自動供銷壓銷機研究設計開發

谷長峰，廖群英，陳向榮，張林鋒，張玲玲

（1.郴州職業技術學院，湖南 郴州 423000；2.深圳前海斐銳思企業管理咨詢有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

生產過程的自動化是企業提高生產效率和生產質量、降低生產成本的重要途徑。壓銷作業是自動化設備中的齒輪軸部件裝配作業工序之一。目前，很多齒輪軸部件裝配用銷釘把齒輪固定在軸上的壓銷作業，還是采用人工把銷釘一個一個地放在壓銷頭上進行[1]。這種裝配作業方式，一方面壓銷作業時比較耗時，壓銷效率較低；另一方面作業的安全性能、可靠性能差，裝配質量得不到保證，嚴重影響了企業經濟效益。所以，目前的壓裝方式已無法適應工業自動化設備批量化制造的要求了[2]。市場上比較先進的也有部分半自動壓銷機或自動送銷機構的其他場景的應用，但自動化程度、生產效率、生產的安全性、操作的方便性等問題有待進一步提高。為研究開發設計高效、安全、可靠的一款自動供銷壓銷機，達到從設計到研發試制，再到產品的調試改進，到后期全面廣泛應用的預期目標，通過文獻研究法、調查研究法、實驗研究法、經驗總結法等研究方法，在分析了自動化設備中的齒輪軸部件裝配作業工序的齒輪軸部件定位銷的壓裝過程后，結合機械結構、氣壓、電氣控制和PLC相關理論，設計開發出了自動供銷壓銷裝置。研究設計的自動供銷壓銷機不僅能自動壓銷，還實現了自動供銷、壓銷的連續作業，且整個作業過程能自動安全檢測。該自動供銷壓銷機具有自動化程度、安全性和生產效率更高，操作更簡單，具有很好的企業經濟效益和社會應用推廣價值。

1 自動供銷壓銷機的設計原理

圖1所示為自動供銷壓銷機的機械結構。圖2所示為工作原理示意圖。操作自動供銷壓銷機時，首先開啟自動供銷裝置和自動壓銷裝置電源，轉盤自動找到原點位置；接通氣源調定壓力（氣壓0.5～0.6 MPa）后，打開電控箱上的電源開關和定時開關，設置好計數器和定時器，雙手同時按下左右兩個按鈕（SB1和SB2），讓轉動盤空轉一圈（因初始狀態轉盤一側沒有銷釘）。然后將銷釘放入V型槽?內，步進電機轉動帶動傳動齒輪?轉動，傳動齒輪把銷釘帶入導向管?中，然后進入傳動轉盤?的槽中，步進電機?轉動，把銷釘帶到壓銷頭的下面；調整支撐座位置，將部品(軸和齒輪）放入支撐座，按下壓銷開關⑩，沖壓頭自動下降，壓銷頭把銷釘壓入⑧軸和齒輪中，到達設定的時間后，沖壓頭自動上升，從而完成作業。

圖2 自動供銷壓銷機工作原理示意圖

2 自動供銷壓銷機的結構組成

自動供銷壓銷機設備的結構組成由自動供銷裝置和自動壓銷裝置兩大部分組成（如圖1所示），其主要結構組成有：①氣缸裝置、②操作面板、③計數器、④時間制（保壓時間0-10"）、⑤定時開關、⑥電源開關、⑦壓銷頭、⑧軸、齒輪（工件）、⑨支撐座、⑩壓銷開關、?底座、?控制箱、?傳感器、?傳動轉盤、?導向管、?銷（工件）、?V型導向槽、?傳動齒輪（帶步進電機）、?傳感器、?步進電機[3]。機械結構設計內容及對策（如圖2所示）。其中：V型導向槽用V型構造是為了保證銷釘沒有橫向狀態的銷，并傾斜安裝依靠銷自身重力順暢滑行[12]；步進電機裝上傳動齒輪后防止銷產生堆積，并能通過齒輪推動銷往前送進[4]；利用PVC管從V型導向槽上接送銷釘，實現一個一個搬送，實現銷釘移動的方向不會改變[5]；利用傳動轉盤一次旋轉180°實現銷釘縱向搬運[1-6]。

