自動繞管機系統的研究與設計

宋冬萍

(蘇州工業職業技術學院 機電工程系，江蘇 蘇州 215104)

在提倡高效節能環保的時代，先進制造系統所擁有的高生產率、高效率、高適應性的制造技術和制造模式無疑為傳統制造行業的可持續發展帶來了契機[1]25-27. 柔性制造系統是先進制造裝備設計中的重要一環，它在成組技術的基礎上，以多臺柔性制造單元為核心，通過計算機和相關軟件進行控制和管理，組成多品種變批量和混流方式生產的自動化制造系統，具有較好的適應性[2]14-16. 目前在冰柜的冷凝管生產過程中，多數廠家還是采用的人工或半自動的繞制工藝，常出現冷凝管無法自動切斷、繞制的內膽間隙疏密不均勻而影響制冷效果，生產效率低等現象[3]45. 針對傳統制造工藝存在的問題，本文對繞管成形系統的機械結構，機械手及切斷裝置的氣動系統以及PLC控制部分的軟硬件進行了研究和設計，提出將柔性制造技術應用于繞管機系統中，實現繞管機黏膠、繞管、進給、切管等一系列過程的自動化，大大提高了生產效率.

1 系統功能

當設備設置為自動模式時，人工將冰柜內膽放置在模具上，模具自動張緊內膽，人工牽引鋁管端頭至內膽纏繞部位，機械手自動貼敷膠帶，電機帶動轉軸勻速旋轉，牽引鋁管及膠帶自動貼敷到內膽上，控制升降桿按設定的程序將鋁管、鋁箔分層盤繞在內膽上，最后機器自動切管，模具收縮，人工取下內膽. 在生產線上，將冷凝管校直設備、膠帶自動貼敷設備、鋁管自動切斷和內膽快速換模設備有機結合在一起，適用于不同型號冰柜內膽的繞管成形.

2 系統機械結構設計

整個系統包括機械手貼膜裝置、切斷裝置、繞管機構，見圖1.

圖1 模具中下體部分

圖1為繞管機的中下體部分，電機8固定在繞管底座6上，繞管底座上裝有豎直的空心轉軸2，電機的轉動軸與空心轉軸通過齒輪傳動系統連接，空心轉軸內裝有能夠相對其進行上下滑動的內軸1，內軸的下端開有橫向貫穿孔，孔內橫穿銷軸9，空心轉軸側壁開有與貫穿孔對應的豎向條形槽，銷軸兩端分別卡裝在條形槽內并伸出空心轉軸外，銷軸端部固定連接有套裝在空心轉軸外的軸套3. 氣缸7裝在繞管底座下端，活塞桿5與軸套之間通過連接桿4鉸接，連接桿中間鉸接在繞管底座上. 空心轉軸頂端固定連接轉臺，轉臺上設置有縱向滑軌，調節導軌位置即可適用于不同大小的冰柜內膽的繞制[4]35-48.

3 氣動控制回路設計

系統采用電磁氣動閥控制機械手的抓緊、送料、切斷等動作，工作流程如圖2所示.

圖2 設備工作流程圖

按照工作程序圖，設計的電磁閥動作順序如表1所示.

表1 電磁閥動作順序表

根據計算，本系統的工作壓力為0.4 MPa，最大標準耗氣量為52.94 L/min，一個循環內標準狀態的平均耗氣量為2.788 L/min. 本系統選擇輸出壓力為0.7 MPa的空壓機，主管道過濾器的進口壓力為0.7 MPa狀態下，本系統最大耗氣量是0.411 m3/n ，選額定空氣處理為0.1 m3/min的KGL-0.1/8型主管道過濾器. 在進氣壓力p=0.7 MPa狀態下，通過過濾器和減壓閥的最大流量為0.411 m3/n，不應超過過濾器和減壓閥的額定流量，查相關手冊表得，過濾器和減壓閥的公稱通徑應選為6 mm，過濾器為普通型，過濾精度為50μm，減壓閥為直動型[5]76-80. 油霧器應與過濾器，減壓閥的通徑一致，為6μm. 根據有壓狀態下的最大流量選擇主控閥的通徑，6個主控閥都可選用通徑為6 mm的二位三通電磁換向閥.

4 PLC軟硬件設計

通過PLC系統軟硬件的設計,控制電機和氣缸電磁閥的動作,從而實現繞管機的自動化控制. 根據氣動系統及工作原理，由按鈕開關SB1啟動控制氣源的電機1. 氣缸1工作后2s，真空吸盤需失效. 送料缸工作后5s電機2和電機工作，當機械手運動至最高位置時電機2和電機3停止. 按鈕開關SB3控制氣缸2,3,4,5的停止，按鈕開關SB4控制電機3反轉，運動至最低位置時，電機3停止工作，開關SB2控制電機1的停止. 根據控制要求，I/O點的分配如下表2所示.

表2 I/O分配表

輸入與輸出設備與PLC的接線圖如圖3所示.

圖3 PLC原理接線圖

4 結語

本文研究設計的冰柜內膽繞管成形系統，采用PLC和柔性制造技術，能實現自動放管、校正輸送、鋁管切割、鋁箔膠敷貼等一系列動作，不同的產品用不同的程序控制，自動化程度高. 產品調整采用伺服系統配合直線導軌副自動調節，定位準確，調整快捷方便. 相比人工繞管方式，有效保證了生產效率和控制精度.

[1] 趙桂雷,馮永振. 柔性制造系統的現狀及發展趨勢[J].城市建設研究理論,2013,(4).

[2] 郭聚東,錢惠芬.柔性制造系統的優勢及發展趨勢[J].輕工機械,2004,(4).

[3] 季福生,肖澤金,黃海燕.新型電動繞管機的結構研究[J].微特電機,2006,(7).

[4] 濮良貴.機械設計[M].北京:高等教育出版社,2007.

[5] 馬廉潔.液壓與氣動[M]. 北京:機械工業出版社,2009.