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摘要：为提高自动化设备中齿轮轴部件装配作业的生产效率及安全生产问题，研究设计开发了自动供销压销机。作业是自动化设备中的齿轮轴部件装配作业工序之一，目前用销钉把齿轮固定轴上的这种压销作业存在生产劳动强度大、产品生产效率低及装配质量得不到保证等问题，在分析了齿轮轴部件定位销的压装过程后，结合机械结构、气压、电气控制和PLC相关理论，设计开发出了自动供销压销装置。该自动供销压销机不仅能自动压销，还实现了自动供销、压销的连续作业，且整个作业过程能自动安全检测。通过该装置的实际应用表明：采用该自动供销压销装置后，实现了自动供销、自动压销作业，且操作简单、降低了生产员工劳动强度，保证了操作员工的安全，产品装配质量稳定，自动供销压销作业生产效率提高了30%以上，降低了生产成本。
关键词：自动供销压销机；电气控制；PLC；控制系统
Research,Design and Development of Automatic Supply and Marketing Pin Press
Gu Changfeng1，Liao Qunying1，Chen Xiangrong1，Zhang Linfeng2，Zhang Lingling1
(1.Chenzhou Vocational Technical College,Chenzhou,Hunan 423000,China；2.Shenzhen Qianhai Feiruisi Enterprise Management Consulting Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518000,China)
Abstract:In order to improve the production efficiency and safety production of gear shaft assembly in automatic equipment,an automatic supply and marketing pin press was designed and developed.Operation is one of the assembly procedures of gear shaft components in automatic equipment.Aiming at the pin pressing operation of fixing the gear on the shaft with a pin now,there are problems such as high labor intensity,low production efficiency and assembly quality can not be guaranteed.After analyzing the pressing process of the positioning pin of gear shaft components,combined with the relevant theories of mechanical structure,air pressure,electrical control and PLC,an automatic supply and marketing pin pressing device was designed and developed.The automatic supply and marketing press pin machine could not only automatically press the pin,but also realized the continuous operation of automatic supply and marketing and press pin,and the whole operation process could be automatically and safely detected.The practical application of the device shows that after adopting the automatic supply and marketing press pin device,the automatic supply and marketing and automatic press pin operation are realized,the operation is simple,the labor intensity of production staff is reduced,the safety of operation staff is guaranteed,the product assembly quality is stable,the production efficiency of automatic supply and marketing press pin operation is increased by more than 30%,and the production cost is reduced.
Key words:automatic supply and marketing pin press;electric control;PLC;control system
0引言
生产过程的自动化是企业提高生产效率和生产质量、降低生产成本的重要途径。压销作业是自动化设备中的齿轮轴部件装配作业工序之一。目前，很多齿轮轴部件装配用销钉把齿轮固定在轴上的压销作业，还是采用人工把销钉一个一个地放在压销头上进行[1]。这种装配作业方式，一方面压销作业时比较耗时，压销效率较低；另一方面作业的安全性能、可靠性能差，装配质量得不到保证，严重影响了企业经济效益。所以，目前的压装方式已无法适应工业自动化设备批量化制造的要求了[2]。市场上比较先进的也有部分半自动压销机或自动送销机构的其他场景的应用，但自动化程度、生产效率、生产的安全性、操作的方便性等问题有待进一步提高。为研究开发设计高效、安全、可靠的一款自动供销压销机，达到从设计到研发试制，再到产品的调试改进，到后期全面广泛应用的预期目标，通过文献研究法、调查研究法、实验研究法、经验总结法等研究方法，在分析了自动化设备中的齿轮轴部件装配作业工序的齿轮轴部件定位销的压装过程后，结合机械结构、气压、电气控制和PLC相关理论，设计开发出了自动供销压销装置。研究设计的自动供销压销机不仅能自动压销，还实现了自动供销、压销的连续作业，且整个作业过程能自动安全检测。该自动供销压销机具有自动化程度、安全性和生产效率更高，操作更简单，具有很好的企业经济效益和社会应用推广价值。
