一种翻盖式上下料安全装置机构设计*

王 璇，任俊波，何明珠

（大连豪森设备制造有限公司a.机械设计部；b.电气设计部；c.研发部，辽宁大连 116036）

一种翻盖式上下料安全装置机构设计*

王 璇a，任俊波b，何明珠c

（大连豪森设备制造有限公司a.机械设计部；b.电气设计部；c.研发部，辽宁大连 116036）

针对机加工设备上的自动上下料问题，提出了一种翻盖式上下料安全装置。重点描述了该装置的结构、工作原理和控制系统的设计与实现，采用了基于西门子工控机IPC677的软PLC控制方式，完全代替了传统的PLC控制，并且该自动上下料装置可以在软PLC的控制下，稳定可靠，高效地完成既定工作，目前在装配线上运转良好。整个安全装置系统的提出不但提高了发动机装配线的自动化程度，也对自动化装配行业具有非常积极的意义。

自动上下料；安全装置；结构设计；软PLC

0 引言

在机加工设备进行工件的加工或装配时，需要操作人员配合机加工设备进行上料和下料。设备上的机械手等运送机构将加工完成的工件运送到指定位置，操作人员将工件移走，并在指定位置放置待加工的工件。为了防止工人在上述操作过程中被运动的设备或工件碰伤，传统上会在上下料的位置上设置光幕，当光幕感应到工人的双手已经进入自身的有限范围时，会向机加工设备的控制系统发出信号，机加工设备停止工件的运送。但这种方式仍然存在一定的安全隐患和风险：第一，光幕有可能出现故障，无法进行信号的传递，而使用者则认为光幕正在正常工作，被移动中的工件或机械手臂等机构碰伤；第二，即便光幕没有故障，光幕检测到工人的双手并将该信号发送给控制系统，控制系统再控制执行机构停止动作，整个过程需要一定的反应时间，也就是说利用光幕的方式进行检测人手是否进入危险区域是有延迟的，仍然可能会导致操作人员受伤。

本文提出了一种翻盖式上下料安全装置的机构创新设计，从根本上将操作人员与机加工设备的内部隔绝开来，不但实现了自动上下料，同时消除了上下料过程中操作人员受伤的可能性。

1 翻盖式上下料安全装置机构组成与工作原理

如图1所示，为翻盖式上下料安全装置机构的机构简图［1-4］。外壳体内是机加工设备的操作空间，操作人员都位于外壳体外部。在外壳体上开设有进出料口，在进出料口处设置有通过机架滑动支撑的滑台，在滑台上设置有能够检测工件是否到位的传感器，驱动滑台运动的滑台气缸设置在机架上。外壳体内部的机架上还设置有与进出料口相对应的翻盖体，这个翻盖体铰接在机架上并能够在翻盖气缸的驱动下摆动，而翻盖气缸的两端则分别与机架和翻盖体相铰接。在进出料口上相配的设置有透明推拉门，这个透明推拉门通过推拉门气缸进行控制，并且滑台气缸、翻盖气缸和推拉门气缸都能够检测其自身的收缩和伸出的极限位置，并将是否达到极限位置的信号传送给机加工设备的控制系统。滑台气缸、翻盖气缸和推拉门气缸都通过控制系统进行统一控制；翻盖体上设置有位置传感器，与位置传感器相配的设置有感应块，而位置传感器也同样与控制系统相连。

图1 翻盖式上下料安全装置机构简图

工件为发动机缸盖，零件图如图2所示，采用一面两销的定位方式定位在托盘上，该工序需要将缸盖和托盘一同从流水线上取下，安装在预定位置，供机器人进行涂胶工作［5-7］。

