腳輪支架沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)開發(fā)及其實(shí)現(xiàn)

仇文平

（江蘇省鹽南中等專業(yè)學(xué)校,江蘇鹽城224041）

腳輪支架沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)開發(fā)及其實(shí)現(xiàn)

仇文平

（江蘇省鹽南中等專業(yè)學(xué)校,江蘇鹽城224041）

為滿足腳輪支架沖壓加工生產(chǎn)需求，對(duì)腳輪支架沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)開發(fā)問題展開了研究，利用機(jī)械手和PLC控制技術(shù)完成了一種自動(dòng)線控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。經(jīng)過調(diào)試后，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)腳輪支架的自動(dòng)化生產(chǎn)。

腳輪支架；沖壓加工；自動(dòng)化生產(chǎn)線；設(shè)計(jì)開發(fā)；實(shí)現(xiàn)

引言

在腳輪支架沖壓生產(chǎn)方面，部分廠家使用了多工位級(jí)進(jìn)模式進(jìn)行加工生產(chǎn)，以便利用一副模具完成多道生產(chǎn)工序，從而提高腳輪支架的生產(chǎn)效率。但是，使用該種生產(chǎn)模式對(duì)沖床有著較高要求，所以未能得到廣泛應(yīng)用。因此，相關(guān)人員還應(yīng)該加強(qiáng)腳輪支架沖壓的自動(dòng)化生產(chǎn)研究，以便更好地滿足行業(yè)的發(fā)展需求。

1 腳輪支架沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)開發(fā)思路

在腳輪支架加工生產(chǎn)的過程中，需要完成上料、拉深成形、整形與沖孔壓印等多道工序。采取人工操作方式進(jìn)行腳輪支架生產(chǎn)，不僅生產(chǎn)效率低下，還容易出現(xiàn)生產(chǎn)事故。完成腳輪支架沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)開發(fā)，則能夠確保加工生產(chǎn)安全，并能夠提高生產(chǎn)效率，所以能夠使腳輪支架的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力得到提升。具體來講，在進(jìn)行該種自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，其將由6臺(tái)機(jī)械手、1臺(tái)上料機(jī)和4臺(tái)沖床構(gòu)成。從整體布局上來看，將使用擁有兩工位的機(jī)械手進(jìn)行沖孔壓印操作，然后使用兩個(gè)機(jī)械手進(jìn)行拉深加工，同時(shí)用兩個(gè)機(jī)械手進(jìn)行沖側(cè)孔加工、兩個(gè)機(jī)械手用于頂部沖孔和整形[1]。在生產(chǎn)線運(yùn)行的過程中，機(jī)械手可以完成上一工位加工得到零件的自動(dòng)抓取，然后將零件運(yùn)動(dòng)到下一工位，并將其準(zhǔn)確放入制定模具位置。除了整形使用的機(jī)械手，其余機(jī)械手都要在Z軸上實(shí)現(xiàn)升降和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并利用機(jī)械手末端完成翻轉(zhuǎn)和抓取運(yùn)動(dòng)。而整形操作機(jī)械手只需要在Z軸升降和在X軸進(jìn)行水平移動(dòng)。

2 腳輪支架沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)開發(fā)及其實(shí)現(xiàn)

2.1 機(jī)械手設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

在機(jī)械手設(shè)計(jì)上，考慮到機(jī)械手需要完成工件的準(zhǔn)確抓取和翻轉(zhuǎn)，并且需要完成升降和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，還要將其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為由升降部分、旋轉(zhuǎn)部分和機(jī)械臂三部分構(gòu)成。其中，升降部分由傳感器、支撐導(dǎo)柱、上下降臺(tái)、同步帶輪、升降伺服電機(jī)和升降臺(tái)導(dǎo)向軸等幾個(gè)主要部分構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)部門由同步帶輪、升降臺(tái)、旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)和轉(zhuǎn)軸等幾個(gè)主要部分構(gòu)成，機(jī)械臂由伸縮氣缸、氣爪和旋轉(zhuǎn)氣缸等幾部分構(gòu)成。在實(shí)際運(yùn)行過程中，升降臺(tái)將在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下上升或下降，并在同步帶輪的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)[2]。達(dá)到指定高度后，旋轉(zhuǎn)臺(tái)將在旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下與帶輪轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使機(jī)械手圍繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)到制定位置后，伸縮氣缸將進(jìn)入沖床型腔內(nèi)，機(jī)械手則會(huì)在旋轉(zhuǎn)到一定角度后進(jìn)行小范圍升降，然后在制定位置利用氣爪閉合完成工件抓取，并且通過旋轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)將工件送至下一工位。為確保工件能夠被順利抓取，需要利用旋轉(zhuǎn)氣缸、夾具和夾指完成氣爪夾持器的設(shè)計(jì)，以便利用旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)夾指帶動(dòng)夾具完成腳輪支架抓取。

