圓盤式全自動攻牙機電氣系統設計*

詹志安

（廣東省機械研究所有限公司，廣州 510635）

0 引言

攻牙機作為機械配件原件加工中比較基礎的機械加工母機，廣泛應用于汽車、摩托車多孔零部件、液壓元件、太陽能配件等領域的基材、電子元器件等精度要求比較高的鉆孔及攻絲加工[1]，而人工攻牙效率低，攻牙精度不穩定，不易加工較小孔徑的工件，在攻牙的過程中容易出現斷絲等現象。本設計主要針對手機、電腦等較小孔徑的螺牙加工，通過對圓盤式全自動攻牙機電氣系統的設計，使攻牙機的自動反轉裝置能夠根據物料所需的加工深度自由調整攻牙行程，物料通過供料系統到達指定位置，取料裝置自動把物料放在攻牙系統的圓盤上，實現工件的供料、取放料、鉆孔或倒角、攻牙、出料的全自動控制，從而保證攻牙工件的攻牙精度，提高鉆頭和絲錐的使用壽命，一人可以同時操作多臺設備大大提升了加工效率，降低勞動生產成本。

1 圓盤式全自動攻牙機組成及工作原理

圓盤式全自動攻牙機主要由供料系統、取放料機械手、攻牙系統、氣動系統、供油系統等組成。

圓盤式全自動攻牙機通過供料系統把物料輸送到指定的取料位置，物料到達指定位置后，物料傳感器發出物料到位信號，取放料機械手得到物料到位信號后完成取料動作，并把物料搬運到攻牙系統的放料工序的轉盤夾具上方。當轉盤上的工件夾具檢測到無工件和轉盤轉角到位信號后，物料夾具通過氣動桿打開，取放料機械手向下運動，把物料放在物料夾具上面，物料夾具通過氣動桿關閉夾具，固定好工件，從而完成物料輸送。攻牙系統檢測到工件夾具上面有物料，轉盤開始旋轉，每次旋轉角度為60°，旋轉到位后，物料到達指定的加工位子，攻牙機自動開始對物料進行自動倒角、攻牙、吹屑、出料[2]。在滿足供料、放料、加工條件下，攻牙機自動循環動作，從而實現全自動化生產。

2 圓盤式全自動攻牙機動作流程

圓盤式全自動攻牙機動作流程主要由供料系統、取放料機械手和攻牙系統組成。按下啟動按鈕后，氣動系統、供油系統開啟，給設備供氣、供油；供料系統、取放料機械手和攻牙系統啟動自動控制程序，攻牙機開始工作。

供料系統通過振動篩把物料振動到指定的取料位置。當振動篩導軌上的物料數量達到設定的數量時，振動篩自動停止工作，停止供料；當振動篩導軌上的物料數量低于設定值振動篩自動開始工作，開始繼續供料。

圖1 取放料機械手動作流程

取放料機械手的動作流程圖如圖1 所示。啟動時，如取放料機械手沒有在設定原點位置，可通過手動模式，使機械手到達原點位置。當機械手到達原點位置時，攻牙機進入全自動生產模式。取放料機械手開始工作，當供料系統檢測到物料到位時，垂直方向電機正轉，垂直機構下降吸料；當機械手的垂直機構下降到下限位時，控制負壓電磁閥開啟，吸料口吸料，并保持吸料動作；吸完物料后，垂直方向的電機反轉，垂直機構吸料上升；當垂直機構上升到上限位時，水平方向電機正轉，左行動作；當左行到左限位時，左行停止，只有在攻牙系統轉盤上的固定物料工位檢測到無物料且轉盤旋轉到位，垂直方向電機正轉，垂直機構下降放料；當垂直機構下降到下限位時，控制負壓電磁閥關閉，把物料放置在指定的工位；放完物料后，機械手回到原點，繼續等待，直到供料系統檢測到物料，系統進入下一個循環運行[3]。

圖2 攻牙系統工作流程圖

攻牙系統工作時，吹屑氣管路和供油系統開始工作，其攻牙的具體動作流程圖如圖2所示[4]。當檢測到物料夾具上有物料，轉盤自動旋轉到倒角工位，物料到達指定的加工工位，正反面倒角分別到達正反面的限位位置，對工件進行倒角，同時吹屑氣管吹掃工件表面鐵屑；倒角完成后，轉盤旋轉到攻牙工序，攻牙電機下降，對指定的孔位進行攻牙，同時吹屑氣管吹掃工件表面鐵屑；攻牙完成后，轉盤旋轉到出料工序，完成整個攻牙動作。攻牙系統運行時，放料、倒角、攻牙、出料工序是同時運行的[5]。

3 圓盤式全自動攻牙機電氣控制系統設計

3.1 PLC選型

供料系統的PLC輸出端需要振動篩1個端子；輸入端需要檢測到位1個、物料滿量程1個共2個端子；取放料機械手的PLC輸出端需要左右運動2個、垂直方向運動2個、吸料電磁閥1個共5個輸出端子；輸入端需要上下限位開關3個（上限位1個，下限位2個）、左右行限位開關2 個共5 個輸入端子；攻牙系統的PLC 輸出端需要正反面倒角進退運動4 個、攻牙進退運動2 個、上料夾緊氣缸1 個、卸料夾緊氣缸1個共8 個輸出端子。輸入端需要轉盤上物料檢測1個、轉盤轉到位傳感器1個、倒角上下限位4 個、攻牙上下限位2 個、斷絲檢測1 個共7 個輸入端子；氣動系統的PLC輸出端需要供氣電磁閥1 個；供油系統PLC輸出端需要供油電磁閥1 個；其他輸入端子：啟動1 個、急停1個、轉換開關（手動/自動模式）1個共3個端子。

圖3 取放料機械手功能

因此，整個圓盤式全自動攻牙機至少要選用輸出端子16個，輸入端子17 個的PLC。現選用24 輸入/16 輸出，CPU226的西門子PLC。如有其他功能，CPU226可根據設備所需增加的功能進行擴展[6]。

3.2 取放料機械手I/O口分配及功能圖

圓盤式全自動攻牙機分為手動和自動控制模式，現對攻牙機的取放料機械手自動控制部分進行編程。其I/O口的分配地址如表1所示，自動控制部分功能圖如圖3所示[7]。

表1 I/0口地址

3.3 取放料機械手梯形圖

取放料機械手自動控制部分梯形圖如圖4所示[8]。

圖4 取放料機械手自動控制梯形圖

3.4 取放料機械手仿真

使用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9軟件，把圖4的取放料機械手自動控制部分的梯形圖通過數據線下載到西門子CPU226模塊。按照取放料機械手功能圖的動作流程，從原點指示位置開始，通過手動方式，逐步輸入相應的到位和物料檢測信號，輸出端子的輸出信號都可以按照流程圖的功能順序逐步輸出信號。

4 結束語

通過圓盤式全自動攻牙機電氣系統設計，使攻牙機實現全自動上料、取放料、倒角、攻牙和出料，并通過手動仿真，各個動作能夠按照全自動生產運行。圓盤式全自動攻牙機不僅解決了人工攻牙時產品質量不穩，不易加工較小的工件，還大大提高了生產效率，延長鉆頭和絲錐的壽命，從而減少生產和人工成本。