脚轮支架冲压自动化生产线的设计开发及其实现

仇文平

（江苏省盐南中等专业学校,江苏盐城224041）

脚轮支架冲压自动化生产线的设计开发及其实现

仇文平

（江苏省盐南中等专业学校,江苏盐城224041）

为满足脚轮支架冲压加工生产需求，对脚轮支架冲压自动生产线的设计开发问题展开了研究，利用机械手和PLC控制技术完成了一种自动线控系统的设计。经过调试后，该系统可以实现脚轮支架的自动化生产。

脚轮支架；冲压加工；自动化生产线；设计开发；实现

引言

在脚轮支架冲压生产方面，部分厂家使用了多工位级进模式进行加工生产，以便利用一副模具完成多道生产工序，从而提高脚轮支架的生产效率。但是，使用该种生产模式对冲床有着较高要求，所以未能得到广泛应用。因此，相关人员还应该加强脚轮支架冲压的自动化生产研究，以便更好地满足行业的发展需求。

1 脚轮支架冲压自动化生产线的设计开发思路

在脚轮支架加工生产的过程中，需要完成上料、拉深成形、整形与冲孔压印等多道工序。采取人工操作方式进行脚轮支架生产，不仅生产效率低下，还容易出现生产事故。完成脚轮支架冲压自动化生产线的设计开发，则能够确保加工生产安全，并能够提高生产效率，所以能够使脚轮支架的产品竞争力得到提升。具体来讲，在进行该种自动化生产线设计开发时，其将由6台机械手、1台上料机和4台冲床构成。从整体布局上来看，将使用拥有两工位的机械手进行冲孔压印操作，然后使用两个机械手进行拉深加工，同时用两个机械手进行冲侧孔加工、两个机械手用于顶部冲孔和整形[1]。在生产线运行的过程中，机械手可以完成上一工位加工得到零件的自动抓取，然后将零件运动到下一工位，并将其准确放入制定模具位置。除了整形使用的机械手，其余机械手都要在Z轴上实现升降和旋转运动，并利用机械手末端完成翻转和抓取运动。而整形操作机械手只需要在Z轴升降和在X轴进行水平移动。

2 脚轮支架冲压自动化生产线的设计开发及其实现

2.1 机械手设计及实现

在机械手设计上，考虑到机械手需要完成工件的准确抓取和翻转，并且需要完成升降和旋转运动，还要将其结构设计为由升降部分、旋转部分和机械臂三部分构成。其中，升降部分由传感器、支撑导柱、上下降台、同步带轮、升降伺服电机和升降台导向轴等几个主要部分构成，旋转部门由同步带轮、升降台、旋转伺服电机和转轴等几个主要部分构成，机械臂由伸缩气缸、气爪和旋转气缸等几部分构成。在实际运行过程中，升降台将在伺服电机驱动下上升或下降，并在同步带轮的带动下转动[2]。达到指定高度后，旋转台将在旋转电机驱动下与带轮转轴同步转动，从而使机械手围绕Z轴转动。旋转到制定位置后，伸缩气缸将进入冲床型腔内，机械手则会在旋转到一定角度后进行小范围升降，然后在制定位置利用气爪闭合完成工件抓取，并且通过旋转和升降运动将工件送至下一工位。为确保工件能够被顺利抓取，需要利用旋转气缸、夹具和夹指完成气爪夹持器的设计，以便利用旋转气缸驱动夹指带动夹具完成脚轮支架抓取。

2.2 生产线控制设计及实现

为实现脚轮支架冲压的自动化生产控制，还要使用PLC控制技术进行生产线控制设计。在控制系统中，整个自动化生产线的控制过程将由PLC内部的CPU控制，其将通过RS232串口进行触摸屏的数据信息接收，从而根据用户指令完成生产线控制。在实际生产中，系统输出模块将输出控制信号，伺服驱动器则能够完成信号接收，并且促使伺服电机运动，从而完成机械手的运动控制。与此同时，系统输入模块将完成由位置传感器和伺服电机内部编码器传来的位置信号的接收，从而获知机械手的具体位置[3]。而系统CPU通过读取输入数据，则能够通过改变伺服电机运动状态实现机械手位置的调整。在实际进行该系统实现时，结合生产线需要的I/O点数量，可以选择三菱公司研发的FX3u-80M型PLC控制器进行自动化生产线控制。

