腳輪支架沖壓自動化生產線的設計開發及其實現

仇文平

（江蘇省鹽南中等專業學校,江蘇鹽城224041）

腳輪支架沖壓自動化生產線的設計開發及其實現

仇文平

（江蘇省鹽南中等專業學校,江蘇鹽城224041）

為滿足腳輪支架沖壓加工生產需求，對腳輪支架沖壓自動生產線的設計開發問題展開了研究，利用機械手和PLC控制技術完成了一種自動線控系統的設計。經過調試后，該系統可以實現腳輪支架的自動化生產。

腳輪支架；沖壓加工；自動化生產線；設計開發；實現

引言

在腳輪支架沖壓生產方面，部分廠家使用了多工位級進模式進行加工生產，以便利用一副模具完成多道生產工序，從而提高腳輪支架的生產效率。但是，使用該種生產模式對沖床有著較高要求，所以未能得到廣泛應用。因此，相關人員還應該加強腳輪支架沖壓的自動化生產研究，以便更好地滿足行業的發展需求。

1 腳輪支架沖壓自動化生產線的設計開發思路

在腳輪支架加工生產的過程中，需要完成上料、拉深成形、整形與沖孔壓印等多道工序。采取人工操作方式進行腳輪支架生產，不僅生產效率低下，還容易出現生產事故。完成腳輪支架沖壓自動化生產線的設計開發，則能夠確保加工生產安全，并能夠提高生產效率，所以能夠使腳輪支架的產品競爭力得到提升。具體來講，在進行該種自動化生產線設計開發時，其將由6臺機械手、1臺上料機和4臺沖床構成。從整體布局上來看，將使用擁有兩工位的機械手進行沖孔壓印操作，然后使用兩個機械手進行拉深加工，同時用兩個機械手進行沖側孔加工、兩個機械手用于頂部沖孔和整形[1]。在生產線運行的過程中，機械手可以完成上一工位加工得到零件的自動抓取，然后將零件運動到下一工位，并將其準確放入制定模具位置。除了整形使用的機械手，其余機械手都要在Z軸上實現升降和旋轉運動，并利用機械手末端完成翻轉和抓取運動。而整形操作機械手只需要在Z軸升降和在X軸進行水平移動。

2 腳輪支架沖壓自動化生產線的設計開發及其實現

2.1 機械手設計及實現

在機械手設計上，考慮到機械手需要完成工件的準確抓取和翻轉，并且需要完成升降和旋轉運動，還要將其結構設計為由升降部分、旋轉部分和機械臂三部分構成。其中，升降部分由傳感器、支撐導柱、上下降臺、同步帶輪、升降伺服電機和升降臺導向軸等幾個主要部分構成，旋轉部門由同步帶輪、升降臺、旋轉伺服電機和轉軸等幾個主要部分構成，機械臂由伸縮氣缸、氣爪和旋轉氣缸等幾部分構成。在實際運行過程中，升降臺將在伺服電機驅動下上升或下降，并在同步帶輪的帶動下轉動[2]。達到指定高度后，旋轉臺將在旋轉電機驅動下與帶輪轉軸同步轉動，從而使機械手圍繞Z軸轉動。旋轉到制定位置后，伸縮氣缸將進入沖床型腔內，機械手則會在旋轉到一定角度后進行小范圍升降，然后在制定位置利用氣爪閉合完成工件抓取，并且通過旋轉和升降運動將工件送至下一工位。為確保工件能夠被順利抓取，需要利用旋轉氣缸、夾具和夾指完成氣爪夾持器的設計，以便利用旋轉氣缸驅動夾指帶動夾具完成腳輪支架抓取。

2.2 生產線控制設計及實現

為實現腳輪支架沖壓的自動化生產控制，還要使用PLC控制技術進行生產線控制設計。在控制系統中，整個自動化生產線的控制過程將由PLC內部的CPU控制，其將通過RS232串口進行觸摸屏的數據信息接收，從而根據用戶指令完成生產線控制。在實際生產中，系統輸出模塊將輸出控制信號，伺服驅動器則能夠完成信號接收，并且促使伺服電機運動，從而完成機械手的運動控制。與此同時，系統輸入模塊將完成由位置傳感器和伺服電機內部編碼器傳來的位置信號的接收，從而獲知機械手的具體位置[3]。而系統CPU通過讀取輸入數據，則能夠通過改變伺服電機運動狀態實現機械手位置的調整。在實際進行該系統實現時，結合生產線需要的I/O點數量，可以選擇三菱公司研發的FX3u-80M型PLC控制器進行自動化生產線控制。

