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濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計
第1章 引言
1.1我國沖壓設(shè)備與送料裝置的現(xiàn)狀及課題研究的實際意義
沖床或稱沖壓機,是一種普遍使用的延性金屬機械冷加工設(shè)備,除主流的應(yīng)用范圍機械器件的塑性成型外,還作為許多專用設(shè)備的本體和母機,用于篩網(wǎng)、墊網(wǎng)、防護罩等的沖剪加工.常規(guī)沖壓機主體有兩種主要形式曲柄沖壓機和液壓沖床.曲柄沖壓機是由曲柄滑塊機構(gòu)的主傳動帶動滑塊上下運動,由固裝于滑塊上的成形器(或模具或刀具)對來料實施沖制.來料一般為鋼帶或板料,每一沖壓循環(huán)完成一次加工.沖壓加工的主要特點是:無廢料或少廢料;出率高;被沖制的零件/器件的整體強度高。
沖壓成形的沖壓件具有重量輕、厚度薄、剛性好和質(zhì)量穩(wěn)定等一系列優(yōu)點，沖壓設(shè)備被廣泛使用。但由于傳統(tǒng)的沖床控制采用接觸器、繼電器控制，手工送料的方式，所以往往存在著效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問題，雖然購置新的數(shù)控設(shè)備可以解決這一問題，但往往資金投入較大，小型企業(yè)難以承受，若能在保留原有機床的基本功能基礎(chǔ)上，對其進行適當(dāng)?shù)母脑炫c改進，不失為一種好的方法。一方面可以節(jié)約資金，另一方面也不會使原來的機床閑置浪費，基于此種思想，對沖床進行了全面改造，本文對設(shè)計的詳細(xì)過程進行了全面的論述。
設(shè)計主要包含了兩方面內(nèi)容:即原有控制系統(tǒng)的改造與自動送料裝置的研制。設(shè)計思想是:利用接近開關(guān)檢測沖頭的位置，采集的信息經(jīng)處理后饋送到PLC控制器，PLC控制器通過程序控制放料電機、喂料步進電機帶動機械傳動裝置與吹風(fēng)閥協(xié)調(diào)工作，從而完成“放料—喂料—沖?！碉L(fēng)”這一系列動作，并借助于觸摸屏完成相應(yīng)參數(shù)的顯示與選擇，運動的啟動、停止等控制操作，最后把相關(guān)信息再饋送到中央控制室，借助于PC機完成系統(tǒng)的監(jiān)控。
本論文在內(nèi)容安排上首先介紹了題目的來源與意義及其相關(guān)的背景;系統(tǒng)方案的
確定、總體的組成、設(shè)計思想與理論依據(jù)等;系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試自運行以來，無論是在穩(wěn)定性、可靠性方面，還是在系統(tǒng)的精度與效率方面都有了很大的提高，同時節(jié)約了成本，降低了操作人員的勞動強度與人身危險系數(shù)，使系統(tǒng)的自動化、現(xiàn)代化程度大大提高，具體實施有較高的參考與使用價值，在同行業(yè)中有一定的推廣與應(yīng)用的實際意義。
近年來,一些高新技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn),要求沖制微型元件,由之帶來了沖床的小型化.傳統(tǒng)沖床速度低、精度差、特性硬等方面的問題在設(shè)備小型化后顯得十分突出,所以沖床小型化后的創(chuàng)新設(shè)計或改進設(shè)計變得重要．目前,德國產(chǎn)的一種沖剪膨脹金屬網(wǎng)的小型沖床(SP350型)的最高速度可達1600次/min,臺灣產(chǎn)同類沖床的速度也在500次/min以上．而我國用于同樣目的的機械給料式最小型沖床的最高沖剪速度只有180次/min．針對這一問題,通過多方案的分析，遴選,采用了機電結(jié)合的自動步進供料方案,使得改造后的沖剪機的加工速度大大提高.實際應(yīng)用表明,該機的加工速度的提高并沒有降低機器的進料精度和加工精度．為提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量,對原有生產(chǎn)過程進行深入了解，根據(jù)產(chǎn)品需要用沖床沖制成型,成品與廢料分離、碼料。整個工藝過程均為人工操作,工作效率低,勞動強度大,廢品率高,工人操作安全很難保障。鑒于此生產(chǎn)現(xiàn)狀,課題組結(jié)合廠家已有設(shè)備:沖床、涂漆機,設(shè)計、制造一套全自動生產(chǎn)線,該生產(chǎn)線不需要將卷料剪切,上卷后直接連續(xù)生產(chǎn),實現(xiàn)儲料、步進送料、沖制一體化功能。
