錨具夾片自動(dòng)切割裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制研究

王 軍，阮學(xué)云

（安徽理工大學(xué)，安徽淮南 232000）

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷提升，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，在預(yù)應(yīng)力工程中錨具扮演的角色越來(lái)越重要，例如煤礦中的井下支護(hù)設(shè)備的安裝，橋梁建筑的安裝等都離不開(kāi)錨具[1]。而在夾片錨的使用過(guò)程中，夾片是最重要也是最常用的部分。同時(shí)對(duì)于夾片的加工方法也進(jìn)一步提出了要求，面對(duì)龐大的需求量，其加工的工作效率以及精度需要進(jìn)一步提高。本文為提高加工工作效率和精度做了一些研究，并設(shè)計(jì)了錨具夾片的加工裝置[2]。

1 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）支撐機(jī)構(gòu)

由一個(gè)四角支撐底座平臺(tái)以及4個(gè)直角立柱通過(guò)焊接在底座平臺(tái)上，其中底座用來(lái)安裝下液壓缸、電機(jī)機(jī)架、下料槽等構(gòu)件。

（2）夾緊機(jī)構(gòu)

夾緊機(jī)構(gòu)包括2個(gè)液壓缸、工件固定芯軸、液壓推桿桿頭固定塊，以及上液壓缸十字固定板。液壓缸十字固定板通過(guò)直角連接板固定于四周立柱上，進(jìn)而固定上液壓缸缸體。

圖1 錨具夾片3等分自動(dòng)切割裝置三維圖

（3）切割機(jī)構(gòu)

主要由交流電機(jī)、電機(jī)套、電機(jī)機(jī)架、專用鋸片、接觸開(kāi)關(guān)和繼電器組成[3-4]。電機(jī)機(jī)架通過(guò)底座上的孔進(jìn)行定位，3個(gè)電機(jī)所配的鋸片呈120°夾角布置，電機(jī)套安裝于電機(jī)機(jī)架上用于固定電機(jī)。

（4）液壓系統(tǒng)

由2個(gè)規(guī)格相同的液壓缸、電磁換向閥，節(jié)流閥，單向閥等組成。通過(guò)液壓系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)上液壓缸快進(jìn)給動(dòng)作與慢進(jìn)給動(dòng)作與兩個(gè)液壓缸的同步進(jìn)給的工作。

（5）PLC控制系統(tǒng)

主要是將電機(jī)、電磁換向閥、繼電器、電源開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)與PLC相連，進(jìn)而通過(guò)編程對(duì)整個(gè)切割工作進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)錨具夾片切割工作的自動(dòng)化[5]。

1.2 工作原理

該裝置完成切割，是靠電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)鋸片旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)切割的主運(yùn)動(dòng)，同時(shí)依靠雙液壓缸對(duì)工件進(jìn)行夾緊，且提供工件切削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。整個(gè)切割過(guò)程由PLC控制，能夠?qū)崿F(xiàn)從裝夾工件到加工后工件脫落整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化，不需要人工操作。

2 錨具夾片自動(dòng)切割機(jī)工作過(guò)程

該裝置的切割過(guò)程主要分為以下幾個(gè)部分：工作開(kāi)始前、工件的裝夾工作、工件切割過(guò)程、工件脫落過(guò)程，4個(gè)過(guò)程為1個(gè)工作循環(huán)。

（1）工作開(kāi)始前

工作開(kāi)始前上液壓缸與下液壓缸均處于未推出狀態(tài)，其狀態(tài)圖如圖2所示。

圖2 工作開(kāi)始前狀態(tài)

（2）工件的裝夾過(guò)程

首先由PLC控制上液壓缸推桿推出，同時(shí)焊接在推桿上的芯軸也一并推出，當(dāng)芯軸到達(dá)工件安裝處時(shí)，觸碰接觸開(kāi)關(guān)，此時(shí)開(kāi)關(guān)信號(hào)傳遞給PLC系統(tǒng)，上液壓缸停止運(yùn)動(dòng)。等待安裝工件，待工件安裝完成后，由PLC控制的下液壓缸推桿推出對(duì)工件進(jìn)行夾緊工作。各步驟狀態(tài)圖如圖3所示。

