尹盛蓮 國磊

【摘 要】本設(shè)計(jì)采用PLC控制技術(shù)和氣動技術(shù)，通過PLC控制器控制電磁閥的順序開啟，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動、控制工件的抓取和卸料，實(shí)現(xiàn)全自動生產(chǎn)。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】后定位器機(jī)械手；氣動技術(shù)；機(jī)械結(jié)構(gòu)；PLC控制

一、緒論

日照某公司沖壓車間，現(xiàn)有一臺xxx型沖床，專門用于生產(chǎn)后定位器部件。目前生產(chǎn)采用手工上料、手工壓緊、沖壓后半手工卸料。這種生產(chǎn)方式導(dǎo)致了該沖壓件的生產(chǎn)質(zhì)量很大程度上取決于操作人員的技術(shù)水平，且存在較大的安全隱患。

根據(jù)山東水利職業(yè)學(xué)院和該公司沖壓車間合作，進(jìn)行后定位器部件彎曲沖壓沖床的自動上料技術(shù)改造。解決該沖床的，生產(chǎn)效率低，安全防護(hù)差，人員依賴強(qiáng)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全自動，高效，安全運(yùn)行的目的。

二、后定位器機(jī)械手系統(tǒng)的總體思路

（一）主要技術(shù)參數(shù)

后定位器機(jī)械手采用光機(jī)電氣一體化技術(shù)，針對后定位器部件彎曲組裝工序進(jìn)行的技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)工件毛坯的自動上料與卸料。通過調(diào)研現(xiàn)場沖壓機(jī)床的安裝布局，發(fā)現(xiàn)后定位器機(jī)械手的結(jié)構(gòu)除滿足沖床的工作行程外，還要滿足現(xiàn)有的模具空間要求。

后定位器機(jī)械手的主要要求如下：

工件不允許被磁化。

工件表面不允許被劃傷。

保證坯料被放到正確的沖壓位置。

生產(chǎn)效率比目前的手工操作要高。平均19件/分，約為目前純?nèi)斯ど狭喜僮鞯?.46倍。

運(yùn)行安全可靠，能耗低，噪音小，綠色無污染。

實(shí)現(xiàn)后定位器機(jī)械手的自動控制。

（二）后定位器機(jī)械手系統(tǒng)整體框架

后定位器機(jī)械手主要由控制系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測裝置四大部分構(gòu)成。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別是完成工件上料、送料、卸料的帶有接料盒的氣動導(dǎo)軌、氣動真空吸附機(jī)械手、提升板和推板。本設(shè)計(jì)是由氣壓來進(jìn)行驅(qū)動?？刂葡到y(tǒng)是以PLC為核心的控制器?？刂葡到y(tǒng)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的精度。

綜上所述，機(jī)械手控制系統(tǒng)整體框圖1如下：

（三）后定位器機(jī)械手系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

當(dāng)安裝在沖床上的凸模開始向上運(yùn)動做返回行程時，上料裝置的氣動吸盤迅速從帶有送料板的氣動導(dǎo)軌上吸取坯料，然后氣動裝置，沿雙向?qū)к壙焖龠\(yùn)動，通過行程開關(guān)使坯料能夠準(zhǔn)確到達(dá)沖床模具的沖壓位置。吸盤將坯料放到?jīng)_壓模具的凹模上時，通過六個定位銷進(jìn)一步定位，并且，吸盤運(yùn)動到使坯料接觸凹模上表面后才松開坯料，這樣保證了坯料能夠放平，準(zhǔn)確地定位。在坯料到達(dá)模具沖壓位置之前，安裝在送料裝置前端的卸料裝置已將上一個已加工好的工件推到卸料槽內(nèi)，工件靠重力滑落到工件箱內(nèi)，自行完成卸料。

系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：

1.采用無損、無磁化的柔性多功能真空吸盤抓料手；

2.采用雙軌導(dǎo)向、重力落料的自動定位貯料裝置；

3.采用高精度的雙導(dǎo)軌導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，確保取料、送料和放料的精度；

4.通過取料板上的特制模腔與貯料裝置的準(zhǔn)確配合，實(shí)現(xiàn)料片的連續(xù)、準(zhǔn)確、單一的提取。

5.系統(tǒng)具有自動檢測料片有無報警裝置，并且可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