沖壓成形是一種塑性加工方法，因沖壓件具有重量輕、厚度薄、剛性好和質(zhì)量穩(wěn)定的特點，所以沖壓設(shè)備被廣泛使用，其中鈑金件的90%是靠沖壓成形。沖壓成形作為一門古老而又年輕的制造技術(shù)，幾乎滲透到國民經(jīng)濟的每一個部門。沖壓制件無論在汽車制造業(yè)、農(nóng)業(yè)機械、動力機械、建筑機械、化工機械、精密機械、儀器儀表、醫(yī)療器械、日用五金等等，還是在航空航天、軍事兵器等各個門類，都占據(jù)著相當(dāng)重要的地位。沖床是屬于點位控制機床，在中間行程中不進行加工，由于一般加工產(chǎn)品單一，模具不經(jīng)常進行更換，所以在傳統(tǒng)的沖床控制中一般采用繼電器控制，送料一般采用手工送料，但此種方式存在著效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問題。而在我國的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、私營企業(yè)，由于受資金管理等方面的限制，簡易式?jīng)_壓設(shè)備使用較多，其送料絕大多數(shù)是靠人工手動送料，且缺乏保護裝置，“效率低，勞動強度大”是這些廠礦顯著的特點。我們注意到，在這些企業(yè)里的沖壓設(shè)備操作人員中，大多數(shù)人員都沒有經(jīng)過正規(guī)培訓(xùn)，并且在使用中違反操作規(guī)程或長期疲勞操作時有發(fā)生，因此給操作者帶來了較大的安全隱患，具不完全統(tǒng)計，全國每年因沖壓造成的事故高達100多起，嚴(yán)重的造成手?jǐn)啾壅鄢蔀榻K生殘疾。
隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場競爭日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，尤其是隨著工業(yè)的發(fā)展，沖壓制件類型、工藝、外形越來越復(fù)雜，精度要求越來越高，傳統(tǒng)的沖床己經(jīng)不能滿足要求，數(shù)控沖床應(yīng)運而生。數(shù)控沖床自動化的最終目標(biāo)就是:盡可能的減少人的直接參與，最大限度地降低操作人員的勞動強度。沖壓生產(chǎn)自動化具體來說主要是指包括材料供給、制品及廢料的排出、模具更換、沖床的調(diào)整與運轉(zhuǎn)、沖壓過程異常狀況的監(jiān)視等作業(yè)過程的自動化，將這些技術(shù)應(yīng)用到?jīng)_壓生產(chǎn)流水線的相應(yīng)環(huán)節(jié)從而實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)過程的自動化。
近年來，由于計算機控制技術(shù)、檢測技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展進步，交流伺服技術(shù)越來越多的應(yīng)用到?jīng)_壓生產(chǎn)領(lǐng)域，使得沖壓生產(chǎn)自動化、智能化、柔性化的水平大大提高，但作為數(shù)控沖床的輔助裝置—自動送料機構(gòu)，一直沒有得到應(yīng)有的重視。自動送料機構(gòu)作為沖壓加工生產(chǎn)實現(xiàn)自動化的最基本的要求，它的自動化程度高低，直接影響著沖壓生產(chǎn)效率、生產(chǎn)節(jié)拍以及沖壓生產(chǎn)整體自動化水平，只有其自動化程度與沖壓設(shè)備相匹配甚至高于沖壓設(shè)備，才能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓生產(chǎn)的完全自動化。因此，在發(fā)展沖壓成形設(shè)備的同時，給予送料機構(gòu)足夠的重視和研究是有著其實際的意義。
1.2課題研究的相關(guān)背景