完成控制系统的硬件设计后，需要完成系统软件的设计开发。具体来讲，就是利用三菱GX Developer编程软件进行PLC控制软件设计。而该软件拥有编译链接、程序调试、项目管理和模拟仿真等多项功能，可以使用其SFC顺序功能图完成程序的编写。从软件程序组成上来看，主要包含初始化模块和生产运行模块。在系统上电后，会先自行初始化程序，然后进入运行模块。在该模块中，系统需要先进行初始定位。此时，机械手将完成定位指令的接收，并执行预设位置控制指令回到初始位置。接收到反馈信号后，系统将发出自动上料指令，机械手则会按照指令完成循环顺序运动，从而依次完成各项生产工序。一旦有工序出现故障，系统就会进入报警中断模式[4]。故障排除后，需要按下复位按钮，系统则可以继续生产运行。完成工件生产后，系统将向机械手发送复位指令，并等待关机。

2.3 生产线调试及运行

完成系统设计后，需要使用GXDeveloper编程软件进行PLC程序仿真，以确定程序编写是否存在逻辑错误。通过点击“梯形图逻辑测试启动”按钮，就能够进入逻辑测试界面，然后利用继电内存监视实现程序仿真调试。完成程序调试后，可以使用编程软件将程序下载至PLC中，然后完成电控柜中各种电器元件安装和布线，然后将机械手安装在生产车间现场的预定位置。在企业生产现场进行联机运行调试的过程中，共设定了6、8、10、12个/min的生产速率设定，然后使自动化生产线在四种速率下进行连续一小时不间断运行。观察测试结果可以发现，在生产速率提高的情况下，产品的合格率由99.03%下降到了95.61%，报错次数由3次提高到了12次[5]。综合考虑生产效率和产品合格率，可以将生产线的生产速率设为8个/min。而经过调试后，该系统功能基本能够满足企业实际生产要求。

3 结论

使用机械手和PLC控制技术完成自动化生产线的设计开发，将能有效提高脚轮支架冲压生产效率，同时也能够为操作人员提供更多的安全保障。而经过测试可以发现，使用该种方法进行脚轮支架加工可以达到98.48%的产品合格率，因此能够满足企业各方面的生产需求。

[1]刘其洪,郭建.基于触摸屏与PLC的脚轮支架冲压自动线控制系统设计[J].仪表技术与传感器,2014(11):82-84.

[2]罗龙飞,张甜甜,马国礼，等.高速冲压自动化线生产切换研究[J].锻压技术,2014(2):102-108.

[3]杨德君.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用[J].科技创新与应用,2014(19):59.

[4]刘其洪,郭建.脚轮支架冲压自动化生产线设计[J].机械制造,2014 (7):87-90.

[5]和瑞林,刘吉辉,苗金钟.机器人冲压自动化生产线的构成及技术特点[J].金属加工(热加工),2012(5):10-13.

（编辑：刘楠）

Design Development and Realization of Automatic Production Line for Casting Support of Casters

Qiu Wenping
(Jiangsu Yannan Specialized Secondary School,Yancheng Jiangsu 224041)

In order tomeet the production requirements of stamping bracket casters,this paper design a truckle bracket of automatic stamping line is studied,byusing themanipulator and PLC control technology to complete the design of an automatic control system. After debugging,the system can realize the automatic production of caster bracket.

trundle bracket;stamping;automatic production line;design;implementation

TH241.2

A

2095-0748(2016)20-0084-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.37

2016-10-10

仇文平（1975—），男，江苏盐城人，本科，研究方向：机械制造与控制。