自动绕管机系统的研究与设计

宋冬萍

(苏州工业职业技术学院 机电工程系，江苏 苏州 215104)

在提倡高效节能环保的时代，先进制造系统所拥有的高生产率、高效率、高适应性的制造技术和制造模式无疑为传统制造行业的可持续发展带来了契机[1]25-27. 柔性制造系统是先进制造装备设计中的重要一环，它在成组技术的基础上，以多台柔性制造单元为核心，通过计算机和相关软件进行控制和管理，组成多品种变批量和混流方式生产的自动化制造系统，具有较好的适应性[2]14-16. 目前在冰柜的冷凝管生产过程中，多数厂家还是采用的人工或半自动的绕制工艺，常出现冷凝管无法自动切断、绕制的内胆间隙疏密不均匀而影响制冷效果，生产效率低等现象[3]45. 针对传统制造工艺存在的问题，本文对绕管成形系统的机械结构，机械手及切断装置的气动系统以及PLC控制部分的软硬件进行了研究和设计，提出将柔性制造技术应用于绕管机系统中，实现绕管机黏胶、绕管、进给、切管等一系列过程的自动化，大大提高了生产效率.

1 系统功能

当设备设置为自动模式时，人工将冰柜内胆放置在模具上，模具自动张紧内胆，人工牵引铝管端头至内胆缠绕部位，机械手自动贴敷胶带，电机带动转轴匀速旋转，牵引铝管及胶带自动贴敷到内胆上，控制升降杆按设定的程序将铝管、铝箔分层盘绕在内胆上，最后机器自动切管，模具收缩，人工取下内胆. 在生产线上，将冷凝管校直设备、胶带自动贴敷设备、铝管自动切断和内胆快速换模设备有机结合在一起，适用于不同型号冰柜内胆的绕管成形.

2 系统机械结构设计

整个系统包括机械手贴膜装置、切断装置、绕管机构，见图1.

图1 模具中下体部分

图1为绕管机的中下体部分，电机8固定在绕管底座6上，绕管底座上装有竖直的空心转轴2，电机的转动轴与空心转轴通过齿轮传动系统连接，空心转轴内装有能够相对其进行上下滑动的内轴1，内轴的下端开有横向贯穿孔，孔内横穿销轴9，空心转轴侧壁开有与贯穿孔对应的竖向条形槽，销轴两端分别卡装在条形槽内并伸出空心转轴外，销轴端部固定连接有套装在空心转轴外的轴套3. 气缸7装在绕管底座下端，活塞杆5与轴套之间通过连接杆4铰接，连接杆中间铰接在绕管底座上. 空心转轴顶端固定连接转台，转台上设置有纵向滑轨，调节导轨位置即可适用于不同大小的冰柜内胆的绕制[4]35-48.

3 气动控制回路设计

系统采用电磁气动阀控制机械手的抓紧、送料、切断等动作，工作流程如图2所示.

图2 设备工作流程图

按照工作程序图，设计的电磁阀动作顺序如表1所示.

表1 电磁阀动作顺序表

根据计算，本系统的工作压力为0.4 MPa，最大标准耗气量为52.94 L/min，一个循环内标准状态的平均耗气量为2.788 L/min. 本系统选择输出压力为0.7 MPa的空压机，主管道过滤器的进口压力为0.7 MPa状态下，本系统最大耗气量是0.411 m3/n ，选额定空气处理为0.1 m3/min的KGL-0.1/8型主管道过滤器. 在进气压力p=0.7 MPa状态下，通过过滤器和减压阀的最大流量为0.411 m3/n，不应超过过滤器和减压阀的额定流量，查相关手册表得，过滤器和减压阀的公称通径应选为6 mm，过滤器为普通型，过滤精度为50μm，减压阀为直动型[5]76-80. 油雾器应与过滤器，减压阀的通径一致，为6μm. 根据有压状态下的最大流量选择主控阀的通径，6个主控阀都可选用通径为6 mm的二位三通电磁换向阀.

4 PLC软硬件设计

通过PLC系统软硬件的设计,控制电机和气缸电磁阀的动作,从而实现绕管机的自动化控制. 根据气动系统及工作原理，由按钮开关SB1启动控制气源的电机1. 气缸1工作后2s，真空吸盘需失效. 送料缸工作后5s电机2和电机工作，当机械手运动至最高位置时电机2和电机3停止. 按钮开关SB3控制气缸2,3,4,5的停止，按钮开关SB4控制电机3反转，运动至最低位置时，电机3停止工作，开关SB2控制电机1的停止. 根据控制要求，I/O点的分配如下表2所示.

表2 I/O分配表

输入与输出设备与PLC的接线图如图3所示.

图3 PLC原理接线图

4 结语

本文研究设计的冰柜内胆绕管成形系统，采用PLC和柔性制造技术，能实现自动放管、校正输送、铝管切割、铝箔胶敷贴等一系列动作，不同的产品用不同的程序控制，自动化程度高. 产品调整采用伺服系统配合直线导轨副自动调节，定位准确，调整快捷方便. 相比人工绕管方式，有效保证了生产效率和控制精度.

[1] 赵桂雷,冯永振. 柔性制造系统的现状及发展趋势[J].城市建设研究理论,2013,(4).

[2] 郭聚东,钱惠芬.柔性制造系统的优势及发展趋势[J].轻工机械,2004,(4).

[3] 季福生,肖泽金,黄海燕.新型电动绕管机的结构研究[J].微特电机,2006,(7).

[4] 濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2007.

[5] 马廉洁.液压与气动[M]. 北京:机械工业出版社,2009.