沖壓生產(chǎn)的自動化，手工送料逐步由自動送料機構(gòu)所取代，從而進一步滿足沖壓生產(chǎn)自動化，大幅度提高生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)質(zhì)量，己是“大勢所趨”，但結(jié)合我國的實際國情及生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備在相當(dāng)長的一段時間里可能還要進行“服役”，要完全實現(xiàn)自動化可能還要有很長的一段路要走。獲得自動化數(shù)控生產(chǎn)的能力可以通過購買新設(shè)備及對舊設(shè)備進行更新改造，但購買新數(shù)控設(shè)備所需資金投入較大，淘汰替換下來的機床不但占用空間，同時也是資源上的一種浪費，尤其是在在資金短缺的情況下，通過對舊設(shè)備的改造獲得數(shù)控加工能力不失為一種有效的途徑，一方面可以節(jié)約資金，另一方面可以將廢舊閑置的設(shè)備進行充分的利用.為了保證工人的人身安全，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度，我們對沖壓機自動化送料系統(tǒng)進行了研制，在不對原設(shè)備進行“根本性”改造的前提下，使鋁箔板件的沖壓實現(xiàn)了自動化。我們本著節(jié)約資金、降低成本，提高生產(chǎn)效率，保障人身安全的科學(xué)人性化管理的方針，對沖床進行了數(shù)控改造和送料機構(gòu)的研制。
1.3數(shù)控機床與自動送料技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況及發(fā)展趨勢
1.3.1數(shù)控機床的產(chǎn)生
機械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求。在機械制造工業(yè)中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機械加工總量的70%～80%。為滿足多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適于產(chǎn)品頻繁變化的“柔性”自動化機床，在此背景下，數(shù)控機床應(yīng)運而生。
1.3.2計算機數(shù)控的發(fā)展
世界上的第一臺數(shù)控機床是由美國在五十年代開發(fā)研制的，使用電子管元件，體積龐大。到六十年代，由于半導(dǎo)體晶體管的開發(fā)與應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性提高、價格下降。七十年代隨著中小規(guī)模集成電路的應(yīng)用并伴隨著紙帶傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大提高了機床的加工效率及使用的靈活性，也使數(shù)控機床日趨完善。八十年代以來，微處理器的發(fā)展與應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)也迎來了計算機數(shù)字控制(CNC)時代，隨著微處理器的運算速度的不斷提高，數(shù)控機床的功能和應(yīng)用范圍也在不斷的發(fā)展與擴大。數(shù)控裝置先后經(jīng)歷了電子管(1925年)、晶體管(1959年)、小規(guī)模集成電路(1956年)、大規(guī)模集成電路及小型計算機(1970年)和微處理機或微型計算機(1974年)等五代數(shù)控系統(tǒng)。前三代屬于采用專用控制計算機的硬接線(硬件)數(shù)控裝置，一般稱為CNC數(shù)控裝置。第四代數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)了采用小型計算機代替專用硬件控制計算機，這種數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)。自1974年開始，以微處理機為核心的數(shù)控裝置得到迅速發(fā)展。
我國從1958年開始研制數(shù)控機床，自20世紀(jì)60年代中期進入實用階段，80年代開始，引進日本、美國、德國等國外著名數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)制造商的技術(shù)，使我國數(shù)控系統(tǒng)在性能、可靠性等方面得到了迅速發(fā)展。經(jīng)過“六五”、“七五”、“八五”及“九五”科技攻關(guān)，我國己掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的核心內(nèi)容。目前我國已有數(shù)控系統(tǒng)(含主軸與進給驅(qū)動單元)生產(chǎn)企業(yè)五十多家，數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)百余家。
