轉向節(jié)襯套壓裝推孔雙工位機床控制系統(tǒng)的設計

雷　鈞　羅　敏　吳清生　吳岳敏　梅　燁

(①湖北汽車工業(yè)學院電氣與信息工程學院，湖北 十堰 442002；②湖北金仕偉智能裝備技術有限公司，湖北 十堰 442002)

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轉向節(jié)襯套壓裝推孔雙工位機床控制系統(tǒng)的設計

雷鈞①羅敏①吳清生②吳岳敏①梅燁①

(①湖北汽車工業(yè)學院電氣與信息工程學院，湖北 十堰 442002；②湖北金仕偉智能裝備技術有限公司，湖北 十堰 442002)

分析了汽車前橋轉向節(jié)襯套壓裝推孔生產方式，結合加工流程，設計了基于三菱PLC的自動轉向節(jié)襯套壓裝推孔雙工位機床控制系統(tǒng)。對電氣控制系統(tǒng)和PLC軟件流程進行分析，實踐結果證明雙工位機床運行效率高，安全可靠。

轉向節(jié)襯套；壓裝；推孔；PLC；控制系統(tǒng)

在汽車前橋轉向節(jié)總成裝配工序中，需要裝入兩個襯套，并對兩個襯套內孔進行推孔加工。

現(xiàn)有汽車前橋轉向節(jié)總成襯套的安裝一般采用兩種方式：一種是人工手動敲裝，另一種是機械壓裝。采用人工手動敲裝存在著敲擊力量大小及均勻度難以控制等人為不確定因素，壓裝深度難以把握，壓裝質量差，且裝配過程中易造成襯套前期損傷，導致整車裝配后早期失效，工件廢次品率較高；采用機械壓裝，一次只能壓入一個襯套，生產效率低下，且需要大量的人工進行操作，生產成本增加。襯套安裝好后需要對其進行推內孔加工，現(xiàn)有的汽車前橋轉向節(jié)總成襯套推孔多采用臥式推孔機進行加工，由于臥式推孔機占地面積較大，因此不利于流水線安裝，且每次推孔都要重新安裝熨壓刀，導致工人勞動強度增加，生產效率低，影響企業(yè)效益，難易滿足汽車批量化生產的需求。

本課題來源于生產實際，課題組接受委托開發(fā)轉向節(jié)襯套壓裝推孔雙工位機床。該機床進行汽車前橋轉向節(jié)襯套的壓裝，取代傳統(tǒng)的人工作業(yè)，并通過熨壓刀的推孔，有效控制轉向節(jié)襯套的安裝尺寸，確保襯套的壓裝質量，解決傳統(tǒng)工藝的弊病，減輕工人的勞動強度，并滿足對工藝精度的要求。該機床能夠實現(xiàn)全自動控制，節(jié)省人力，保障工人的生產安全。

從文獻[1-5]中可以看出壓裝機由PLC控制，因此本機床也采用PLC控制。

1　工作原理與控制流程

轉向節(jié)襯套壓裝推孔雙工位加工機床示意圖如圖1所示，機床上從左到右依次分為壓裝工位和推孔工位，推孔工位和壓裝工位中間為上下料位置，在壓裝工位垂直對稱設有上下2個壓襯套油缸，油缸前端分別設有壓頭。在推孔工位垂直設有熨壓油缸，油缸前端設有熨壓刀。在機床中間穿過推孔工位和壓裝工位水平設有抗壓導軌，導軌上設有移動滑臺，滑臺通過滑臺油缸的伸縮實現(xiàn)左右移動?；_外側設有轉向節(jié)定位板，在滑臺上固定有1個扶平油缸。在壓裝工位、上下料位置及推孔工位處分別設有接近開關，在扶平油缸、滑臺油缸、壓襯套油缸、熨壓油缸上分別設有電磁換向閥，在壓襯套油缸和熨壓油缸壓頭上設有壓力傳感器，壓力傳感器、電磁閥換向閥、接近開關分別與PLC連接。

雙工位機床加工流程圖如圖2所示，在一個加工流程中，工件被移動滑臺先后送到不同的加工工位，整個加工過程只需人工完成放入工件和取出工件兩個步驟，大大節(jié)省了人力。具體加工由以下步驟組成：

(1)放入工件：將兩襯套分別套在2個壓襯套油缸的壓頭上，將轉向節(jié)固定在滑臺上的轉向節(jié)定位板中，按下自動啟動按鈕，機床防護罩門關閉。

(2)轉向節(jié)到達壓裝工位：PLC控制滑臺油缸前進伸出推動滑臺向左移動，當滑臺到達壓裝工位附近時，壓裝工位處設置的左緩沖接近開關發(fā)出信號，滑臺減速移動，直至到達壓裝工位停止。

