基于PLC的不规则零件清洗设备设计与研究

莫伟强，文 豪，刘 娜

(北京理工大学珠海学院 工业自动化学院，广东 珠海 519088)

0 引言

零件在装配之前，表面会因制造装备润滑油及油气蒸发而积留一层油垢，且油脂中混着切削屑、灰尘等，这些污物过多时，如果不及时清理，装配之后将会影响到设备的整体性能，如油耗增加、机温升高、破坏零部件正常的配合间隙、加速零件磨损和腐蚀，甚至引发一些故障，因此必须对污物进行及时清除。

装配零件大部分为非标准件，外形不规则[1]，目前生产中多使用人工清洗，生产效率不高，且由于零件的外形多样，人工清洗的效果并不理想。针对某种零件设计清洗工艺和清洗设备虽然可行，但对于其他同类型零件不具备通用性，也会提高生产成本。因此，需要设计一款自动化设备，用于清洗不规则零件，以提高生产效率和清洗效果。为此，本文设计了一款基于PLC的不规则零件清洗设备。

1 不规则零件清洗工序设计

不规则零件的外形多种多样，如图1所示。选用清洗介质为碳氢溶剂，同时介质中添加防锈剂等化学物质，清洗效果更佳且可满足防锈的要求。针对不规则零件的特点，设计的具体清洗工序如下：

(1) 待清洗的零件通过相应的夹具夹紧后，固定于清洗篮中；设置清洗液温度和清洗时间。

(2) 启动清洗篮旋转驱动组件后，清洗篮旋转驱动组件带动清洗篮在清洗箱内做圆周运动，固定在清洗篮内的零件也随着清洗篮的旋转做圆周运动；同时，上喷管和下喷管分别通过相应的喷头向零件喷洒清洗液。

(3) 零件清洗完成后，清洗液从过滤层排出；同时，在清洗篮自身的旋转和清洗液的余温作用下，零件被自动干燥，整个清洗过程结束。

2 清洗设备结构设计

清洗设备可分为整机结构、清洗系统和控制系统，其组成框图如图2所示。

图2 清洗设备组成框图

整机结构由上箱体和下箱体组成,上箱体为机盖并在机盖中布置通电线路；下箱体为清洗结构，包括喷水管、排风口、储液池和清洗篮，其装配示意图如图3所示。

图3 设备下箱体装配图

清洗系统由动力装置和喷射装置组成，动力装置提供高压清洗液，经喷射装置连接至喷水管，喷射清洗零件。

控制系统实现清洗过程的控制[2]。开始清洗时，先将不规则零件放置在清洗篮并用夹具固定；清洗篮做360°圆周运动，其上方和下方均布置喷水管对工件进行高压清洗，由于清洗篮是旋转的，上、下喷水管可覆盖零件，保证工件的各部分被充分清洗，包括将死角的污渍清洗干净；喷射清洗完成后，清洗液在储液池收集，同时排风口输出热风，将零件充分烘干，达到防止生锈的效果。此方法安全可靠，整个清洗过程可高效率全自动完成[3]。

清洗篮是放置工件组的承载托盘，由Φ1.5 mm钢丝焊成的25 mm×25 mm网格构成。清洗过程中清洗篮的转动是由齿条传动装置带动支撑滚轮滑盘实现，齿条传动装置由减速器输出轴上组件和清洗篮上的齿条组成。

3 控制系统的设计

为了满足被控对象的控制要求，提高清洗效率和自动化程度，控制系统应该满足以下几点[4]：

(1) 最大限度地满足被控对象的控制要求，根据清洗设备的工艺流程分析控制要求和控制任务。

(2) 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用及维修方便。

(3) 保证控制系统安全、可靠和稳定。

(4) 考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC(可编程逻辑控制器)容量时，应该适当留有余地。

3.1 控制系统组成

整个清洗设备控制系统的对象主要包括高压水射流、加热器、传动电机、液压泵、液位控制系统以及状态监控与参数调整等[5-6]。调整的主要参数为清洗时间的设置、清洗液温度的设置以及清洗液液位监控等[7-8]。控制系统组成框图如图4所示。

图4 控制系统结构框图

3.2 PLC程序设计

整个清洗过程如下：

(1) 工件装夹于专用夹具上，连同夹具一并固定在清洗篮内。

(2) 设置清洗时间(0 min～10 min)和清洗液温度(0 ℃～80 ℃)，按下启动按钮清洗过程开始。

(3) 电机带动清洗篮做圆周运动，固定在清洗篮内的零件随着清洗篮做圆周运动，同时上、下喷头在泵作用下喷出高温、高压液体。

(4) 当设定时间达到后，清洗过程结束，在清洗篮自身旋转和清洗液余温作用下零件被自动干燥。

(5) 移出装有工件的夹具，整个过程结束。

PLC程序控制流程如图5所示。

图5 PLC程序控制流程

4 结束语

本文研究的不规则零件清洗设备来源于实际的工程项目，主要解决了零件加工过程中的清洗问题。以PLC控制的全自动清洗设备有效改善了零件加工行业工人的工作环境，提高了零件清洗的质量和效率，降低了清洗成本。