活塞桿豎直裝掛進料裝置的設計

楊　振，張艷冬，劉占娟

(遼寧工業(yè)大學機械工程與自動化學院，遼寧錦州　121001)

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活塞桿豎直裝掛進料裝置的設計

楊振，張艷冬，劉占娟

(遼寧工業(yè)大學機械工程與自動化學院，遼寧錦州121001)

摘要:目前國內(nèi)活塞桿電鍍時的豎直裝掛主要靠人工完成，勞動強度大，且效率低。針對某公司現(xiàn)有的活塞桿電鍍掛具，進行了豎直裝掛進料裝置的設計，主要包括機械部分和控制系統(tǒng)。裝置采用伺服電機和氣壓作為驅(qū)動，螺旋傳動實現(xiàn)工作臺移位，接近開關和控制伺服電機轉(zhuǎn)動圈數(shù)定位方式相結合，實現(xiàn)多根活塞桿同時自動進給，降低了勞動強度，提高了工作效率。

關鍵詞:活塞桿;豎直;進料

我國電鍍工業(yè)發(fā)展較為緩慢，電鍍件進料環(huán)節(jié)的自動化程度低的問題尤為突出，隨著科技與生產(chǎn)的發(fā)展，電鍍件進料環(huán)節(jié)的自動化程度低成為電鍍生產(chǎn)自動化亟待解決的問題［1］。專注于生產(chǎn)各類活塞桿的某汽車零部件公司在生產(chǎn)過程中需要對活塞桿表面進行電鍍，其根據(jù)自己的實際生產(chǎn)需要，制造了專用的活塞桿電鍍掛具。但是，國內(nèi)棒料進給的裝置大都是在水平方向上通過傳送帶實現(xiàn)進給，還沒有出現(xiàn)豎直方向的進給。因此，該公司一直是通過工人手工來完成活塞桿的裝掛工作，消耗了大量的人力和勞動時間，急需通過機械自動化來完成這一生產(chǎn)工序，以降低勞動成本，提高工作效率和電鍍生產(chǎn)線的自動化程度。

1　總體方案設計

1.1設計要求

本文設計的活塞桿豎直裝掛進料裝置，用于該公司生產(chǎn)的在一定尺寸范圍內(nèi)的多種活塞桿的裝掛。該裝置能夠自動將活塞桿連續(xù)、準確和平穩(wěn)地豎直裝掛到所要求的掛具位置［2］。操作簡便，結構緊湊，性能可靠，經(jīng)濟性好，同時便于檢查維修，使用壽命長。

1.2主要參數(shù)確定

活塞桿材料為45號鋼，主要參數(shù):直徑15～20mm，長度380～400mm。

掛具整體參數(shù):長1 900mm，寬660mm，高600mm。每次可電鍍4排共56根活塞桿，掛具上部允許活塞桿通過的孔直徑為25mm。掛具結構如圖1所示。

圖1　掛具結構圖

根據(jù)掛具尺寸、行車路線和實際工作場地空間的情況，初步設計該裝置尺寸如下:長2 400mm，寬750mm，工作臺距地面高度650mm。

1.3總體結構設計及工作原理

如圖2所示，該裝置主要包括機械部分和控制系統(tǒng)，其工作原理如下:將活塞桿放在操作臺上的料斗內(nèi)，手動控制步進電機的轉(zhuǎn)動，通過光電開關實現(xiàn)第一個工作位置的定位。上推氣缸帶動上推頂板動作，將活塞桿頂出，活塞桿沿料斗傾斜滑道滑落到料斗豎直通道內(nèi)。橫推氣缸帶動動板相對定板移動將活塞桿夾緊，料斗底板在氣缸帶動下移動，使活塞桿下部無阻擋。減速電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)同步齒形帶和帶輪帶動滾輪轉(zhuǎn)動，將活塞桿豎直傳送到掛具的相應位置。伺服電機通電轉(zhuǎn)動，通過滾珠絲杠副使工作臺移動到下一工位，多次重復以上動作，直至完成一個進料周期。伺服電機反向轉(zhuǎn)動，工作臺移動至接近開關位置。工作流程如圖3所示。

圖2　總體結構設計

圖3　工作流程圖

2　機械部分的設計

2.1料斗的設計

料斗的整體結構設計參考工廠其他生產(chǎn)工序中已有的料斗，工作方式采用氣缸單根頂出式。料斗整體通過螺栓與定板固定在一起，由4個相同的單元組成，每一單元容量的設計以滿足一個進料周期為基本原則［3］，底面有一定傾斜角度，無論剩余活塞桿的數(shù)量是多少，都能使之滾動到最底部的邊緣位置，底部開槽，頂板上表面為傾斜平面，底部與2個相同型號的雙桿氣缸相連，經(jīng)此槽口上移將活塞桿頂出，滾落至傾斜滑道內(nèi)，然后經(jīng)傾斜滑道滑落到豎直通道內(nèi)，經(jīng)多次試驗測得當滑道與水平面成25°角時，活塞桿經(jīng)此滑道滑入豎直通道內(nèi)，碰撞較輕，時間約為2s。料斗豎直位置的底板為抽拉式，且?guī)в芯彌_橡膠，避免活塞桿滑落時由于碰撞而產(chǎn)生過大的振動和噪聲，對設備的穩(wěn)定性和壽命產(chǎn)生影響(棒料進給后要進行電鍍，后面還有精磨、拋光等工序，所以在此期間由于碰撞、擠壓而對工件表面質(zhì)量產(chǎn)生一定影響是允許的)。料斗及底板結構如圖4所示。

