鋼筋連接套溫擠壓成型機機械手的設計與實現

張新聚 張嘉鈺 牛虎力 岳彥芳 常宏杰

(河北科技大學機械工程學院，河北 石家莊 050054)

1 需求分析

鋼筋連接套筒是當前鋼筋的主要連接方式之一，尤其適用于高鐵、核電站、高層建筑等重要應用場合。

溫擠壓是一項有效的毛坯精化工藝。它的機械設備簡單，工藝簡單，成效快，所以是未來發展的方向。由于熱擠壓技術需要加熱坯料的溫度比溫擠壓要高很多，所以溫擠壓技術在這方面比熱加壓加熱時所用的燃料少，此外溫擠壓技術在進行成型時，由于只需將加熱好的坯料放在所要加工的位置直接進行成型的加工，所以節約了原材料。同時由于溫擠壓時金屬變形抗力減小，成型較容易，可以采用大的變形量，同時還可以減少工序數目，延長模具壽命，而且只需采用通用擠壓設備而不需要剛性極高的高價擠壓設備，從而大大降低生產成本。再者溫擠壓時只需將坯料加熱到結晶溫度以下即可。經測試，一般情況下溫擠壓的成型力僅為冷擠壓的1/3～l/2，降低了設備噸位和模具負荷，而且使產品具有很高的強度。應用溫擠壓成型加工鋼筋連接套筒，可以提高連接套的強度，節約原材料，是鋼筋連接套筒生產的發展方向。因此，開發鋼筋連接套溫擠壓成型機，具有極強的經濟效益和社會效益［1-3］。

2 設備工作原理

鋼筋連接套溫擠壓成型機機械手主要包括上料系統、探傷系統、卸料系統、烘干系統、驅動系統和控制系統等幾部分。設備各工藝結構，采用流程式布置，可以大大提高工作效率和機械化水平。

鋼筋連接套溫擠壓成型的主要工藝過程為:鐓粗、反擠壓成型和落料3 個過程。為完成上述加工過程，溫擠壓成型機機械手的主要工作流程(圖1)如下:

(1)將工件從加熱爐夾持并移位到鐓粗工位;

(2)噴涂脫模劑;

(3)清潔模具;

(4)將工件從鐓粗工位移至反擠壓工位;

(5)將工件從擠壓工位移至沖孔工位;

(6)卸料。

以上是機械手的整個自動動作，當完成后，工件自動落入工件箱中。至此，完成了整個機構的一個完整動作。

3 系統方案設計

機械手的總體結構采用X -Y 工作臺的形式。上層結構主要實現工件的夾緊和放松;下層結構實現機械手的橫向移位，在工位間傳遞工件。

機械手動力執行元件采用氣動滑臺，以保證機械手運行的平穩和準確性。

針對某一個工作實例，設備工作過程如下:高頻加熱爐將待加工的鋼筋連接套加熱到所需溫度并輸送到出爐口;機械手抓取工件并抬升，機械手橫向前進移位，下降，將工件從出爐口依次送到墩粗工位、反擠壓工位、沖孔落料工位和卸料工位;工件從墩粗工位到達反擠壓工位之間時，為工件噴涂脫模劑。機械手在卸料工位松開工件后抬升，橫向后退移位，下降，依次從卸料工位到達沖孔落料工位、反擠壓工位、墩粗工位和出爐口，抓取下一個工件;工件從反擠壓工位返回墩粗工位之間時，通過噴射高壓氣體清潔模具，完成一個工作周期。

4 控制系統設計

根據設備的控制需求，確定PLC 的容量，PLC 的容量包括I/O 點數和用戶存儲容量兩個方面［4-5］。

(1)確定系統的實際輸入點數

系統由機械手左右移電動機啟動按鈕、停止按鈕、機械手前后移電動機啟動按鈕、停止按鈕、手動-自動切換開關、總停按鈕、機械手左移按鈕、右移按鈕、前移按鈕、后移按鈕、左右移動電動機正轉停止行程開關、左右移動電動機反轉停止行程開關、前后移動電動機正轉停止行程開關、前后移動電動機反轉停止行程開關、墩粗位置接近開關、反擠壓位置接近開關、沖孔位置接近開關、復位按鈕，共有19 個輸入點。主程序流程圖見圖2 所示。

(2)確定系統的實際輸出點數

系統有機械手左右移電動機啟動指示燈、前后移電動機啟動指示燈、故障報警指示燈、左右移電動機正反轉控制接觸器、前后移電動機正反轉控制接觸器、墩粗電動機正反轉控制接觸器、反擠壓電動機正反轉控制接觸器、沖孔電動機正反轉控制接觸器、清潔控制接觸器、潤滑控制接觸器，一共15 個輸出點。

(3)確定應選擇PLC 的點數

PLC 平均的I/O 點的價格還比較高，因此應該合理選用PLC 的I/O 點的數量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I/O 點最少，但必須留有一定的裕量。通常I/O 點數是根據被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10%到15%的裕量來確定。本系統的輸入、輸出實際需要34 個點，所以本系統的PLC 輸入、輸出點數定為40 點比較合適，但輸入和輸出各應留有裕量。

綜上所述，選擇了SIEMENS 公司的S7 -200/CPU 22X 系列的PLC 產品作為主控單元，并配加一個擴展模塊EM 223 24V(16 入/16 出)。該系列產品與其它公司同類PLC 相比，具有體積小、功能強及優越的性價比。觸摸屏選用了臺灣HITECH PWS6500。其組態軟件提供了豐富的圖形庫及只有高檔機才具有的漢字顯示信息列表、指示燈開關按鈕、閃爍等功能，使編制的界面更活潑、直觀，具有較高的性價比。

5 結語

機械手的控制系統主要采用SIEMENS 公司的元器件、氣動系統主要采用SMC 公司的元器件，大大提高了設備的可靠性和生產效率，降低了操作者的勞動強度，同時也提高了企業的自動化水平，具有較強的經濟價值和社會價值。

［1］洪慎章.溫擠壓工藝的應用［J］.模具技術，2004(4):43 -45.

［2］曹寧波，宋文武.金屬材料溫擠壓成形工藝技術研究［J］.江西能源，2009(1):23 -33.

［3］栗育琴，龐祖高，周艷霞，等.溫擠壓潤滑劑的研究［J］.鍛壓技術，2009(4):110 -116.

［4］馬駿騎，陳從平，楊用，等.液壓驅動氣吸式機械手的研制［J］.昆明理工大學學報，2001(5):99 -114.

［5］黃偉，胡青龍.機械手PLC 控制系統的設計［J］.機電工程技術，2008(11):91 -95.