童 敏，马新伟
(轻工业自动化研究所，浙江 杭州 310015)
摘要：设计了一种输送跳转机构，以满足多卷料按需自动进行多种组合后自动裁切和输送的要求。输送跳转机构通过特殊的布置形式，根据程序设定可实现“A+B+C”的跳转模式，以满足后续设备的夹取物料要求，保证物料品质。特殊的矩形齿口，方便后续设备夹取物料进行拖弋，实现物料的裁切和收料工序处理。
关键词：多卷料；输送跳转；自动裁切机；设计
在现有制造业中，各种卷状材料的裁切工作大部分是采用人工手动控制作业，少部分采用单卷放料的裁切机，其操作费事且人力成本高，效率低且易发生安全事故。随着生产工艺的高速发展，有时候需要对多种不同材质或同种材质但不同配方制成的卷料进行同时输送及裁切，以制备满足生产所需的叠合物料，因此单卷物料输送就不能满足此工艺要求，需增加相应的设备和人工，不但产品品质得不到保证，还降低了生产效率。本文设计了多卷料自动裁切机的输送跳转机构，以满足多卷料按需自动进行多种组合后自动裁切输送的要求。
本文介绍的多卷料自动裁切机结构如图1所示。机架上安装3套输送装置(A、B、C)，3套装置均具有沿卷料输送方向依次设置的放卷机构、张力机构、定长机构，以及实现卷料输送跳转功能的输送跳转机构，沿物料输送方向的过渡辊、裁切机构和堆垛机构。
图1 多卷料自动裁切机结构示意图
输送跳转机构紧凑地布置在裁切机构和定长机构之后，通过特殊的布置形式可根据程序设定实现“A+B+C”的跳转模式，以满足后续设备的夹取物料要求，保证物料品质以及特殊矩形齿口，方便后续设备夹取物料进行拖弋，实现物料的裁切和收料工序处理。每次裁切完后，自动控制系统会根据卷料的先前工位，进行物料堆垛的错位叠放，便于工人加工处理，并设有安全防护装置。
2.1 输送跳转机构的结构设计
根据裁切卷料的工作要求，本文设计的输送跳转机构的机械结构主要包括夹紧装置和拖弋装置，并由气动系统代替了传统工业生产线上的液压系统。
2.1.1 夹紧装置
本自动裁切机有3套功能相同的夹紧装置，如图2所示。夹紧装置A、B、C紧凑地叠放在一起，每套夹紧装置具有上、下夹板和对应的上、下安装板。其中上安装板通过夹紧气缸连接下安装板，下安装板通过浮动接头和前后移动气缸机架连接；下安装板上固定有为上安装板移动进行导向的承载直线导轨，机架上固定有为下安装板的移动进行导向的承载直线导轨；通过两位五通电磁阀控制夹紧装置A、B、C的伸出缩回和夹紧松开，实现“A+B+C”的跳转模式。
图2 夹紧装置结构示意图
每套夹紧装置中的下夹板上制有矩形齿口(如图3所示)，便于拖弋物料到定长尺寸。通过铰链连接的衬板能使由夹紧装置A、B、C输送过来的物料水平叠衬在同一水平面，方便后续拖弋装置的夹头进行拖弋工作。3套夹紧装置夹紧物料后，每套上、下夹板在物料输出端的水平横向位置一致，3套下夹板叠合厚度仅为7 mm。
图3 矩形齿口
2.1.2 拖弋装置
图4为拖弋装置结构示意图。拖弋装置包括两条平行布置于堆垛机构两侧的移动臂，两移动臂的一端靠近定长机构，在两移动臂上架有可沿移动臂移动的移动架，移动架由移动伺服电机驱动；在移动架上设有朝向夹紧装置输出端的夹头和脱料杆，以及通过液压缸连接垂直物料输送方向布置的擀料辊。夹头采用特殊构造的锯齿状，使夹头能在电磁阀的控制下紧紧夹住从夹紧装置传送过来的物料边缘，又不会使物料表面产生物理变形；在移动伺服电机驱动下，夹头夹住物料往后拖弋到程序设定裁切长度，当裁切后夹头继续向后拖弋一部分距离后，正好摆放进入堆垛机构；同时脱料杆在单向电磁阀的作用下压住此张裁切好的物料，夹头打开而脱料杆返回上升，移动架返回继续用夹头抓取下一张物料；移动架返回过程中擀料辊下降，将上一张物料轻轻地抚压在刚刚裁切好的物料上，当夹头再次抓取物料时擀料辊上升，重复下一次工作。
图4 拖弋装置结构示意图
2.2 技术参数及功能配置
输送跳转机构的技术参数及功能配置一方面是结合实际生产而定，另一方面是根据设备正常运作而定。输送跳转机构的技术参数见表1。
表1 输送跳转机构的技术参数
参数技术规格物料厚度(mil)(1mil=0.0254mm)(单张)3～10最大物料宽度(mm)1273(居中放置)出料高度(mm)1150±50输送速度(m/min)1～40主要功能配置伺服马达驱动同步带,气动抓料精度±2mm/m输送跳转的长度和速度可在HMI上设置输送跳转的卷料配方可在HMI上设置物料跳转后的堆垛错位距离可在HMI上设置
2.3 控制系统设计
控制系统主要选择的是三菱Q系列工控产品，包括Q02HCPU模块、QD75P4伺服定位模块、QD75P1伺服定位模块，以及台达ASD-B2系列伺服放大器、QJ71C24N通讯模块和QD64DAN数模转换模块；人机界面采用昆仑通态TPC1061Ti触摸屏；输送跳转机构采用台达ASD-B2-0421-B数字交流伺服驱动器和ECMA-C2-06-04RS交流伺服电机，同时与三菱QD75D4伺服定位模块组成伺服定位控制系统；采用欧姆龙EE-SX671系列光电开关作为限位保护。
系统PLC各个模块I /O地址以及CC-Link的基本参数都是通过GX WORK2 来实现的， I/O分配如图5所示。
图5 I/O分配图
系统还使用了QD75P4与ASD-B2-0421-B伺服放大器组成的伺服定位系统，定位控制编程部分使用设置/监控软件通过填表的方式来完成。拖弋装置移动臂伺服放大器的参数设置如表2所示。