3 自動供銷壓銷機控制系統設計

電氣控制電路：自動供銷壓銷機電氣電路（圖3～5），由控制電路圖、PLC控制程序（圖6）等組成[7-11]。自動供銷壓銷機的電氣控制及PLC控制原理如下。

圖3 主控電路

圖4 控制電路

圖5 被控執行電路

圖6 PLC程序梯圖

（1）自動送銷控制：當QA起動開關按下，K1繼電器得電并自鎖，同時HG電源指示燈點亮，自動供銷壓銷機進入工作狀態，當按下SB1自動送銷開關時，通過PLC程序控制，K4繼電器得電，控制送銷電機轉動，帶動與其同軸的齒輪轉動（傳動齒輪?），把銷釘往前送進一個銷長距離，推動前面的一個個銷釘進入導銷管中，最終到達傳動轉盤。

（2）轉盤搬送控制：當銷釘被送入轉盤?中后，通過SK1接近傳感器開關輸入控制信號，通過PLC程序控制，K3繼電器得電，定位電磁閥S1得電，使壓銷作業處于壓銷禁止，起到安全保護狀態，同時，控制步進電機驅動器驅動轉動，帶動傳動轉盤旋轉180°，將銷釘搬送到壓銷頭下面。傳動轉盤旋轉后，SK1接近傳感器信號發生變化，控制K2繼電器得電，BU警報器發出搬送完成信號提醒。

（3）壓銷頭壓銷控制：銷釘通過傳動轉盤送到壓銷頭下，并警報器發出信號后，當雙手分別同時按壓銷操作開關SB3和壓銷操作開關SB4時，壓銷電磁閥S2得電，控制氣缸裝置動作，通過PLC程序控制，壓銷頭進行壓銷動作，并按設定的時進行保壓，通過計數器統計壓銷數量。

（4）安全保護控制：為了防止傳動轉盤轉動時與壓銷頭發生碰撞，在電器及PLC程序設計時，在傳動轉盤未完成搬送時進行了壓銷禁止；為了防止壓銷過程產生過載而造成設備損壞，在電器設計時，通過安全保護繼電器K5實現過載保護作用；在操作上，為防止操作者在放置工件時存在的安全問題，安裝了兩個串聯的壓銷操作開關，使操作者必須在兩只手分別同時按下壓銷操作開關SB1和SB2時才能進行壓銷動作，以保證操作者的人身安全。

（5）自動供銷壓銷機的PLC程序設計：自動供銷壓銷機的工作是在可編控制器的控制下完成工作，PLC控制程序設計（圖6）[8-9]。

4 測試驗證與結果分析

為驗證自動供銷壓銷機的各方面功能及設計要求，自動供銷壓銷機已經從設計到研發試制，再到產品的調試改進，最后到生產的運用，采用了在實際生產條件下通過試生產的方式對自動供銷壓銷機生產性測試驗證。整個測試過程從功能測試、可靠性測試、安全性測試、易用性測試等方面進行了充分的測試分析，結果如表1所示[10]。

表1 自動供銷壓銷機測試驗證結果表

自動供銷壓銷機是一種能夠實現銷釘自動供給與自動壓銷相協調配合動作，完成零件與零件的連接與定位的機械設備。自動供銷壓銷機技術層面分析，解決了幾個方面的技術難題：（1）實現了自動供銷、壓銷的連續作業，整個銷釘的自動供銷與壓銷動作的協調配合動作，且整個作業過程能自動安全檢測；（2）供銷過程保證銷釘一個個正確方向的送進，而不產生堆集；（3）沖壓過程實現銷釘壓銷工位，連續轉換，保證工作的連續；（4）通過導向追加策略，解決了沖壓過程的銷釘容易沖飛現象。測試驗證結果的研究與分析，證實自動供銷壓銷機具有較好的品質，能夠在一定程度上替代同類產品，并通過實際測試驗證了自動供銷壓銷機其智能化程度高，與同類產品比較明顯提高了機構裝配效率30%以上，且安全性、可靠性很高。

5 結束語

此研究通過對自動化設備中的齒輪軸部件裝配壓銷工作過程的分析基礎上，設計開發出了自動供銷壓銷機，改變了現有的齒輪軸部件裝配用銷釘把齒輪固定在軸上的壓銷作業——采用人工把銷釘一個一個地放在壓銷頭上進行的壓銷裝配作業工序。本文研究設計開發的自動供銷壓銷機實現了自動供銷、壓銷的連續作業，且整個作業過程能自動安全檢測；與市場上其他場景應用的供銷或壓銷機相比，具有自動化程度、安全性和生產效率更高，操作更簡單等特點。自動供銷壓銷機一方面提高了壓銷作業生產效率和企業經濟效益、降低了工人勞動強度和產品生產成本；另一方面增強了操作安全性和可靠性，提高了作業中的自動化水平。自動供銷壓銷機已經在工廠實際中使用，得到了廠家的認可。