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摘要：对于进行批量生产的的石油、化工用双头螺柱，受到定尺寸切割影响，非常容易在端部产生凸起、毛刺和飞边等一系列现象，如果用手工倒角或是车床加工的方式，劳动强度较大，效率也非常低。所以要设计一种高效并基于 PLC 控制的自动双头倒角机。
关键词：倒角机；PLC；控制系统
现今市场上对于石油、化工用双头螺柱两端倒角，大部分都是由工人进行手动操作仪表机床来完成的，效率低下且精度不高。为此，需要开发一台高效高精度的自动倒角机，提高工作效率。工业控制系统中，PLC具有极高的可靠性和灵活性。倒角机采用PLC作为控制系统，从而能够实现自动化倒角，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，使企业能对市场需求作出迅速的反应，增进企业效益。
一、结构组成
此机床主要是由自动送料夹紧、左右进给装置、左右动力头、上卸料装置以及调整装置等组成。
1、左右动力头主要是利用三相异步电动机通过带传动来完成对刀具旋转倒角功能的实现；
2、进给装置是指用气液转换器的动力来推动气液缸来带动左右动力头从而实现快进、工进稳定进给，并且能够微调；
3、上卸料装置是通过气缸来实现的，工人可一次上多根料，加工完之后，自动送料夹紧装置回退，在排序区，上料气缸把有待加工料顶出，这时刚好将加工完成的料顶出来，自动卸料就能够实现，并完成上料；
4、自动送料夹紧装置是把上完后的料送至有待加工区，通过气液增压缸来对快速送料的实现，到位之后液压夹紧。在对不同直径的零件进行加工时，可以更换夹具。夹具的组成主要两个半圆，同时两个半圆在导向上滑动，并和工件是小间隙的配合。
5、调整装置是能够对不同的件来对不同长度加工的实现，用手摇丝杠进行调整，调整好之后锁死
图1 机床总体结构
二、工作原理
自动倒角机是由左右工作台以及送料机构等组成的，如图2所示。左、右工作台都是由三相异步电机、刀架、滚珠丝杠副、夹紧气缸、落料装置、步进电机和三个接近开关等组成的。刀架在异步电机的前端安装，异步电机就直接驱动刀架的旋转，步进电机是由滚珠丝杠副带动刀架来移动，倒角能够实现。刀具的位移量与进给速度由PLC程序中的有关指令来进行控制。为了使倒角时的切削量得到保证，刀具工进时的起始点是需要确定的。装有一个光电开关在刀具的前端，在刀具移动到工件周边时，光电开光能够感应到工件，与此同时把这个感应信号传送给 PLC。这样就能够很好的避免因送料和夹紧定位的误差导致的工件倒角不充足或者是倒角过多的一些问题。此系统的落料、装夹和送料都是自动完成的。送料机构主要是用气缸驱动，气缸送料抵达到规定的位置时，气缸里的磁性开关把对应的信号传送给PLC，当作“送料成功” 信号。对于每个工作不断循环的传送一根棒料，工件送到位之后两端各有一个夹紧气缸驱动 V 形的块夹紧，能够保证不旋转工件。两个夹紧气缸的侧面各自装一块斜块来当作落料装置，气缸松开的过程中工件沿斜块落下，自动落料就能够完成。
工作台上的接近开关各为负极限开关、原点开关和正极限开关，极限开关能够限制普通电机移动位置，避免电机超过安全位置；原点开关则是用来对系统的坐标位置进行确定。
图2 倒角机结构图
三、气液系统
1、气液系统的组成
气体由于其可压缩性比较大，速度快但是运动速度不是很稳定。采用液压控制能够使速度稳定，但是成本相对来说比较高。如果从成本节约上来考虑，实际系统相结合，利用气液联动回路，上述要求就能够同时被满足。此系统中主要回路有气液增压缸的增压回路、气液速度换接回路、减压回路、气动调速回路。
2、工作原理
在进行人工上料之后，先是9YA得电，有待加工料经由上料缸进行顶出。等上料缸到位之后，断电9YA，退回上料钢，待送料缸退回之后3YA得电，气液增压缸快速的送料，在结束送料后，2YA得电，增力缸增力并对工件夹紧，增力行程非常短，迅速夹紧，5YA、6YA、7YA、8YA 同时得电，刀具电机旋转，快速的进给，到达工进时 5YA、7YA 断电，工进实现，工进结束之后 6YA、8YA 断电，退回左右动力头，停转电机，1YA同时得电2s，将加工铁屑吹掉，2 s 之后 1YA 断电，4YA 得电，夹紧缸迅并速退回，到位之后9YA 得电，有待加工料经由上料缸顶出，此刻正好把倒角完毕之后的工件顶出，完成上下料，并再一次增压缸送料加工，反复加工，夹紧、上料、加工、卸料连续的自动化过程得以实现。
