PLC控制的機械加工自動送料機設(shè)計

房翠紅

（江蘇省車輻中等專業(yè)學校，江蘇徐州，221300）

0 引言

科技時代背景下，工業(yè)生產(chǎn)自動化的水平明顯得到改善，但是有些機械加工企業(yè)，依舊采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝進行手動送料，缺乏必要的安全防護措施。由于輸送物料所用的夾具精準度低、工作性能差，嚴重影響了機械加工的質(zhì)量和效率，因此本文針對以上問題，自主設(shè)計功能完善、性能穩(wěn)定的螺紋擋圈機械加工自動送料設(shè)備，在交流電動機驅(qū)動下，將螺紋擋圈安全運送至加工平臺。無論是運送物料，還是送料設(shè)備下壓，都需要PLC同其他傳感設(shè)備穩(wěn)定連接，在運送螺紋擋圈過程中，不僅定位精準，還能靈活控制下壓量，通過人機交互快速設(shè)置參數(shù)并能清晰低顯示出來，為工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的提高奠定基礎(chǔ)。

1 PLC自動送料設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

自動送料設(shè)備底座與工作平臺牢固連接，生產(chǎn)過程中，通過振動托盤將螺紋擋圈送入送料軌道，在預壓位置落下，該設(shè)計中，供電設(shè)備為交流電機，并將電機合理固定在底座上。

螺栓夾裝好以后，其高度如果在預定值范圍內(nèi)，沖壓機工作，如果超出預定值范圍，沖壓機工作停止，工作人員應(yīng)當對夾裝位置及設(shè)備進行檢查。螺栓高度符合既定值，啟動沖壓設(shè)備，下壓沖壓棒，當下壓至最低限度時，如果高度符合既定參數(shù)，下壓完成，工件移出；如果高度不符合既定參數(shù)，則設(shè)備發(fā)出警報，工作人員應(yīng)當對工件位置以及設(shè)備進行調(diào)整。沖壓機驅(qū)動方式為氣缸驅(qū)動，氣缸設(shè)置在底座上，電機在氣缸驅(qū)動下產(chǎn)生動力，驅(qū)動沖壓棒進行上升和下降運動。

工作人員利用人機交互界面實時監(jiān)控自動送料設(shè)備下壓螺紋擋圈的過程，當螺紋擋圈或者螺栓下壓后的高度不符合設(shè)定值，設(shè)備發(fā)出警報，工作人員將暫停鍵按下，設(shè)備停止運轉(zhuǎn)。當優(yōu)化參數(shù)時，工作人員可利用人機交互界面調(diào)節(jié)設(shè)備。觸摸屏對手動調(diào)節(jié)提供便利條件，靈敏度高、方便快捷。防護罩具有保護設(shè)備的功能，同時對設(shè)備發(fā)生故障時減少對周圍環(huán)境造成的影響。有效避免設(shè)備內(nèi)部進入灰塵等，影響設(shè)備正常運行，增加設(shè)備維護保養(yǎng)的難度，若下壓過程中，送料機發(fā)生異?，F(xiàn)象，防護罩還可以起到人員保護作用。自動送料設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動送料設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2 PLC自動送料設(shè)備工作原理

首先在工裝上放置已經(jīng)穿裝好的吊環(huán)，運行中，傳感設(shè)備一旦檢測到有工件存在，則會發(fā)出檢測信號，并快速向控制設(shè)備傳輸，能夠精準、即時控制氣缸動作，運行當中，設(shè)備能夠?qū)β菟ǖ拈L度進行持續(xù)檢測。預定位工件，控制設(shè)備準確、及時地接受檢測信號，精準控制傳動設(shè)備的動作，螺紋擋圈通過震動盤和送料機構(gòu)發(fā)生移動。運行中定位傳感設(shè)備檢測到預定區(qū)域有工件存在，立即將信號輸送至控制系統(tǒng)，此時，控制系統(tǒng)將指令傳向控制設(shè)備進行氣缸調(diào)控，利用傳感設(shè)備對螺栓高度進行測定，如果高度符合要求，則設(shè)備啟動運行，反之則設(shè)備無法啟動運行。設(shè)備啟動運行后，螺紋擋圈被運送到螺栓上方的區(qū)域，此時設(shè)備開始向下擠壓，當下壓到最大限度時，通過位移傳感設(shè)備測量固定件的高度。如果測量的高度不符合預設(shè)值，則報警設(shè)備啟動，運行終止；如果測量的高度符合預設(shè)值，繼續(xù)下壓動作。完成工件加工后，氣缸閥門打開，然后進行工件傳輸，取出成品工件，再進行下一個工件的加工，周而復始。該氣動夾緊系統(tǒng)包括檢測、控制、夾緊、定位及工件移出等部分。自動送料設(shè)備運行流程如圖2所示。

