壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的研究與設(shè)計(jì)
根據(jù)機(jī)械零部件自動(dòng)裝配線的結(jié)構(gòu)特征和裝配工藝特點(diǎn)，在分析了壓力表機(jī)芯部件的機(jī)械結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)后，制定了 F4001型壓力表機(jī)芯的自動(dòng)裝配工藝，設(shè)計(jì)了 F4001型壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配線的 結(jié)構(gòu)布局。并在此基礎(chǔ)上，論證了 F4001型壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配線PLC控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，完成 了自動(dòng)裝配線的PLC、人機(jī)界面控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，經(jīng)自動(dòng)裝配線運(yùn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)裝配線的可靠運(yùn) 行，提高了產(chǎn)品裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
0.引言
壓力表機(jī)芯（core of pressure gauge)是壓力表專用 的傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu),能將彈簧管自由端的直線位移變?yōu)?角位移，使彈簧管的微小位移量放大，從而使指針獲得 與所測(cè)壓力成比例的較大轉(zhuǎn)角，以保證壓力表有足夠 的讀數(shù)精度，達(dá)到容易觀察指示值的目的⑴。壓力表 機(jī)芯由軸齒輪、扇形齒輪、游絲以及包括上、下夾板和 支柱構(gòu)成的機(jī)架等組成⑴。壓力表機(jī)芯屬精密機(jī)械零 部件,其裝配工藝是壓力表制造過(guò)程中非常重要的環(huán) 節(jié)，其裝配品質(zhì)的好壞直接影響壓力表示值的精度等 級(jí)。
1.F4001型壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配線總體設(shè)計(jì)
某公司生產(chǎn)的F4001型壓力表機(jī)芯如圖1所示， 其傳統(tǒng)的人工裝配工藝如表1所示。
采用人工裝配，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且速度慢，產(chǎn) 量低，特別是近年來(lái)勞動(dòng)力成本不斷提升,招工難，技 術(shù)工人流動(dòng)大，這些綜合因素使壓力表機(jī)芯件的裝配 產(chǎn)量和質(zhì)量越來(lái)越難以保證。為改變壓力表機(jī)芯人工 裝配的狀況，提高裝配品質(zhì)與效率，須設(shè)計(jì)壓力表機(jī)芯 自動(dòng)裝配線。
針對(duì)某一個(gè)由若干零件裝配而成的產(chǎn)品或半成 品，如何設(shè)計(jì)一臺(tái)適合的自動(dòng)化裝配設(shè)備對(duì)其進(jìn)行裝 配性生產(chǎn)，是一個(gè)創(chuàng)造性很強(qiáng)的過(guò)程。優(yōu)化和合理的 總體設(shè)計(jì)可以加快非標(biāo)裝配設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)度，保證自 動(dòng)化裝配設(shè)備系統(tǒng)的可靠性。在總體設(shè)計(jì)階段，首先 需要分析裝配工藝，考慮功能的實(shí)現(xiàn)方式，設(shè)備的結(jié)構(gòu) 布局，以及機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)成和控制方式的選擇。
1.1機(jī)芯自動(dòng)裝配工藝分析
在上訴敘述中已經(jīng)列出了壓力表機(jī)芯人工裝配工 藝,但采用自動(dòng)裝配線來(lái)裝配與人工裝配有很大的不 同，具體如下：
①工序2壓游絲:人工裝配時(shí)很容易實(shí)現(xiàn),但在自 動(dòng)線裝配時(shí)，由于游絲是柔性零件，不易抓取，因此壓 游絲不能列人自動(dòng)裝配線工位，需通過(guò)其他途徑單獨(dú) 實(shí)現(xiàn)；
