針對(duì)軸承與其軸承座壓裝機(jī)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)探析

牛剛 劉雨涵

摘要：針對(duì)軸承及軸承座壓裝機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，不僅能夠提升加裝效率，也能在生產(chǎn)壓裝過(guò)程中自動(dòng)打印報(bào)告，對(duì)壓裝生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。利用PLC編程技術(shù)，能夠保證軸承與軸承座在壓裝過(guò)程中的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，本文所設(shè)計(jì)的軸承及軸承機(jī)壓裝機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠明顯提升產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，降低生產(chǎn)成品，實(shí)現(xiàn)壓裝過(guò)程中的一體化作業(yè)，達(dá)到更高效率的軸承與軸承座裝配安裝效果。

關(guān)鍵詞：軸承;軸承座;壓裝機(jī);自動(dòng)控制

一、軸承與其軸承座壓裝機(jī)的工作原理

1.壓裝機(jī)總裝圖

軸承座壓裝機(jī)主要由過(guò)渡板、機(jī)殼、固定夾具幾個(gè)模塊組成，在固定夾具處會(huì)加裝未安裝之前的軸承。軸承座壓裝機(jī)在自動(dòng)控制技術(shù)下完成工作。過(guò)渡板以及固定夾具處運(yùn)動(dòng)，均在自動(dòng)控制下完成[2]?；脚_(tái)中安裝角度可以傾斜的軸承、軸承座的工件，在重力滑道下利用液壓控制系統(tǒng)完成運(yùn)動(dòng)，所要安裝的物料在角度傾斜調(diào)整后利用重力滑道會(huì)進(jìn)入到固定卡槽內(nèi)，這樣便能夠完成高效自動(dòng)的壓裝任務(wù)。軸承與軸承座壓裝機(jī)總裝圖見(jiàn)圖1。

2.壓裝機(jī)工作原理

軸承及其軸承座自動(dòng)壓裝機(jī)的主要工作原理是利用安裝平臺(tái)中的傾斜角度，對(duì)軸承及軸承座需要壓裝的工件位置進(jìn)行調(diào)整，利用重力滑道對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整后鎖定在壓裝位置處[3]。并在液壓控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)所組成的機(jī)床中，挪動(dòng)基座平臺(tái)與壓裝構(gòu)件對(duì)軸承與軸承座進(jìn)行高效自動(dòng)壓裝。這種設(shè)計(jì)原理主要是對(duì)軸承壓裝機(jī)進(jìn)行數(shù)字化控制，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)結(jié)構(gòu)互為鏡像的數(shù)控壓裝機(jī)共同運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)軸承與軸承座自動(dòng)控制壓裝機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)中，以PLC為控制中心，針對(duì)不同壓裝力量與速度進(jìn)行控制，自動(dòng)精準(zhǔn)地完成壓裝任務(wù)。對(duì)于不同尺寸以及不同放置位置的軸承，能夠在PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)中利用軌道傾斜角度與重力滑道完成位置調(diào)整對(duì)工件的夾緊與放松全部在自動(dòng)化控制下，不僅壓裝效率高，也解決了生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于軸承及軸承座放置位置不精確的問(wèn)題。軸承與軸承座壓裝機(jī)，在自動(dòng)控制下，可以滿足多種不同尺寸的工件壓裝使用需求[4]。主要原理是壓裝機(jī)在自動(dòng)化控制下過(guò)渡板、夾具是可以移動(dòng)的，能夠根據(jù)所要壓裝工件的尺寸以及位置自動(dòng)做出調(diào)整，這樣便能夠滿足不同尺寸、不同規(guī)格的壓裝使用需求。

二、軸承與其軸承座壓裝機(jī)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)原則

1.簡(jiǎn)易輕便

對(duì)壓裝機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)中首先要確保壓裝機(jī)操作輕易簡(jiǎn)便，考慮使用中可能需要對(duì)自動(dòng)控制壓裝機(jī)做出調(diào)整，滿足不同工件的壓裝使用需求，如果在設(shè)計(jì)中，自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部程序過(guò)于復(fù)雜，可能會(huì)影響到自最終使用效果，并且在壓裝過(guò)程中也容易由于控制問(wèn)題出現(xiàn)錯(cuò)誤。軸承與軸承座壓裝機(jī)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)是基于傳統(tǒng)壓裝加工基礎(chǔ)上與自動(dòng)控制相結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)工序進(jìn)行自動(dòng)化控制，這樣便能夠節(jié)約人工控制所利用時(shí)間，也能對(duì)壓裝機(jī)的加工過(guò)程進(jìn)行更精準(zhǔn)操控。遵從簡(jiǎn)易輕便設(shè)計(jì)原則，這樣當(dāng)壓裝機(jī)使用中出現(xiàn)故障或部分元器件損壞嚴(yán)重時(shí)，后期養(yǎng)護(hù)維修也更方便進(jìn)行。