圖4　料斗及底板結構圖

2.2夾緊機構的設計

該裝置的夾緊機構由定板和動板兩部分構成，動板、定板上均焊接有8根用來安裝橡膠滾輪的細長圓柱。動板開有允許定板上的軸移動的槽口形孔和放置雙桿氣缸時需要的矩形孔，在氣缸推動下動板沿導軌在定板上運動，然后通過安裝在動板、定板上的滾輪將活塞桿夾緊。工作時只有動板底部與齒形帶輪相連的4個滾輪做主動轉(zhuǎn)動，其他滾輪均做從動轉(zhuǎn)動。定板上設計有料斗底板做抽拉運動所需的滑道和活塞桿向下傳送需要穿過的方孔，以及固定上推氣缸需要的豎板。夾緊機構結構如圖5所示。

2.3驅(qū)動部分的設計

除上述內(nèi)容中出現(xiàn)的多處氣缸驅(qū)動方式外，該進料裝置還有工作臺沿導軌方向運動的驅(qū)動和滾輪轉(zhuǎn)動的驅(qū)動。由于工作臺沿導軌方向的運動需要多次?？壳覍ν？课恢玫木扔休^高要求，因此綜合考慮多種驅(qū)動方式，選用伺服電機作為工作臺移動的驅(qū)動方式［4］。滾輪轉(zhuǎn)動的驅(qū)動，不需要精準的位置和時間控制，選用結構簡單、價格便宜的減速電機即可。

圖5　夾緊機構結構圖

2.4傳動部分的設計

傳動部分主要包括兩部分:工作臺沿導軌方向移動和減速電機帶動滾輪轉(zhuǎn)動。工作臺沿導軌方向的移動距離每次為140mm，精度要求為2mm，所以此處選擇傳動精度較高的滾珠絲杠傳動，通過固定在定板底部的螺母與絲杠配合，由伺服電機經(jīng)聯(lián)軸器帶動絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)工作臺的移動。傳動過程中，工作臺第一個位置的確定由接近開關實現(xiàn)，由于絲杠導程和相鄰兩個工作位置間的距離是已知的，所以其他工作位置的定位通過控制伺服電機的脈沖數(shù)來實現(xiàn)。由于減速電機要帶動4個滾輪同時轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)4根活塞桿的同步裝掛，且傳動距離較遠，故采用工作噪聲低、結構質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定可靠的齒形帶傳動。

3　控制系統(tǒng)的設計

該進料裝置控制系統(tǒng)的設備主要包含伺服電機、減速電機、電磁閥01、電磁閥02和電磁閥03。由工作原理可知，在工作過程中，工作臺需要多點?？?，電機需要反復啟動和停止，氣缸也要多次重復動作。根據(jù)I/O點數(shù)估算、存儲容量估算、控制功能的選擇等PLC選型原則，選擇西門子S7－226 PLC即可滿足控制要求。I/O分配表見表1。

首先將工作狀態(tài)切換至手動模式，控制伺服電機轉(zhuǎn)動，工作臺相應位置移動至接近開關處停止，實現(xiàn)第一工作位置的定位。然后切換至自動控制模式，按下系統(tǒng)運行按鈕，工作臺根據(jù)所編寫的程序自動運行。如果運行過程中裝置發(fā)生故障或運行出現(xiàn)錯誤，按下系統(tǒng)急停按鈕，進行故障排除。順序功能圖如圖6所示。

表1　I/O分配表

圖6　PLC順序功能圖

4　結束語

活塞桿豎直裝掛進料裝置的設計根據(jù)工廠的實際生產(chǎn)過程和生產(chǎn)需要，從機械部分和控制系統(tǒng)兩方面入手，設計出具有取件、夾緊、傳送和定位等功能的活塞桿自動進料裝置，并對取件部分和控制系統(tǒng)的功能進行了實驗驗證，創(chuàng)新之處在于可實現(xiàn)多根活塞桿同步機械化、自動化的豎直裝掛，為實現(xiàn)該公司活塞桿裝掛裝置的自動化提供了參考方案。

參考文獻:

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［4］尚子超，蒙帥甫，吳海云，等.切管自動送料裝置的設計［J］.科技信息，2012(31) :74－83.

The design of vertical installation equipment for the piston rod production line

YANG Zhen，ZHANG Yandong，LIU Zhanjuan
(Mechanical Engineering＆Automation College，Liaoning University of Technology，Liaoning Jinzhou，121001，China)

Abstract:At the present stage the main feed way to vertical installation of the piston rod is artificial and completed.It not only needs high labor intensity，but also is low efficiency.Aiming at the electroplating production line with piston rod in a company，it introduces the design of vertical installation equipment such as mechanical and control system.The equipment uses the servo motor and air pressure as drive，moves the table by rotating the transmission shift.The position switch and servo motor realizes automatic feeding of several piston rods.This equipment can reduce the labor intensity and improve the work efficiency.

Key words:piston rod; vertical; feed

DOI:10.3969/j.issn.2095－509X.2015.06.012

作者簡介:楊振(1990—)，男，山東泰安人，遼寧工業(yè)大學碩士研究生，主要研究方向為現(xiàn)代加工與虛擬制造技術。

收稿日期:2015－04－13

中圖分類號:TH122

文獻標志碼:A

文章編號:2095－509X(2015) 06－0049－04