一种双套筒自动切换装置结构设计*

何　峰，宋万国，于晓鹏

(大连豪森装备制造有限公司 a.电气设计部；b.机械设计部，辽宁 大连　116036)



一种双套筒自动切换装置结构设计*

何峰a，宋万国a，于晓鹏b

(大连豪森装备制造有限公司 a.电气设计部；b.机械设计部，辽宁 大连116036)

在发动机装配线上，多个工位中需要对不同位置上不同种类的螺栓进行拧紧造作。文章开发了一种自动化程度较高的双套筒自动切换装置。重点描述了切换装置的机构组成、工作原理及控制系统的开发与实施。该装置的控制器使用了基于西门子工控机IPC677，应用其内部的软PLC模块，对该工位上工件的动作进行检测、规划与控制，较好的替代了传统硬件PLC的控制方法。在软PLC的控制下，双套筒自动切换装置可以稳定可靠地时序完成不同位置不同种类螺栓的拧紧操作，目前该系统在装配线上运转良好。

双套筒自动切换装置；机械结构；控制系统；软PLC

0　引言

在发动机装配线上，有多个工位是为了完成螺栓的拧紧操作。在这些工位上，往往需要对多个不同位置、型号不同的螺栓进行拧紧操作。传统装配线上通常采用工人手持拧紧枪的方式进行操作。由于传统的拧紧头功能单一，一种拧紧头仅能够对与其对应的一种螺栓实施拧紧操作，因此工人需要频繁更换拧紧枪，重复作业；导致这些工位耗时费力，严重的影响了生产节拍和效率。因此，在发动机装配线上，如何实现不同位置螺栓的拧紧工作，是提高装配效率，建立一条自动化程度较高的装配线，需要解决的十分重要的问题。

本文提出一种了动作流畅、操作方便、运行可靠，能够在一个工位上对两种不同螺栓进行拧紧操作的双套筒自动切换结构。该设备能够提高生产效率，减轻工人负担，可以在特定工位上，完成工件同一圆周上不同位置的螺栓的拧紧工作，大大缩短了装配节拍，是发动机装配工艺上比较重要的突破。

1　双套筒自动切换装置机构组成与工作原理

如图1所示，为双套筒自动切换结构[1-4]，在壳体上设置有电机，电机的工作端上设置有主动齿，与主动齿相啮合的被动齿也位于壳体上，被动齿与拧紧机构相连，拧紧机构包括一个第一气缸，在第一气缸的周围设置有多个在圆周上均匀分布的第二气缸，第一气缸的工作端与第一拧紧头相连，在第一拧紧头外套接有第二拧紧头，并且第一拧紧头和第二拧紧头之间能够相对轴向窜动，第二拧紧头与第二气缸的工作端相连[5-6]。

当需要进行螺栓的拧紧时，首先多个第一拧紧头工作，对一种类型的螺栓(内六角螺栓)进行拧紧，拧紧工作完成后，第一气缸带动所有的第一拧紧头回收，第二气缸则带动所有的第二拧紧头伸出，第一拧紧头和第二拧紧头之间相对窜动，第二拧紧头处于加工位置，对另一种类型的螺栓(外六角螺栓)进行拧紧，这样就实现了在一个工位上对两种不同类型的螺栓进行拧紧的目的。而在实际生产和加工过程中，需要拧紧的多个螺栓往往是在圆周上均匀分布的，因此当拧紧机构完成一组螺栓的拧紧操作后，电机工作，通过主动齿带动被动齿转动，即实现了拧紧机构的一定角度的转动，以对同一圆周上不同位置的螺栓进行拧紧操作。

1.壳体 2.电机 3.主动齿 4.被动齿 5.拧紧机构 6.第一气缸 7.第二气缸 8.第一拧紧头 9.第二拧紧头

图1双套筒自动切换装置机构图

2　控制系统的设计

软PLC是一种基于PC的新型工业控制软件。与传统PLC相比，它具有开放的体系结构、更强的网络通讯能力和更强的数据处理能力，能较好地满足现代工业自动化的要求。同时，它也具有传统PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的优势。因此，软PLC技术已经成为目前国际工业自动化领域逐渐兴起的一项新型控制技术。软PLC的控制结构图如图2所示。