圖2 自動送料設(shè)備運行流程

3 PLC自動送料設(shè)備硬件設(shè)計

3.1 PLC選擇

該自動送料系統(tǒng)的核心硬件為CP1PLC歐姆龍控制設(shè)備，下壓過程中，依靠氣缸進行驅(qū)動，激光感應(yīng)設(shè)備聯(lián)合位移傳感設(shè)備對螺栓位置以及擋圈的下壓量進行控制。各種類型的PLC對工作環(huán)境方面的要求相同，但是在電流、電壓的輸出、分辨率等方面存在不同，選擇PLC時，應(yīng)當根據(jù)具體型號對各種型號的PLC優(yōu)異性進行分析，選擇更加適用的PLC。

3.2 送料裝置選擇

自動送料設(shè)備主要運輸裝置為送料漏斗。本文所研發(fā)的自動送料系統(tǒng)主要由震動托盤和滑道組成。輔助計算機技術(shù)進行設(shè)計，生產(chǎn)周期得到一定縮減。送料系統(tǒng)主要構(gòu)成部分為滑道，具有較高的設(shè)計要求，本文先分解滑道部分再進行設(shè)計，并對各種設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化，最后安裝組成，滿足滑道整體要求。充分結(jié)合滑道設(shè)計和計算機設(shè)計，進行數(shù)值模擬，操作完成后進行建模，開展模擬實驗，對滑道工作強度以及穩(wěn)定性進行預測，盡量減少人工作業(yè)，提高物料運輸?shù)闹悄芑潭取?/p>

3.3 顯示界面的選擇

在屏幕前面安裝觸摸檢測設(shè)備，對用戶觸摸的位置進行檢測，觸摸屏接收到觸摸信號后，將其發(fā)送到觸摸控制設(shè)備；本文所用的觸摸控制設(shè)備是通過觸摸點的檢測設(shè)備實現(xiàn)觸摸信號的接收，然后將其轉(zhuǎn)換為觸點坐標，向CPU發(fā)送，同時接收并執(zhí)行來自CPU的命令。

該觸摸屏的控制作用通過壓力感應(yīng)來實現(xiàn)，由基層和導電層組成，手指觸碰顯示屏，觸摸點的位置，改變電阻，在信號由X、Y兩個方向發(fā)出，并將信號傳輸?shù)接|摸控制設(shè)備。電阻觸摸設(shè)備，在接觸信號被控制設(shè)備偵測到后，確定（X ,Y）坐標位置，運作方式為模擬鼠標。

3.4 設(shè)計氣動回路

在進行氣功回路設(shè)計時，應(yīng)當進行多種回路的對比分析，選擇合適的回路作為本文送料系統(tǒng)的重要組成。本文設(shè)計的自動送料設(shè)備所用的驅(qū)動裝置為氣缸，利用壓力控制下壓動作，為了確保設(shè)備運行正常，工作壓力由三聯(lián)件提供。

本自動送料設(shè)備的驅(qū)動系統(tǒng)所用回路為單壓驅(qū)動，滿足該設(shè)備生產(chǎn)加工需要的壓力范圍。驅(qū)動回路分為多壓和雙壓等，廣泛應(yīng)用于柔性化機械加工生產(chǎn)中，豐富生產(chǎn)選擇條件，提高設(shè)備加工生產(chǎn)的靈活性。

本文結(jié)合工作實際，選擇使用氣動回路對下壓棒的動作進行控制。在生產(chǎn)要求得到滿足的條件下，進行資合理運用，選擇具有較高性價比的元件，經(jīng)濟成本降低，同時，生產(chǎn)質(zhì)量及其效率顯著提高。

推進氣缸和下壓氣缸是氣動驅(qū)動的主要組成，螺紋擋圈在下壓氣缸的作用下，螺栓移動到固定位置；螺紋擋圈在推進氣缸的作用下，被移送到設(shè)定位置，為氣缸下壓過程中，螺栓與螺紋擋圈準確配合。本文氣缸材料為性能穩(wěn)定、耐高溫、耐腐蝕等性能的316不銹鋼，該氣動回路具有穩(wěn)定性好、使用壽命高等優(yōu)勢。

3.5 輔助裝置的選擇

機械加工中，夾具作為一種輔助設(shè)備發(fā)揮著重要作用。本設(shè)計所用夾具根據(jù)螺紋擋圈和螺栓的尺寸進行設(shè)計。夾具內(nèi)徑10mm，螺紋擋圈的外徑20mm，夾具的外邊緣設(shè)置卡盤，具有下壓、固定螺紋擋圈的作用，有效預防運行過程中螺紋擋圈脫滑，對設(shè)備正常工作造成影響。夾具的種類較多，其中包括專用式、柔性式以及組合式夾具等，在實際生產(chǎn)中，由于該種類型的夾具夾裝工件的方式靈活多變，因此在各種零件加工中可以運用。