表2 拖弋装置移动臂伺服驱动器参数
参数名称参数值Pr5脉冲输出模式4k1Pr9加速时间0ms1213D3200Pr10减速时间0ms1415D3202Pr9加速时间1ms3637K300Pr10减速时间1ms4243K300Pr34S形加减速开关52K1Pr35S形比例53D3013微动位移量1517K0JOG速度极限4849K50000Cd17JOG速度15181519D2204突然停止减速时间5455K50
Q02HCPU完成放卷、定长、裁切、输送跳转以及堆垛的程序控制，控制程序包括手动和自动2个部分，而整套设备的运行速度匹配和各部分相互之间的通讯是控制的难点。本文设计的输送跳转机构主要通过以下4点来保证放卷、定长、裁切、输送跳转以及堆垛程序控制的系统同步：①通过裁切机本身的加工精度和装配精度来保证；②移动臂左、右侧各采用同型号的绝对值型伺服电机驱动；③运行过程中，绝对值型伺服电机不断地将当前位置的绝对值编码反馈给PLC；④PLC不断比较左、右的绝对位置，在误差允许范围内实时调整左、右伺服电机的速度和位置，一旦超出误差允许范围，则报警停止运行。
根据控制要求，本文采用位置半闭环控制方式，伺服电机上的反馈元件既是速度反馈元件又是位置反馈元件。根据设定的加速度、运行速度、减速度和长度，伺服定位模块自动完成速度和位置的控制。这种控制方式虽然不能消除牵引辊打滑和机械传动间隙产生的长度误差，但是可以通过定位功能模块用软件修正这些系统性误差。通过MCGS的“运行策略”窗口组态，建立输送跳转配方的组态控制策略；通过MCGS构件配置和属性设置两项组态操作，使系统能够按照操作人员设定的顺序和条件操作实时数据库，实现对卷料的“A+B+C”的裁切配方的任意切换。控制系统的运行流程和设备的工作状态如图6所示。
图6 控制系统的运行流程和设备的工作状态
图7为HMI运行图。操作人员可以选择卷料跳转配方(共计5组配方)，每组配方通过选择A或B或C的形式实现，同时还必须设定拉料设定值和卷料切长尺寸。当配方第一组项设定的拉料次数完成时，程序会自动延续第二组配方，直至完成所有配方工作(未设置的配方组项不参加裁切工作序列)。操作人员还可通过MCGS触摸屏输入所需裁切数量、跳转程序、物料裁切长度、堆垛错位等相关数据，设定完成后，启动系统。系统启动后，整套系统直接以预设的加减速率、最高速度以及目标长度为基本参数，计算出运转速度曲线，直接驱动放卷伺服电机送料，当输送的长度到达程序设定的长度时，伺服电机停止，卷料停止运动，强力气动分切刀组来回移动，将物料切断，然后物料由输送跳转机构送到自动堆垛机构中。依次循环，自动地将卷料裁切成设定长度的成品，裁切精度可以控制在±2 mm/m以内。
图7 HMI运行图
本文设计的多卷料自动裁切机的输送跳转机构涉及传感器技术、伺服控制技术和气动控制技术等，具有结构合理、噪声小、输送平稳、速度快、精度高等优点。 自投入使用以来，本设备截至2015年12月已经稳定运行5个月，运行工况良好。从生产线连续运行的情况来看，该输送跳转机构设计合理、运行稳定，同时提高了生产效率，改善了操作人员的劳动强度。
参考文献：
[1]张兴国.基于PLC的自动剪切机控制系统[J].制造业自动化，2010(10)：132-136.
[2]段大伟.基于三菱电机伺服控制系统的自动剪切机[J].控制工程，2009(16)：30-33.
TONG Min, MA Xin-wei
(The Research Institute for Automation of Light Industry, Hangzhou 310015, China)
Abstract：This paper proposes a transport jump mechanism in order to meet the requirement of multi-coil materials’ conveying and cutting. By special arrangement, the conveyor jump institutions can achieve 'A + B + C' jump mode, to meet the requirements of following equipment to clip material, to ensure the quality of material. The special rectangular tooth mouth design makes the subsequent equipment clip material easy, to realize material cutting and receiving.
Key words：multi-coil material; conveying jump; automatic cutting machine; design
文章编号：1672- 6413(2016)05- 0171- 03
收稿日期：2016- 01- 05；
修订日期：2016- 07- 15
作者简介：童敏(1989-)，男，浙江杭州人，助理工程师，在读工程硕士，研究方向：电气过程控制及机电一体化。
中图分类号：TP273
文献标识码：A
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