史衛(wèi)朝,王麗潔,徐德凱
(西安理工大學(xué),西安 710082)
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的不斷重視,越來(lái)越多的企業(yè)開始發(fā)展過(guò)濾網(wǎng)產(chǎn)品。鋼筘作為過(guò)濾網(wǎng)生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的配件,筘片的硬度和耐磨性對(duì)過(guò)濾網(wǎng)的生產(chǎn)有著非常重要的影響。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)筘片的材質(zhì)主要為65Mn鋼帶,其特點(diǎn)是:強(qiáng)度高、硬度高、彈性好,抗拉強(qiáng)度σb(MPa)=825MPa~925MPa,熱處理硬度為38HRC~60HRC[1]。紡織配件企業(yè)根據(jù)過(guò)濾網(wǎng)的型號(hào),通過(guò)計(jì)算確定筘片厚度,一般為0.25mm~1mm。由于65Mn鋼經(jīng)過(guò)淬火后硬度高,傳統(tǒng)沖裁筘片的加工方法不僅會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷模具,而且自動(dòng)編筘機(jī)的剪切裝置無(wú)法裁剪0.4mm厚以上的65Mn鋼帶,因此,研制全自動(dòng)筘片裁剪系統(tǒng)是十分必要的。
本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)現(xiàn)有裁剪設(shè)備分析研究,針對(duì)性地開發(fā)出一套基于PLC控制的筘片裁剪系統(tǒng),從根本上解決了筘片加工中存在的問(wèn)題。
本項(xiàng)目目標(biāo)是研制的筘片裁剪系統(tǒng)基于PLC控制,采用氣動(dòng)送料機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料、裁剪,保證裁剪的筘片尺寸一致,提高筘片裁剪速度及生產(chǎn)效率。企業(yè)對(duì)項(xiàng)目組提出了以下要求:
1)筘片裁剪系統(tǒng)的銷、軸、輪等零件應(yīng)進(jìn)行熱處理,安裝銷栓的孔應(yīng)配銅套,電器配件、線纜均要符合國(guó)標(biāo)要求;
2)裁剪速度≥100片/min;
3)裁剪后筘片長(zhǎng)度誤差≤0.1mm;
4)筘片裁剪系統(tǒng)應(yīng)具有急停裝置、潤(rùn)滑裝置保證使用安全。
筘片裁剪系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括:1)料盤裝置;2)裁剪裝置;3)收料裝置三大部分,如圖1所示。
料盤裝置主要由料架、料盤、電機(jī)、減速器、傳感器等組成,作用是自動(dòng)判定輸送鋼帶的時(shí)間,根據(jù)PLC指令將料盤架上的鋼帶送出。在料盤與送料氣缸之間安裝光電傳感器,在裁剪鋼帶過(guò)程中,光電傳感器檢測(cè)到鋼帶不足并發(fā)送信號(hào)至PLC,PLC控制料盤上的電機(jī)旋轉(zhuǎn),料盤旋轉(zhuǎn)送出鋼帶。
圖1 筘片裁剪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
裁剪裝置主要由送料氣缸、手壓剪、底座、氣泵、氣動(dòng)三聯(lián)件、光電傳感器等組成,如圖2所示,其作用是將料盤裝置送出的鋼帶,經(jīng)送料氣缸送入手壓剪內(nèi),手壓剪在電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下,裁剪鋼帶。筘片的長(zhǎng)短可調(diào)整送料氣缸的擋料輪及微調(diào)螺母,送料時(shí)間由光電傳感器判定,當(dāng)手壓剪抬升時(shí),光電傳感器檢測(cè)到信號(hào),且發(fā)送至PLC,PLC通過(guò)繼電器控制電磁閥工作,氣缸送料,同時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。送料氣缸可選擇標(biāo)準(zhǔn)型AF-4C氣動(dòng)送料機(jī),其最大送料寬度為100mm,最大送料長(zhǎng)度為130mm,滿足筘片裁剪要求;選用三相立式380V電機(jī)和NMRV蝸輪蝸桿減速機(jī),電機(jī)功率為750W。
圖2 裁剪裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易圖
收料裝置主要是將筘片按裁剪的順序依次回收,由接料盒和平行氣動(dòng)手指組成。當(dāng)接料盒中的筘片數(shù)目達(dá)到規(guī)定值后,計(jì)數(shù)器發(fā)出信號(hào),PLC控制送料氣缸停止工作,同時(shí)平行氣動(dòng)手指松開,操作人員取出接料盒。根據(jù)夾持力的計(jì)算公式[2]:
