自动控制技术在工装领域的应用

1、    自动控制技术在工装领域的应用    摘 要：在传统的工装设计和使用过程中，产品的定位、夹紧、组装和防错等步骤均由工人的手工操作来完成，这不仅浪费大量的时间、也会大大增加工人的劳动强度、使生产效率难以有效提高。随着自动化生产时代的到来，人们对产品生产的效率要求越来越高，传统的工装显然成了进一步提高生产效率的关键瓶颈。因此，通过采用先进的自动控制技术对工装夹具进行设计和应用，对于提高生产率、保证产品质量、减少劳动强度有着重要的现实意义。关键词：自动控制;工装夹具;生产效率1自动控制技术概述自动控制技术是指以控制论为理论基础，以控制设备为技术支撑，在无

2、人干预的情况下，按预设的程序完成特定的控制任务的技术。自动控制技术是20世纪最具影响力的技术之一，目前已发展为一门具有完善理论基础的独立学科，在机械制造、军事装置、航空航天、通信网络、电子工艺、智能家电等领域有着极为广泛的应用。自动控制的基本原理是对被控制对象进行动态监测，并与预设值进行对比，将对比的偏差进行放大后，反馈至控制设备，最终使被控制对象保持在预期的变化范围之内。从形式上看，可以分为开环控制、闭环控制和复合控制三种形式。从1940年经典控制理论的出现算起，控制理论已经历了近80年的发展，逐步由经典控制理论向现代控制理论过渡，其中前者仍然对后者起着重要的理论支撑作用。2工装设计及应用概

3、述工装是工艺装备的简称，它泛指生产线制造过程中所涉及到的辅助工具，常见的工装主要有刀具、夹具、模具、量具、检具、辅具等等2。尽管不同生产场合的工装在结构和功能上均有很大的差别，但从其设计原理的角度上看仍然可以总结出一般工装夹具的共性。以普通机床夹具为例，其工装夹具由定位装置、夹紧装置、安装元件、导向对刀元件、分度装置、夹具体等六大部分组成。其中定位装置使工件保持一个特定的位置上，避免受外力影响而移动;安装元件进一步确定工件的具体位置;导向对刀元件可以根据工艺要求对刀具的运动轨迹进行引导和控制，以完成工件的切削加工。一般来说，工装夹具的设计应保证其定位的准确性和夹紧的可靠性，在使用过程中应快速方

4、便，操作简单，减少不必要的调整时间，充分利用气动、液压等手段提高动作的效率，避免增加工人的劳动强度，提高劳动生产率3。总之，夹具设计必须遵守以下基本原则：（1）工件加工精度可控;（2）能有效提高生产效率;（3）具有较好的工艺性能;（4）保证良好的使用性能;（5）标准化和通用化设计;（6）成本可控。3自动化工装设计的必要性分析当前大部分制造企业均采用较先进的数控机床进行零件加工，但加工工艺较很难跟上数据机床控制技术的发展，使数控机床无法发挥出其最大的作用。以某型号的梁类零件铣切加工工艺为例，工艺加工的目标是对该零件的内外形面和缘条进行铣切整形，根据现有的工艺路线，需要采用常规固定铣切夹具进行六点

5、压紧，压紧的实现方法是通过螺母和压板组合后由机械机构完成手工调整。在加工过程中，根据不同的工艺步骤，必须对夹具的夹紧位置进行多次调整，以适应数控机床的加工方位要求。通过对上述的传统加工工艺进行分析不难发现，机床实际切削加工所占的时间仅为整个工艺过程的一半左右，其余时间均用于零件的位置调整和夹紧，在调整期间，机床不得不反复停车和启动，这不但不利于产品的质量控制，还会严重限制机床性能的发挥。究其根本原因，关键在于工装夹具的设计思路与数据机床的生产要求不相符合。数据机床已经可以实现生产自动化，然而相应的工装仍然保持着传统的手工调整和夹紧要求，这成为了阻碍自动化生产的关键这所在。因此，按照自动化生产的

6、要求对传统工装进行改造或重新设计，是我国提高生产自动化水平、实现制造强国的必经之路。4自动控制技术在工装设计的应用工装夹具种类繁多、功能各异、结构也各不相同，很难对进行进行统一的分析和阐述，因此本文以前节所述的零件加工工装的设计应用为例，对自动控制技术的应用进行详细分析。4.1总体设计方案某型梁类零件铣切加工自动化工装主要由三大部分构成，分别为：（1）机械部分。主要是各类机械部件，例如通用机械移动平台、油缸连接件、定位装置等等。（2）传统部分。考虑到梁类零件铣切需要较大的压力和动力，本文设计的工装传统部分采用液压传动方案，由动力提供机构、压力传导机构、液压调整机构和运动控制系统等部分组成。（3

7、）电气部分。电气部分主要负责整个自动化工装的电气控制，使电子部分和机械部分协调工作，共同完成工件的快速定位与夹紧。4.2机械部分设计机械部分是电气控制的实物载体，由于夹紧机构需要实现通用化设计，因此机械部分采用了通用机械平台和专用旋转油缸组件。通用机械平台的作用是为了适应不同尺寸和形状的工件固定，使各种工件均可在平台上方便地选出夹紧点，实现平台的通用化应用需求，避免不同的工件需要反复切换平台。工件需要在机械平台上完成定位，采用两个工艺孔上的圆柱销进行固定。考虑到夹紧点位置通常需要反复变换，因此夹紧油缸采用转接机构与通用平台相连，可以实现快速锁紧。4.3传动部分设计传动部分采用液压传动方案，可以

8、实现工件的快速旋转夹紧和松开，准确地执行躲刀动作。液压传动保证了工件夹紧力足以抵抗外力的作用，保证工件位置的固定。控制油路可以满足液压夹紧装置的快速性要求，同时保证密封性能。旋转油缸作为液压传动部分中的关键执行元件，其内壁有一条螺旋状的导槽，活塞外圆有一个钢球，油缸腔充油时钢球沿导槽轨迹螺旋式运行，驱动活塞杆完成夹紧和松开动作。4.4电气部分设计电气部分是实现工装自动化的核心组成部分，它由触摸屏、plc控制器、驱动放大器、时间信号控制器等部分构成，其中触摸屏上有启动、停止、夹紧、松开和自动编程等功能按钮，可实现相应的工艺动作，触摸屏上还可以实时显示工装的当前状态，以及工件加工情况，用户可以通过

9、编程对加工工艺进行精确控制，也可以实现数据机床自动编程。整个电气部分由plc作为主控制器，负责协调所有部件的动作组合，共同完成工艺加工过程。上述自动化工装控制系统可实现高级语言编程，适用于米制、英制或混合尺寸编程，编制可以与加工同时进行。plc控制器采用西门子simatic s7-300软件及模块，可以实现机床坐标的连续控制以及主轴的启停控制，还能完成刀库换刀机械手、工作台托板交换、气液压、冷却和润滑等辅助功能，通过i/o控制实现各工序的有序进行，完成工装的自动化调整、夹紧与松开。5结语随着自动控制技术的发展，工装的设计与应用将与其有着更紧密的结合，为工装领域带来一次革命性进步。在自动控制技术的参与下，工件加工时间大大减小、装夹时间几乎被消除、实现全程加工无停车、加工质量有了质的飞跃、工人劳动强度大大下降。因此，自动控制技术在工装领域有着极其广阔的应用前景。参考文献：1王松. 论工装夹具自动