信息技術模式下的火工品自動裝配機結構和控制技術研究

王剛 任民 班金紡 顏娜 何志剛

【摘要】在“中國制造2025”戰略實施的背景下，我國自動化技術得到了快速的發展。由于軍工類項目中涉及的風險和限制因素較多，出于軍事火工生產中對裝配設備的安全需求，目前的裝備體系安全防護體系還很薄弱。“信息技術模式”的提出，使得諸多高校、科研院所和公司紛紛投入到生產設備的研制中，為國防工業的發展提供了新的動力。但是，由于我國工業自動化裝配技術發展起步較晚，加之其自身的結構特性所限，使得國內在實現自動化裝配過程中仍處于較大程度上的滯后。因此，針對當前手工和半自動化的火工品裝配效率低、安全隱患大的問題，本文提出了一種滿足生產要求、自動化、運行安全可靠的火工品自動化裝配裝置，克服了國內長期火工品壓制、裝配一直采用手工、半手工生產的工藝裝備難題。

【關鍵詞】自動化裝配技術；信息技術模式；控制技術

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.04.037

Research on Structure and Control Technology of Initiating Explosive Device Automatic Assembling Machine Based on Information Technology

WANG Gang， REN Min， BAN Jinfang， YAN Na， HE Zhigang

（Jilin Jiangji Special Industry Co.， Ltd.， Jilin 132000， China）

Abstract： Under the background of "Made in China 2025" strategy implementation， Chinas automation technology has been developed rapidly.Because there are many risks and restrictions in the military industry project， the safety protection system of the equipment system is still very weak because of the safety requirement in the military explosive production.With the development of information technology， many universities， research institutes and companies have put into the development of production equipment， which provides new power for the development of defense industry.However， due to the late development of Chinas industrial assembly technology， coupled with its own structural characteristics， domestic assembly process is still in a relatively large degree of lag. Therefore， aiming at the low efficiency and great hidden trouble of assembling manual and semi-automatic initiating explosive device， this paper puts forward a kind of automatic assembling device for initiating explosive device， which meets the requirement of production， is automatic and runs safely and reliably.

Key words： automatic assembly technology； information technology model； control technology

0引言

自動裝配技術是由尺寸工程、工藝設計、模具制造、計算機數字控制、模擬控制等技術交叉結合而成的一門實用技術。在美國、德國、法國、日本等國家在信息化模式下，自動化裝配技術已被廣泛地使用，并且在實際應用中已初具規模化。國外對自動裝配技術進行了大量的研究，并形成了自己獨特的裝配技術。這些獨立的裝配理論，不僅保證了所生產的制造產品品質，而且還使其在科技上具有了一定的核心優勢。

1火工品自動裝配機裝配方案設計

1.1自動機械概念

自動機械是一種能夠在規定時限內，由機器構成的各種作業執行器或機構，在一定的時間里，自動完成作業，并且能夠自動啟動工作周期的并按規定完成生產任務的機械。其工作流程如下：在每一作業之初，將所需零件分批裝填至儲藏設備；當自動機器被激活后，供料裝置會根據預定時間、數量及方向，將所需零件送入指定位置；自動夾緊，自動導入，自動開始加工；在加工結束后，刀具自動退出，自動放松，自動卸料，將產品運到預定的地點；在加工結束后，可以實現在加工過程完成后自動啟動循環程序連續不斷地輸出成品。

自動機械最顯著的特征是高自動化和高生產率，同時可大大減少工人工作強度。通常，自動化設備還具備工藝動作多、結構復雜、組成工藝的執行器多等特點。自動化機器主要由四個主要部分構成：驅動、傳動、控制和執行機構，如有需要，還可安裝相應的運動裝置。

根據自動機械的設計、功能及結構特點，自動機械分為自動成型、自動加工、自動裝配和自動包裝等。

1.2自動機械設計流程

自動機械的設計流程可以劃分為四個步驟：初步設計，技術設計，工作圖設計和安裝。其主要的設計流程如圖1所示。

具體流程為：確定自動加工周期；確定自動機械的運行參數；確定其運動特性；選擇其執行機構，初步確定主要結構和尺寸；確定自動機構的總體方案；確定自動機械的總體布局，確定潤滑系統；最后確定外形尺寸；確認方案的合理性，和特定的結構設計[1]。

1.3裝配作業

裝配是一種由多個零部件根據特定的規律和技術需求進行裝配成新的產品的工藝。產品設計、零部件加工、產品制造等是產品制造的最終階段。而在生產效率和裝配品質方面，機器裝配工藝直接影響到產品的裝配效率，因此，對產品的加工工藝進行科學的設計是關鍵。為保證裝配操作的可靠度，一般將裝配裝置劃分成多個組件，各組件各自操作。在裝配工藝中，部件是最基本的部件，在選擇裝配參考部件時，往往會選擇帶有匹配參考表面的部件。