四、控制系统硬件的设计
控制系统的主要硬件是由PLC、三相异步电机和触摸屏等组成的。因为步进电机的结构简单、控制方便、控制性能较好等一系列优点，可以把脉冲信号变成对应的直线位移，它的位移量和脉冲数成正比，脉冲频率和移动速度成正比。用步进电机来带动刀架移动时，精确定位不仅能够实现，刀具移动速度也能够进行调节。设定的进给脉冲数、方向、频率经过驱动控制电路抵达步进电机之后，转化成为刀架的前进速度、位移量与进给方向。PLC的输入点具有刀具的原点与正负极限位置的信号，夹紧气缸和送料气缸的到位信号和光电开关的输入中断等13个输入的信号；输出点有方向控制点和步进电机的脉冲，继电器来控制刀具的旋转、夹紧动作和送料与电源和指示灯等等13个输出信号。从 I/O 点数、性能的要求、成本与可靠性等角度进行综合考虑，最终选则使用欧姆龙的CP1H- X40D。此系统的控制原理如图3所示。
图3 系统控制原理图
控制系统的中心是PLC，触摸屏与 PLC 的双向通信。根据触摸屏能够设定粗细不相同的工件直径和刀具前进与后退的速度，与此同时刀具移动的位移量能够显示在触摸屏上；PLC根据控制驱动器，使步进电机能够完成对应的运动的实现。在运行过程中当电机出现故障时，能够自动发出急停信号，自动切断动力电源，使设备的安全得到保障，在触摸屏上会弹出一个窗口，故障原因实时显示；当设备在运行的过程中遇到紧急情况需要对其停止时，也可以使用外部的急停按钮来对动力电源进行切断。气缸活塞的运动行程可以用外部传感器来进行检测，即气缸送料或是夹紧到位时，磁性开关能够检测到信号，PLC通过获得到的信号来驱动气缸和电机做出对应的运动。
五、软件部分的设计
通过PLC编程来实现整个倒角机的控制部分，为了对PLC软件的优点充分展示，在编程过程中要通过对流程工艺和PLC指令进行系统的分析，用模块化的结构思想，对整个模块的分解和各个模块间的逻辑互锁功能得以实现，用此完成对于整个PLC系统程序编制。
倒角机控制系统总共分成参数设置、自动运行、手动操作以及故障处理四个基本模块：
1、手动操作：其中包括有右手动操作和左手动操作。按下左/右手动的按钮，就能够实现左/右手动独立运行。在此模块使用时，倒角机可独立实现所有动作，比如说，按下触摸屏中的“快进”或者是“快退” 按钮健，倒角机切削装置的 “快进”或 快退”就能够实行。
2、自动运行：在理想工作状态下的倒角机，都是根据此模式运行的，整个倒角工序的自动化能够实现。进入此模式时，按下触摸屏界面上的“启动”按钮健，就能够实现对倒角机的往复循环运动，直到按下触摸屏界面的“返回”或者“停止”按钮健时，机器就能够停止运作。此模式退出之后，倒角机的动力装置就能够自动返回到原始状态，即：气缸回退，切削装置原点返回。
结语：高速自动倒角机根据PLC 程序的模块化进行设计，整个系统的自动运行得以实现，根据触摸屏的简单界面设定，PLC中的实时数据得到显示并对相关参数进行设置，从而对系统的可操作性进行提高。系统利用传感器进行限位，倒角机运行时的安全可靠性能够得到保障。用光电感应器对工件的起始位置进行检测，工件长度误差和送料定位误差进行补偿，通过反馈的信号，对刀具前进的位移量进行控制，倒角的精确性就可以实现。
参考文献：
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[3]齐继阳，吴倩，何文灿．基于 PLC 和触摸屏的气动机械手控制系统的设计［ J］．液压与气动，2013（4）：19 －22．
论文作者:车德义
论文发表刊物:《基层建设》2015年34期
论文发表时间:2016/10/24
标签：气缸论文; 倒角论文; 工件论文; 送料论文; 刀具论文; 触摸屏论文; 装置论文; 《基层建设》2015年34期论文;