2.操作方便

壓裝機(jī)是在自動(dòng)化控制系統(tǒng)下自動(dòng)完成軸承及軸承座的壓裝，完全代替人工壓裝操作，這樣能夠解決人工操作中所出現(xiàn)的尺寸規(guī)格不精準(zhǔn)問(wèn)題。自動(dòng)控制系統(tǒng)雖然能夠代替人工操作，完成對(duì)壓裝機(jī)工作狀態(tài)的自動(dòng)控制，但也需要人工進(jìn)行操作，包括壓裝機(jī)、啟動(dòng)與關(guān)閉等狀態(tài)，對(duì)壓裝機(jī)壓裝加工過(guò)程的監(jiān)控等。為提升軸承及軸承座壓裝加工效率，通常會(huì)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)操控多個(gè)壓裝機(jī)共同完成加工任務(wù)，因此在自動(dòng)控制設(shè)計(jì)中要遵從操作方便的原則。如果操作工序過(guò)于復(fù)雜，可能會(huì)導(dǎo)致壓裝機(jī)加工效率出現(xiàn)差異，并且在壓裝加工過(guò)程中，由于人工操作錯(cuò)誤，也容易造成工件加工壞件的問(wèn)題產(chǎn)生。遵從操作方面設(shè)計(jì)原則，在自動(dòng)控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)構(gòu)建中，考慮生產(chǎn)加工任務(wù)需要對(duì)系統(tǒng)做出的調(diào)整，在操作方面原則基礎(chǔ)上，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)也更加方便。

三、軸承與其軸承座壓裝機(jī)的自動(dòng)控制方案

1.總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸承與軸重做壓裝機(jī)自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)中，首先對(duì)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中包括基座數(shù)控滑臺(tái)、夾具自動(dòng)推送機(jī)構(gòu)、壓裝機(jī)構(gòu)等。數(shù)控滑臺(tái)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下完成位置移動(dòng)，對(duì)所要壓裝的工件位置進(jìn)行調(diào)整。對(duì)壓裝機(jī)機(jī)體的整個(gè)側(cè)面與底面安裝定位板，這樣在對(duì)所要安裝工件進(jìn)行定位時(shí)更加精準(zhǔn)，也便于操作機(jī)體對(duì)夾具位置進(jìn)行調(diào)整，需要更換軸承與軸承座工件時(shí)，需要對(duì)定位鍵的位置進(jìn)行調(diào)整，能夠直接通過(guò)夾具推進(jìn)對(duì)所加工工件進(jìn)行更換。數(shù)控滑臺(tái)的位移控制通過(guò)PLC自動(dòng)操控來(lái)完成，對(duì)壓裝氣缸的氣壓動(dòng)作進(jìn)行控制調(diào)整時(shí)，能夠完成夾具收緊與放開(kāi)以及整體壓裝操作。將壓裝軸承與軸承座的氣缸直接安裝在壓裝機(jī)的支座上，使用活塞性杠桿進(jìn)行連接，這樣能夠保證壓裝過(guò)程中的整體穩(wěn)定性，避免在壓裝中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)誤差問(wèn)題，影響到最終的壓裝精準(zhǔn)度。

2.自動(dòng)推送定位設(shè)計(jì)

自動(dòng)推送定位設(shè)計(jì)是自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部，通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)工件所在位置進(jìn)行定位，并根據(jù)預(yù)期所設(shè)計(jì)的固定位置作出調(diào)整，從而完成整體位置上的調(diào)控。對(duì)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是通過(guò)推送汽缸水平滑道，固定在壓裝機(jī)的支座，對(duì)所需要壓裝的軸承工件進(jìn)行定位與位置推送調(diào)整。對(duì)軸承工件進(jìn)行推送的氣缸主要運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是在PLC控制下來(lái)完成的。在水平滑道處對(duì)軸承索要壓裝的位置進(jìn)行確定后，采用正方形的定位孔對(duì)軸承位置進(jìn)行定位，將滑塊安裝在滑到處后，通過(guò)氣缸推送的活塞運(yùn)動(dòng)，對(duì)索要壓裝的軸承位置進(jìn)行前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軸承位置調(diào)整以及倉(cāng)料中的加料動(dòng)作。推送氣缸處的信號(hào)，接收器接收到PLC所發(fā)出的指令后會(huì)推送滑塊運(yùn)動(dòng)，滑塊運(yùn)動(dòng)后對(duì)軸承進(jìn)行推動(dòng)，軸承在滑道傾斜軌道處的重力作用下，會(huì)隨著滑塊一起滑落，直到軸承滑落到水平安裝位置處。PLC能夠感應(yīng)到軸承的移動(dòng)位置當(dāng)進(jìn)入到水平滑道中，將會(huì)接收開(kāi)關(guān)對(duì)軸承進(jìn)行定位，推送器接收到PLC發(fā)出的控制指令信號(hào)后，軸承位置移動(dòng)，推送氣缸完成驅(qū)動(dòng)，直到軸承的推送安裝位置完全進(jìn)入到所要壓裝的區(qū)域。以上便是自動(dòng)推送定位的整體設(shè)計(jì)。

