王鈺超，藍(lán)曉樂(lè)，余斌輝，鐘金錄，湯 烽，江麗珍，楊建榮

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，廣東 廣州 510800）

0 引言

模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備[1]。模具拆卸時(shí)，首先需要從導(dǎo)柱和導(dǎo)套間分開上、下模兩大部分。通常是用吊機(jī)提起上模，或?qū)⒛＞吲P放在工作臺(tái)上，再用橡膠錘敲擊模具突出部位，以使緊閉的上模與下模分離開來(lái)。但由于生銹等原因，導(dǎo)柱和導(dǎo)套之間會(huì)出現(xiàn)很難分開的情況，拆卸強(qiáng)度大，時(shí)常需要使用銅棒進(jìn)行敲擊模具，使得模具出現(xiàn)局部變形和損傷[2]。為了提高拆卸效率和降低工作強(qiáng)度、減少模具損傷和變形，本文研究設(shè)計(jì)了一種便于快速將模具上、下模分離的拆卸裝置。裝置中包括自動(dòng)傳送部件和自動(dòng)拆卸部件，可以完成將拆卸支架準(zhǔn)確送達(dá)模具位置、自動(dòng)分開模具并傳送分離模具的工作。

1 拆卸裝置設(shè)計(jì)

為充分節(jié)約模具拆卸時(shí)間，減少人力，決定在現(xiàn)有拆卸模具技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)置PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以進(jìn)一步提高設(shè)備的性價(jià)比，使設(shè)備具有良好的維護(hù)性。本文將對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為了快速分開模具上、下模兩大部分，設(shè)計(jì)的拆卸裝置具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。為使模具的傳送動(dòng)作和拆卸動(dòng)作自動(dòng)且穩(wěn)定，利用PLC 控制技術(shù)對(duì)拆卸裝置進(jìn)行控制。在拆卸過(guò)程中，利用PLC控制技術(shù)的可靠、穩(wěn)定，在實(shí)際拆卸模具的工作中通過(guò)PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)拆卸裝置的移動(dòng)，使拆卸裝置具有編程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、精確性高的優(yōu)點(diǎn)[3]。通過(guò)對(duì)小型模具拆卸裝置的PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使得裝置的傳送帶能以設(shè)定的速度把模具移動(dòng)到合適的位置，然后手動(dòng)固定模具下端，利用裝置把模具上、下模兩部分分離，從而實(shí)現(xiàn)分離上、下模的功能。

圖1 電動(dòng)模具拆卸裝置裝配圖

1.1 裝置結(jié)構(gòu)組成

拆卸裝置的主體分為裝置支架和減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，輔助部分設(shè)計(jì)有支架自動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)。

1）裝置支架部分。由頂板2、導(dǎo)柱3、導(dǎo)套31、支撐板24、下拉鉤14構(gòu)成。下拉鉤固定在整個(gè)裝置的底板8上，導(dǎo)柱采用螺紋的方式固定在下拉鉤上，導(dǎo)柱設(shè)計(jì)有軸肩撐起支撐板，支撐板上有四個(gè)導(dǎo)套加強(qiáng)支撐頂板，頂板與四根導(dǎo)柱采用螺絲緊固。

2）減速傳動(dòng)部分。由Z 軸電機(jī)1、小齒輪11、大齒輪25、拉拔螺桿29、端面軸承26和28、T形螺紋套27、動(dòng)板22和上拉鉤13 組成，如圖2 所示。梯形螺紋套用螺釘與大齒輪固定，梯形螺紋套上下各裝一個(gè)端面軸承，作用是防止梯形螺紋套軸向運(yùn)動(dòng)，讓其只能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。拉拔螺桿和兩側(cè)上拉鉤分別用螺釘鎖緊在動(dòng)板上。工作時(shí)，Z軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)小齒輪帶動(dòng)大齒輪，減速傳遞至梯形螺紋套，由梯形螺紋套的螺旋帶動(dòng)拉拔螺桿、動(dòng)板和上拉鉤進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)Z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)動(dòng)板和上拉鉤向上運(yùn)動(dòng)，可將模具上模拔出；當(dāng)Z軸電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)動(dòng)板和上拉鉤向下運(yùn)動(dòng)，可將模具上模放置在擱置臺(tái)9。