完成控制系統的硬件設計后，需要完成系統軟件的設計開發。具體來講，就是利用三菱GX Developer編程軟件進行PLC控制軟件設計。而該軟件擁有編譯鏈接、程序調試、項目管理和模擬仿真等多項功能，可以使用其SFC順序功能圖完成程序的編寫。從軟件程序組成上來看，主要包含初始化模塊和生產運行模塊。在系統上電后，會先自行初始化程序，然后進入運行模塊。在該模塊中，系統需要先進行初始定位。此時，機械手將完成定位指令的接收，并執行預設位置控制指令回到初始位置。接收到反饋信號后，系統將發出自動上料指令，機械手則會按照指令完成循環順序運動，從而依次完成各項生產工序。一旦有工序出現故障，系統就會進入報警中斷模式[4]。故障排除后，需要按下復位按鈕，系統則可以繼續生產運行。完成工件生產后，系統將向機械手發送復位指令，并等待關機。

2.3 生產線調試及運行

完成系統設計后，需要使用GXDeveloper編程軟件進行PLC程序仿真，以確定程序編寫是否存在邏輯錯誤。通過點擊“梯形圖邏輯測試啟動”按鈕，就能夠進入邏輯測試界面，然后利用繼電內存監視實現程序仿真調試。完成程序調試后，可以使用編程軟件將程序下載至PLC中，然后完成電控柜中各種電器元件安裝和布線，然后將機械手安裝在生產車間現場的預定位置。在企業生產現場進行聯機運行調試的過程中，共設定了6、8、10、12個/min的生產速率設定，然后使自動化生產線在四種速率下進行連續一小時不間斷運行。觀察測試結果可以發現，在生產速率提高的情況下，產品的合格率由99.03%下降到了95.61%，報錯次數由3次提高到了12次[5]。綜合考慮生產效率和產品合格率，可以將生產線的生產速率設為8個/min。而經過調試后，該系統功能基本能夠滿足企業實際生產要求。

3 結論

使用機械手和PLC控制技術完成自動化生產線的設計開發，將能有效提高腳輪支架沖壓生產效率，同時也能夠為操作人員提供更多的安全保障。而經過測試可以發現，使用該種方法進行腳輪支架加工可以達到98.48%的產品合格率，因此能夠滿足企業各方面的生產需求。

[1]劉其洪,郭建.基于觸摸屏與PLC的腳輪支架沖壓自動線控制系統設計[J].儀表技術與傳感器,2014(11):82-84.

[2]羅龍飛,張甜甜,馬國禮，等.高速沖壓自動化線生產切換研究[J].鍛壓技術,2014(2):102-108.

[3]楊德君.工業機器人在沖壓自動化生產線中的應用[J].科技創新與應用,2014(19):59.

[4]劉其洪,郭建.腳輪支架沖壓自動化生產線設計[J].機械制造,2014 (7):87-90.

[5]和瑞林,劉吉輝,苗金鐘.機器人沖壓自動化生產線的構成及技術特點[J].金屬加工(熱加工),2012(5):10-13.

（編輯：劉楠）

Design Development and Realization of Automatic Production Line for Casting Support of Casters

Qiu Wenping
(Jiangsu Yannan Specialized Secondary School,Yancheng Jiangsu 224041)

In order tomeet the production requirements of stamping bracket casters,this paper design a truckle bracket of automatic stamping line is studied,byusing themanipulator and PLC control technology to complete the design of an automatic control system. After debugging,the system can realize the automatic production of caster bracket.

trundle bracket;stamping;automatic production line;design;implementation

TH241.2

A

2095-0748(2016)20-0084-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.37

2016-10-10

仇文平（1975—），男，江蘇鹽城人，本科，研究方向：機械制造與控制。