1.3.3沖壓設(shè)備及自動送料裝置的發(fā)展方向
隨著電子、計算機、自動控制以及精密機械與測試技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，數(shù)控沖壓設(shè)備與自動送料裝置也在隨著數(shù)控機床的發(fā)展而在迅速發(fā)展和演變。概括起來主要表現(xiàn)在以下一些方面:
1．高精度化
當(dāng)代工業(yè)產(chǎn)品對精度的要求越來越高，很多精密零件的誤差范圍要求在微米以內(nèi)，與之相適應(yīng)，在計算機技術(shù)發(fā)展的推動下，各種加工精度補償技術(shù)得到了應(yīng)用和發(fā)展，機床結(jié)構(gòu)材料也開始普遍采用各種性能穩(wěn)定、溫度影響小的新型材料，如:花崗巖、精密陶瓷等，使得數(shù)控機床的各項精度越來越高。作為數(shù)控自動化的輔助裝置，自動送料裝置的精度會直接影響產(chǎn)品的精度，追求自動送料裝置的高精度化是永恒的主題，這主要表現(xiàn)在定位和進給量的大小上。
2．高速度化
提高生產(chǎn)效率主要表現(xiàn)在提高機床主軸的轉(zhuǎn)速和送料的進給量方面。如日本DIMAC公司生產(chǎn)的NC伺服輥輪送料機，能實現(xiàn)連續(xù)高速送料，最高速度可以達到100m/min，使機床的加工效率大幅提高。
3．高柔性化
市場競爭的日益激烈，利用最少的設(shè)備來生產(chǎn)盡可能多的沖壓制件，間接的降低生產(chǎn)成本成為各個廠家竟相追求的目標(biāo)之一;同時當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個性化，對機床提出了更高的柔性加工要求，如在一臺沖壓設(shè)備中完成不同的模具加工等。這種將各種加工功能在一臺機床上進行集成，均是為了在一臺機床上實現(xiàn)一次裝卡、送料就能完成對零件的不同加工要求，這充分展示了機床及生產(chǎn)線加工的柔性，并有利于提高加工精度。
4．高自動化
自動化是指在全部加工過程中，減少“人”的介入，而能自動地完成規(guī)定的任務(wù)。特別是現(xiàn)代數(shù)控機床與自動送料裝置的結(jié)合，使其真正的高度自動化成為可能。
5．高可靠性
大規(guī)模集成電路及計算機的應(yīng)用，使得數(shù)控機床越來越可靠。但是，由于使用現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，往往會受到很多的干擾，所以追求高可靠性是研究的一項重要課題。隨著我國沖壓行業(yè)的發(fā)展， 沖壓設(shè)備性能與世界的接軌，沖壓生產(chǎn)自動化程度的進一步提高，對沖壓生產(chǎn)的送料技術(shù)也提出越來越高的要求，以滿足與沖壓設(shè)備的配套。
6．交流伺服系統(tǒng)自動送料機構(gòu)
近20多年來，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，計算機控制技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，交流伺服驅(qū)動技術(shù)得到了飛速發(fā)展.交流伺服自動送料的動力來自交流伺服電動機，具有柔性化、智能化的特點，工作性能和工藝適應(yīng)性很強。在我國，較先進的自動送料裝置是深圳力豪公司的NCHF系列三合一伺服系統(tǒng)送料機，它適合于各種五金、電子、電器、玩具伺服送料及汽車零件連續(xù)沖壓加工，送料矯正;送料時可任意設(shè)定送料長度，操作容易，安全及穩(wěn)定性高。但是，在該送料機中所用的伺服馬達、電子元件和控制器等都是從日本引進的，國內(nèi)在這方面的技術(shù)還比較落后，因此，我們必須給予這方面技術(shù)充分的重視，加快研究開發(fā)，以較快的速度追趕發(fā)達國家的研究步伐。
1.4課題研究的任務(wù)及達到的預(yù)期目標(biāo)
本次改造任務(wù)包括機床的數(shù)控改造和自動送料裝置的設(shè)計。改造的基本思想是保留原來的沖床機械裝置，對其控制電路進行重新設(shè)計，使系統(tǒng)可在自動或手動方式下工作;設(shè)計出自動送料裝置，進料速度要能自動調(diào)節(jié)且和沖床工作情況相協(xié)調(diào);整個裝置應(yīng)具有以下特點:
(1)整個生產(chǎn)過程可在高度自動化狀態(tài)下完成，自動化程度達到或高于國內(nèi)同行先進水平。
