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夹具的气动技术研究

2019-08-06常辉娟

科学与财富 2019年11期
关键词:压缩空气电气控制

常辉娟

摘 要:焊接夹具多以压缩空气作为压力源,而夹具的气动控制系统一般分为纯气控和电气控制。全气控系统速度快,效率高,维护方便,维修成本低廉,结构简单可靠,但控制精度不是很高。电气控制种类繁多,精度比较高,,维修成本高,比如有电磁控制、电机和驱动器控制等,控制精度极高,在要求运动轨迹精度非常高的场合下使用,缺点是:在恶劣环境(油污严重、粉尘过多)下使用,故障率略高。本文主要是通过夹具的气路组成进行分析,保證了夹具按照生产工艺正常工作。以及气动控制过程中,遇到的气动设备不正常工作的问题,提出解决的方法,并最终顺利完成整个项目。

关键词:焊接夹具;压缩空气;纯气控;电气控制

引 言

在生产线上60%~70%的工作为夹具的定位和夹紧,而气路控制系统是实现这个功能的重要组成部分。气动控制的夹具一是因为在价格比液压的夹具低很多,二是因为气动控制的夹具操作方便,能有效减轻劳动强度,三是因为气动反应速度快,缩短生产时间,提高生产率,所以气动夹具成为生产线上的主流。在焊装行业,夹具对气动元件的精度要求不是很高,易于制造,同时便于实现自动化操作。

1.夹具简介

焊装夹具有两种控制方式:一种是纯气动控制,需要人工辅助完成夹具动作;一种是现在普遍采用的电气控制。焊装夹具一般由夹具本体、气动控制回路组成,电控夹具还包括电控系统。

夹具本体一般包括夹紧支撑部件、定位部件、焊钳导向机构、工件升降机构、翻板机构、夹具底板等部件。其中夹紧支撑部件和定位部件为夹具的执行部件。

典型的夹紧部件一般包括:压头、支撑块、气缸、连接板、三维调整部件及支座。

定位部件一般分为固定定位部件和活动定位部件。固定定位部件是通过支座将定位部件固定在夹具上底板上。活动定位部件,是将定位部件安装在定位气缸上,通过控制定位气缸进行定位销的工作。

2.夹具的气动控制

夹具的执行部件一般是由压缩空气来驱动的,无论电控夹具还是气控夹具都有气动控制回路,相对于气控夹具,电控夹具的控制回路要简单的多,下面分别对两种夹具的气路连接进行介绍。

2.1气控夹具的气源处理

从空压机输出的压缩空气,含有大量的水分、油和粉尘等污染物, 这些杂质会使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低, 由此会造成设备的成本和维护费用大大升高。所以夹具气路气动控制的第一步是要设计一个合理的气源处理系统。气源处理组件是由模块化的部件组合成的,一般由分气块、启动阀、三联体和安全阀组成。

前端的分气块与快速接头连接,为维修提供气源,后端的分气块与控制回路连接。启动阀是一个常断型手动两位三通气阀,接通气源需由人工将旋钮转到接通的位置。三联体是气源处理的核心部件,其作用是对气源进行过滤、调压、润滑。安全阀又称安全启动阀或软启动阀,其主要作用是实现气控回路的软启动或软停止。在接通/关断气源时,安全阀可以使气控回路的气压缓慢上升/下降,避免气动执行部件因气压的突变造成的冲击,防止设备事故和人身伤害。

2.2气控夹具的气动控制回路

气控夹具的动作相对简单,通过按钮及逻辑控制回路来驱动执行机构的动作。按钮及逻辑控制回路一般采用逻辑元件、行程阀、气控二位三/五通阀实现。气控逻辑气路根据实现逻辑关系的元件的种类,可以分为常规气阀控制的逻辑气路和逻辑模块控制的气路两种。前者在国内使用广泛,其技术根源来自日本的气路设计方法。常规气阀控制的逻辑气路设计简单、明晰,注重实用性。气缸的到位信号和复位信号仅由关键的部件气缸发出,气路的操作形式采用按钮,气路系统的成本较低廉。

2.3电控夹具的气源处理

电控夹具的气源处理相对于气控夹具的气源处理,增加一个电磁阀,控制气源的通断;同时增加一个压力继电器,当压力异常是,发出报警信号。

2.4电控夹具的气动控制回路

电控夹具的控制回路比较简单,通过电控回路来控制阀岛的进出气,从而控制气缸的动作。比如单电控两位三通电磁阀控制的气缸,当电磁阀得电时,两位三通阀移动到左位,气缸前进。当电磁阀失电时,电磁阀由于弹簧的作用,会到右位,气缸缩回。

