0 引言

　　目前變速箱的軸承壓裝普遍采用的是手動(dòng)敲打的方式，通過(guò)肉眼觀察和人工檢測(cè)安裝是否合格，由此造成軸承裝配質(zhì)量參差不齊，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，最后造成裝配廢品率較高的不良后果。本設(shè)計(jì)就是通過(guò)自動(dòng)測(cè)量和控制系統(tǒng)和來(lái)完成壓裝過(guò)程的在線測(cè)量和監(jiān)控，從而保證壓裝的質(zhì)量。測(cè)控系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，通過(guò)三者的結(jié)合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

1 壓裝機(jī)的工作原理

　　整個(gè)系統(tǒng)主要由機(jī)身，送料小車(chē)，工作氣缸，控制系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。系統(tǒng)工作時(shí)，在A工位(原位)將待壓裝零件安放在裝有定位裝置的滑動(dòng)小車(chē)上，安放完畢后，由拼氣缸推動(dòng)滑動(dòng)小車(chē)向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)3#氣缸上升至和軌道水平，當(dāng)滑動(dòng)小車(chē)運(yùn)行到升降臺(tái)上B工位(定位工位)，3孝氣缸帶動(dòng)升降臺(tái)下降，同時(shí)，通過(guò)設(shè)置在滑動(dòng)小車(chē)上的兩個(gè)定位孔和設(shè)置在機(jī)身上的錐形銷配合完成升降臺(tái)的定位；提前在壓頭上安裝待壓裝軸套，當(dāng)定位完成后，1孝氣缸開(kāi)始工作，推動(dòng)壓頭對(duì)零件進(jìn)行壓裝。壓裝完成后，壓頭縮回，升降臺(tái)上升至和軌道水平，此時(shí)貓氣缸拉動(dòng)滑動(dòng)小車(chē)運(yùn)行之A工位(原位)。

圖1壓裝機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

2 硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 PLC硬件系統(tǒng)

　　該壓裝機(jī)控制系統(tǒng)采用三菱PLC，氣壓控制系統(tǒng)，傳感器檢測(cè)技術(shù)，通信技術(shù)，觸摸屏輸入輸出技術(shù)等組成。位移傳感器和壓力傳感器采集的實(shí)時(shí)位置和壓力信息，同時(shí)，通過(guò)I／O口，直接讀入相關(guān)開(kāi)關(guān)量的實(shí)時(shí)狀態(tài)，通過(guò)觸摸屏讀入設(shè)置的相關(guān)參數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)輸出控制信號(hào)控制電磁閥和相關(guān)指示燈工作，并將數(shù)據(jù)送觸摸屏顯示，也可以通過(guò)通信模塊和外部通信，以適應(yīng)流水線作業(yè)與集中監(jiān)控。

　　設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到壓裝機(jī)的通用性，對(duì)于各種軸承都具有實(shí)用性，因此，自動(dòng)壓裝前需要對(duì)壓裝位置等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)于不同型號(hào)軸承，壓裝過(guò)程中各參數(shù)都不相同，因此將設(shè)備設(shè)計(jì)成手動(dòng)操作／自動(dòng)操作相結(jié)合，通過(guò)手動(dòng)控制壓頭和各工作臺(tái)的工作，以便確定壓裝過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，待自動(dòng)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)確定以后即可啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行。結(jié)合以上控制要求，PEC控制系統(tǒng)硬件組成及結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PLC控制系統(tǒng)硬件組成及結(jié)構(gòu)

　　2.2 壓裝機(jī)氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　壓裝機(jī)是通過(guò)氣壓缸提供壓裝力工作的，通過(guò)PLC控制電磁閥的開(kāi)閉，從而控制氣壓系統(tǒng)工作，氣壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。電磁悶動(dòng)作順序如下所述：

圖3氣壓系統(tǒng)原理圈

　　1)系統(tǒng)原位，此時(shí)為卸荷狀態(tài)，所有電磁閥斷電。

　　2)3DT，5DT得電接通，此時(shí)甜氣壓缸工作，推動(dòng)工作臺(tái)帶動(dòng)帶壓裝殼體運(yùn)動(dòng)至定位工位。在錯(cuò)氣壓缸工作時(shí)，5DT接通，推動(dòng)升降臺(tái)上升至軌道所在平面。

　　3)5DT斷電，當(dāng)滑動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)至升降臺(tái)上終位時(shí)．斟氣壓缸斷電，升降臺(tái)下降，通過(guò)設(shè)置在工作臺(tái)上的錐形銷定位。

　　4)壓頭工作，在壓裝工位安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)3#氣壓缸將裝有待壓裝零件的工作臺(tái)下降至壓裝工位，并且完成定位時(shí)，接觸開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)。此時(shí)，1DT得電接通，推動(dòng)壓頭下壓。

　　5)增壓，當(dāng)壓頭下壓到一定位置(由光柵尺涓量位置)，眥發(fā)出控制信號(hào)，2DT接艘，此時(shí)增壓缸開(kāi)始增壓，推動(dòng)壓頭壓裝軸承。壓裝到位后保壓一段時(shí)間。

　　6)壓頭縮回，當(dāng)壓裝到位時(shí)．PLC發(fā)出控制指令，此時(shí)1DT,2DT斷電，壓頭收回，回到系統(tǒng)原位，壓裝結(jié)束。