3.自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，以PLC控制為核心關(guān)鍵，主要設(shè)計(jì)原則是降低成本，提升操作便捷性，方便壓力開(kāi)關(guān)精準(zhǔn)控制，采用無(wú)觸點(diǎn)方式對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程狀態(tài)調(diào)控。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要對(duì)軸承運(yùn)行狀態(tài)到位情況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)壓裝過(guò)程中的深度進(jìn)行控制，利用程序匯編對(duì)控制系統(tǒng)中的功能指令進(jìn)行構(gòu)建，設(shè)計(jì)軸承壓裝過(guò)程中的整體加工順序，依次完成個(gè)操控平臺(tái)的運(yùn)作。數(shù)控平臺(tái)中壓裝機(jī)的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按照PLC控制中心所發(fā)出的指令完成加工動(dòng)作后，對(duì)軸承壓裝過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制，當(dāng)松開(kāi)后，自動(dòng)化壓裝工作結(jié)束。

液壓驅(qū)動(dòng)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分，也是軸承及軸承座壓裝機(jī)組成最為核心的驅(qū)動(dòng)部分。對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，設(shè)計(jì)中考慮壓裝機(jī)整體結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行使用過(guò)程中對(duì)軸承及軸承座的壓裝加工要求，要從簡(jiǎn)單可靠角度進(jìn)行。壓裝機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)部分也是使用中最容易出現(xiàn)故障的模塊，原因在于液壓驅(qū)動(dòng)部分使用消耗較大，因此在設(shè)計(jì)中要考慮后續(xù)維修是否方便進(jìn)行，盡量對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)會(huì)同時(shí)控制多個(gè)軸承及軸承座壓裝機(jī)，在設(shè)計(jì)中要避免各工位加工中出現(xiàn)控制程序干擾的情況，針對(duì)控制指令進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，確保各控制區(qū)域所接收發(fā)送的指令能夠達(dá)到加工精準(zhǔn)度要求。

四、軸承與其軸承座壓裝機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)控制

1.壓力自封閉設(shè)計(jì)

軸承與軸承座壓裝機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于所要壓裝的軸承共建，可能重量體積相對(duì)較大，在壓裝操作過(guò)程中，需要對(duì)工件進(jìn)行定位與夾緊，如果定位夾緊部分出現(xiàn)問(wèn)題，接下來(lái)的壓裝也會(huì)因此受到影響。在定位夾緊過(guò)程中，需要抵消裝所帶來(lái)的反向作用力。在壓裝過(guò)程中由于軸承與軸承座之間被壓緊，自然會(huì)像夾具施加一個(gè)反向作用力。為避免在這一過(guò)程中出現(xiàn)工件脫離夾具的情況，采用壓力自封閉設(shè)計(jì)模式。壓力自封閉設(shè)計(jì)后采用雙頭聯(lián)動(dòng)的壓裝方式，這樣在軸承與軸承座壓裝過(guò)程中所產(chǎn)生的反作用力能夠被抑制，設(shè)備的整體機(jī)體不會(huì)過(guò)于龐大臃腫，并且在壓裝過(guò)程中通過(guò)自封閉壓力設(shè)計(jì)，能夠使壓裝機(jī)的整體機(jī)架結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)便。壓裝機(jī)所采用的雙頭聯(lián)動(dòng)壓裝方式，能夠在裝置中形成連接總控，不需要設(shè)置單獨(dú)控制驅(qū)動(dòng)模塊，使整體結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)便。

2.壓裝機(jī)體懸掛設(shè)計(jì)

