基于PLC控制的雙頭高效自動(dòng)倒角機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車德義

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摘要：對(duì)于進(jìn)行批量生產(chǎn)的的石油、化工用雙頭螺柱，受到定尺寸切割影響，非常容易在端部產(chǎn)生凸起、毛刺和飛邊等一系列現(xiàn)象，如果用手工倒角或是車床加工的方式，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，效率也非常低。所以要設(shè)計(jì)一種高效并基于 PLC 控制的自動(dòng)雙頭倒角機(jī)。

關(guān)鍵詞：倒角機(jī)；PLC；控制系統(tǒng)

現(xiàn)今市場(chǎng)上對(duì)于石油、化工用雙頭螺柱兩端倒角，大部分都是由工人進(jìn)行手動(dòng)操作儀表機(jī)床來完成的，效率低下且精度不高。為此，需要開發(fā)一臺(tái)高效高精度的自動(dòng)倒角機(jī)，提高工作效率。工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC具有極高的可靠性和靈活性。倒角機(jī)采用PLC作為控制系統(tǒng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化倒角，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，使企業(yè)能對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速的反應(yīng)，增進(jìn)企業(yè)效益。

一、結(jié)構(gòu)組成

此機(jī)床主要是由自動(dòng)送料夾緊、左右進(jìn)給裝置、左右動(dòng)力頭、上卸料裝置以及調(diào)整裝置等組成。

1、左右動(dòng)力頭主要是利用三相異步電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)來完成對(duì)刀具旋轉(zhuǎn)倒角功能的實(shí)現(xiàn)；

2、進(jìn)給裝置是指用氣液轉(zhuǎn)換器的動(dòng)力來推動(dòng)氣液缸來帶動(dòng)左右動(dòng)力頭從而實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)穩(wěn)定進(jìn)給，并且能夠微調(diào)；

3、上卸料裝置是通過氣缸來實(shí)現(xiàn)的，工人可一次上多根料，加工完之后，自動(dòng)送料夾緊裝置回退，在排序區(qū)，上料氣缸把有待加工料頂出，這時(shí)剛好將加工完成的料頂出來，自動(dòng)卸料就能夠?qū)崿F(xiàn)，并完成上料；

4、自動(dòng)送料夾緊裝置是把上完后的料送至有待加工區(qū)，通過氣液增壓缸來對(duì)快速送料的實(shí)現(xiàn)，到位之后液壓夾緊。在對(duì)不同直徑的零件進(jìn)行加工時(shí)，可以更換夾具。夾具的組成主要兩個(gè)半圓，同時(shí)兩個(gè)半圓在導(dǎo)向上滑動(dòng)，并和工件是小間隙的配合。

5、調(diào)整裝置是能夠?qū)Σ煌募韺?duì)不同長度加工的實(shí)現(xiàn)，用手搖絲杠進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整好之后鎖死

圖1 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)

二、工作原理

自動(dòng)倒角機(jī)是由左右工作臺(tái)以及送料機(jī)構(gòu)等組成的，如圖2所示。左、右工作臺(tái)都是由三相異步電機(jī)、刀架、滾珠絲杠副、夾緊氣缸、落料裝置、步進(jìn)電機(jī)和三個(gè)接近開關(guān)等組成的。刀架在異步電機(jī)的前端安裝，異步電機(jī)就直接驅(qū)動(dòng)刀架的旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)是由滾珠絲杠副帶動(dòng)刀架來移動(dòng)，倒角能夠?qū)崿F(xiàn)。刀具的位移量與進(jìn)給速度由PLC程序中的有關(guān)指令來進(jìn)行控制。為了使倒角時(shí)的切削量得到保證，刀具工進(jìn)時(shí)的起始點(diǎn)是需要確定的。裝有一個(gè)光電開關(guān)在刀具的前端，在刀具移動(dòng)到工件周邊時(shí)，光電開光能夠感應(yīng)到工件，與此同時(shí)把這個(gè)感應(yīng)信號(hào)傳送給 PLC。這樣就能夠很好的避免因送料和夾緊定位的誤差導(dǎo)致的工件倒角不充足或者是倒角過多的一些問題。此系統(tǒng)的落料、裝夾和送料都是自動(dòng)完成的。送料機(jī)構(gòu)主要是用氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸送料抵達(dá)到規(guī)定的位置時(shí)，氣缸里的磁性開關(guān)把對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳送給PLC，當(dāng)作“送料成功” 信號(hào)。對(duì)于每個(gè)工作不斷循環(huán)的傳送一根棒料，工件送到位之后兩端各有一個(gè)夾緊氣缸驅(qū)動(dòng) V 形的塊夾緊，能夠保證不旋轉(zhuǎn)工件。兩個(gè)夾緊氣缸的側(cè)面各自裝一塊斜塊來當(dāng)作落料裝置，氣缸松開的過程中工件沿斜塊落下，自動(dòng)落料就能夠完成。