②工序3合板:在人工裝配時(shí)軸齒輪部件、扇形齒 輪部件、上夾板可一次放人，但在自動(dòng)線裝配時(shí)，不能 將過(guò)多的工序操作集中在某一臺(tái)專機(jī)上，否則不僅會(huì) 增加其它專機(jī)待料等待的時(shí)間，降低生產(chǎn)線利用率，而 且還會(huì)提高專機(jī)的復(fù)雜程度，降低設(shè)備的可靠性[4]。 因此在自動(dòng)線裝配時(shí)該工序要拆分成3個(gè)獨(dú)立的工 序；
③工序4碰板:在人工裝配時(shí)將合板后的部件放 人鉚壓機(jī)可直接鉚合,但在自動(dòng)線裝配時(shí)，考慮到抓取 部位的特殊性，需要對(duì)合板后的部件先進(jìn)行預(yù)鉚合，才 不至于在抓取時(shí)部件散架；
④工序5鉚壓游絲:在人工裝配時(shí)可很好的將機(jī) 芯部件翻轉(zhuǎn)放到鉚壓夾具并用鑷子將游絲和立柱固定 后鉚壓,但在自動(dòng)線裝配時(shí)不易用工具將游絲固定，因 此這也工序也不能列入自動(dòng)裝配線工位,還需后期人 工完成。
另外，在人工裝配時(shí),機(jī)芯的裝配檢測(cè)、零件供料 都由裝配工人來(lái)實(shí)現(xiàn),不需要單列。但采用自動(dòng)線裝 配后，下夾板部件、軸齒輪部件、扇形齒輪部件等供料 狀態(tài)都要通過(guò)檢測(cè)工位的傳感器來(lái)檢測(cè)，零件供料通 過(guò)震盤(pán)送料器、機(jī)械手等來(lái)完成。因此,針對(duì)自動(dòng)裝配 線的特點(diǎn)需重新制定壓力表機(jī)芯的自動(dòng)裝配工序:① 支柱鉚壓及供給—②下夾板供料檢測(cè)—③扇形齒輪部 件供給—④扇形齒輪部件供給檢測(cè)—⑤軸齒輪部件供 給—⑥軸齒輪部件供給檢測(cè)—⑦上夾板供給—⑧上夾 板預(yù)鉚壓—⑨預(yù)鉚壓檢測(cè)—⑩上夾板真鉚壓及裝盤(pán)。
2.F4001型壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配線的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)
裝配線的布局受設(shè)備、產(chǎn)品、人員、物流運(yùn)輸以及 生產(chǎn)方式等多種因素的影響。合理的裝配線應(yīng)盡量減 少迂回、停整和搬運(yùn)，保持裝配生產(chǎn)的靈活性,并有效 利用人力和面積，這不僅能使物流更加暢通，而且能有 效提高生產(chǎn)效率。此次設(shè)計(jì)的壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配 線有如下具體要求：
（1）裝配線要每小時(shí)生產(chǎn)壓力表機(jī)芯1200件以上；
（2）裝配線的占地面積盡量小，盡量節(jié)省制造成本；
（3）保證壓力表機(jī)芯的裝配精度，提高裝配品質(zhì)；
（4）減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
根據(jù)以上要求，可知裝配線的任何工位耗時(shí)都不 得超過(guò)3S，這就要求設(shè)計(jì)緊湊的結(jié)構(gòu)和較高的裝配效 率,同時(shí)盡量減少人為因素對(duì)產(chǎn)品裝配的影響，以達(dá)到 較高的裝配品質(zhì)和效率。
環(huán)線型布局適合于裝配工藝復(fù)雜程度適中的裝配 環(huán)境，可最大限度地節(jié)省使用場(chǎng)地，環(huán)線型布局增大了 產(chǎn)品在裝配線上的裝配空間，可按照裝配要求的改變 增減裝配的功能單元，使裝配設(shè)備具有柔性化。 F4001型壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配線采用環(huán)線型布局，如 圖2、圖3所示。由主道和輔道構(gòu)成環(huán)線型布局的兩 條傳動(dòng)鏈，活動(dòng)模塊在主道17個(gè)工位中的2、3、5、6、9、II、12、15、16、17工位上依次完成上述提到的10道裝配工序。在主道和輔道之間J 單元將活動(dòng)模塊從輔道傳送至主道，通過(guò)17工位的直 線電缸單元將活動(dòng)模塊從主道傳送至輔道，實(shí)現(xiàn)活動(dòng) 模塊的環(huán)線運(yùn)行。另外，當(dāng)機(jī)芯裝配部件出現(xiàn)次品時(shí)， 可在17工位的次品模塊出口處將部件取出，并通過(guò)輔 道上的模塊人口補(bǔ)充新的活動(dòng)模塊
2.F4001型壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配線的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
