回轉裝配工裝控制系統設計及開發

于躍

摘 要：根據飛機壁板裝配工裝及定位裝夾自動化要求，在分析現有工裝系統特點基礎上，提出了以可編程控制器SIMATIC S7-200為控制核心的回轉裝配自動工裝系統，通過工藝過程分析、控制系統硬件選型和軟件編程，實現了對飛機壁板夾緊、松開和回轉裝配工裝位置的自動控制，該系統已用于配合五坐標自動制孔設備對翼面類部件的雙面精準加工中。

關鍵詞：回轉工裝;飛機裝配;定位夾緊;PLC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.004

0 引言

飛機部裝裝配過程中，使用傳統的裝配工裝需要人工完成飛機壁板定位夾緊等一系列重復性工作，不僅效率低，耗費人力，而且在安裝過程中壁板可能造成碰撞破損。針對上述問題，提出了以可編程控制器SIMATIC S7-200為核心的回轉裝配工裝系統。該工裝控制系統集檢測、控制、通訊、氣動技術為一體，采用氣動夾緊裝置對飛機壁板進行定位夾緊，能實現對工裝旋轉定位的自動控制。

1 回轉裝配工裝系統組成

回轉裝配工裝系統結構如圖1所示，包括回轉工裝骨架、回轉平臺、三根定位立柱、半圓形導軌等結構和控制系統。在飛機裝配過程中，回轉裝配工裝配合自動制孔設備完成對飛機壁板的自動制孔加工，自動制孔設備用于飛機自動化裝配中機翼蒙皮的制孔，采用五坐標立柱形式，它由支撐移動定位平臺和多功能末端執行器組成，自動制孔設備可沿X向移動。工作中將待制孔的飛機壁板工件放在回轉裝配工裝上，回轉裝配工裝系統根據工藝要求實現自動旋轉和位置控制，以便自動制孔設備對工件進行精準雙面加工。

2 自動工裝系統的工藝過程分析

回轉裝配工裝配合自動制孔設備完成對飛機壁板的雙面加工，根據實際工況需定義三個關鍵工位，一工位、二工位、三工位。由三根立柱作為工位基準，每個立柱上有電磁閥控制氣路通斷，從而控制定位夾緊裝置的夾緊和松開，工裝在三個工位配合自動制孔設備完成對飛機壁板的制孔。

回轉裝配工裝處于一工位，工裝框架與自動制孔設備X軸正方向成90度角，進行工件上架、安裝上下翼面裝配緊固件等工作，主要利用回轉裝配工裝骨架上滿足飛機壁板尺寸的裝卡夾具固定工件，同時利用五個氣缸進一步固定工件。

回轉裝配工裝處于二工位，工裝框架與設備X軸正方向成0度角，對工件進行正面制孔及補充制孔工作。回轉工裝處于三工位，工裝框架與設備X軸正方向成180度角，對工件進行反面制孔及補充制孔工作。在三工位完成工件反面制孔工作后，自動制孔設備自動退回原始位置，同時自動設備給工裝系統發出聯絡信號，回轉裝配工裝由三工位旋轉到一工位，此時定位夾和定位銷將工裝夾緊，五個氣缸松開，該工位完成分解工藝緊固件、產品下架等工作，最終完成對工件的雙面制孔。

3 控制系統整體設計及開發

回轉裝配工裝控制系統遵循電氣控制系統的基本原則，保證系統具有先進性，實時性，安全性，經濟型，易維護性[1]。該控制系統以西門子S7-200可編程邏輯控制器為核心，接收現場的光電開關感應信號，控制面板上的按鈕操作信號，還有來自自動制孔設備的遠程聯絡通訊信號，同時對檢測接收到的各種信號通過程序邏輯處理之后對現場氣動裝置、電機器件等實施控制，而且系統具有指示燈輸出及其故障的聲光報警功能。

3.1 控制系統硬件選型

結合機械結構對回轉裝配工裝中的被控對象進行分析，對控制信號進行統計，該控制系統共計51個數字量輸入點和共計39個數字量輸出點，留有10%余量。該控制系統采用了S7 CN系列的CPU226主機，擴展兩個數字輸入輸出模塊EM223和EM221，完成數據采集，及對電磁閥和電機的控制，滿足了回轉裝配工裝控制系統的要求。

對PLC數字量輸入輸出點，以及外部24V直流供電器件進行統計，計算了消耗總電流大小，CPU226自身帶的24V電源不能滿足該電路的需要，所以再選擇一個穩定輸出的24V，3A直流電源模塊，為輸入輸出模塊及24V直流供電器件提供工作電源。

對系統的控制回路以及動力回路，設有保護措施，采用具有“組合功能”的模式，使用空氣開關、斷路器、接觸器、熱繼電器等，組成不同功能的回路，完成該系統對電動機、可編程邏輯控制器、電磁閥等主要器件的保護功能。

3.2 軟件設計及開發

軟件采用西門子公司的STEP7-Micro/win32標準工具編程軟件，應用該軟件確定I/O端子地址分配。系統的控制程序采用模塊化結構設計方法，通過檢測判定程序使得各個模塊之間既相互獨立又有內在聯系。該回轉裝配工裝實現制孔設備和工裝設備獨立控制，工裝設備控制可以實現對旋轉工裝手動、自動操作，同時設有保護、故障報警指示等功能。

4 結論

本文介紹了基于PLC控制的回轉裝配工裝的設計方法，詳細闡述了回轉裝配工裝的整體設計方案、主要工藝過程設計、控制系統硬件選型和軟件編程。實踐應用證明，采用該回轉裝配工裝配合自動制孔設備對飛機壁板進行制孔加工，縮短了自動制孔的生產準備周期，減輕了工人勞動強度，提高了整個過程的生產效率和產品質量。

參考文獻：

[1]SIEMENS SIMATIC.S7-200可編程序控制器系統手冊[Z].2004.

[2]吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2008.