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卷板机自动送料设备的创新设计

发表时间：2021/6/16 来源：《建筑科技》2020年11月上作者：逯文武

[导读] 卷板机送料及对中工序，原来采用手动送料及对中的方式加工，容易发生尺寸偏差，导致卷板质量差，因此而导致返工或报废，既加剧了员工的劳动强度，又导致生产成本居高不下。同时，也存在较为突出的安全风险。基于此，笔者简要介绍自动送料设备的创新设计，并据此展开细致分析。

艾欧史密斯（中国）热水器有限公司逯文武

摘要：卷板机送料及对中工序，原来采用手动送料及对中的方式加工，容易发生尺寸偏差，导致卷板质量差，因此而导致返工或报废，既加剧了员工的劳动强度，又导致生产成本居高不下。同时，也存在较为突出的安全风险。基于此，笔者简要介绍自动送料设备的创新设计，并据此展开细致分析。
关键词：自动送料设备；自动对中；卷板加工
        钢板卷板加工，通常采用人工送料的形式进行加工。人工将板材推至卷板机，并手工调整好板材与卷板机间的相对位置。由于缺少精确的定位基准，往往存在板材位置摆放不到位的问题。导致卷板后尺寸偏差、开口尺寸大，开口尺寸不一致等问题。由于生产的工件规格非常多，且每种规格工件的数量相对较少，无法实现批量化生产，使得卷板生产效率低下。同时，由于商用热水器内胆板材重量约200kg，增加了工人的劳动强度，也限制了卷板质量的提升。为此，需要积极开展对设备的优化，通过创新设计，来提高卷板机板材送料、对中的效率及质量。
        自动送料设备的构成
        本设备由机械系统和电气系统组成，详见下图，下面逐一介绍。