（3）工件切割過(guò)程

等待裝夾工作完成后，PLC控制的電機(jī)開(kāi)關(guān)使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，PLC同時(shí)給控制上液壓缸與下液壓缸進(jìn)給的電磁信號(hào)，上液壓缸伸出，下液壓缸縮回，速度相同，工件在上液壓缸與下液壓缸共同作用下，在保持相對(duì)夾緊的狀態(tài)下，一一通過(guò)鋸片完成切割[6-7]。圖4所示為切割過(guò)程圖。

圖3 工件裝夾過(guò)程圖

圖4 工件切割過(guò)程

（4）工件脫落過(guò)程

當(dāng)切割完成時(shí)，此時(shí)下液壓缸完全縮回，如圖5所示。同時(shí)切割完成后的夾片脫落至下料槽，隨后沿下料槽滑至下料口，脫離工作區(qū)以外，落入工件收集箱。

圖5 工件脫落過(guò)程

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)方案

為了實(shí)現(xiàn)錨具夾片自動(dòng)切割加工，經(jīng)分析，確定錨具夾片自動(dòng)切割的工作循環(huán)如圖6所示。設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主要由PLC控制器、工業(yè)觸摸屏、交流電機(jī)、電磁換向閥、繼電器、電源開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)組成[8]，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示，其運(yùn)行原理：操作人員通過(guò)工業(yè)觸摸屏設(shè)置所需的交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給速度等參數(shù)，電機(jī)啟動(dòng)，上料，通過(guò)電磁換向閥控制液壓缸夾緊工件，通過(guò)兩個(gè)液壓缸同步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件進(jìn)給，切割完成，電磁換向閥控制液壓缸回程松開(kāi)工件，工件掉落。

圖6 錨具夾片自動(dòng)切割機(jī)工作循環(huán)圖

圖7 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)

圖8 PLC控制程序流程圖

表1 I/O分配表

為實(shí)現(xiàn)錨具夾片自動(dòng)切割機(jī)的工作循環(huán)，制定了PLC控制程序流程圖與I/O分配表，如圖8和表1所示。在啟動(dòng)錨具夾片自動(dòng)切割機(jī)后，上液壓缸與下液壓缸、3個(gè)交流電機(jī)、芯軸及上液壓缸行程間的限位開(kāi)關(guān)是否復(fù)位，若未復(fù)位則需復(fù)位后再次檢測(cè)，若復(fù)位完畢，則上料，檢測(cè)工件上料到位后，電機(jī)啟動(dòng)，PLC給電磁換向閥發(fā)送信號(hào)，液壓缸夾緊工件，限位開(kāi)關(guān)觸發(fā)，檢測(cè)到工件是否夾緊，若夾緊，PLC給電磁換向閥發(fā)送信號(hào)，上下液壓缸同步運(yùn)動(dòng)進(jìn)給工件，直到工件切割完成，上PLC給上液壓缸電磁換向閥發(fā)出信號(hào)，上液壓缸縮回，檢測(cè)是否縮回，若上液壓缸縮回完畢，等待下一批工件上料，完成一個(gè)工作循環(huán)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文采用新的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)新型切割裝置，3個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)散片刀具，使刀具具有自動(dòng)切割工件的功能，且速度可調(diào)；運(yùn)用PLC與液壓系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)雙同步液壓缸夾持輸送錨具夾片功能，且進(jìn)給速度、夾持力可調(diào)；工作時(shí)自動(dòng)保證工件夾緊功能，且刀具切割等分?jǐn)?shù)量、切割速度和壓力均可調(diào)[2]；切割結(jié)束時(shí)液壓缸受PLC控制自動(dòng)結(jié)束對(duì)工件施加的夾持力，錨具夾片由于重力自動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)，保證切割成品自動(dòng)離開(kāi)工作面，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，解決了現(xiàn)有的錨具夾片切割作業(yè)的精度不高，生產(chǎn)效率低的問(wèn)題，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。該機(jī)還具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)，可克服錨具夾片切割現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。