針對(duì)壓裝機(jī)的機(jī)體采取懸掛設(shè)計(jì)方法。軸承與軸承座壓裝機(jī)在自動(dòng)控制作用下，對(duì)外體結(jié)構(gòu)盡可能的簡(jiǎn)便，這樣在壓裝自動(dòng)控制中才能最大程度將壓力集中，避免壓力所產(chǎn)生的反向作用力影響壓裝工作效率。通過(guò)這種懸掛設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)軸承及軸承座壓裝中的在線壓裝加工，尤其是車橋殼體在牙弓中多數(shù)為沖壓件或鑄造件，在外表如果采用過(guò)多加工工序。由于殼體表面的焊接點(diǎn)眾多并且可體，外形并不是規(guī)則的。在壓裝過(guò)程中，將工件在壓裝工位上固定，很難選取最終的受力點(diǎn)，如果采取固定壓裝設(shè)計(jì)模式，面對(duì)不規(guī)則形狀，則需要對(duì)壓裝機(jī)做出大的調(diào)整，導(dǎo)致整體壓裝效率受到影響。應(yīng)用懸掛式設(shè)計(jì)模式，在壓裝過(guò)程中，針對(duì)外形結(jié)構(gòu)不規(guī)則或可體表面焊點(diǎn)較多的情況，也可以對(duì)工件進(jìn)行精準(zhǔn)固定。不需要將壓裝機(jī)調(diào)整為專業(yè)平臺(tái)，通過(guò)這種懸掛設(shè)計(jì)，能夠避免工件在壓裝過(guò)程中頻繁移動(dòng)的問(wèn)題，也能直接在流水線上進(jìn)行工序裝配，形成整體壓裝一體化操作。對(duì)壓裝機(jī)整體機(jī)架偏擺以及旋轉(zhuǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用單點(diǎn)萬(wàn)象調(diào)點(diǎn)設(shè)計(jì)模式，這樣針對(duì)壓裝產(chǎn)品能夠適用不同長(zhǎng)度、不同寬度變化，也能針對(duì)焊接附件的變化進(jìn)行壓裝位置，自動(dòng)確定工件在壓裝過(guò)程中的定位，能夠通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)提升擺放精準(zhǔn)度，這樣便不需要人工對(duì)工件所擺放的位置做出調(diào)整，能夠提升壓裝中的自動(dòng)化控制效率。

3.遙控按鈕盒設(shè)計(jì)

軸承及軸承座壓裝機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，在PLC控制作用下是通過(guò)遙控按鈕盒完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓裝狀態(tài)的整體控制，既能夠省時(shí)又能夠省力。針對(duì)遙控進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮壓裝過(guò)程中的整體順序，按照順序?qū)b控和按鈕進(jìn)行設(shè)定，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)人工自動(dòng)化操控。工人在對(duì)軸承及軸承座壓裝加工進(jìn)行操作時(shí)，只需要操控兩個(gè)按鈕，便能完成壓裝的全部工序。其他工序例如軸承在壓裝機(jī)上的運(yùn)動(dòng)定位等，均由PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)完成。遙控按鈕盒設(shè)計(jì)中既要考慮操作便捷性，也要避免在按鈕盒上出現(xiàn)過(guò)多的操控按鈕，這樣在壓裝操作中容易出現(xiàn)工人誤點(diǎn)的情況。將各按鈕之間的距離設(shè)置合理，如果距離過(guò)近，在操控按壓中容易出現(xiàn)同時(shí)按壓兩個(gè)按鈕的現(xiàn)象。在遙控按鈕盒設(shè)計(jì)中，可以加入報(bào)警功能。如果在壓裝時(shí)軸承所處位置并沒(méi)有達(dá)到壓裝位置，此時(shí)工人如果按下壓裝按鈕，遙控盒應(yīng)當(dāng)發(fā)出提醒警報(bào)，這樣工人便能夠意識(shí)到壓裝夾具在位置上出現(xiàn)錯(cuò)誤，避免錯(cuò)誤壓裝導(dǎo)致軸承及軸承座損壞。

結(jié)語(yǔ)：軸承及軸承座壓裝加工的傳統(tǒng)控制方法需要投入大量工人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管控制，在壓裝過(guò)程中需要手動(dòng)完成諸多工序，導(dǎo)致整體壓裝生產(chǎn)效率下降。本文所設(shè)計(jì)的軸承及軸承座壓裝機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠利用PLC控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)壓裝過(guò)程中的工序進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，不僅能夠提升壓裝效率，對(duì)工件尺寸控制精準(zhǔn)度也更高，并且操作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了軸承壓裝生產(chǎn)的自動(dòng)化作業(yè)目標(biāo)。未來(lái)軸承及軸承壓裝機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)在發(fā)展中將會(huì)采取更多仿人工智能控制技術(shù)，對(duì)流水線的整體壓裝施工進(jìn)行。智能化控制不僅能夠節(jié)約壓裝用料，也能提升壓裝機(jī)的適用性。在不同加工生產(chǎn)方向使用壓裝機(jī)不需要對(duì)整體機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，只需要在控制程序內(nèi)做出參數(shù)設(shè)計(jì)，未來(lái)智能控制壓裝機(jī)的應(yīng)用前景十分廣闊。

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湖南省教育廳科研重點(diǎn)項(xiàng)目：基于監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)升級(jí)設(shè)計(jì)的軸承壓裝機(jī)改造（17A060）研究成果之一。