(3)對轉向節(jié)進行輔助定位：轉向節(jié)到達壓裝工位后，PLC控制扶平油缸前進伸出將轉向節(jié)固定。

(4)對轉向節(jié)進行襯套壓裝：轉向節(jié)固定好后，PLC控制壓襯套油缸分別向上和向下伸出一起將對應壓頭的襯套壓入轉向節(jié)中。

(5)壓裝工位液壓油缸回位：兩襯套被壓到位后，對應的壓力傳感器發(fā)出信號，PLC控制壓襯套油缸及扶平油缸回位，轉向節(jié)松開，同時對應的接近開關發(fā)出信號，壓裝工序完成。

(6)轉向節(jié)到達推孔工位：PLC控制滑臺油缸后退收縮推動滑臺向右移動，當滑臺到達推孔工位附近時，推孔工位處設置的右緩沖接近開關發(fā)出信號，滑臺減速移動，直至到達推孔工位滑臺停止。

(7)對轉向節(jié)襯套進行推孔加工：PLC控制熨壓油缸下行，當熨壓油缸前端設置的刀架碰到對應的脫刀杠桿時，受到脫刀杠桿向上的力，熨壓刀脫離刀架向下垂直掉落通過襯套，對襯套進行推內孔，最后落入接刀盤中，接刀盤旁邊的接近開關發(fā)出信號，推孔工序完成。

(8)推孔工位熨壓油缸回位：PLC控制熨壓油缸上升回位，直到與脫刀杠桿不相接觸為止。

(9)滑臺回位：PLC控制滑臺油缸前進伸出推動滑臺向左移動，當中間接近開關發(fā)出信號時，滑臺停止移動到達上下料位置(即機床中間位置)。

(10)推孔工位接熨壓刀：PLC控制熨壓油缸下行，將熨壓油缸前端的刀架套在熨壓刀上，熨壓油缸繼續(xù)下行，直至熨壓刀被牢固插接在刀架上，對應的壓力傳感器發(fā)出信號，此后熨壓油缸帶動熨壓刀上行，對應的接近開關發(fā)出信號，回到初始狀態(tài)。

(11)取出轉向節(jié)：所有工序完成后，防護罩門開啟，將加工好的轉向節(jié)取出。至此一個加工流程完成，進入下一個轉向節(jié)的加工。

加工前，系統(tǒng)要處于初始狀態(tài)，即滑臺位于上下料位置，上下料位置處的接近開關發(fā)出信號，壓襯套油缸、熨壓油缸都處于初始狀態(tài)，相應的接近開關發(fā)出信號，扶平油缸沒有伸出。此時，系統(tǒng)才被允許運行，如果出現(xiàn)意外情況或外部按下急停按鈕，系統(tǒng)不在初始狀態(tài)，機床將不能執(zhí)行自動加工。這時需要將機床調至手動狀態(tài)，將機床各部分調到初始狀態(tài)方可進行自動加工。同時，本機床各機構的設計利用了重力垂直向下的特性，因此床身放置不能傾斜，否則會造成加工機構的向下偏移，無法準確的將襯套壓入轉向節(jié)以及熨壓刀無法丟入轉向節(jié)襯套以及接刀盤中，甚至還有可能會損壞機床和熨壓刀。

2　控制系統(tǒng)設計

本機床控制系統(tǒng)主要由PLC、A/D轉換模塊、觸摸屏、按鈕、接近開關、壓力傳感器、液壓站等組成，PLC選用三菱的FX3U-80MR，模數(shù)轉換功能模塊采用FX3U-4AD模塊，該模塊有4個輸入通道。為了準確定位壓頭和滑臺，采用接近開關和壓力傳感器，使機床能夠精確可靠地運行。為了保證工人的生產安全，設計了防護罩，其推拉門的開關使用電磁換向閥控制。本機床除了使用控制機箱的按鈕控制以外，還使用了工業(yè)觸摸屏來監(jiān)控機床的工作狀態(tài)，方便機床的使用。

主電路電氣圖如圖3所示。取三相電為液壓電動機供電，開關電源輸出24 V的直流電為控制回路供電，電路中設計多個斷路器作為供電控制開關。

本課題中PLC的I/O點如表1所示。

X0到X3分別為急停和液壓電動機過載的信號輸入端，X10～X22分別為各工位接近開關信號的輸入端，X30～X34分別是控制臺按鈕信號的輸入端。PLC的輸出端Y0控制驅動中間繼電器線圈，間接控制接觸器KM1，控制液壓電動機的啟動和停止。輸出端Y10～Y25分別控制機床各機構運動的中間繼電器線圈，包括開關門及各油缸。Y10和Y11、Y13和Y14、Y15和Y16、Y17和Y20、Y21和Y22分別是對應油缸的電磁換向閥控制信號，Y12是電磁調速閥控制信號，Y23是電磁溢流閥控制信號。輸出端Y30～Y34控制各信號燈的狀態(tài)。