　　7)升降臺(tái)上升，壓裝結(jié)束后，5DT接通．斟氣壓缸工作，推動(dòng)升降臺(tái)上升至軌道平面。

　　8)小車(chē)?yán)?，小?chē)升至軌道平面，4DT接通，釬氣壓缸縮回，拉動(dòng)滑動(dòng)小車(chē)縮回至原位，至此壓裝結(jié)束。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 PLC軟件設(shè)計(jì)

　　本體統(tǒng)采用三菱FX2NPLC作為控制核心，采用指令編制系統(tǒng)程序，按照動(dòng)作執(zhí)行的慝序，依次發(fā)出控翩信號(hào)，壓裝機(jī)執(zhí)行控翎信號(hào)，發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)中壓裝部分所需昀位置信息和壓力信息由設(shè)置在壓裝機(jī)上的光柵傳感器和壓力傳感器測(cè)得，PLC控制系統(tǒng)軟件工作流程圖4所示。傳感器不斷地測(cè)量相關(guān)量，將溯得量和系統(tǒng)設(shè)置的相關(guān)量進(jìn)行比較，確定相關(guān)動(dòng)作執(zhí)行的位置。在開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行前需要先設(shè)定好S1、S2的值，再啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行。

圖4 PLC控制系統(tǒng)軟件工作流程圖

　　3.2 顯示系統(tǒng)的設(shè)置

　　該設(shè)計(jì)采用臺(tái)達(dá)觸摸屏顯示壓力傳感器和位移傳感器的實(shí)時(shí)信號(hào)，系統(tǒng)工作的位移曲線，同時(shí)通過(guò)觸摸屏輸入系統(tǒng)需要設(shè)置的各個(gè)參量，通過(guò)設(shè)置主界面和子界面的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。主界面顯示傳感器的實(shí)時(shí)值，同時(shí)，設(shè)置工作曲線，參數(shù)設(shè)置，等入口。通過(guò)該系統(tǒng)，我們就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可以將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的情況通過(guò)PLC的RS232口直接和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)共設(shè)置兩級(jí)2個(gè)界面，分別為，壓裝機(jī)工作監(jiān)控系統(tǒng)主界面，參敷設(shè)置界面，一號(hào)壓頭監(jiān)控打印界面，二號(hào)壓頭監(jiān)控打印界面，二級(jí)界面在壓裝機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主界面中點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)按鈕進(jìn)人。

4 報(bào)警部分設(shè)計(jì)

　　該壓裝機(jī)為自動(dòng)化設(shè)備，壓裝時(shí)的各項(xiàng)控制系數(shù)都由傳感器獲得，各動(dòng)作的發(fā)出均由軟件出發(fā)，因此，壓裝機(jī)工作時(shí)可以實(shí)時(shí)獲取壓裝過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)，對(duì)于系統(tǒng)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，也可以根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)判斷，并給出報(bào)警信號(hào)，執(zhí)行保護(hù)程序。本報(bào)警信號(hào)在系統(tǒng)獲得的位移壓力曲線的基礎(chǔ)上獲得，即通過(guò)實(shí)際的測(cè)量獲取一個(gè)最近似于最優(yōu)的配合間隙，通過(guò)壓裝機(jī)的試壓，獲取相關(guān)位置點(diǎn)的壓力值，在這些基本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過(guò)曲線擬合，獲取。標(biāo)準(zhǔn)”的壓裝曲線，在運(yùn)行時(shí)通過(guò)不斷的比較特定位置點(diǎn)的壓力值，計(jì)算其相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)值的偏差率，判斷壓裝是否出現(xiàn)異常。倒如實(shí)時(shí)位移值為si(i=0，1，2，3，...，n)，實(shí)時(shí)壓力值為只(i=0，1，2，3，...，n)；標(biāo)準(zhǔn)的位移壓力曲線方程為Pi=f(Si)，壓裝機(jī)在工作過(guò)程中的任一位置S就有壓力偏差△：

　　如將系統(tǒng)壓力偏差設(shè)定為0.1，即△>0.1時(shí)，系統(tǒng)及發(fā)出報(bào)警信號(hào)。再次考慮到系統(tǒng)的運(yùn)算量，我們根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的曲率(曲率較小時(shí)取點(diǎn)密集，曲率大時(shí)去點(diǎn)稀疏)，選取曲線上相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)，使用時(shí)直接判斷該點(diǎn)是否出現(xiàn)異常來(lái)代替一個(gè)區(qū)間是否異常，編制程序時(shí)我們只需要編寫(xiě)一組數(shù)據(jù)的判斷梯形圖，然后通過(guò)MX—SHEET軟件導(dǎo)人標(biāo)準(zhǔn)曲線上點(diǎn)的位移和壓力值的坐標(biāo)，改變堆棧的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)通過(guò)設(shè)置的掃描方式依次判別下一組數(shù)據(jù)，直到本次循環(huán)結(jié)束。位移點(diǎn)壓力偏差判斷程序段如圖6所示。

圖6位移點(diǎn)壓力偏差判斷

5 結(jié)論

　　本壓裝機(jī)是基于軸類零件的壓裝專用設(shè)備，以三菱PLC為核心，結(jié)合觸摸屏顯示技術(shù)和氣壓傳動(dòng)技術(shù)。通過(guò)觸摸屏的設(shè)置，可以直觀的監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，同時(shí)參數(shù)的輸入也十分方便。通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的應(yīng)用顯著的提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品的壓裝質(zhì)量也得到明顯的提升。通過(guò)設(shè)置通信口，使得壓裝機(jī)可以很好的和車(chē)間流水線配合工作，極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的生產(chǎn)柔性。