整個(gè)裝配設(shè)備的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要考慮 采用何種控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動(dòng)化控制。由于 PLC具有設(shè)計(jì)、安裝、接線、調(diào)試工作量小，研制周期 短，可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，維護(hù)方便等 域得到廣泛的應(yīng)用。所以采用PLC作為裝配線的 主控制系統(tǒng)，能滿足生產(chǎn)的需要。F4001型壓力表機(jī) 芯自動(dòng)裝配線的5個(gè)裝配工作單元、2條傳動(dòng)鏈分別 由7臺(tái)三菱FX2N系列PLC控制，其中上夾板預(yù)鉚 壓、上夾板預(yù)鉚壓檢測(cè)單元?jiǎng)幼鬏^簡(jiǎn)單，且固定在主 道傳動(dòng)鏈機(jī)架上，因此與主道傳動(dòng)鏈共用1臺(tái)PLC 控制。整個(gè)裝配線長(zhǎng)度在9m左右，各裝配單元之間 相互獨(dú)立，只與主道傳動(dòng)鏈間有任務(wù)請(qǐng)求和協(xié)同關(guān) 系，因此各裝配單元控制PLC與主道控制PLC之間 需要建立通訊。三菱PLC常用的通訊模式有CC- LINK模式和485模式,考慮到485通訊模式成本較 低，且當(dāng)前的單元間的通訊距離在50m范圍內(nèi)，485 通訊模式的可靠性能滿足系統(tǒng)運(yùn)行需要。因此, 壓力表機(jī)芯自動(dòng)組裝線各單元間采用了 485通訊模 式,如圖4所示。上述內(nèi)容提到裝配線的任何工位耗 時(shí)都不得超過(guò)3S,因此各裝配單元采用并行工作的方 式可提高效率，如圖5所示。在系統(tǒng)復(fù)位結(jié)束后，各裝 配單元并行工作，在主道運(yùn)行到位后，通過(guò)485通訊模 式向各裝配單元發(fā)送供料或裝配請(qǐng)求信號(hào),3、4、5號(hào) 從站裝配單元根據(jù)前一裝配單元的供料狀況依次完成 供料動(dòng)作,6號(hào)從站再根據(jù)預(yù)鉚壓檢測(cè)結(jié)果確定是否 執(zhí)行真鉚壓。
由于丨1LC本身不具備人機(jī)交互功能,控制系統(tǒng)工 藝參數(shù)較多，需要人機(jī)交互時(shí),使用具有觸摸操作功能 的觸摸屏是一種很好的選擇Biu F4001型壓力表機(jī)芯 自動(dòng)裝配線采用昆侖通態(tài)MCGS TPC1062KX彩色觸 摸屏,用于執(zhí)行指令輸人、手自動(dòng)控制切換、參數(shù)設(shè)置、 裝配產(chǎn)量4質(zhì)M統(tǒng)計(jì)、監(jiān)控_面顯示以及故障原因顯 示等，如閣6、圖7所示。將觸摸屏畫(huà)面使用專用軟件 在計(jì)算機(jī)h設(shè)汁完成后,再通過(guò)計(jì)算機(jī)的RS232串行 通訊口下載到觸摸屏PLC對(duì)觸摸屏實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn) 行讀寫(xiě)，達(dá)到兩者之間的信息交互。
3.結(jié)束語(yǔ)
壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配線作為校企合作開(kāi)發(fā)的自動(dòng) 化控制設(shè)備，不僅做到自動(dòng)化程度高，而且在設(shè)備上設(shè) 置大量的檢測(cè)開(kāi)關(guān)、檢測(cè)T位,大大提高了設(shè)備的裝配 可靠性。可編程控制器（PLC)的高可靠性和抗干擾能 力等優(yōu)點(diǎn)，極大地提高控制系統(tǒng)的運(yùn)行的可靠性，觸摸 屏作為人機(jī)接口界面，提供了良好的人機(jī)操作界面。 系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC)技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)的 協(xié)同設(shè)計(jì),保證了壓力表機(jī)芯自動(dòng)裝配線控制系統(tǒng)可 操作性，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的操作性及靈活性，提供了完 善的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。該自動(dòng)裝配線攻克了小型異型工 件自動(dòng)裝配不易實(shí)現(xiàn)的難提，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)裝配過(guò)程的 全自動(dòng)控制、檢測(cè)。該設(shè)備通過(guò)用戶驗(yàn)收,達(dá)到壓力表 機(jī)芯裝配自動(dòng)化要求,并已在企業(yè)投人使用。