图2　软PLC的控制结构图

传统PLC的控制系统利用现场总线技术将PLC及现场设备连接起来，然后通过上位机来对现场PLC状态进行监控，再将信息反馈到企业管理层，整个过程耗时较长，且通信不便。而软PLC控制系统是以高效、快捷的网络为媒介，实现对现场设备的操作和控制，完成从工厂设备层到企业管理层的直接通讯，大大地提高了工作效率和设备运行可靠性。

软PLC通过输入输出模块，使用CAN通信模块与上位机进行通信；接收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，控制外部负载动作；与此同时，信号转换电路也接收各种负载信号，把采集到的信号进行转换后，送给软PLC，以满足软PLC的功能需求[7]。

图3为设备控制系统的硬件结构图，在控制器的设计方案中，选用西门子工控机PC677作为控制器，工控机PC677下位有若干个西门子ET200s模块，同时还有德国Schrauber控制模块；其中ET200s远程工作站的通讯模块，控制第一气缸与第二气缸的顺序动作；Schrauber模块控制拧紧枪动作，使拧紧力达到预期值。

图3　控制系统硬件结构图

该工位属于全自动工位，软PLC需要检测托盘中是否有料，判断抬起到位是否完成，判断自动挡或手动挡，顺序控制气缸及拧紧枪完成拧紧动作，检测本工序操作是否完成等，流程图如图4所示[8-10]。

图4　软PLC程序流程图

3　结论

本文针对发动机装配线上，某些工位对不同位置上不同种类螺栓的拧紧问题，开发了一种自动化程度较高的双套筒自动切换装置。该机构的机械结构简单，紧凑，能够有效控制成本且自动化程度较高。控制上采用了一种基于西门子工控机IPC677的软PLC控制方式，工作稳定可靠，装配节拍大大缩短，并且整个系统的开放性、灵活性以及较低的价格在市场上占很大优势。综上所述，本文提出的双套筒自动切换装置，具有较强的应用价值。

[1] 濮良贵，纪名刚.机械设计 [M]. 8版.北京：高等教育出版社，2006.

[2] 薛源顺.机床夹具设计[J]. 北京：机械工业出版社，2001.

[3] 孙立琴,丛明,赵强,等.汽车发动机和变速箱自动化装配技术[J].组合机床与自动化加工技术,2009(3):59-62.

[4] 岑军键.非标准设备设计手册[M].北京:国防工业出版社,1980.

[5] 李佳林，杨继新，王德权，等. 变速箱生产线物料装配拧紧防错系统[J]. 组合机床与自动化加工技术，2014(5)：151-153.

[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] 周峰,王新华,李剑峰,等. 软PLC技术的发展现状及应用前景[J]. 计算机工程与应用，2004(24):57-60.

[8] 刘战术,常晓玲.用于控制锥面磨床人机界面的PLC程序设计[J].组合机床与自动化加工技术，2008(2)：90-93.

[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] 邓娜,陈艳红.专用深孔镗床上下料机械手PLC控制系统设计[J]. 组合机床与自动化加工技术，2012(9)：76-79.

(编辑赵蓉)

Structure Design of an Automatic Switching Device over Double Sleeves

HE Fenga，SONG Wan-guob，YU Xiao-pengb

(a. Electrical Design Department;b. Mechanical Design Department,Dalian Haosen Equipment Manufacture Co., Ltd.，Dalian Liaoning 116036, China)

In order to complete tightening process over position-varied different bolts on some work stations, the paper proposed a structure design of automatic switching device over double sleeves. The paper highlights the structure designing, working principle and control system of the device. Moreover, a soft PLC controlling method based on Siemens IPC677 was illustrated which can detect, plan and control the movement of the work piece. With the help of this controlling method, the switching device functions stably and reliably to complete tightening process over position-varied different bolts.

switching device over double sleeves; structure design; control system; soft PLC

1001-2265(2016)04-0132-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.04.035

2015-07-13；

2015-08-24

辽宁省科技创新重大专项(201408001)

何峰(1977—)，男，回族，辽宁大连人，大连豪森设备制造有限公司工程师，研究方向为汽车装备制造，(E-mail)hefeng@haosen.com.cn。

TH162;TG65

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