        1、机械系统
        1.1 设备本体
        设备本体由方钢和钢板焊接而成，为了保证设备的刚性，在结构设计时，在设备框架上增加了斜撑。针对设备安装面，先用焊接工艺将钢板焊接在设备框架上，然后用龙门铣床进行精加工，以提升设备安装面的平面度。同时，在设备本体底端设计了6个可调式基座装置，可以有效应对地面不平整的情形。
        1.2 送料机构
        1.2.1轨道系统
        原设备采用滚轮和送料杆配合的机构做为轨道系统，配合间隙大且摩擦阻力较大，严重影响卷板质量。
为改善此问题，新设备用直线导轨和滑块组成轨道系统，将其配置于设备台面下。直线导轨具有十分突出的定位精度，且运行过程中的摩擦力相对较小，可以有效提升工件的运动速度。
        1.2.2滚珠丝杆
        滚珠丝杆不仅可以为送料小车传递驱动力，还可以实现对送料小车的精确定位。为了避免板材上残留的钢砂对直线导轨及滚珠丝杆带来不利影响，结构设计时特意将两者偏置于安装板下面，避开送料小车运动部位，从结构上起到防护作用。
        1.2.3送料小车
        原设备送料机构直接采用角钢制作，通过定位销固定在送料杆上，无板材夹持机构。不同长度的板材，需要将定位销插入送料杆上的对应的定位孔来实现换型，存在送料精度低的问题。
        新设备将送料小车安装于轨道系统上，在送料小车的底部配置有与直线导轨适配的滑块系统。伺服电机经减速机减速后，通过联轴器联接驱动滚珠丝杆，进而驱动送料小车。送料小车上配备有气动夹持机构，采用上、下对夹的方式，用于板材夹持。针对不同规格的板材，借助自动化送料设备，可以大幅提升卷板机的生产效率。
        1.3自动对中系统
        原设备对中机构由无杆气缸和对中轴组成，2组对中轴单独动作，存在动作不同步的问题；而且需要人工调整定位销来换型，由人工通过旋钮开关来手动操作对中机构实现板材对中，自动化程度较低。
       新设备自动对中系统由气缸提供驱动力，两侧对中轴固定在直线导轨的滑块上，对中轴与对中连杆通过关节联接，由气缸推动两侧的连杆，进而驱动对中轴同时夹紧或松开。
        2电气系统
        2.1硬件构成
        2.1.1、PLC
        利用西门子PLC进行程序管理，西门子PLC应用广泛，可靠性较高。
        2.1.2、HMI
        借助HMI可以让操作人员和PLC系统之间进行高效的信息交互，设备运行状态及各种运行参数可以实时显示；同时板材规格非常多，需要不同的工艺配方。通过预先调试好不同规格板材的工艺参数配方，换型时即可实现“一键换型”，大大提高了设备操作的便利性。
        2.1.3、伺服电机控制器
        随着脉冲信号频率及数量的变化，伺服电机的转速和相应停止位置也会发生变化。为此，可以针对脉冲的数量予以合理控制，以调整相应的角位移量，实现精准定位的目标。同时，需要针对脉冲频率予以灵活控制，调整电机的转动速度和加速度，以实现良好的调速效果。
        2.1.4、输入信号
        在送料和对中机构上巧妙的应用了光电传感器，极大程度上简化了控制系统。光电传感器和双电控电磁阀搭配使用，对中轴在检测到板材后，延时设定时间后电磁阀保压，实现板材对中的功能。在送料设备的前端安装板材检测光电传感器，当传感器检测到板材后，自动开始计算送料行程，伺服电机走完设定行程后自动停止，延时时间结束后自动返回待机位。设备可以自动适应不同长度和宽度的板材，实现了零换型，极大减少了换型时间，提高了生产效率。
        2.1.5、输出信号
        PLC输出信号通过中间继电器来控制电磁阀，进而控制气缸的动作[2]。利用PLC的数据高速输入输出模块与伺服电机控制器进行数据交互，控制伺服电机完成相应动作。通过伺服电机及气缸的协同工作，进而完成生产加工过程。
        2.2软件设计
        2.2.1、电机加减速控制。
        通过变速设计对电机进行控制，借助低速启动—加速—高速运行—减速—停止运转曲线的模式，以提升工件和设备运转过程的稳定性。在执行指令编写操作时，需要为手动、退料等具体工况提供相应的速度特性值，以保障工件运行的稳定性，让板材送料定位精度得到切实提升，进而提升工件加工效率。
        2.2.2、HMI操作界面设计
        结合操作人员的实际操作流程，确定相应的按键排列布局。在人机界面中设计多个设置界面，将工件总长度、宽度，厚度等工件参数作为主要依据，一旦工件发生变化，便可以针对相应的运行参数进行重新设定，以确定具体的系统操作模式和运行速度。
        2.2.3、运行模式设计
        在控制程序中包含手动、自动两种模式，可以有效保障设备在不同工况环境中的正常运转。尤其要重视安全保护程序，确保设备各执行机构间的安全互锁。在运行设备前，要细致检查相关设定参数，明确其中的不合理现象，并予以提醒。在发现不合理现象后，需要进行及时修改，以保障设备的正常运转[3]。
        结束语：
        通过优化自动送料设备机械结构及程序控制逻辑，凭借有限的成本投入，实现板材送料、对中全自动化。既提升了板材送料的速度和精度，又降低了工人的劳动强度。此外，工人无需直接接触卷板机，卷板工序实现全自动化生产，机动工只需定期补充物料和设备偶发异常时予以干预，实现减少2名操作人员，年收益约30万元。同时，可以有效保证生产过程中的安全，表现出十分突出的应用价值。
参考文献：
[1]基于PLC自动送料机控制系统的设计与实现[J]. 电声技术, 2019, 043(008):49-52.
[2]武正权, 程鹏飞, 刘静香,等. 基于PLC的随动高精度冲孔剪切液压系统设计[J]. 机床与液压, 2019, v.47;No.484(10):44-46+59.
[3]罗明. PLC控制技术在自动上料系统中的应用[J]. 内燃机与配件, 2019, 000(004):233-234.