2火工品自動裝配機的結構設計

2.1火工品自動裝配機主傳動結構設計

一套完整的自動化裝配裝置與良好的機械構造是密不可分的。主傳動是裝配機的基本組成元件，也是裝配機的主動力來源，也是裝配機協同工作的重要依據。主驅動機構的設計不僅對設備的安全可靠運行起著重要的作用，而且對提高設備的組裝和制造的效率起著重要的作用。按照工藝要求，本文對裝配機的布置及對主要的主傳機構進行了詳細的設計，如圖2所示[2]。

2.2主傳動結構輸出運動節拍設計

為了確保所研制的火工零件裝配順利可靠地完成裝配工作，并為下一步的機械結構的設計工作奠定了基礎，首先通過對其輸出節拍進行了詳細的分析，并確定了其輸出的運動節拍。在主傳動系統的設計中，首先要完成機器人的最終目標，這臺機器人的主要作用是將機器人移動到特定的地方，然后將其移動到特定的地方，將其精確地擺放在特定的地方。由于工件在特定的定位模和進給裝置中都能精確地被定位，因此要精確地抓取和放入部件時，需要上下移動，而被抓持部件的部位一定要由機器人臂橫向移動。結合上述因素，本文對該主傳動結構輸出運動節拍進行了設計，如圖3所示。

3火工品自動裝配機控制系統方案設計

3.1控制系統設計原則

火工自動化裝配機的控制系統是集指揮、通信、記憶、信息處理和操作于一體的系統，是火工裝配控制的“大腦”。滿足生產過程的技術需求是對控制體系的最根本的需求，是確保運行時控制的安全可靠和準確的標準。以現代技術為基礎，進行科學規劃和設計控制系統，其主要依據的原則有：

1）精確地實施整個制造裝置的過程操作；

2）對加工產品的質量、設備的生產效率的要求；

3）保證系統運行的安全穩定可靠；

4）利用簡易的控制體系構造，盡量減少產品的制造費用；

5）提高運行效率，便于維護等。

3.2火工品自動裝配機控制系統總體方案設計

本文從火工產品自動裝配設備的實際需求出發，并結合第2節所述的機械結構，確定了整個控制系統的整體設計（如圖4所示），其中，PLC是PLC的核心，是由上位機作為管理與控制、以現場總線作為信息通信、以現場傳感器作為輸入和進行控制的自動化控制系統。

通過一條現場總線將觸摸屏、工業計算機IPC和PLC相結合，完成了一套完整的火工品裝配機的控制系統的整體方案。從圖4可知，防爆按鈕，同步角度信號發生器，防爆微動開關，傳感器等作為PLC輸入，控制器，電磁閥電磁頭，警示燈等輸入到PLC中。整個PLC的控制體系包括：主控模塊、輸入模塊和輸出模塊。每一次的伺服壓力和一次的交叉滑塊都是用PLC來進行的。本系統采用IPC為上位機，對整個控制過程進行實時監測，并配有觸摸屏、打印機等設備。本發明的火工自動化組裝機的控制系統采用Profibus總線與上位計算機、PLC、觸摸屏相結合，并具有打印機的打印和輸出記錄。PLC與16個工位、振動料斗、伺服馬達系統、傳感器、報警燈等進行即時的互動，實現檢測信號的輸入和控制信號的輸出。

4火工品自動裝配機的調試運行

根據設備裝配圖紙，對已加工的基礎零件和已采購的零件進行準確定、安裝，現場安裝精度對整個裝備的綜合表現有很大的作用。在指定的地方將汽缸等氣動部件固定。從主驅動機構，到各個車間的機器，到汽油罐管道的配線，都要嚴格按圖紙進行。

火工機械的主設備必須牢固和平坦的地板。裝置的安裝可以采用四個減震墊鐵的調節螺絲的方式進行裝置的水平調節，同時用水準計檢驗平臺的水平，以確保自動組裝機的主機的水平性。根據需要，必須確保主臺板在垂直和垂直兩個方向上的偏差不超過0.1 mm，并盡量使四個支架的四個墊鐵承受相同的壓力，并將調節螺絲的鎖定螺絲帽鎖定。對裝置進行二次接地，采用40×4 mm的銅膠條與廠房內的地腳進行焊接，并做好防腐蝕和防腐蝕[3]。設備主體安裝完畢，氣動系統接合完畢。

5結束語

本文結合產品工藝設計、機械結構設計、自動化裝配技術等方面的討論與研究，進行了火工品自動化組裝機床結構設計與控制技術的研制，并從主傳動設計、各工位機械設計、設備調試等方面進行了設計。通過對現場實際運行情況的分析，證明了本系統的火工自動化裝配系統完全滿足了系統的裝配工作指標。

【參考文獻】

[1]孫安昌，李紅梅，邢康寧，等.面向軍用雷管、火帽自動化生產的雙圓盤復合自動裝配機技術研究[J].國防制造技術，2014（3）：35-38，43.

[2]張偉，徐爭濤，李紅梅，等.自動化控制技術在火帽柔性自動裝配機中的應用[J].兵工自動化，2022，41（8）：31-35.

【作者簡介】

王剛，男，1979年出生，高級鉗工，學士，研究方向為鉗工裝配。

（編輯：李鈺雙）