图2 发动机缸盖及托盘示意图

涂胶工作完成后，利用机械手臂等执行机构将工件运送到翻盖体上方，此时滑台气缸和翻盖气缸处于完全回收状态，翻盖体打开。执行机构将工件放置到滑台上，传感器检测到工件到位后，向控制系统发出信号，控制系统控制翻盖气缸工作，翻盖气缸驱动翻盖体转动，直至扣合在工件上方，此时工件与机加工设备之间通过翻盖体完全隔离，同时设置在翻盖体上的位置传感器也会检测是否与感应块相配，如到位则说明翻盖体确实已经将工件完全盖住，此时控制系统才会推拉门气缸工作，透明推拉门开启，然后控制滑台气缸工作，将滑台从进出料口中推出到外壳体外部。当滑台气缸伸出到极限位置后，操作者便可从滑台上将工件取走，并更换待加工的工件放置到滑台上。上述动作反向运行，滑台将待加工的工件运送到机加工设备的外壳体内部，并将工件取走进行加工，如图3所示。

图3 翻盖式上下料安全装置工作示意图

2 控制系统的设计

电气控制器主要由新型软PLC，即西门子工控机IPC677和信号转换电路组成，其中软PLC包括CPU单元、存储器模块和电源模块；电气控制器硬件结构如图4所示。

图4 电气控制器结构

软PLC通过输入输出模块接收来自信号转换电路的输入信号，按需求进行控制计算以后，输出控制信号至信号转换电路，与此同时利用CAN通信模块与上位机进行通信，实现信息的传递［8］。

图5 控制系统硬件结构图

图5为设备控制系统的硬件结构图，软PLC控制若干个西门子PC477模块，每个模块都可以实现现场编程调试功能，软PLC具有监控功能，同时监视若干个PC477的工作状态；PC477下位有若干ET200s模块，ET200s上触电控制气缸动作，实现预定功能［9-10］。

图6 软PLC程序流程图

3 结论

本文介绍了一种翻盖式上下料安全装置的9机构设计，该机构从根本上将操作人员与机加工设备的内部隔绝开来，不但实现了自动上下料，同时消除了上下料过程中操作人员受伤的可能性。本文控制系统的核心采用了基于西门子工控机IPC677的软PLC控制技术，工作稳定可靠，可以高效地既定动作。整套翻盖式上下料安全装置，具有较强的应用价值。

［1］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［2］濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［3］左建民.液压与气压传动（第）［M］.4版.北京：机械工业出版社，2007.

［4］薛源顺.机床夹具设计［J］.北京：机械工业出版社，2001.

［5］陈道长.QC4112缸体加工自动线研制［J］.组合机床与自动化加工技术，2012（10）：110-112.

［6］马洪新.装配线上变速器箱体定位夹紧机构的改进与实践［J］.制造技术与机床，2009（5）：145-147.

［7］吴长江.主轴承盖加工自动线典型夹具分析［J］.组合机床与自动化加工技术，2014（4）：131-132.

［8］刘兴松，杨执中，边党伟，等.基于软PLC的电气控制器设计［J］.化工自动化及仪表，2014，41（10）：1111-1113.

［9］吴亦峰，侯志伟.PLC及电气控制［M］.北京：电子工业出版社，2012.

［10］庄尚志，郑建彬.基于多线程技术的PLC与PC的串行通信［J］.武汉理工大学学报，2008，30（6）：877-880.

（编辑 李秀敏）

Structure Design of Clamshell Loading and Unloading Safety Device

WANG Xuana，REN Jun-bob，HEMing-zhuc
（a.Department of Mechanical Design；b.Department of Electrical Design；c.Department of Research and Development，Dalian Haosen Equipment Manufacture Co.，Ltd.，Dalian Liaoning 116036，China）

In order to achieve automatic loading and unloading onmachining equipment，the paper proposed a novel structure design of clamshell loading and unloading safety device.The paper highlights the structure designing and working principle of the device and the clamp.Moreover，a soft PLC controlling method based on Siemens IPC677 was illustrated which has already taken the place of traditional PLC，which functions stably and reliably to load and unload the work piece in certain order automatically.Thewhole system has improved the degree of automation of assembly line and has a positive effect on the automation industry as well.

automatic loading and unloading；safety device structure design；clamp design；soft PLC

TH122；TG65

A

1001-2265（2015）07-0148-02 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.07.041

2015-01-12；

2015-03-23

辽宁省科技创新重大专项（201408001）

王璇（1971-），女，辽宁大连人，大连豪森设备制造有限公司工程师，研究方向为变速箱装配线设计与制造，（E-mail）wangxuan@haosen.com.cn。