基于PLC的不锈钢锅复合压力焊自动化生产线设计

0 引言

　　不锈钢餐厨具由于具有良好的刚性、耐蚀性、耐锈性和美观性等特点，在食品工业、餐饮服务业和家庭生活中得到了广泛应用，其具有广阔的市场前景。

　　不锈钢餐厨具的生产工序一般包括：开料-冲压-拉伸-飞边-清洗-复合压力焊-抛光-砂光-压底-点焊-抹粉-包装等。复合压力焊工序是不锈钢锅制造的重要工序之一，其生产目的是：在不锈钢锅的锅身底部外加上一层铝片，外面再用一层包底片把铝片覆盖；其生产流程是：先将铝片与包底片点焊在一起，后整体和锅身底部点焊成一整体，然后经中频加热机对锅底加热到一定的温度，之后经冲压机在一定的压力下进行冲压，最后经冷却输送带冷却后完成整个工序；其生产作用是：使不锈钢复合锅的导热性能均匀，提升烹饪效果，提高不锈钢锅的使用寿命。

　　在不锈钢锅复合压力焊的生产工序中，国内大多数不锈钢餐厨具制造企业基本上是采用人工或半自动化的方式进行，从改善工人工作环境、降低工人劳动强度、提高生产效率、自动化水平和产品质量等方面考虑，急需对不锈钢锅复合压力焊工序进行自动化改造。

1不锈钢锅复合压力焊自动化生产线总体方案

　　1.1 不锈钢锅复合压力焊生产流程

　　不锈钢复合压力焊的生产流程如图1所示，首先将铝片与包底片点焊在一起，后整体和不锈钢锅锅身底部点焊成一个整体，然后经中频加热机对锅底加热到500左右的温度，之后再经冲压机在一定的压力下进行冲压，最后经冷却输送带冷却后完成整个工序。

 
图1 不锈钢复合压力焊的生产流程

　　目前，不锈钢锅工件在转运的过程中需借助人工实现，这存在着一定的安全隐患，首先，中频加热过程是在几百度的高温条件下进行的，不锈钢锅工件本身的温度较高，而从中频加热机到冲压机的转运过程是靠工人手工完成的，容易造成烫伤；其次，压力焊工序本身产生较大的振动和噪音，影响工人的身体健康；再次，工人在冲压机装卸工件时必须把身体(头和手)伸入冲压机内部，具有相当大的危险性。此外，一条复合压力焊生产线中中频加热工序需要两名工人，冲压工序需要两名工人。

　　为了解决传统不锈钢锅复合压力焊生产工作的环境恶劣、工人劳动强度大、生产效率低下和自动化水平低等问题，迫切需要对不锈钢锅复合压力焊工序进行自动化改造升级。

　　1.2 不锈钢锅复合压力焊自动化生产线总体方案介绍

　　本方案在综合现场设备的尺寸、布局以及复合压力焊的工艺流程，构建了由已有的中频加热机、冲压机、冷却输送带，新增加的送料输送带、送料机械手、上下料机械手、出料输送带组成的不锈钢锅复合压力焊自动化生产线，如图2所示，把中频加热机和冲压机进行局部视图后的俯视图如图3所示。

 
图2不锈钢锅复合压力焊自动化生产线
 
图3 不锈钢锅复合压力焊自动化生产线俯视图

　　工作时，当传感器检测到中频加热机完成对不锈钢锅工件加热时，送料输送带把不锈钢锅工件输送到送料机械手，不锈钢锅工件经等待区进入到送料机械手的末端位置，然后推料机械手把不锈钢锅工件推送到冲压机的模具上方，同时把已冲压的不锈钢锅工件推送到出料输送带，之后推料机械手在气缸的作用下翻转，并退回到初始位置等待下一个循环，上下料机械手对不锈钢锅工件夹紧，然后通过上下料机械手上的伸缩气缸的伸出实现对不锈钢锅工件的入模，入模成功后，冲压机对不锈钢锅工件进行冲压，冲压结束后，通过伸缩气缸的缩回实现对不锈钢锅工件的出模，然后推料机械手把已冲压的不锈钢锅工件推送到出料输送带上，不锈钢锅工件经出料输送带传送到冷却输送带进行冷却，完成一个复合压力焊工序循环。

