回轉(zhuǎn)裝配工裝控制系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)

于躍

摘 要：根據(jù)飛機壁板裝配工裝及定位裝夾自動化要求，在分析現(xiàn)有工裝系統(tǒng)特點基礎(chǔ)上，提出了以可編程控制器SIMATIC S7-200為控制核心的回轉(zhuǎn)裝配自動工裝系統(tǒng)，通過工藝過程分析、控制系統(tǒng)硬件選型和軟件編程，實現(xiàn)了對飛機壁板夾緊、松開和回轉(zhuǎn)裝配工裝位置的自動控制，該系統(tǒng)已用于配合五坐標(biāo)自動制孔設(shè)備對翼面類部件的雙面精準(zhǔn)加工中。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)工裝;飛機裝配;定位夾緊;PLC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.004

0 引言

飛機部裝裝配過程中，使用傳統(tǒng)的裝配工裝需要人工完成飛機壁板定位夾緊等一系列重復(fù)性工作，不僅效率低，耗費人力，而且在安裝過程中壁板可能造成碰撞破損。針對上述問題，提出了以可編程控制器SIMATIC S7-200為核心的回轉(zhuǎn)裝配工裝系統(tǒng)。該工裝控制系統(tǒng)集檢測、控制、通訊、氣動技術(shù)為一體，采用氣動夾緊裝置對飛機壁板進行定位夾緊，能實現(xiàn)對工裝旋轉(zhuǎn)定位的自動控制。

1 回轉(zhuǎn)裝配工裝系統(tǒng)組成

回轉(zhuǎn)裝配工裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括回轉(zhuǎn)工裝骨架、回轉(zhuǎn)平臺、三根定位立柱、半圓形導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。在飛機裝配過程中，回轉(zhuǎn)裝配工裝配合自動制孔設(shè)備完成對飛機壁板的自動制孔加工，自動制孔設(shè)備用于飛機自動化裝配中機翼蒙皮的制孔，采用五坐標(biāo)立柱形式，它由支撐移動定位平臺和多功能末端執(zhí)行器組成，自動制孔設(shè)備可沿X向移動。工作中將待制孔的飛機壁板工件放在回轉(zhuǎn)裝配工裝上，回轉(zhuǎn)裝配工裝系統(tǒng)根據(jù)工藝要求實現(xiàn)自動旋轉(zhuǎn)和位置控制，以便自動制孔設(shè)備對工件進行精準(zhǔn)雙面加工。

2 自動工裝系統(tǒng)的工藝過程分析

回轉(zhuǎn)裝配工裝配合自動制孔設(shè)備完成對飛機壁板的雙面加工，根據(jù)實際工況需定義三個關(guān)鍵工位，一工位、二工位、三工位。由三根立柱作為工位基準(zhǔn)，每個立柱上有電磁閥控制氣路通斷，從而控制定位夾緊裝置的夾緊和松開，工裝在三個工位配合自動制孔設(shè)備完成對飛機壁板的制孔。

回轉(zhuǎn)裝配工裝處于一工位，工裝框架與自動制孔設(shè)備X軸正方向成90度角，進行工件上架、安裝上下翼面裝配緊固件等工作，主要利用回轉(zhuǎn)裝配工裝骨架上滿足飛機壁板尺寸的裝卡夾具固定工件，同時利用五個氣缸進一步固定工件。

回轉(zhuǎn)裝配工裝處于二工位，工裝框架與設(shè)備X軸正方向成0度角，對工件進行正面制孔及補充制孔工作。回轉(zhuǎn)工裝處于三工位，工裝框架與設(shè)備X軸正方向成180度角，對工件進行反面制孔及補充制孔工作。在三工位完成工件反面制孔工作后，自動制孔設(shè)備自動退回原始位置，同時自動設(shè)備給工裝系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)絡(luò)信號，回轉(zhuǎn)裝配工裝由三工位旋轉(zhuǎn)到一工位，此時定位夾和定位銷將工裝夾緊，五個氣缸松開，該工位完成分解工藝緊固件、產(chǎn)品下架等工作，最終完成對工件的雙面制孔。

3 控制系統(tǒng)整體設(shè)計及開發(fā)

回轉(zhuǎn)裝配工裝控制系統(tǒng)遵循電氣控制系統(tǒng)的基本原則，保證系統(tǒng)具有先進性，實時性，安全性，經(jīng)濟型，易維護性[1]。該控制系統(tǒng)以西門子S7-200可編程邏輯控制器為核心，接收現(xiàn)場的光電開關(guān)感應(yīng)信號，控制面板上的按鈕操作信號，還有來自自動制孔設(shè)備的遠程聯(lián)絡(luò)通訊信號，同時對檢測接收到的各種信號通過程序邏輯處理之后對現(xiàn)場氣動裝置、電機器件等實施控制，而且系統(tǒng)具有指示燈輸出及其故障的聲光報警功能。

3.1 控制系統(tǒng)硬件選型

結(jié)合機械結(jié)構(gòu)對回轉(zhuǎn)裝配工裝中的被控對象進行分析，對控制信號進行統(tǒng)計，該控制系統(tǒng)共計51個數(shù)字量輸入點和共計39個數(shù)字量輸出點，留有10%余量。該控制系統(tǒng)采用了S7 CN系列的CPU226主機，擴展兩個數(shù)字輸入輸出模塊EM223和EM221，完成數(shù)據(jù)采集，及對電磁閥和電機的控制，滿足了回轉(zhuǎn)裝配工裝控制系統(tǒng)的要求。

對PLC數(shù)字量輸入輸出點，以及外部24V直流供電器件進行統(tǒng)計，計算了消耗總電流大小，CPU226自身帶的24V電源不能滿足該電路的需要，所以再選擇一個穩(wěn)定輸出的24V，3A直流電源模塊，為輸入輸出模塊及24V直流供電器件提供工作電源。

對系統(tǒng)的控制回路以及動力回路，設(shè)有保護措施，采用具有“組合功能”的模式，使用空氣開關(guān)、斷路器、接觸器、熱繼電器等，組成不同功能的回路，完成該系統(tǒng)對電動機、可編程邏輯控制器、電磁閥等主要器件的保護功能。

3.2 軟件設(shè)計及開發(fā)

軟件采用西門子公司的STEP7-Micro/win32標(biāo)準(zhǔn)工具編程軟件，應(yīng)用該軟件確定I/O端子地址分配。系統(tǒng)的控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，通過檢測判定程序使得各個模塊之間既相互獨立又有內(nèi)在聯(lián)系。該回轉(zhuǎn)裝配工裝實現(xiàn)制孔設(shè)備和工裝設(shè)備獨立控制，工裝設(shè)備控制可以實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)工裝手動、自動操作，同時設(shè)有保護、故障報警指示等功能。

4 結(jié)論

本文介紹了基于PLC控制的回轉(zhuǎn)裝配工裝的設(shè)計方法，詳細闡述了回轉(zhuǎn)裝配工裝的整體設(shè)計方案、主要工藝過程設(shè)計、控制系統(tǒng)硬件選型和軟件編程。實踐應(yīng)用證明，采用該回轉(zhuǎn)裝配工裝配合自動制孔設(shè)備對飛機壁板進行制孔加工，縮短了自動制孔的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減輕了工人勞動強度，提高了整個過程的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻：

[1]SIEMENS SIMATIC.S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊[Z].2004.

[2]吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.