式中,F(xiàn)為夾持力(N);m為工件質(zhì)量(kg);g為重力加速度;μ為配件與工件之間的摩擦系數(shù)。經(jīng)過(guò)計(jì)算,選擇HFZ16平行氣動(dòng)手指作為夾持元件。此外接料盒尺寸不宜過(guò)大,避免筘片凌亂疊加。
筘片裁剪系統(tǒng)工作時(shí)主要依靠送料氣缸將鋼帶依序送至手壓剪內(nèi),手壓剪運(yùn)動(dòng)完成裁剪。具體工作過(guò)程如下:料盤與送料氣缸之間的光電傳感器發(fā)出輸送鋼帶信號(hào),PLC接收信號(hào)后驅(qū)動(dòng)料盤上電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),完成鋼帶輸送;同時(shí)裁剪電機(jī)啟動(dòng),安裝在手壓剪附近的傳感器檢測(cè)到手壓剪抬升的信號(hào),發(fā)送至PLC,PLC控制繼電器及電磁閥工作,送料氣缸在電磁閥的控制下依次將長(zhǎng)度相同的鋼帶送入手壓剪內(nèi),手壓剪上下運(yùn)動(dòng)裁剪鋼帶,裁剪后的鋼帶依次落至接料盒內(nèi),當(dāng)筘片達(dá)到規(guī)定數(shù)目后,PLC發(fā)出信號(hào),送料氣缸及裁剪電機(jī)停止工作,且平行手指松開,操作人員取出接料盒。
筘片裁剪系統(tǒng)基于PLC控制,借助三相異步電機(jī)和氣缸的運(yùn)動(dòng)完成鋼帶的裁剪。在外部三相電及氣泵的帶動(dòng)下,通過(guò)電機(jī)的啟動(dòng)停止、送料氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)及夾緊氣缸的工作完成控制系統(tǒng)要求的動(dòng)作,主要輔助元件有接觸器、繼電器、電磁閥及計(jì)數(shù)器等,圖3為筘片裁剪系統(tǒng)主電路圖。
圖3 筘片裁剪系統(tǒng)主電路圖
此外在設(shè)計(jì)控制電路系統(tǒng)時(shí),考慮到各種技術(shù)要求[3],確定采用西門子S7-200型PLC作為筘片裁剪系統(tǒng)的控制主機(jī)。由于控制系統(tǒng)有11個(gè)數(shù)字輸入量,4個(gè)數(shù)字輸出量,故確定CPU224為CPU模塊,表1為PLC輸入輸出分配表,圖4為筘片裁剪系統(tǒng)控制原理圖。
表1 PLC輸入輸出分配表
圖4 筘片裁剪系統(tǒng)控制原理圖
筘片裁剪系統(tǒng)的各個(gè)裝置在PLC及輔助元件的控制下,按規(guī)定的邏輯順序工作。我們采用西門子STEP7編程軟件對(duì)PLC程序進(jìn)行編寫,該軟件可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語(yǔ)句表進(jìn)行編程操作,圖5為控制程序流程圖。
圖5 控制程序流程圖
開發(fā)的筘片裁剪系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的裁剪設(shè)備具有以下特點(diǎn):1)裁剪速度快,采用的自動(dòng)送料氣缸較機(jī)械式自動(dòng)送料機(jī)運(yùn)行速度快,穩(wěn)定性好,性價(jià)比高;2)自動(dòng)化程度高,在整個(gè)筘片裁剪過(guò)程中,所有動(dòng)作均有PLC控制,減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于安裝維護(hù)且維護(hù)。
目前,筘片裁剪系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于某紡織器材配件廠。結(jié)果表明,使用該筘片裁剪系統(tǒng)后,企業(yè)筘片裁剪效率大幅提高,生產(chǎn)周期由原來(lái)的3小時(shí)縮短至0.5小時(shí),故障率低;生產(chǎn)成本較前降低了60%左右,為企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
隨著我國(guó)過(guò)濾產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,過(guò)濾產(chǎn)品對(duì)筘片要求不斷提高。利用項(xiàng)目組設(shè)計(jì)的筘片裁剪系統(tǒng)能夠滿足筘片的裁剪需求,同時(shí)也滿足自動(dòng)控制的要求,對(duì)鋼筘行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提高具有很好的促進(jìn)作用。
[1]機(jī)械設(shè)計(jì)編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版[Z].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1986.
[2]姜繼海.液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)[M].北京:高等教育出版社,2010.
[3]林小寧.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013.