2 不锈钢锅复合压力焊自动化生产线关键结构设计

　　2.1 送料输送带结构设计

　　送料输送带的工作要求是把已加热的不锈钢锅工件快速输送到送料机械手，如图4所示，其包括一号输送带单元和来回推料单元，一号输送带单元采用不锈钢网带结构，在送料输送带电机的运转下可以把已加热的不锈钢锅工件快速的向送料机械手方向输送，来回推料单元包括送料输送带气缸、导杆、圆导轨、推杆和弹簧等，两个相同的气缸安装在一号输送带单元上，工作时，两个送料输送带气缸在电磁阀的控制下按照一定的时序来回运动，在导杆的导向作用下，实现推杆的来回运动，当不锈钢锅工件运动到推杆的区域，推杆的回缩运动可以使不锈钢锅工件快速转移到送料输送带的中间位置，然后经过送料输送带上的过渡辊过渡到送料机械手。

 
图4送料输送带结构

　　2.2 送料机械手结构设计

　　送料机械手的工作要求是把在送料机械手末端的不锈钢锅工件快速推送到冲压机内部的模具上方，如图5所示，其包括二号输送带单元、等待区、推料机械手和翻转机械手，二号输送带单元采用不锈钢网带结构，在送料机械手输送带电机的运转下可以把已加热的不锈钢锅工件快速的向送料机械手末端方向输送，等待区由拦截定位杆、光传感器、一号拦截气缸和二号拦截气缸组成，光传感器用于判断其前方是否有不锈钢锅工件经过，一号拦截气缸和二号拦截气缸的伸出与缩回可以使不锈钢锅工件在相应的等待区等待，推料机械手由送料气缸、长导杆、转动平台和推料机械手组成，送料气缸的伸出可以把已加热的不锈钢锅工件通过推料机械手快速准确的推送到冲压机内部的模具上方，翻转机械手由翻转气缸连接推料机械手而成，工作时，当推料机械手从冲压机内部退回，翻转气缸伸出，使推料机械手转动一定的角度后避开在模具上方待冲压的不锈钢锅工件退回到初始位置。

 
图5送料机械手结构

　　2.3 上下料机械手结构设计

　　上下料机械手的工作要求是实现在冲压机模具上方的不锈钢锅工件的入模与出模，如图6所示，其包括基座、竖直升降运动装置和水平工作台，前后两个基座通过螺栓连接在原有的冲压机上，左右两个竖直升降运动装置与基座连接，水平工作台通过线性导轨与竖直升降运动装置相连，竖直升降运动装置包括锁紧块、圆导轨、直线导轨、缓冲橡胶垫和伸缩气缸，伸缩气缸的缩回与伸出实现支撑台的上升和下降，水平工作台包括光传感器、夹紧气缸和工作台，光传感器用于判断其前方是否有不锈钢锅工件经过，夹紧气缸的伸出与缩回实现不锈钢锅的夹紧与松开，工作时，两个夹紧气缸同时伸出把冲压机模具上方的不锈钢锅工件夹紧，然后两个伸缩气缸同时伸出使水平工作台平稳下降，从而使不锈钢锅工件入模，当传感器检测到不锈钢锅入模成功后，冲压机冲压，冲压结束后，伸缩气缸缩回使水平工作台平稳上升，实现已冲压不锈钢锅的出模，之后送料机械手把已冲压的不锈钢锅推送到出料输送带。

 
图6上下料机械手

　　由于生产不同形状的不锈钢锅需要更换冲压机里的模具，通过松开锁紧块，然后把水平工作台沿着直线导轨移开，即可以进行模具更换工作，模具更换完毕后，把水平工作台移到原来的位置，再拎紧锁紧块，即完成换模工作。

3 不锈钢锅复合压力焊自动化生产线控制系统设计

　　3.1 控制系统硬件设计

　　为了满足不锈钢锅复合压力焊自动化生产线的控制要求，控制系统采用基于PLC和触摸屏的控制方案，其中PLC选用三菱公司型号为FX2N一64MT的产品，触摸屏选用W西nView公司型号为MT-506M的产品，触摸屏通过RS232C串口和CPU进行通讯，控制系统硬件结构组成如图7所示。

 
图7控制系统硬件结构图

　　3.2 控制系统软件设计

　　按照上述设计过程，将控制系统运行方式分为手动运行和自动运行两大部分。其中，手动运行方式可以实现各个模块的单独手动控制操作；自动运行方式采用顺序控制方法，能对各逻辑关系、顺序等进行精确控制，使各模块有条不紊互相协调运行，控制系统的程序流程如图8所示。

 
图8程序流程图

4 结束语

　　根据任务确定了不锈钢锅复合压力焊自动化生产线的机械本体和控制系统方案，将不锈钢锅复合压力焊自动化生产线分为送料输送带、送料机械手、上下料机械手和出料输送带，并选用PLC和触摸屏对自动化生产线进行控制。经现场调试运行，本自动化生产线运行良好，达到了设计要求。企业使用后反映，该设备运行稳定性好，可靠性高，投入生产线后，不但改善了工人工作环境和降低了工人劳动强度，而且还提高了生产效率和产品质量。