用將各氣缸的位置轉(zhuǎn)換為PLC控制系統(tǒng)的輸入信號。10個單向節(jié)流閥用于控制氣缸的運動速度，氣缸的運動方向是通過PLC控制系統(tǒng)的輸出信號傳送至電磁換向閥而實現(xiàn)的。

4.2 電控系統(tǒng)設(shè)計

本裝置的電控系統(tǒng)采用三菱公司的可編程控制器，以按鈕、開關(guān)、傳感器等為輸入信號，以指示燈、換向閥和計時器為輸出信號，共采用15個輸入點，5個輸出點[4]，PC鈑金件自動碼料裝置I/O表如下表1所示。

表1 PC鈑金件自動碼料裝置I/O表

（續(xù)上表）

5 效率對比分析

PC鈑金件自動碼料裝置試制后，投入企業(yè)實際生產(chǎn)，經(jīng)一段時間的測試，以相同規(guī)格的產(chǎn)品，在相同時間里，人工碼料和自動碼料的件數(shù)進(jìn)行對比分析，表2為測試數(shù)據(jù)。

表2 PC鈑金件自動碼料裝置的效率測試數(shù)據(jù)

從表中可知，采用PC鈑金件自動碼料裝置后，生產(chǎn)效率得以提高，安全性提高，人工成本降低為原來的1/3，同時解決現(xiàn)在一線工人難招問題。

6 結(jié)束語

本裝置通過PLC和氣動技術(shù)控制執(zhí)行機構(gòu)，由導(dǎo)料槽送料，夾緊機構(gòu)進(jìn)行取件，碼垛機構(gòu)進(jìn)行自動碼料，實現(xiàn)了送料—夾緊—堆垛—換位等工序的自動化。設(shè)備經(jīng)投產(chǎn)試用，設(shè)備運行性能穩(wěn)定，與原有人工碼料對比，碼料的速度提高了2/3，每件產(chǎn)品的碼料時間平均提高10秒，生產(chǎn)效率提高，操作工人由原有1臺/1人，變成3臺/1人，人力成本降低。該項技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了企業(yè)的自動化生產(chǎn)，降低了操作工人的勞動強度，確保了操作工人的安全性等，同時也為其它相似鈑金行業(yè)實現(xiàn)FMS柔性生產(chǎn)提供參考價值。

[1]隋明陽.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005.

[2]胡家秀.簡明機械零件設(shè)計實用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[3]張秋容.液壓與氣動[J].基于氣動和PLC控制技術(shù)的螺紋裝配設(shè)備研發(fā)，2012，12(7):30-31.

[4]尹志強.機電一體化設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.