2.2 生產(chǎn)線控制設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)腳輪支架沖壓的自動(dòng)化生產(chǎn)控制，還要使用PLC控制技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)線控制設(shè)計(jì)。在控制系統(tǒng)中，整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制過程將由PLC內(nèi)部的CPU控制，其將通過RS232串口進(jìn)行觸摸屏的數(shù)據(jù)信息接收，從而根據(jù)用戶指令完成生產(chǎn)線控制。在實(shí)際生產(chǎn)中，系統(tǒng)輸出模塊將輸出控制信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器則能夠完成信號(hào)接收，并且促使伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而完成機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制。與此同時(shí)，系統(tǒng)輸入模塊將完成由位置傳感器和伺服電機(jī)內(nèi)部編碼器傳來的位置信號(hào)的接收，從而獲知機(jī)械手的具體位置[3]。而系統(tǒng)CPU通過讀取輸入數(shù)據(jù)，則能夠通過改變伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手位置的調(diào)整。在實(shí)際進(jìn)行該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，結(jié)合生產(chǎn)線需要的I/O點(diǎn)數(shù)量，可以選擇三菱公司研發(fā)的FX3u-80M型PLC控制器進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)線控制。

完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后，需要完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)。具體來講，就是利用三菱GX Developer編程軟件進(jìn)行PLC控制軟件設(shè)計(jì)。而該軟件擁有編譯鏈接、程序調(diào)試、項(xiàng)目管理和模擬仿真等多項(xiàng)功能，可以使用其SFC順序功能圖完成程序的編寫。從軟件程序組成上來看，主要包含初始化模塊和生產(chǎn)運(yùn)行模塊。在系統(tǒng)上電后，會(huì)先自行初始化程序，然后進(jìn)入運(yùn)行模塊。在該模塊中，系統(tǒng)需要先進(jìn)行初始定位。此時(shí)，機(jī)械手將完成定位指令的接收，并執(zhí)行預(yù)設(shè)位置控制指令回到初始位置。接收到反饋信號(hào)后，系統(tǒng)將發(fā)出自動(dòng)上料指令，機(jī)械手則會(huì)按照指令完成循環(huán)順序運(yùn)動(dòng)，從而依次完成各項(xiàng)生產(chǎn)工序。一旦有工序出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入報(bào)警中斷模式[4]。故障排除后，需要按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)則可以繼續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行。完成工件生產(chǎn)后，系統(tǒng)將向機(jī)械手發(fā)送復(fù)位指令，并等待關(guān)機(jī)。

2.3 生產(chǎn)線調(diào)試及運(yùn)行

完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，需要使用GXDeveloper編程軟件進(jìn)行PLC程序仿真，以確定程序編寫是否存在邏輯錯(cuò)誤。通過點(diǎn)擊“梯形圖邏輯測(cè)試啟動(dòng)”按鈕，就能夠進(jìn)入邏輯測(cè)試界面，然后利用繼電內(nèi)存監(jiān)視實(shí)現(xiàn)程序仿真調(diào)試。完成程序調(diào)試后，可以使用編程軟件將程序下載至PLC中，然后完成電控柜中各種電器元件安裝和布線，然后將機(jī)械手安裝在生產(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)定位置。在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)行調(diào)試的過程中，共設(shè)定了6、8、10、12個(gè)/min的生產(chǎn)速率設(shè)定，然后使自動(dòng)化生產(chǎn)線在四種速率下進(jìn)行連續(xù)一小時(shí)不間斷運(yùn)行。觀察測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)速率提高的情況下，產(chǎn)品的合格率由99.03%下降到了95.61%，報(bào)錯(cuò)次數(shù)由3次提高到了12次[5]。綜合考慮生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率，可以將生產(chǎn)線的生產(chǎn)速率設(shè)為8個(gè)/min。而經(jīng)過調(diào)試后，該系統(tǒng)功能基本能夠滿足企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

使用機(jī)械手和PLC控制技術(shù)完成自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)開發(fā)，將能有效提高腳輪支架沖壓生產(chǎn)效率，同時(shí)也能夠?yàn)椴僮魅藛T提供更多的安全保障。而經(jīng)過測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，使用該種方法進(jìn)行腳輪支架加工可以達(dá)到98.48%的產(chǎn)品合格率，因此能夠滿足企業(yè)各方面的生產(chǎn)需求。

[1]劉其洪,郭建.基于觸摸屏與PLC的腳輪支架沖壓自動(dòng)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2014(11):82-84.

[2]羅龍飛,張?zhí)鹛?馬國禮，等.高速?zèng)_壓自動(dòng)化線生產(chǎn)切換研究[J].鍛壓技術(shù),2014(2):102-108.

[3]楊德君.工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(19):59.

[4]劉其洪,郭建.腳輪支架沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造,2014 (7):87-90.

[5]和瑞林,劉吉輝,苗金鐘.機(jī)器人沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的構(gòu)成及技術(shù)特點(diǎn)[J].金屬加工(熱加工),2012(5):10-13.

（編輯：劉楠）

Design Development and Realization of Automatic Production Line for Casting Support of Casters

Qiu Wenping
(Jiangsu Yannan Specialized Secondary School,Yancheng Jiangsu 224041)

In order tomeet the production requirements of stamping bracket casters,this paper design a truckle bracket of automatic stamping line is studied,byusing themanipulator and PLC control technology to complete the design of an automatic control system. After debugging,the system can realize the automatic production of caster bracket.

trundle bracket;stamping;automatic production line;design;implementation

TH241.2

A

2095-0748(2016)20-0084-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.37

2016-10-10

仇文平（1975—），男，江蘇鹽城人，本科，研究方向：機(jī)械制造與控制。