3.气控夹具的安全问题及优化方案

任何自动化系统的应用都不会一帆风顺,都是要经过反复的核查,排除各种生产安全问题,解决出现的问题后才能取得成功。在气路系统中,常见的安全的问题有以下几种:

3.1防止启动时活塞杆急速伸出

在气缸启动时如果排气侧没有背压,活塞杆会急速伸出,如果现场人员不注意,有可能发生人员伤害。为了避免这种情况,一是在气缸起动前使排气侧产生背压,二是使用进气节流的调速方式。进气时节流调速,当活塞杆接触到工件后,进气腔的气体压力增大,使得SCC阀换向,这时气体高压驱动工件。

3.2防止工件意外落下

在自动生产线中,常采用机器人抓手来搬运工件。当现场出现意外情况,比如电源或气源突然断开,气缸没有气体的压力会导致夹臂松开,这时必须采取措施,防止工件落下。这是一般有两种方法:第一种方法是在夹具机械设计时,采用带有机械锁紧结构的气缸,当气缸正常运动时,通过两位三通阀得电通气,让气缸锁紧机构打开,当有意外情况是,通过两位三通阀失电断气,不再给锁紧机构供气,气缸锁紧机构抱紧活塞杆,阻止活塞杆运动;第二种方法是用三位五通中封式电磁阀控制气缸,气缸的进出气回路上安装先导式单向阀,当突然断电时,阀片回到中位,先导式单向阀使得气缸两腔的气体封闭,工件在一段时间内能够保持原位。

4.气控夹具的运作调试

4.1 问题产生

有机械结构的地方就会出现问题,当上述的气路理论技术投入到实际生产中,往往会出现各种各样的问题,解决出现的问题后才能取得成功。

4.2 问题分析和解决

在现实生产中,经常发生的问题有气缸不动作,气缸不动作的本质原因是气缸内气压不足或阻力过大,以致于气缸不能推动负载进行运动。而出现问题的地方可能在气缸、电磁换向阀、管路系统和控制线路的任何一个地方,而某一地方出现的问题又可能是由于不同原因引起的。我们可以通过分析常见的故障原因,画出故障诊断的逻辑推理框图,以便于快速找出气缸不工作的真正原因。如图1所示,首先看看气缸和电磁阀是否漏气,这个很容易诊断,找出漏气处,根据故障原因,采取相应的措施,如果密封圈坏了就更换密封圈,如果接头松了就紧固接头,缸体坏了就更换配件。若漏气排除后,气缸仍然不能正常动作,则需要继续分析原因。

這是下一步要判断电磁阀的换向是否正常,电磁阀上一般会配备信号指示灯,若电磁阀没有换向,则检查上一步的气控回路是否有完成信号,如果没有信号,则继续查找回路故障;若有信号,则检查是主阀的故障,还是电磁先导阀的故障,这需要使用试探反证阀,即试探性的改变系统中的部分工作条件,若主阀能切换,即气缸能动作,那必然是电磁先导阀故障;若主阀不能切换,那就是主阀的故障了。阀体的故障有接线不良,阀体电磁线圈损坏,可按照故障类型进行重新接线或更换配件。

若电磁切换信号正常,那就应查询是否气缸输出口压力异常。这是可拆开阀的进气口气管,观察排气是否充足。若排气充足,那肯定是气缸的故障;若排气不足或不排气,则进一步检查气路是否堵塞或阀芯堵死等,从而进行相应的清理。

若压力输出正常,那就要考虑是不是负载过大或气缸摩擦力增大。负载过大就要重新布置气路或更换气缸。摩擦力增大,考虑清理缸体内的杂质和增加润滑。

5总结

最终夹具正常并且安全的工作,标志着针对该夹具的气路设计已经成功完成,后续需要企业制定气动设备的维护保养管理规范,加强管理教育,对气动装置进行维护保养,及时发现事故苗头,采取及时措施,延长元件和系统的使用寿命。

该文诠释了一次气动设计工作的流程,从夹具的设计开始,分析气路设计原理和安全优化方案,到最后的投入现场生产调试,通过常见的阀控气缸不工作为例,提出分析查找问题的方法,并根据故障类型,突出解决方案。气动方案的科学设计和完善的现场管理流程,为后续新项目的设计提供了很好的规范标准。

参考文献:

[1]SMC(中国)有限公司,现代实用气动技术[M],机械工业出版社,2008

[2]徐文灿,刘汉钧,等.气动元件即系统设计[M],机械工业出版社,1995.

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