夾具的主要作用是對螺紋擋圈進行固定，以防運行中螺紋擋圈出現(xiàn)位移，造成經(jīng)濟損失。在設(shè)備底部利用夾具固定螺栓，夾具設(shè)計應(yīng)當按照螺紋擋圈的形狀、尺寸，與螺栓緊密貼合，夾緊，設(shè)置卡盤，夾緊螺栓，可根據(jù)螺栓的外徑靈活調(diào)整夾具的內(nèi)徑尺寸，因此夾裝具有很好的柔性。

4 PLC軟件系統(tǒng)的設(shè)計

本設(shè)計中，所用PLC為歐姆龍Ver9.3，CX-Programmer編程工具，利用在PLC軟件設(shè)計人機交互界面。

4.1 原理特征

由于梯形圖的結(jié)構(gòu)形式同電器電路相差不大，操作方便，因此廣泛應(yīng)用于PLC編程過程中。梯形圖設(shè)計即為程序編程。以下為梯形圖的基本原理特征：

PLC為虛擬開關(guān)，分別有“0”和“1”兩種控制指令，其編程元件相對應(yīng)于映像寄存設(shè)備，PLC程序運行時，寄存于映像寄存設(shè)備，調(diào)用時，可直接實施程序啟動，可精準控制所有端口設(shè)備的狀態(tài)。梯形圖由左到右，由上到下，進行排列，可直接運用計算結(jié)果，且各個觸點具有反復使用的功能。

4.2 控制程序

根據(jù)實際情況，從上料到出料的過程，不僅需要人工操作，還需要自動調(diào)控。首先將吊環(huán)組裝好，然后由工人將其進行安裝，傳感設(shè)備測定螺栓高度，如果所測值不在預設(shè)值范圍內(nèi)，報警裝置發(fā)出警報，設(shè)備停止運行，然后將螺紋擋圈放置加工區(qū)域，下壓逐步進行，當下壓至極限位置時，由位移傳感設(shè)備對工件總長度實施測定，若是測定值在預設(shè)值范圍內(nèi)，則下壓動作繼續(xù)，完成工件加工，最后將工件取出。

加工工件中，PLC的重要作用是控制系統(tǒng)、輸出、處理數(shù)據(jù)。工件加工前，應(yīng)當根據(jù)要求和規(guī)范全面測試工作設(shè)備，為系統(tǒng)安全運行及功能完善提供保障。

4.3 設(shè)計交互界面

用戶通過人機交互界面可對機器運行的情況準確掌握，為人工調(diào)控提供支持，為設(shè)備安全、可靠運行提供保障。該設(shè)計中，由DOP-B10S511臺達觸摸顯示器作為人機界面，該設(shè)備操作方便、靈敏度高。如果螺栓下落的位置和時間不準確，設(shè)備則會發(fā)出警報信號。報警界面如圖3所示。

圖3 報警界面

用戶通過人機交互界面可對程序運行的情況實時了解和掌握，能夠清晰地看到相關(guān)參數(shù)，比如螺栓長度等。如果運行當中，設(shè)備所檢測到的數(shù)值符合預設(shè)值，可按照該界面提供的程序合理進行調(diào)節(jié)控制。

氣缸下壓與氣缸閉合等程序通過交互面板展示出來。將手動控制的開關(guān)設(shè)置在面板的下方。手動控制設(shè)備有黑、黃、紅三個按鈕，其中，自動調(diào)節(jié)與手動調(diào)節(jié)的自行切換由黑色按鈕來實現(xiàn)，黃色按鈕具有系統(tǒng)復位功能，將送料設(shè)備恢復到原始狀態(tài)，當設(shè)備異常運行時，操作紅色的按鈕停止運行，效降低經(jīng)濟損失。

5 結(jié)論

PLC自動送料設(shè)備，硬件系統(tǒng)設(shè)計時，對設(shè)備外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計，選擇合適的硬件類型，設(shè)備工作效率提高，節(jié)約生產(chǎn)成本；科學技術(shù)的發(fā)展，PLC應(yīng)用范圍更加廣泛，本設(shè)計主要針對PLC控制的伺服電機、運行及停止、電器開關(guān)等進行研究。所用歐姆龍PLC性能良好、使用周期長，為送料系統(tǒng)安全運行提高可靠保障；由人工智能和氣動設(shè)備相結(jié)合的人機交互界面，為工作人員的操作提供便利條件，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的實時調(diào)整，觸屏設(shè)計便于參數(shù)修改，工作人員可結(jié)合設(shè)備工作實際情況調(diào)整數(shù)據(jù)參數(shù)，遇到緊急情況可隨時按停按鈕，避免事故發(fā)生，及時采取有效措施進行修整，盡可能減少經(jīng)濟損失；夾具設(shè)計柔性化，可使自動送料設(shè)備裝配各種規(guī)格的螺栓、螺紋擋圈，為柔性化機械加工提供便利條件，一機多用的目的得以實現(xiàn)，有效節(jié)約經(jīng)濟成本和生產(chǎn)能源。