自动控制插针设备的设计

2018-04-16蔡汉明董新华

机械制造 2018年2期

□ 蔡汉明 □ 董新华

青岛科技大学机电工程学院山东青岛 266061

研制自动控制插针设备是应对市场需求，针对人工插针的局限性在原有机械设备上进行的改进。依靠所设计的结构特性，自动插针设备可方便、快捷地实现插针、卸料、拦针、拦料等功能［1］，能有效解决企业人工或半自动插针设备的不足。另一方面，现阶段企业仍以半自动插针设备应用较多，实现自动控制插针设备的普及仍需要时间［2］。

通过借鉴企业半自动插针设备的相关资料，运用现代电控装置和气动装置，设计了一种自动控制插针设备［3］。这一设备不仅可以实现全自动控制插针，提高设备的应变能力和灵活性，而且可以实现手动和单循环控制，方便设备的调试。

1　总体方案设计

自动控制插针设备的工作原理与半自动插针设备类似，通过插针气缸前后移动实现铁针的装载和插入工件。两个振动盘中，一个为设备提供铁针，另一个为设备提供工件。此外，还有送针辅助装置和送工件辅助装置。整个设备主要由四大部分组成。第一部分是插针装置，主要包括插针气缸、导杆、支座等。第二部分是卸料装置，主要包括卸料气缸、滑轨滑块及后盖等，通过气缸伸缩和工件重力使工件顺利落至接料盒内。第三部分是运送工件装置，主要包括拦料气缸和送料管，保证每次只有一个工件落入插针位置。第四部分是送针装置，主要包括送针气缸、振动盘和送针管等。插针装置和卸料装置结构如图1所示。

▲图1 插针装置和卸料装置结构

2　气动控制模块原理

自动控制插针设备气动控制模块原理如图2所示。系统失电后，为了防止各个气缸缸杆受到重力而下滑，必须采用O型三位四通电磁换向阀。系统应用调速阀可以调节各个气缸缸杆的伸出和收缩速度。此外，为了防止系统过压，还设有卸载装置，在必要时防止系统关键部件损坏，低压时则有相应的报警功能。

▲图2 气动控制模块原理图

自动控制插针设备气动系统工作过程如下：在系统通电情况下，所有装置完成指定的动作后都要回原点，等待下一次指令；系统开始工作后，若系统检测到没有工件，则三位四通电磁换向阀左位电磁阀3YA得电，卸料气缸缸杆伸出，接着电磁换向阀右位电磁阀6YA得电，工件振动盘执行运送工件动作，同时拦料气缸缸杆缩回执行工件放行动作；当系统检测到有工件通过时，电磁换向阀左位电磁阀5YA得电，工件振动盘停止工作，同时拦料气缸缸杆伸出执行工件止行动作；当传感器检测到有工件时，电磁换向阀左位电磁阀1YA得电，插针气缸缸杆伸出执行插针动作；当插针气缸前端磁感应器得电时，电磁换向阀右位电磁阀2YA和4YA得电，插针气缸缸杆和卸料气缸缸杆迅速收回，以便于工件落至接料盒；当检测铁针有无的传感器无信号时，电磁换向阀右位电磁阀8YA得电，拦针气缸缸杆缩回执行铁针放行动作，振动盘工作执行送针动作，直到传感器有信号，电磁换向阀左位电磁阀7YA得电，拦针气缸缸杆伸出执行拦针动作，同时振动盘停止工作。

3　电路控制模块设计

3.1　控制系统硬件

考虑到抗干扰性和响应速度，自动控制插针设备应用Q型可编程序控制器（PLC）控制系统。Q型PLC控制系统主要包括基板、中央处理器、电源和输入输出模块等［4］。自动控制插针设备电路控制模块主要硬件选型见表1。

表1　电路控制模块主要硬件选型

自动控制插针设备电路控制模块硬件如图3所示。PLC利用自身方便快捷的传输优势，在整个系统中主要完成输入信号采集和处理、送针振动盘和运送工件振动盘启停控制、电磁阀启闭控制、报警信号启闭控制、空气压缩泵起停控制等工作，使设备动作有序进行。

▲图3 电路控制模块硬件

3.2　控制面板

自动控制插针设备操作面板根据功能需求进行设计，因为系统有手动、自动循环、单循环三种模式，所以有总开关、模式转换按钮、自动按钮、单循环按钮和停止按钮。根据手动功能的需求，有插针、返回、卸料、复位、拦料、料放行、拦针、针放行、送料、料止、送针、针止等按钮，每一个按钮实现相应的功能，既方便单独调试，又提高设备在应用时的灵活性。

3.3　PLC输入输出点

自动控制插针设备根据实际输入输出点数选择三菱Q型PLC，当输入输出点数不够时，可以使用扩展模块［5-6］。三菱Q型PLC的输入输出端子模块接线如图4所示。

▲图4 输入输出端子模块接线

为实现插针设备的手动、自动循环、单循环三种控制模式，采用三菱GX Works2编写相应的程序［7］。编写程序时，使用三菱PLC专用的顺序功能指令STL、STLE，根据客户需求还可以使某段程序具有记忆功能，即使瞬间断电后来电，系统也会再次执行完相应的动作才继续进行循环［8］。自动控制插针设备自动运行顺序流程如图5所示。