一種雙套筒自動切換裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計*

何　峰，宋萬國，于曉鵬

(大連豪森裝備制造有限公司 a.電氣設(shè)計部；b.機(jī)械設(shè)計部，遼寧 大連　116036)

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一種雙套筒自動切換裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計*

何峰a，宋萬國a，于曉鵬b

(大連豪森裝備制造有限公司 a.電氣設(shè)計部；b.機(jī)械設(shè)計部，遼寧 大連116036)

在發(fā)動機(jī)裝配線上，多個工位中需要對不同位置上不同種類的螺栓進(jìn)行擰緊造作。文章開發(fā)了一種自動化程度較高的雙套筒自動切換裝置。重點描述了切換裝置的機(jī)構(gòu)組成、工作原理及控制系統(tǒng)的開發(fā)與實施。該裝置的控制器使用了基于西門子工控機(jī)IPC677，應(yīng)用其內(nèi)部的軟PLC模塊，對該工位上工件的動作進(jìn)行檢測、規(guī)劃與控制，較好的替代了傳統(tǒng)硬件PLC的控制方法。在軟PLC的控制下，雙套筒自動切換裝置可以穩(wěn)定可靠地時序完成不同位置不同種類螺栓的擰緊操作，目前該系統(tǒng)在裝配線上運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

雙套筒自動切換裝置；機(jī)械結(jié)構(gòu)；控制系統(tǒng)；軟PLC

0　引言

在發(fā)動機(jī)裝配線上，有多個工位是為了完成螺栓的擰緊操作。在這些工位上，往往需要對多個不同位置、型號不同的螺栓進(jìn)行擰緊操作。傳統(tǒng)裝配線上通常采用工人手持?jǐn)Q緊槍的方式進(jìn)行操作。由于傳統(tǒng)的擰緊頭功能單一，一種擰緊頭僅能夠?qū)εc其對應(yīng)的一種螺栓實施擰緊操作，因此工人需要頻繁更換擰緊槍，重復(fù)作業(yè)；導(dǎo)致這些工位耗時費(fèi)力，嚴(yán)重的影響了生產(chǎn)節(jié)拍和效率。因此，在發(fā)動機(jī)裝配線上，如何實現(xiàn)不同位置螺栓的擰緊工作，是提高裝配效率，建立一條自動化程度較高的裝配線，需要解決的十分重要的問題。

本文提出一種了動作流暢、操作方便、運(yùn)行可靠，能夠在一個工位上對兩種不同螺栓進(jìn)行擰緊操作的雙套筒自動切換結(jié)構(gòu)。該設(shè)備能夠提高生產(chǎn)效率，減輕工人負(fù)擔(dān)，可以在特定工位上，完成工件同一圓周上不同位置的螺栓的擰緊工作，大大縮短了裝配節(jié)拍，是發(fā)動機(jī)裝配工藝上比較重要的突破。

1　雙套筒自動切換裝置機(jī)構(gòu)組成與工作原理

如圖1所示，為雙套筒自動切換結(jié)構(gòu)[1-4]，在殼體上設(shè)置有電機(jī)，電機(jī)的工作端上設(shè)置有主動齒，與主動齒相嚙合的被動齒也位于殼體上，被動齒與擰緊機(jī)構(gòu)相連，擰緊機(jī)構(gòu)包括一個第一氣缸，在第一氣缸的周圍設(shè)置有多個在圓周上均勻分布的第二氣缸，第一氣缸的工作端與第一擰緊頭相連，在第一擰緊頭外套接有第二擰緊頭，并且第一擰緊頭和第二擰緊頭之間能夠相對軸向竄動，第二擰緊頭與第二氣缸的工作端相連[5-6]。

當(dāng)需要進(jìn)行螺栓的擰緊時，首先多個第一擰緊頭工作，對一種類型的螺栓(內(nèi)六角螺栓)進(jìn)行擰緊，擰緊工作完成后，第一氣缸帶動所有的第一擰緊頭回收，第二氣缸則帶動所有的第二擰緊頭伸出，第一擰緊頭和第二擰緊頭之間相對竄動，第二擰緊頭處于加工位置，對另一種類型的螺栓(外六角螺栓)進(jìn)行擰緊，這樣就實現(xiàn)了在一個工位上對兩種不同類型的螺栓進(jìn)行擰緊的目的。而在實際生產(chǎn)和加工過程中，需要擰緊的多個螺栓往往是在圓周上均勻分布的，因此當(dāng)擰緊機(jī)構(gòu)完成一組螺栓的擰緊操作后，電機(jī)工作，通過主動齒帶動被動齒轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)了擰緊機(jī)構(gòu)的一定角度的轉(zhuǎn)動，以對同一圓周上不同位置的螺栓進(jìn)行擰緊操作。

