基于PLC 的模具拆卸裝置設計

王鈺超，藍曉樂，余斌輝，鐘金錄，湯 烽，江麗珍，楊建榮

（華南理工大學廣州學院機械工程學院，廣東 廣州 510800）

0 引言

模具是工業生產中的基礎工藝裝備[1]。模具拆卸時，首先需要從導柱和導套間分開上、下模兩大部分。通常是用吊機提起上模，或將模具臥放在工作臺上，再用橡膠錘敲擊模具突出部位，以使緊閉的上模與下模分離開來。但由于生銹等原因，導柱和導套之間會出現很難分開的情況，拆卸強度大，時常需要使用銅棒進行敲擊模具，使得模具出現局部變形和損傷[2]。為了提高拆卸效率和降低工作強度、減少模具損傷和變形，本文研究設計了一種便于快速將模具上、下模分離的拆卸裝置。裝置中包括自動傳送部件和自動拆卸部件，可以完成將拆卸支架準確送達模具位置、自動分開模具并傳送分離模具的工作。

1 拆卸裝置設計

為充分節約模具拆卸時間，減少人力，決定在現有拆卸模具技術的基礎上設置PLC 自動控制系統，實現自動控制，以進一步提高設備的性價比，使設備具有良好的維護性。本文將對PLC控制系統進行設計。

為了快速分開模具上、下模兩大部分，設計的拆卸裝置具體結構如圖1 所示。為使模具的傳送動作和拆卸動作自動且穩定，利用PLC 控制技術對拆卸裝置進行控制。在拆卸過程中，利用PLC控制技術的可靠、穩定，在實際拆卸模具的工作中通過PLC 技術實現拆卸裝置的移動，使拆卸裝置具有編程簡單、穩定性好、精確性高的優點[3]。通過對小型模具拆卸裝置的PLC 控制系統的設計，使得裝置的傳送帶能以設定的速度把模具移動到合適的位置，然后手動固定模具下端，利用裝置把模具上、下模兩部分分離，從而實現分離上、下模的功能。

圖1 電動模具拆卸裝置裝配圖

1.1 裝置結構組成

拆卸裝置的主體分為裝置支架和減速傳動機構，輔助部分設計有支架自動傳送機構。

1）裝置支架部分。由頂板2、導柱3、導套31、支撐板24、下拉鉤14構成。下拉鉤固定在整個裝置的底板8上，導柱采用螺紋的方式固定在下拉鉤上，導柱設計有軸肩撐起支撐板，支撐板上有四個導套加強支撐頂板，頂板與四根導柱采用螺絲緊固。

2）減速傳動部分。由Z 軸電機1、小齒輪11、大齒輪25、拉拔螺桿29、端面軸承26和28、T形螺紋套27、動板22和上拉鉤13 組成，如圖2 所示。梯形螺紋套用螺釘與大齒輪固定，梯形螺紋套上下各裝一個端面軸承，作用是防止梯形螺紋套軸向運動，讓其只能進行旋轉運動。拉拔螺桿和兩側上拉鉤分別用螺釘鎖緊在動板上。工作時，Z軸電機的轉速，通過小齒輪帶動大齒輪，減速傳遞至梯形螺紋套，由梯形螺紋套的螺旋帶動拉拔螺桿、動板和上拉鉤進行上下運動。當Z軸電機正轉時，帶動動板和上拉鉤向上運動，可將模具上模拔出；當Z軸電機反轉時，帶動動板和上拉鉤向下運動，可將模具上模放置在擱置臺9。

圖2 減速傳動機構

3）支架傳送部分。主要由底板8、直線導軌7、X 軸電機30、滾珠絲桿10、推拉架15等組成。X軸電機開啟后，旋轉的滾珠絲桿帶動推拉架，推引著支架主體進行左右移動。當X 軸電機正轉時，支架往右側（模具位置方向）前進；反轉時，支架往左側回程。

1.2 裝置工作原理

通過PLC控制X軸電機轉動，帶動龍門架左右移動，使模具到達方便拆卸的位置，再通過控制Z軸電機使掛鉤上下移動，從而分離上下模，最后實現模具的拆卸，且安裝了五個傳感器，方便感應每次傳送到達的位置，讓每次傳送精確感應到位后，再執行下一步動作，以達到準確拆卸的效果。而X軸和Z軸電機的轉動時間和轉動方向，需要靠PLC程序控制。

1）先將需要拆卸的模具置于下輔助板5 上固定，再固定上輔助板4。裝置龍門架停留于初始位置即傳感器A的位置，上拉鉤13在傳感器E處。

2）按下啟動按鈕19，X 軸電機30 得電正轉，把龍門架向傳感器C方向處傳送，上輔助板4進入上拉鉤13，下輔助板5 進入下拉鉤14，當傳感器C 感應到龍門架到位后，X 軸電機停止轉動。