（四）后定位器機(jī)械手系統(tǒng)組成

后定位器機(jī)械手主要由機(jī)械機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)兩大部分組成，如圖2所示。機(jī)械機(jī)構(gòu)主要包括取料裝置與卸料裝置，如圖3所示?？刂葡到y(tǒng)采用PLC技術(shù)，通過自動控制裝置，使各種裝置按照一定的順序和時間間隔發(fā)生動作。控制送料的時間與沖壓行程之間的滿足規(guī)定的協(xié)調(diào)關(guān)系，保證一定的生產(chǎn)率和運(yùn)動時間的準(zhǔn)確性，不允許有超前或遲滯現(xiàn)象。

1.上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

后定位器機(jī)械手的送料機(jī)構(gòu)主要由取料裝置與送料裝置組成。其中，取料機(jī)構(gòu)用來完成坯料的單一提取，送料裝置完成坯料的吸取、坯料的輸送與定位工作。取料裝置完成每次從坯料盒中自動取下一件坯料，并通過導(dǎo)軌傳動和行程開關(guān)的作用，將坯料停放在吸盤的工作位置。然后送料過程開始，通過送料裝置，將坯料準(zhǔn)確輸送到?jīng)_壓工作位置，為沖做好準(zhǔn)備。如圖4所示。

2.取料裝置設(shè)計(jì)方案

取料裝置，主要由氣動裝置、坯料盒（貯料裝置）、接料盤、導(dǎo)軌、限位裝置等部分組成。通過取料裝置把料片送到周轉(zhuǎn)工位。

由于料片的不規(guī)則，最終確定了取料裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)。它主要由坯料盒（貯料裝置）和帶接料盤的取料板兩部分組成。

三、PLC控制器的設(shè)計(jì)原則及其選型

（一）PLC的型號確定

本文中機(jī)械手控制系統(tǒng)選用的是S7—200系列中的CPU224的型號。該型號PLC集成的數(shù)字量輸入/輸出為14入10出共24個數(shù)字量I/O點(diǎn)，可以很好的滿足本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中的11個輸入9個輸出共20個數(shù)字量的要求。

（二）PLC控制器的I/O點(diǎn)分配

根據(jù)機(jī)械手動作流程分析及PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，可以確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配，根據(jù)I/O點(diǎn)分配表可以畫出PLC的外部接線圖如圖6所示。

（三）后定位器機(jī)械手控制程序設(shè)計(jì)

1.控制流程圖設(shè)計(jì)

采用PLC對機(jī)械手進(jìn)行控制，首先要明確機(jī)械手的工作要求和運(yùn)動規(guī)律，當(dāng)機(jī)械手的動作流程發(fā)生改變時，只需要改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)。按照機(jī)械手的控制要求，合理畫出機(jī)械手的運(yùn)動流程。設(shè)定取料板到達(dá)坯料盒下方的位置（進(jìn)行取料的位置）為取料終止位、取料板到達(dá)上料手取料的位置為取料初始位、上料手要進(jìn)行下降吸料的位置為上料初始位、上料手要進(jìn)行下降放料的位置為上料終止位、上料手上升停止的位置為上限位、上料手下降停止的位置為下限位，后定位器機(jī)械手控制主流程圖如圖7所示。

2.PLC程序設(shè)計(jì)

后定位器機(jī)械手控制系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)如圖8所示，其中包括取料板取料復(fù)位子程序，上料手復(fù)位子程序，上料手送料子程序。

四、結(jié)論

本文綜合利用光機(jī)電氣數(shù)一體化技術(shù)，采用數(shù)字化軟件及虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)和PLC控制技術(shù)，完成了后定位器機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)。設(shè)計(jì)開發(fā)的后定位器機(jī)械手系統(tǒng)具有技術(shù)含量高，制造成本低，設(shè)備的附加成本低，安全、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。通過后定位器機(jī)械手的現(xiàn)場安裝調(diào)試，無需對現(xiàn)有的車間設(shè)備布局進(jìn)行調(diào)整，無需對現(xiàn)有的沖壓機(jī)床設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變，提高了生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了沖壓生產(chǎn)的自動化水平，提高了定位精度，降低了企業(yè)制造成本。

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作者簡介：

尹盛蓮（1979-）女、四川廣安人、碩士研究生、講師、山東水利職業(yè)學(xué)院、主要從事機(jī)電類教學(xué)工作。

國磊（1979-）男、山東淄博人、碩士研究生、講師、山東水利職業(yè)學(xué)院、主要從事機(jī)電類教學(xué)工作。