圓盤式全自動攻牙機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

詹志安

（廣東省機(jī)械研究所有限公司，廣州 510635）

0 引言

攻牙機(jī)作為機(jī)械配件原件加工中比較基礎(chǔ)的機(jī)械加工母機(jī)，廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車多孔零部件、液壓元件、太陽能配件等領(lǐng)域的基材、電子元器件等精度要求比較高的鉆孔及攻絲加工[1]，而人工攻牙效率低，攻牙精度不穩(wěn)定，不易加工較小孔徑的工件，在攻牙的過程中容易出現(xiàn)斷絲等現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)主要針對手機(jī)、電腦等較小孔徑的螺牙加工，通過對圓盤式全自動攻牙機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使攻牙機(jī)的自動反轉(zhuǎn)裝置能夠根據(jù)物料所需的加工深度自由調(diào)整攻牙行程，物料通過供料系統(tǒng)到達(dá)指定位置，取料裝置自動把物料放在攻牙系統(tǒng)的圓盤上，實(shí)現(xiàn)工件的供料、取放料、鉆孔或倒角、攻牙、出料的全自動控制，從而保證攻牙工件的攻牙精度，提高鉆頭和絲錐的使用壽命，一人可以同時(shí)操作多臺設(shè)備大大提升了加工效率，降低勞動生產(chǎn)成本。

1 圓盤式全自動攻牙機(jī)組成及工作原理

圓盤式全自動攻牙機(jī)主要由供料系統(tǒng)、取放料機(jī)械手、攻牙系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、供油系統(tǒng)等組成。

圓盤式全自動攻牙機(jī)通過供料系統(tǒng)把物料輸送到指定的取料位置，物料到達(dá)指定位置后，物料傳感器發(fā)出物料到位信號，取放料機(jī)械手得到物料到位信號后完成取料動作，并把物料搬運(yùn)到攻牙系統(tǒng)的放料工序的轉(zhuǎn)盤夾具上方。當(dāng)轉(zhuǎn)盤上的工件夾具檢測到無工件和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角到位信號后，物料夾具通過氣動桿打開，取放料機(jī)械手向下運(yùn)動，把物料放在物料夾具上面，物料夾具通過氣動桿關(guān)閉夾具，固定好工件，從而完成物料輸送。攻牙系統(tǒng)檢測到工件夾具上面有物料，轉(zhuǎn)盤開始旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)角度為60°，旋轉(zhuǎn)到位后，物料到達(dá)指定的加工位子，攻牙機(jī)自動開始對物料進(jìn)行自動倒角、攻牙、吹屑、出料[2]。在滿足供料、放料、加工條件下，攻牙機(jī)自動循環(huán)動作，從而實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。

2 圓盤式全自動攻牙機(jī)動作流程

圓盤式全自動攻牙機(jī)動作流程主要由供料系統(tǒng)、取放料機(jī)械手和攻牙系統(tǒng)組成。按下啟動按鈕后，氣動系統(tǒng)、供油系統(tǒng)開啟，給設(shè)備供氣、供油；供料系統(tǒng)、取放料機(jī)械手和攻牙系統(tǒng)啟動自動控制程序，攻牙機(jī)開始工作。

供料系統(tǒng)通過振動篩把物料振動到指定的取料位置。當(dāng)振動篩導(dǎo)軌上的物料數(shù)量達(dá)到設(shè)定的數(shù)量時(shí)，振動篩自動停止工作，停止供料；當(dāng)振動篩導(dǎo)軌上的物料數(shù)量低于設(shè)定值振動篩自動開始工作，開始繼續(xù)供料。

圖1 取放料機(jī)械手動作流程

取放料機(jī)械手的動作流程圖如圖1 所示。啟動時(shí)，如取放料機(jī)械手沒有在設(shè)定原點(diǎn)位置，可通過手動模式，使機(jī)械手到達(dá)原點(diǎn)位置。當(dāng)機(jī)械手到達(dá)原點(diǎn)位置時(shí)，攻牙機(jī)進(jìn)入全自動生產(chǎn)模式。取放料機(jī)械手開始工作，當(dāng)供料系統(tǒng)檢測到物料到位時(shí)，垂直方向電機(jī)正轉(zhuǎn)，垂直機(jī)構(gòu)下降吸料；當(dāng)機(jī)械手的垂直機(jī)構(gòu)下降到下限位時(shí)，控制負(fù)壓電磁閥開啟，吸料口吸料，并保持吸料動作；吸完物料后，垂直方向的電機(jī)反轉(zhuǎn)，垂直機(jī)構(gòu)吸料上升；當(dāng)垂直機(jī)構(gòu)上升到上限位時(shí)，水平方向電機(jī)正轉(zhuǎn)，左行動作；當(dāng)左行到左限位時(shí)，左行停止，只有在攻牙系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤上的固定物料工位檢測到無物料且轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到位，垂直方向電機(jī)正轉(zhuǎn)，垂直機(jī)構(gòu)下降放料；當(dāng)垂直機(jī)構(gòu)下降到下限位時(shí)，控制負(fù)壓電磁閥關(guān)閉，把物料放置在指定的工位；放完物料后，機(jī)械手回到原點(diǎn)，繼續(xù)等待，直到供料系統(tǒng)檢測到物料，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)運(yùn)行[3]。