1自动供销压销机的设计原理
图1所示为自动供销压销机的机械结构。图2所示为工作原理示意图。操作自动供销压销机时，首先开启自动供销装置和自动压销装置电源，转盘自动找到原点位置；接通气源调定压力(气压0.5~0.6 MPa)后，打开电控箱上的电源开关和定时开关，设置好计数器和定时器，双手同时按下左右两个按钮(SB1和SB2)，让转动盘空转一圈(因初始状态转盘一侧没有销钉)。然后将销钉放入V型槽⑰内，步进电机转动带动传动齿轮⑱转动，传动齿轮把销钉带入导向管⑮中，然后进入传动转盘⑮的槽中，步进电机⑳转动，把销钉带到压销头的下面；调整支撑座位置，将部品(轴和齿轮)放入支撑座，按下压销开关⑩，冲压头自动下降，压销头把销钉压入⑧轴和齿轮中，到达设定的时间后，冲压头自动上升，从而完成作业。
2自动供销压销机的结构组成
自动供销压销机设备的结构组成由自动供销装置和自动压销装置两大部分组成(如图1所示)，其主要结构组成有：①气缸装置、②操作面板、③计数器、④时间制(保压时间0-10")、⑤定时开关、⑥电源开关、⑦压销头、⑧轴、齿轮(工件)、⑨支撑座、⑩压销开关、⑪底座、⑫控制箱、⑬传感器、⑭传动转盘、⑮导向管、⑯销(工件)、⑰V型导向槽、⑱传动齿轮(带步进电机)、⑲传感器、⑳步进电机[3]。机械结构设计内容及对策(如图2所示)。其中：V型导向槽用V型构造是为了保证销钉没有横向状态的销，并倾斜安装依靠销自身重力顺畅滑行[12]；步进电机装上传动齿轮后防止销产生堆积，并能通过齿轮推动销往前送进[4]；利用PVC管从V型导向槽上接送销钉，实现一个一个搬送，实现销钉移动的方向不会改变[5]；利用传动转盘一次旋转180°实现销钉纵向搬运[1-6]。
3自动供销压销机控制系统设计
电气控制电路：自动供销压销机电气电路(图3~5)，由控制电路图、PLC控制程序(图6)等组成[7-11]。自动供销压销机的电气控制及PLC控制原理如下。
(1)自动送销控制：当QA起动开关按下，K1继电器得电并自锁，同时HG电源指示灯点亮，自动供销压销机进入工作状态，当按下SB1自动送销开关时，通过PLC程序控制，K4继电器得电，控制送销电机转动，带动与其同轴的齿轮转动(传动齿轮⑱)，把销钉往前送进一个销长距离，推动前面的一个个销钉进入导销管中，最终到达传动转盘。
(2)转盘搬送控制：当销钉被送入转盘⑭中后，通过SK1接近传感器开关输入控制信号，通过PLC程序控制，K3继电器得电，定位电磁阀S1得电，使压销作业处于压销禁止，起到安全保护状态，同时，控制步进电机驱动器驱动转动，带动传动转盘旋转180°，将销钉搬送到压销头下面。传动转盘旋转后，SK1接近传感器信号发生变化，控制K2继电器得电，BU警报器发出搬送完成信号提醒。
(3)压销头压销控制：销钉通过传动转盘送到压销头下，并警报器发出信号后，当双手分别同时按压销操作开关SB3和压销操作开关SB4时，压销电磁阀S2得电，控制气缸装置动作，通过PLC程序控制，压销头进行压销动作，并按设定的时进行保压，通过计数器统计压销数量。
(4)安全保护控制：为了防止传动转盘转动时与压销头发生碰撞，在电器及PLC程序设计时，在传动转盘未完成搬送时进行了压销禁止；为了防止压销过程产生过载而造成设备损坏，在电器设计时，通过安全保护继电器K5实现过载保护作用；在操作上，为防止操作者在放置工件时存在的安全问题，安装了两个串联的压销操作开关，使操作者必须在两只手分别同时按下压销操作开关SB1和SB2时才能进行压销动作，以保证操作者的人身安全。
(5)自动供销压销机的PLC程序设计：自动供销压销机的工作是在可编控制器的控制下完成工作，PLC控制程序设计(图6)[8-9]。
4测试验证与结果分析
为验证自动供销压销机的各方面功能及设计要求，自动供销压销机已经从设计到研发试制，再到产品的调试改进，最后到生产的运用，采用了在实际生产条件下通过试生产的方式对自动供销压销机生产性测试验证。整个测试过程从功能测试、可靠性测试、安全性测试、易用性测试等方面进行了充分的测试分析，结果如表1所示[10]。
自动供销压销机是一种能够实现销钉自动供给与自动压销相协调配合动作，完成零件与零件的连接与定位的机械设备。自动供销压销机技术层面分析，解决了几个方面的技术难题：(1)实现了自动供销、压销的连续作业，整个销钉的自动供销与压销动作的协调配合动作，且整个作业过程能自动安全检测；(2)供销过程保证销钉一个个正确方向的送进，而不产生堆集；(3)冲压过程实现销钉压销工位，连续转换，保证工作的连续；(4)通过导向追加策略，解决了冲压过程的销钉容易冲飞现象。测试验证结果的研究与分析，证实自动供销压销机具有较好的品质，能够在一定程度上替代同类产品，并通过实际测试验证了自动供销压销机其智能化程度高，与同类产品比较明显提高了机构装配效率30%以上，且安全性、可靠性很高。
5结束语
此研究通过对自动化设备中的齿轮轴部件装配压销工作过程的分析基础上，设计开发出了自动供销压销机，改变了现有的齿轮轴部件装配用销钉把齿轮固定在轴上的压销作业——采用人工把销钉一个一个地放在压销头上进行的压销装配作业工序。本文研究设计开发的自动供销压销机实现了自动供销、压销的连续作业，且整个作业过程能自动安全检测；与市场上其他场景应用的供销或压销机相比，具有自动化程度、安全性和生产效率更高，操作更简单等特点。自动供销压销机一方面提高了压销作业生产效率和企业经济效益、降低了工人劳动强度和产品生产成本；另一方面增强了操作安全性和可靠性，提高了作业中的自动化水平。自动供销压销机已经在工厂实际中使用，得到了厂家的认可。
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