自動控制插針設備的設計

□ 蔡漢明 □ 董新華

青島科技大學機電工程學院 山東青島 266061

研制自動控制插針設備是應對市場需求，針對人工插針的局限性在原有機械設備上進行的改進。依靠所設計的結構特性，自動插針設備可方便、快捷地實現(xiàn)插針、卸料、攔針、攔料等功能［1］，能有效解決企業(yè)人工或半自動插針設備的不足。另一方面，現(xiàn)階段企業(yè)仍以半自動插針設備應用較多，實現(xiàn)自動控制插針設備的普及仍需要時間［2］。

通過借鑒企業(yè)半自動插針設備的相關資料，運用現(xiàn)代電控裝置和氣動裝置，設計了一種自動控制插針設備［3］。這一設備不僅可以實現(xiàn)全自動控制插針，提高設備的應變能力和靈活性，而且可以實現(xiàn)手動和單循環(huán)控制，方便設備的調試。

1　總體方案設計

自動控制插針設備的工作原理與半自動插針設備類似，通過插針氣缸前后移動實現(xiàn)鐵針的裝載和插入工件。兩個振動盤中，一個為設備提供鐵針，另一個為設備提供工件。此外，還有送針輔助裝置和送工件輔助裝置。整個設備主要由四大部分組成。第一部分是插針裝置，主要包括插針氣缸、導桿、支座等。第二部分是卸料裝置，主要包括卸料氣缸、滑軌滑塊及后蓋等，通過氣缸伸縮和工件重力使工件順利落至接料盒內。第三部分是運送工件裝置，主要包括攔料氣缸和送料管，保證每次只有一個工件落入插針位置。第四部分是送針裝置，主要包括送針氣缸、振動盤和送針管等。插針裝置和卸料裝置結構如圖1所示。

▲圖1 插針裝置和卸料裝置結構

2　氣動控制模塊原理

自動控制插針設備氣動控制模塊原理如圖2所示。系統(tǒng)失電后，為了防止各個氣缸缸桿受到重力而下滑，必須采用O型三位四通電磁換向閥。系統(tǒng)應用調速閥可以調節(jié)各個氣缸缸桿的伸出和收縮速度。此外，為了防止系統(tǒng)過壓，還設有卸載裝置，在必要時防止系統(tǒng)關鍵部件損壞，低壓時則有相應的報警功能。

▲圖2 氣動控制模塊原理圖

自動控制插針設備氣動系統(tǒng)工作過程如下：在系統(tǒng)通電情況下，所有裝置完成指定的動作后都要回原點，等待下一次指令；系統(tǒng)開始工作后，若系統(tǒng)檢測到?jīng)]有工件，則三位四通電磁換向閥左位電磁閥3YA得電，卸料氣缸缸桿伸出，接著電磁換向閥右位電磁閥6YA得電，工件振動盤執(zhí)行運送工件動作，同時攔料氣缸缸桿縮回執(zhí)行工件放行動作；當系統(tǒng)檢測到有工件通過時，電磁換向閥左位電磁閥5YA得電，工件振動盤停止工作，同時攔料氣缸缸桿伸出執(zhí)行工件止行動作；當傳感器檢測到有工件時，電磁換向閥左位電磁閥1YA得電，插針氣缸缸桿伸出執(zhí)行插針動作；當插針氣缸前端磁感應器得電時，電磁換向閥右位電磁閥2YA和4YA得電，插針氣缸缸桿和卸料氣缸缸桿迅速收回，以便于工件落至接料盒；當檢測鐵針有無的傳感器無信號時，電磁換向閥右位電磁閥8YA得電，攔針氣缸缸桿縮回執(zhí)行鐵針放行動作，振動盤工作執(zhí)行送針動作，直到傳感器有信號，電磁換向閥左位電磁閥7YA得電，攔針氣缸缸桿伸出執(zhí)行攔針動作，同時振動盤停止工作。

3　電路控制模塊設計

3.1　控制系統(tǒng)硬件

考慮到抗干擾性和響應速度，自動控制插針設備應用Q型可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)。Q型PLC控制系統(tǒng)主要包括基板、中央處理器、電源和輸入輸出模塊等［4］。自動控制插針設備電路控制模塊主要硬件選型見表1。

表1　電路控制模塊主要硬件選型

自動控制插針設備電路控制模塊硬件如圖3所示。PLC利用自身方便快捷的傳輸優(yōu)勢，在整個系統(tǒng)中主要完成輸入信號采集和處理、送針振動盤和運送工件振動盤啟?？刂?、電磁閥啟閉控制、報警信號啟閉控制、空氣壓縮泵起停控制等工作，使設備動作有序進行。

▲圖3 電路控制模塊硬件

3.2　控制面板

自動控制插針設備操作面板根據(jù)功能需求進行設計，因為系統(tǒng)有手動、自動循環(huán)、單循環(huán)三種模式，所以有總開關、模式轉換按鈕、自動按鈕、單循環(huán)按鈕和停止按鈕。根據(jù)手動功能的需求，有插針、返回、卸料、復位、攔料、料放行、攔針、針放行、送料、料止、送針、針止等按鈕，每一個按鈕實現(xiàn)相應的功能，既方便單獨調試，又提高設備在應用時的靈活性。

3.3　PLC輸入輸出點

自動控制插針設備根據(jù)實際輸入輸出點數(shù)選擇三菱Q型PLC，當輸入輸出點數(shù)不夠時，可以使用擴展模塊［5-6］。三菱Q型PLC的輸入輸出端子模塊接線如圖4所示。

▲圖4 輸入輸出端子模塊接線

為實現(xiàn)插針設備的手動、自動循環(huán)、單循環(huán)三種控制模式，采用三菱GX Works2編寫相應的程序［7］。編寫程序時，使用三菱PLC專用的順序功能指令STL、STLE， 根據(jù)客戶需求還可以使某段程序具有記憶功能，即使瞬間斷電后來電，系統(tǒng)也會再次執(zhí)行完相應的動作才繼續(xù)進行循環(huán)［8］。 自動控制插針設備自動運行順序流程如圖5所示。

▲圖5 自動插針設備自動運行順序流程

4　結論

自動控制插針設備的實際應用表明，系統(tǒng)能夠滿足工廠的實際生產(chǎn)需要，有效解決了人工或半自動插針設備存在的生產(chǎn)效率低、員工手部易受傷等問題。根據(jù)需要，自動控制插針設備適用于一次插三根針，也可以在此基礎上增設多個插針導桿，進而滿足不同的市場需求［9-10］。

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