3）接著Z軸電機1得電正轉，帶動上拉鉤13上提，帶著上、下模分離開來。當上拉鉤到達傳感器D 處時，Z 軸電機1失電停止。

4）同時X 軸電機得電反轉，將整個龍門架主體往回傳送，到達傳感器B處后X軸電機停止傳送。

5）此時Z軸電機1得電反轉，將上模從傳感器D處往下傳送，到達傳感器E 位置時，Z 軸電機停止轉動，將已拆的上模放在擱置臺9上。

6）這時X 軸電機30 得電反轉，將空的龍門架主體橫向送回傳感器A處，停止工作并恢復初始狀態，為下一次操作做準備。

2 PLC控制系統的選擇

PLC 控制器采用現代大規模集成電路設計，具備嚴格的生產制造環境，有可靠性高、干擾性強等優點；采用系統設計，利用其開發產品的工作量比較少，維護和升級也非常方便[4]。小型模具的拆卸裝置的控制系統，由于模塊式PLC的配置靈活，功能擴展方便，提供多種I/O 接口，所以應選擇模塊式的PLC，硬件選型時還需要對I/O 口數，與外部設備的兼容性、PLC的容量進行確定。在滿足工藝需求的前提下，盡量選用可靠成熟、經濟性高的控制器及控制模塊；通常 I/O 模塊數量配置時依據工作任務需求并冗余10%～20%的 I/O 點位量，以便于后期系統維護、維修以及系統功能擴展[5]。本設計選用三菱FX3U系列PLC。

2.1 PLC控制系統設計

PLC 控制系統軟件是拆卸裝置的控制核心，主要實現導桿傳感器的辨認與控制、操作等。PLC 控制系統軟件包括初始化、變頻電機驅動控制、龍門架移動、掛鉤移動和識別定位等部分[6]。

PLC 控制的拆卸機控制系統的設計包含硬件設計與軟件設計兩部分。硬件設計主要有PLC的配置、選型、接線電纜以及輸入、輸出端口的分配情況；軟件系統設計就是根據控制系統硬件結構和工藝要求，使用相應的編程語言，編制用戶控制程序和形成相應文件的過程[7]。本產品需要用到可實現控制模具分離的機構，為使得該設備可實現半自動化控制，需要用到編制 PLC 控制程序的方法，使用PLC 可以模仿繼電器控制系統的編程方法。其圖形甚至元件名稱都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成PLC梯形圖語言[8]。

2.2 PLC控制系統流程圖

本拆卸裝置的PLC 控制流程圖主要由X 軸電機和Z 軸電機共同作用來實現拆卸模具的功能，具體流程圖如圖3所示。

圖3 PLC 流程圖

2.3 模具拆卸裝置PLC程序梯形圖

常開急停開關X001 控制急停中間繼電器M1，上掛鉤置于傳感器E 位置處，使得傳感器A 與E 都為ON 狀態，當需要整個設備進行工作時，旋轉松開急停開關X001 使線圈M1 得電，同時按下X002 按鈕，裝料電機Y001 正轉，使龍門架由傳感器A 移動至C 處，經過中間位置傳感器B，會使X012 開關接通，M3 線圈得電，Z 軸電機啟動使得上鉤板下降，期間X 軸電機繼續工作，將龍門架送至傳感器C 處，掛鉤碰到傳感器E 后Z 軸電機停止工作，待傳感器C 感應到龍門架后，使X 軸電機停止工作，此時Z 軸電機Y002 得電正轉使上掛鉤上拉，將上下模具分離開來，待上掛鉤移動至傳感器D 處時，使X 軸電機Y003 反轉，將龍門架向后傳送，龍門架移動到傳感器B 處后，X012 接通，Y003 停止轉動，M3 線圈得電，使得Z 軸電機反轉，上掛鉤下移將上模放置于板9 上，傳感器E 感應到后X015 接通，X 軸電機啟動Y003 將龍門架傳送回，最后到達傳感器A 處，Y003停止轉動，設備回到初始狀態。PLC 程序控制梯形圖如圖4 所示。

圖4 PLC 程序控制梯形圖

3 結論

解決現有模具拆卸過程中，經常對模具敲擊造成模具損傷、精度降低、影響產品質量的技術問題。以三菱FX3U系列PLC 為例對PLC 在小型模具拆卸裝置中的應用進行研究，主要設計完成了硬件的選擇，PLC的電路連接，I/O口的分配和相應設備的選擇，對拆卸裝置的控制系統進行優化設計，可廣泛應用于模具拆卸過程，且采用電動控制，可以一次性輕松完成繁重的人工拆卸過程，整個流程實現自動化，大大減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益，并為以后拆卸模具技術的進一步提高打下了堅實的基礎。