工作臺(tái)上的接近開關(guān)各為負(fù)極限開關(guān)、原點(diǎn)開關(guān)和正極限開關(guān)，極限開關(guān)能夠限制普通電機(jī)移動(dòng)位置，避免電機(jī)超過安全位置；原點(diǎn)開關(guān)則是用來對(duì)系統(tǒng)的坐標(biāo)位置進(jìn)行確定。

圖2 倒角機(jī)結(jié)構(gòu)圖

三、氣液系統(tǒng)

1、氣液系統(tǒng)的組成

氣體由于其可壓縮性比較大，速度快但是運(yùn)動(dòng)速度不是很穩(wěn)定。采用液壓控制能夠使速度穩(wěn)定，但是成本相對(duì)來說比較高。如果從成本節(jié)約上來考慮，實(shí)際系統(tǒng)相結(jié)合，利用氣液聯(lián)動(dòng)回路，上述要求就能夠同時(shí)被滿足。此系統(tǒng)中主要回路有氣液增壓缸的增壓回路、氣液速度換接回路、減壓回路、氣動(dòng)調(diào)速回路。

2、工作原理

在進(jìn)行人工上料之后，先是9YA得電，有待加工料經(jīng)由上料缸進(jìn)行頂出。等上料缸到位之后，斷電9YA，退回上料鋼，待送料缸退回之后3YA得電，氣液增壓缸快速的送料，在結(jié)束送料后，2YA得電，增力缸增力并對(duì)工件夾緊，增力行程非常短，迅速夾緊，5YA、6YA、7YA、8YA 同時(shí)得電，刀具電機(jī)旋轉(zhuǎn)，快速的進(jìn)給，到達(dá)工進(jìn)時(shí) 5YA、7YA 斷電，工進(jìn)實(shí)現(xiàn)，工進(jìn)結(jié)束之后 6YA、8YA 斷電，退回左右動(dòng)力頭，停轉(zhuǎn)電機(jī)，1YA同時(shí)得電2s，將加工鐵屑吹掉，2 s 之后 1YA 斷電，4YA 得電，夾緊缸迅并速退回，到位之后9YA 得電，有待加工料經(jīng)由上料缸頂出，此刻正好把倒角完畢之后的工件頂出，完成上下料，并再一次增壓缸送料加工，反復(fù)加工，夾緊、上料、加工、卸料連續(xù)的自動(dòng)化過程得以實(shí)現(xiàn)。

四、控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的主要硬件是由PLC、三相異步電機(jī)和觸摸屏等組成的。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、控制性能較好等一系列優(yōu)點(diǎn)，可以把脈沖信號(hào)變成對(duì)應(yīng)的直線位移，它的位移量和脈沖數(shù)成正比，脈沖頻率和移動(dòng)速度成正比。用步進(jìn)電機(jī)來帶動(dòng)刀架移動(dòng)時(shí)，精確定位不僅能夠?qū)崿F(xiàn)，刀具移動(dòng)速度也能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)。設(shè)定的進(jìn)給脈沖數(shù)、方向、頻率經(jīng)過驅(qū)動(dòng)控制電路抵達(dá)步進(jìn)電機(jī)之后，轉(zhuǎn)化成為刀架的前進(jìn)速度、位移量與進(jìn)給方向。PLC的輸入點(diǎn)具有刀具的原點(diǎn)與正負(fù)極限位置的信號(hào)，夾緊氣缸和送料氣缸的到位信號(hào)和光電開關(guān)的輸入中斷等13個(gè)輸入的信號(hào)；輸出點(diǎn)有方向控制點(diǎn)和步進(jìn)電機(jī)的脈沖，繼電器來控制刀具的旋轉(zhuǎn)、夾緊動(dòng)作和送料與電源和指示燈等等13個(gè)輸出信號(hào)。從 I/O 點(diǎn)數(shù)、性能的要求、成本與可靠性等角度進(jìn)行綜合考慮，最終選則使用歐姆龍的CP1H- X40D。此系統(tǒng)的控制原理如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制原理圖

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