楊益洲，周益軍，李小忠，張兆東，李紅巖

(揚州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 揚州 225012)

避雷器芯片在新型避雷設(shè)備中起著重要作用，芯片質(zhì)量的高低決定著避雷的效果。一般避雷器芯片形狀為圓形，直徑為24±0.1 mm,單個芯片質(zhì)量為5.8±0.1 g,厚度為4.2±0.3 mm[1]。其生產(chǎn)過程主要包括攪拌、沖壓、烘干3個主要工序，其中沖壓工序是整個生產(chǎn)過程中尤為重要的一道工序[2]，因為完成沖壓后芯片尺寸和質(zhì)量要滿足上述要求。傳統(tǒng)的避雷器芯片沖壓生產(chǎn)設(shè)備需要手工操作，生產(chǎn)效率低，芯片質(zhì)量不穩(wěn)定。為提高避雷器芯片生產(chǎn)效率，確保芯片質(zhì)量，需研制一款全自動壓片機(jī)，解決避雷器芯片的批量生產(chǎn)問題。

盡管已有研究人員研發(fā)了各種避雷器芯片生產(chǎn)設(shè)備，但都存在大批量生產(chǎn)時合格率不高等問題，難以滿足實際需要，因此必須設(shè)計新的避雷器芯片生產(chǎn)設(shè)備，以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要[3]。本文設(shè)計的六工位自動送料壓片機(jī)通過調(diào)節(jié)油缸行程來改變避雷器芯片的厚度，提高了產(chǎn)品的合格率，降低了工人的勞動強度，使企業(yè)的效益得到了明顯的提高。

1 六工位自動送料壓片機(jī)機(jī)械設(shè)計

根據(jù)避雷器芯片的形狀和生產(chǎn)要求[4-5]，六工位自動送料壓片機(jī)采用4層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。第一層為油缸及支架組成的油缸結(jié)構(gòu)；第二層為工作臺，一共有6個工位；第三層為分度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，主要由伺服電機(jī)通過同步帶帶動工作臺旋轉(zhuǎn)；第四層為液壓泵站，為整個工作臺提供動力。

圖1 壓片機(jī)整體結(jié)構(gòu)

壓片機(jī)工作臺設(shè)計有6個工位[6-8]，6個工位沿工作臺周向間隔60°均勻分布，如圖2所示。伺服電機(jī)通過同步帶降速增扭后驅(qū)動工作臺轉(zhuǎn)動，并在加料和壓鑄作業(yè)時相應(yīng)地停止幾秒?？刂破靼l(fā)出脈沖信號驅(qū)動伺服電機(jī)控制工作臺的旋轉(zhuǎn)角度，確保工位轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確。自動稱重單元對加料量進(jìn)行控制(5.8±0.1 g)。芯片的生產(chǎn)過程為二次壓鑄，先由10 t油壓機(jī)進(jìn)行壓鑄[9-10]，工作臺旋轉(zhuǎn)后再由30 t油壓機(jī)進(jìn)行壓鑄，經(jīng)過兩次壓鑄后芯片成型。

圖2 工作臺結(jié)構(gòu)

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 硬件配置

根據(jù)六工位自動送料壓片機(jī)系統(tǒng)的控制及工藝要求，為保證設(shè)備在運行過程中的可靠性，采用可編程邏輯控制器(PLC)進(jìn)行控制[11]?？刂葡到y(tǒng)配置的PLC為臺達(dá)DVP40EC PLC，該PLC的兩個高速接口連接兩個控制電機(jī)[12-13]。旋轉(zhuǎn)電機(jī)采用臺達(dá)ASDA-B2系列的ASMT-50M250X電機(jī)，功率為2 kW。為了使料順利從料槽落下來，采用24 V的直流電機(jī)作為振動電機(jī)，在開始壓料前振動電機(jī)先工作20 s。

2.2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。PLC接收外部的輸入信號，通過程序進(jìn)行邏輯控制與順序控制，最后輸出脈沖信號與開關(guān)量信號，實現(xiàn)伺服電機(jī)與油缸的驅(qū)動，完成壓片機(jī)油缸的上升與下降。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角固定，以保證壓片機(jī)循環(huán)自動壓片。

對于工作臺旋轉(zhuǎn)行程的精準(zhǔn)控制是由PLC通過高速脈沖接口發(fā)出脈沖，伺服電機(jī)驅(qū)動器把脈沖數(shù)和脈沖頻率轉(zhuǎn)化為伺服電機(jī)的角位移和角速度實現(xiàn)的。伺服電機(jī)通過同步帶帶動主軸的轉(zhuǎn)動完成壓片機(jī)的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)動，同步帶的轉(zhuǎn)動比為4∶1。整個工作臺有6個工位，相鄰工位之間的角位移為60°。

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 控制軟件的設(shè)計

2.3.1PLC地址分配

PLC地址的分配及相關(guān)功能具體見表1。

表1 地址分配表

2.3.2PLC程序設(shè)計

六工位壓片機(jī)工作過程主要包括工作臺旋轉(zhuǎn)、油缸精準(zhǔn)上下、振動電機(jī)振動等，流程如圖4所示。控制器上電后所有油缸復(fù)位，回到初始狀態(tài)，電機(jī)主動回零；按下觸摸屏上的啟動按鈕，送料機(jī)送料，振動電機(jī)振動，工作臺旋轉(zhuǎn)60°，然后油缸下壓并保壓，最后油缸上升。根據(jù)工作臺旋轉(zhuǎn)角度精度要求高、油缸精準(zhǔn)上下的需求，采取順序控制功能圖的編程模式(SFC)來編寫順序梯形控制圖，所有需要設(shè)置的參數(shù)主要包括電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、油缸上下的時間、振動電機(jī)所需的時間等，都在觸摸屏上設(shè)置。

工作臺旋轉(zhuǎn)及油缸沖壓順序梯形控制圖如圖5所示，圖中DPLSY為高速脈沖指令，DPLSY D20 K4000 Y0的含義為以D20個脈沖的速度輸出4 000個脈沖，電機(jī)旋轉(zhuǎn)240°，則工作臺旋轉(zhuǎn)60°。SET Y11和RST Y12的作用是控制油缸的下降并保壓，保壓到指定時間后油缸上升。

圖4 壓片機(jī)流程圖

圖5 工作臺旋轉(zhuǎn)和油缸沖壓順序梯形控制圖

3 結(jié)束語

為克服以往壓片機(jī)壓片效率低下以及稱重不準(zhǔn)的不足，本文設(shè)計制作了以臺達(dá)DVP40EC PLC為控制器的六工位自動送料壓片機(jī)，該機(jī)設(shè)計合理、操作簡單、自動化程度高，運行過程中具有較高的可靠性與穩(wěn)定性，按下啟動鍵后不需要人員的干預(yù)，實現(xiàn)了自動壓片的目的。制品在實際應(yīng)用中，避雷效果明顯高于同類產(chǎn)品。經(jīng)過測試中心的檢測，制品的合格率約為98%。該設(shè)備通過簡單的改造可以應(yīng)用于其他生產(chǎn)企業(yè)如醫(yī)藥類公司壓制藥片等。