1.殼體 2.電機(jī) 3.主動齒 4.被動齒 5.擰緊機(jī)構(gòu) 6.第一氣缸 7.第二氣缸 8.第一擰緊頭 9.第二擰緊頭

圖1雙套筒自動切換裝置機(jī)構(gòu)圖

2　控制系統(tǒng)的設(shè)計

軟PLC是一種基于PC的新型工業(yè)控制軟件。與傳統(tǒng)PLC相比，它具有開放的體系結(jié)構(gòu)、更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通訊能力和更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，能較好地滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化的要求。同時，它也具有傳統(tǒng)PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的優(yōu)勢。因此，軟PLC技術(shù)已經(jīng)成為目前國際工業(yè)自動化領(lǐng)域逐漸興起的一項新型控制技術(shù)。軟PLC的控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　軟PLC的控制結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)PLC的控制系統(tǒng)利用現(xiàn)場總線技術(shù)將PLC及現(xiàn)場設(shè)備連接起來，然后通過上位機(jī)來對現(xiàn)場PLC狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，再將信息反饋到企業(yè)管理層，整個過程耗時較長，且通信不便。而軟PLC控制系統(tǒng)是以高效、快捷的網(wǎng)絡(luò)為媒介，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的操作和控制，完成從工廠設(shè)備層到企業(yè)管理層的直接通訊，大大地提高了工作效率和設(shè)備運(yùn)行可靠性。

軟PLC通過輸入輸出模塊，使用CAN通信模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信；接收信號轉(zhuǎn)換電路的輸入信號，按需求進(jìn)行控制計算以后，輸出控制信號至信號轉(zhuǎn)換電路，控制外部負(fù)載動作；與此同時，信號轉(zhuǎn)換電路也接收各種負(fù)載信號，把采集到的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，送給軟PLC，以滿足軟PLC的功能需求[7]。

圖3為設(shè)備控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖，在控制器的設(shè)計方案中，選用西門子工控機(jī)PC677作為控制器，工控機(jī)PC677下位有若干個西門子ET200s模塊，同時還有德國Schrauber控制模塊；其中ET200s遠(yuǎn)程工作站的通訊模塊，控制第一氣缸與第二氣缸的順序動作；Schrauber模塊控制擰緊槍動作，使擰緊力達(dá)到預(yù)期值。

圖3　控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

該工位屬于全自動工位，軟PLC需要檢測托盤中是否有料，判斷抬起到位是否完成，判斷自動擋或手動擋，順序控制氣缸及擰緊槍完成擰緊動作，檢測本工序操作是否完成等，流程圖如圖4所示[8-10]。

圖4　軟PLC程序流程圖

3　結(jié)論

本文針對發(fā)動機(jī)裝配線上，某些工位對不同位置上不同種類螺栓的擰緊問題，開發(fā)了一種自動化程度較高的雙套筒自動切換裝置。該機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，能夠有效控制成本且自動化程度較高。控制上采用了一種基于西門子工控機(jī)IPC677的軟PLC控制方式，工作穩(wěn)定可靠，裝配節(jié)拍大大縮短，并且整個系統(tǒng)的開放性、靈活性以及較低的價格在市場上占很大優(yōu)勢。綜上所述，本文提出的雙套筒自動切換裝置，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值。

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(編輯趙蓉)

Structure Design of an Automatic Switching Device over Double Sleeves

HE Fenga，SONG Wan-guob，YU Xiao-pengb

(a. Electrical Design Department;b. Mechanical Design Department,Dalian Haosen Equipment Manufacture Co., Ltd.，Dalian Liaoning 116036, China)

In order to complete tightening process over position-varied different bolts on some work stations, the paper proposed a structure design of automatic switching device over double sleeves. The paper highlights the structure designing, working principle and control system of the device. Moreover, a soft PLC controlling method based on Siemens IPC677 was illustrated which can detect, plan and control the movement of the work piece. With the help of this controlling method, the switching device functions stably and reliably to complete tightening process over position-varied different bolts.

switching device over double sleeves; structure design; control system; soft PLC

1001-2265(2016)04-0132-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.04.035

2015-07-13；

2015-08-24

遼寧省科技創(chuàng)新重大專項(201408001)

何峰(1977—)，男，回族，遼寧大連人，大連豪森設(shè)備制造有限公司工程師，研究方向為汽車裝備制造，(E-mail)hefeng@haosen.com.cn。

TH162;TG65

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