圖2 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

3）支架傳送部分。主要由底板8、直線導(dǎo)軌7、X 軸電機(jī)30、滾珠絲桿10、推拉架15等組成。X軸電機(jī)開啟后，旋轉(zhuǎn)的滾珠絲桿帶動(dòng)推拉架，推引著支架主體進(jìn)行左右移動(dòng)。當(dāng)X 軸電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，支架往右側(cè)（模具位置方向）前進(jìn)；反轉(zhuǎn)時(shí)，支架往左側(cè)回程。

1.2 裝置工作原理

通過(guò)PLC控制X軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)龍門架左右移動(dòng)，使模具到達(dá)方便拆卸的位置，再通過(guò)控制Z軸電機(jī)使掛鉤上下移動(dòng)，從而分離上下模，最后實(shí)現(xiàn)模具的拆卸，且安裝了五個(gè)傳感器，方便感應(yīng)每次傳送到達(dá)的位置，讓每次傳送精確感應(yīng)到位后，再執(zhí)行下一步動(dòng)作，以達(dá)到準(zhǔn)確拆卸的效果。而X軸和Z軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，需要靠PLC程序控制。

1）先將需要拆卸的模具置于下輔助板5 上固定，再固定上輔助板4。裝置龍門架停留于初始位置即傳感器A的位置，上拉鉤13在傳感器E處。

2）按下啟動(dòng)按鈕19，X 軸電機(jī)30 得電正轉(zhuǎn)，把龍門架向傳感器C方向處傳送，上輔助板4進(jìn)入上拉鉤13，下輔助板5 進(jìn)入下拉鉤14，當(dāng)傳感器C 感應(yīng)到龍門架到位后，X 軸電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

3）接著Z軸電機(jī)1得電正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)上拉鉤13上提，帶著上、下模分離開來(lái)。當(dāng)上拉鉤到達(dá)傳感器D 處時(shí)，Z 軸電機(jī)1失電停止。

4）同時(shí)X 軸電機(jī)得電反轉(zhuǎn)，將整個(gè)龍門架主體往回傳送，到達(dá)傳感器B處后X軸電機(jī)停止傳送。

5）此時(shí)Z軸電機(jī)1得電反轉(zhuǎn)，將上模從傳感器D處往下傳送，到達(dá)傳感器E 位置時(shí)，Z 軸電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將已拆的上模放在擱置臺(tái)9上。

6）這時(shí)X 軸電機(jī)30 得電反轉(zhuǎn)，將空的龍門架主體橫向送回傳感器A處，停止工作并恢復(fù)初始狀態(tài)，為下一次操作做準(zhǔn)備。

2 PLC控制系統(tǒng)的選擇

PLC 控制器采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)，具備嚴(yán)格的生產(chǎn)制造環(huán)境，有可靠性高、干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用其開發(fā)產(chǎn)品的工作量比較少，維護(hù)和升級(jí)也非常方便[4]。小型模具的拆卸裝置的控制系統(tǒng)，由于模塊式PLC的配置靈活，功能擴(kuò)展方便，提供多種I/O 接口，所以應(yīng)選擇模塊式的PLC，硬件選型時(shí)還需要對(duì)I/O 口數(shù)，與外部設(shè)備的兼容性、PLC的容量進(jìn)行確定。在滿足工藝需求的前提下，盡量選用可靠成熟、經(jīng)濟(jì)性高的控制器及控制模塊；通常 I/O 模塊數(shù)量配置時(shí)依據(jù)工作任務(wù)需求并冗余10%～20%的 I/O 點(diǎn)位量，以便于后期系統(tǒng)維護(hù)、維修以及系統(tǒng)功能擴(kuò)展[5]。本設(shè)計(jì)選用三菱FX3U系列PLC。