圖2 攻牙系統(tǒng)工作流程圖

攻牙系統(tǒng)工作時(shí)，吹屑?xì)夤苈泛凸┯拖到y(tǒng)開始工作，其攻牙的具體動作流程圖如圖2所示[4]。當(dāng)檢測到物料夾具上有物料，轉(zhuǎn)盤自動旋轉(zhuǎn)到倒角工位，物料到達(dá)指定的加工工位，正反面倒角分別到達(dá)正反面的限位位置，對工件進(jìn)行倒角，同時(shí)吹屑?xì)夤艽祾吖ぜ砻骅F屑；倒角完成后，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到攻牙工序，攻牙電機(jī)下降，對指定的孔位進(jìn)行攻牙，同時(shí)吹屑?xì)夤艽祾吖ぜ砻骅F屑；攻牙完成后，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到出料工序，完成整個(gè)攻牙動作。攻牙系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，放料、倒角、攻牙、出料工序是同時(shí)運(yùn)行的[5]。

3 圓盤式全自動攻牙機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC選型

供料系統(tǒng)的PLC輸出端需要振動篩1個(gè)端子；輸入端需要檢測到位1個(gè)、物料滿量程1個(gè)共2個(gè)端子；取放料機(jī)械手的PLC輸出端需要左右運(yùn)動2個(gè)、垂直方向運(yùn)動2個(gè)、吸料電磁閥1個(gè)共5個(gè)輸出端子；輸入端需要上下限位開關(guān)3個(gè)（上限位1個(gè)，下限位2個(gè)）、左右行限位開關(guān)2 個(gè)共5 個(gè)輸入端子；攻牙系統(tǒng)的PLC 輸出端需要正反面倒角進(jìn)退運(yùn)動4 個(gè)、攻牙進(jìn)退運(yùn)動2 個(gè)、上料夾緊氣缸1 個(gè)、卸料夾緊氣缸1個(gè)共8 個(gè)輸出端子。輸入端需要轉(zhuǎn)盤上物料檢測1個(gè)、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到位傳感器1個(gè)、倒角上下限位4 個(gè)、攻牙上下限位2 個(gè)、斷絲檢測1 個(gè)共7 個(gè)輸入端子；氣動系統(tǒng)的PLC輸出端需要供氣電磁閥1 個(gè)；供油系統(tǒng)PLC輸出端需要供油電磁閥1 個(gè)；其他輸入端子：啟動1 個(gè)、急停1個(gè)、轉(zhuǎn)換開關(guān)（手動/自動模式）1個(gè)共3個(gè)端子。

圖3 取放料機(jī)械手功能

因此，整個(gè)圓盤式全自動攻牙機(jī)至少要選用輸出端子16個(gè)，輸入端子17 個(gè)的PLC。現(xiàn)選用24 輸入/16 輸出，CPU226的西門子PLC。如有其他功能，CPU226可根據(jù)設(shè)備所需增加的功能進(jìn)行擴(kuò)展[6]。

3.2 取放料機(jī)械手I/O口分配及功能圖

圓盤式全自動攻牙機(jī)分為手動和自動控制模式，現(xiàn)對攻牙機(jī)的取放料機(jī)械手自動控制部分進(jìn)行編程。其I/O口的分配地址如表1所示，自動控制部分功能圖如圖3所示[7]。

表1 I/0口地址

3.3 取放料機(jī)械手梯形圖

取放料機(jī)械手自動控制部分梯形圖如圖4所示[8]。

圖4 取放料機(jī)械手自動控制梯形圖

3.4 取放料機(jī)械手仿真

使用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9軟件，把圖4的取放料機(jī)械手自動控制部分的梯形圖通過數(shù)據(jù)線下載到西門子CPU226模塊。按照取放料機(jī)械手功能圖的動作流程，從原點(diǎn)指示位置開始，通過手動方式，逐步輸入相應(yīng)的到位和物料檢測信號，輸出端子的輸出信號都可以按照流程圖的功能順序逐步輸出信號。

4 結(jié)束語

通過圓盤式全自動攻牙機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使攻牙機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動上料、取放料、倒角、攻牙和出料，并通過手動仿真，各個(gè)動作能夠按照全自動生產(chǎn)運(yùn)行。圓盤式全自動攻牙機(jī)不僅解決了人工攻牙時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)，不易加工較小的工件，還大大提高了生產(chǎn)效率，延長鉆頭和絲錐的壽命，從而減少生產(chǎn)和人工成本。