表1PLC的I/O點

輸入說明輸出說明X0急停輸入Y0液壓系統(tǒng)啟動X3液壓電動機過載Y10滑臺右移X10滑臺左接近開關Y11滑臺左移X11滑臺左緩沖接近開關Y12滑臺減速X12滑臺中間接近開關Y13扶平油缸前進X13滑臺右緩沖接近開關Y14扶平油缸后退X14滑臺右接近開關Y15上壓襯套油缸前進X16上壓襯套油缸后接近開關Y16上壓襯套油缸后退X20下壓襯套油缸后接近開關Y17下壓襯套油缸前進X21熨壓油缸檢測刀開關Y20下壓襯套油缸后退X22熨壓油缸后接近開關Y21熨壓油缸前進X30手自動切換旋鈕Y22熨壓油缸后退X31液壓系統(tǒng)啟動按鈕Y23電磁溢流閥控制X32液壓系統(tǒng)停止按鈕Y24防護門開X33自動啟動按鈕Y25防護門關X34自動停止按鈕Y30系統(tǒng)啟動燈Y31系統(tǒng)報警燈Y32自動啟動燈Y33自動停止燈Y34多層警報燈

3　系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)軟件的主程序流程圖如圖4所示。當按下急停按鈕、液壓電動機過載等情況下系統(tǒng)會自動報警。當無報警的情況下按下系統(tǒng)啟動按鈕就啟動液壓系統(tǒng)，按下系統(tǒng)停止按鈕就關閉液壓系統(tǒng)。

PLC控制系統(tǒng)自動運行程序狀態(tài)轉移圖如圖5所示，M1、M4分別為系統(tǒng)報警信號和初始位置條件信號，M60、M61分別為上下壓裝缸壓力檢測到位信號，M62為撿刀壓力檢測到位信號。

4　結語

課題組通過對雙工位壓床工作過程的分析，對電氣控制系統(tǒng)進行了開發(fā)。機床通過將壓裝推孔兩個工位集成在同一機架上，實現(xiàn)了汽車前橋轉向節(jié)襯套壓裝推孔加工的自動控制，加工過程安全可靠，提高了裝配質量，實現(xiàn)了自動接刀，降低了工人勞動強度，節(jié)約了工時，提高了作業(yè)效率。雙工位機床已經在工廠得到實際使用，得到廠家的認可。

[1]王小明，鮑曉敏，劉愛博.基于PLC的貨車滾動軸承壓裝機控制系統(tǒng)設計[J]. 機械工程與自動化，2010(6)：138-139.

[2]潘玉蘭.基于PLC自動壓裝機控制系統(tǒng)的設計[J].裝備制造技術，2014(9)：164-167.

[3]劉捷，蔣士博，方婷.臥式輪軸壓裝機液壓及控制系統(tǒng)改造[J].制造技術與機床，2014(2):153-155.

[4]胡國良，王雪軍，王小明.25t軸重貨車滾動軸承壓裝機電液控制系統(tǒng)設計[J].液壓與氣動，2008(4):48-51.

[5]王峰.100P轉向節(jié)襯套及平面軸承耐久性試驗裝置開發(fā)[J].機床與液壓，2004(3)：97-98.

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Control system design of steering knuckle bush press mounting push hole double-station machine tool

LEI Jun①,LUO Min①,WU Qingsheng②, WU Yuemin①,MEI Ye①

(①School of Electrical & Information Engineering, Hubei University of Automotive Technology,Shiyan 442002, CHN; ②Golden Mind Intelligent Technology Co.,Ltd., Shiyan 442002, CHN )

A control system of the automatic steering knuckle bush press mounting and push hole double-station machine tool based on Mitsubishi PLC is designed by analyzing the manufacture technique and processing technic of automobile front axle steering knuckle bush press mounting and push hole. Focusing on the performance of electrical control system and PLC software, it is reasonable to conclude that the double-station machine tool has high operating efficiency and reliability.

steering knuckle bush; press mounting;push hole; PLC; control system

TP271；U468.2

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.10.018

雷鈞，男，1975年生，工學碩士，副教授，研究方向為工業(yè)電氣自動化技術、單片機應用開發(fā)技術。

(編輯譚弘穎)

2016-05-03)

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