吳軍 宋曉華
【摘 要】根據(jù)全自動小型沖壓設(shè)備功能需求,設(shè)計了一套符合產(chǎn)品加工需求的智能沖壓裝置。其主要硬件機構(gòu)為機器人送料機構(gòu)、上下料機構(gòu)、換模機構(gòu)、沖壓機構(gòu)等;軟件設(shè)計為:控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)/人機交互系統(tǒng)。該裝置的研制與開發(fā)將提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率和精度,并極大降低操作人員的勞動強度。
【關(guān)鍵詞】全自動;沖壓;PLC;人機交互
0 引言
隨著當(dāng)今社會的進步與發(fā)展,我國已步入經(jīng)濟及工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵期,其中工業(yè)4.0和先進裝備智能制造已確立為國家的戰(zhàn)略發(fā)展目標。沖壓制造是我國的傳統(tǒng)制造行業(yè),對該行業(yè)相關(guān)設(shè)備進行智能制造升級已成為該領(lǐng)域較為迫切的目標和任務(wù)。
本文主要設(shè)計了一款能自動檢測物料,并通過坐標式機械手實現(xiàn)了自動上料、沖壓、下料于一體的小型自動沖壓工作站,提升了物料加工精度和效率,降低了工作人員的勞動強度。
1 總體設(shè)計方案
本工作站總體功能為:(1)倉儲物料檢測;(2)自動上下料;(3)機器人送料及加工定位;(4)自動沖壓;(5)自動快速換模(6)在線運行監(jiān)控及故障檢測。其主要硬件機構(gòu)為機器人送料機構(gòu)、上下料機構(gòu)、換模機構(gòu)、沖壓機構(gòu)等;軟件設(shè)計為:控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)/人機交互系統(tǒng)。其主要設(shè)計技術(shù)路線如圖1所示:
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 送料機構(gòu)
坐標式機械手送料機構(gòu)承擔(dān)著取料、送料、加工定位的功能。一般采取坐標式結(jié)構(gòu),如圖2所示。機器人送料機構(gòu)的動力源為伺服電機,其運動軌跡均依靠控制器向伺服驅(qū)動器發(fā)送指令來實現(xiàn)。機器人送料機構(gòu)的夾持物料機構(gòu)則由緊湊型氣缸和夾手板組成,夾持機構(gòu)固定在Y軸前端,隨十字滑臺X\Y\Z軸向移動。
2.2 上、下料機構(gòu)
本裝置設(shè)計的上、下料機構(gòu)可實現(xiàn)鈑金件加工前的自動上料,加工完成后的自動下料功能,并自帶下料倉儲。上、下料機構(gòu)通過其上方的光電傳感器檢測料倉是否有料,如有料則驅(qū)動變頻器工作,通過交流電機將機構(gòu)整體移向工件,并利用負壓裝置(見圖3)將鈑金件吸附在上、下料機構(gòu)。工件加工完成后,該機構(gòu)可自動定位至下料位置,將物料放置落料倉儲單元中。
2.3 換模裝置
快速換模有三種方式可以實現(xiàn)。第一種是直線模架庫,這種模架庫的特點是占用體積小,但是可換模數(shù)量較少。第二種是轉(zhuǎn)塔模架庫,這種模架庫占用體積較大,可換模數(shù)量多。第三種是多模架沖壓頭,這種成本高,工藝和實現(xiàn)難度大。考慮到本產(chǎn)品的特點和后期制造成本,本裝置將采用轉(zhuǎn)塔式模架庫或直線模架庫。
2.4 沖壓機構(gòu)
沖壓機構(gòu)可分為電動沖壓和氣動沖壓兩種。電動沖壓一般與曲柄滑桿機構(gòu)配合使用,氣動沖壓一般采用液壓缸沖壓??紤]本工件的強度和加工要求,本裝置擬采用氣液增壓缸作為沖壓機構(gòu)的動力源,根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍要求,通過PLC控制系統(tǒng)向沖壓機構(gòu)發(fā)送相關(guān)電信號用以實現(xiàn)沖壓工序。如圖5所示為沖壓機構(gòu)的關(guān)鍵部件:氣液增壓缸。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的控制裝置采用西門子S1200可編程控制器。根據(jù)系統(tǒng)功能需求,本系統(tǒng)將會利用西門子博圖V13軟件進行相關(guān)硬件的組態(tài)設(shè)計。將各個模塊組態(tài),完成系統(tǒng)集成設(shè)置。具體見圖6。
同時,針對本工作站設(shè)計人機交互功能,通過觸摸系統(tǒng)實現(xiàn)操作人員與設(shè)備的交互。觸摸系統(tǒng)實時顯示設(shè)備的整體操作界面,并針對各個模塊可實現(xiàn)實時報警功能。人機交互系統(tǒng)軟件系統(tǒng)將采用EasyBulider Pro完成。本工作站的人機交互界面如圖7所示。
4 結(jié)論
根據(jù)設(shè)備的功能需求,本沖壓工作站設(shè)計了(1)坐標式送料機構(gòu)(2)上、下料機構(gòu)(3)換模裝置(4)沖壓機構(gòu)。本工作站采用西門子S1200可編程自動控制器進行控制,并利用博圖V13和EasyBulider Pro等相關(guān)軟件設(shè)計了本工作站的控制系統(tǒng)和人機交互/在線監(jiān)測系統(tǒng)。
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