2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC 控制系統(tǒng)軟件是拆卸裝置的控制核心，主要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)桿傳感器的辨認(rèn)與控制、操作等。PLC 控制系統(tǒng)軟件包括初始化、變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、龍門架移動(dòng)、掛鉤移動(dòng)和識(shí)別定位等部分[6]。

PLC 控制的拆卸機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)主要有PLC的配置、選型、接線電纜以及輸入、輸出端口的分配情況；軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是根據(jù)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和工藝要求，使用相應(yīng)的編程語(yǔ)言，編制用戶控制程序和形成相應(yīng)文件的過(guò)程[7]。本產(chǎn)品需要用到可實(shí)現(xiàn)控制模具分離的機(jī)構(gòu)，為使得該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化控制，需要用到編制 PLC 控制程序的方法，使用PLC 可以模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。其圖形甚至元件名稱都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成PLC梯形圖語(yǔ)言[8]。

2.2 PLC控制系統(tǒng)流程圖

本拆卸裝置的PLC 控制流程圖主要由X 軸電機(jī)和Z 軸電機(jī)共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)拆卸模具的功能，具體流程圖如圖3所示。

圖3 PLC 流程圖

2.3 模具拆卸裝置PLC程序梯形圖

常開急停開關(guān)X001 控制急停中間繼電器M1，上掛鉤置于傳感器E 位置處，使得傳感器A 與E 都為ON 狀態(tài)，當(dāng)需要整個(gè)設(shè)備進(jìn)行工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)松開急停開關(guān)X001 使線圈M1 得電，同時(shí)按下X002 按鈕，裝料電機(jī)Y001 正轉(zhuǎn)，使龍門架由傳感器A 移動(dòng)至C 處，經(jīng)過(guò)中間位置傳感器B，會(huì)使X012 開關(guān)接通，M3 線圈得電，Z 軸電機(jī)啟動(dòng)使得上鉤板下降，期間X 軸電機(jī)繼續(xù)工作，將龍門架送至傳感器C 處，掛鉤碰到傳感器E 后Z 軸電機(jī)停止工作，待傳感器C 感應(yīng)到龍門架后，使X 軸電機(jī)停止工作，此時(shí)Z 軸電機(jī)Y002 得電正轉(zhuǎn)使上掛鉤上拉，將上下模具分離開來(lái)，待上掛鉤移動(dòng)至傳感器D 處時(shí)，使X 軸電機(jī)Y003 反轉(zhuǎn)，將龍門架向后傳送，龍門架移動(dòng)到傳感器B 處后，X012 接通，Y003 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，M3 線圈得電，使得Z 軸電機(jī)反轉(zhuǎn)，上掛鉤下移將上模放置于板9 上，傳感器E 感應(yīng)到后X015 接通，X 軸電機(jī)啟動(dòng)Y003 將龍門架傳送回，最后到達(dá)傳感器A 處，Y003停止轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)備回到初始狀態(tài)。PLC 程序控制梯形圖如圖4 所示。

圖4 PLC 程序控制梯形圖

3 結(jié)論

解決現(xiàn)有模具拆卸過(guò)程中，經(jīng)常對(duì)模具敲擊造成模具損傷、精度降低、影響產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)問(wèn)題。以三菱FX3U系列PLC 為例對(duì)PLC 在小型模具拆卸裝置中的應(yīng)用進(jìn)行研究，主要設(shè)計(jì)完成了硬件的選擇，PLC的電路連接，I/O口的分配和相應(yīng)設(shè)備的選擇，對(duì)拆卸裝置的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可廣泛應(yīng)用于模具拆卸過(guò)程，且采用電動(dòng)控制，可以一次性輕松完成繁重的人工拆卸過(guò)程，整個(gè)流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益，并為以后拆卸模具技術(shù)的進(jìn)一步提高打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。