(2)人機交互應(yīng)直觀方便、界面友好、操作簡單，中文數(shù)據(jù)處理顯示。
(3)監(jiān)視畫面可以動態(tài)監(jiān)視整個生產(chǎn)過程，反映相關(guān)參數(shù)，比如進料長度、電機轉(zhuǎn)速、啟動時間、停止時間、成品數(shù)量、所選檔位等。
(4)進料長度可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同規(guī)格的產(chǎn)品。
(5)有一定的故障自診斷畫面報警功能。
(6)要有相關(guān)的安全保護措施，比如雙啟動、急停、過流、過壓保護等。
(7)可對系統(tǒng)進行手動調(diào)節(jié)、點動控制、參數(shù)設(shè)定等。
(8)系統(tǒng)要有較高的精度，進料精度保證在0.5毫米以內(nèi)。
(9)自控系統(tǒng)無論在硬件選擇還是軟件編程上，應(yīng)保證系統(tǒng)的可靠性，使控制系統(tǒng)長時間工作在無故障或少故障狀態(tài)。
(10)在保證系統(tǒng)基本性能指標(biāo)的前提下，盡量節(jié)約成本，系統(tǒng)的性能價格比高，
(11)系統(tǒng)件應(yīng)具備可擴展性和開放性，保證系統(tǒng)投資的長期效應(yīng)以及系統(tǒng)功能不斷擴展的需要，并提供開放式數(shù)據(jù)通訊，以適應(yīng)整個車間或單位聯(lián)網(wǎng)進行集散控制的需 要 。
第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計
2.1自動送料裝置的平面圖
如圖2.1所示
圖2.1
自動送料裝置的工作原理：當(dāng)生產(chǎn)條件滿足,用PLC人機工作屏控制步進電機運轉(zhuǎn),使步進電機輸出步進角通過絲杠的轉(zhuǎn)動牽引送料，當(dāng)達到設(shè)定長度時,步進電機停止,送料到位靜止后,沖床沖壓,將芯片成型。通過計數(shù)器計數(shù)，從而使其往復(fù)自動送料。
2.2供料方案分析
不同噸位的沖床因其沖壓力、運動慣性及運動部件慣量/沖量作用,其沖頻是相對有限的。微型或小型器件的沖制,因沖壓力小,運動件慣性小,作業(yè)時設(shè)備的穩(wěn)定性容易保持,因而具備提速的潛能,但提速的幅度與步進的最大步距有關(guān)。目前,小型沖床極少采用液壓驅(qū)動式,這是因為液壓沖床要求的外圍設(shè)備多且需頻繁進行維護。針對主作業(yè)機構(gòu)為曲柄滑塊機構(gòu)的沖床而設(shè)計的自動步進送料系統(tǒng)根本目的是為了提高沖床的加工速度。根據(jù)沖床配置送料機構(gòu)的動力源不同可以將步進送料方式分為機械式、機電式、液壓式和氣動式四類。由于后兩種方式對液壓、氣動系統(tǒng)有獨立的外圍配套要求,小型沖床普遍用機械式或機電式送料。常規(guī)機械方式有許多不同的設(shè)計方案:不完全齒輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)多桿組合機構(gòu)等。這些送料方式的共性問題是送料運動穩(wěn)定性差、剛性沖擊大、響應(yīng)速度慢。高速沖壓加工時,或者難以保證成型產(chǎn)品的精度;或者引起運動失步而根本無法完成沖制。因此不宜用作高速沖床的送料方案。文獻[1]全面論述了一種精密間隙機構(gòu)———空間凸輪機構(gòu),可以被選擇用來實現(xiàn)步進送料。間歇凸輪機構(gòu)有兩種形式———端面凸輪或徑向凸輪,這是一類具有高分度精度的空間傳動裝置具有一系列的特點:能夠通過機械的強制鎖合使主輔運動保持同步聯(lián)動;具有高承載能力和低維修率可滿足用戶所要求的特殊運動特征,對其運動規(guī)律進行合理設(shè)計可得到好的高速動態(tài)性能。這類機構(gòu)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床的自動換刀裝置(ATC)、電機矽鋼片沖制以及其他步進給料裝置中。但盡管如此,如果結(jié)合具體的沖床設(shè)計,會發(fā)現(xiàn)這類機構(gòu)也存在問題:①要保證加工精度,必先保證進料精度,進料精度主要取決于凸輪機構(gòu)的運動和定位精度。故凸輪機構(gòu)本身的加工制造需要專用的機床,尤其是服役于高速下的凸輪需進行磨削加工。②空間凸輪機構(gòu)送料的沖床,加工柔性差,難以實現(xiàn)供料步距的無級化目標(biāo)。③一般而言,小型沖床為上驅(qū)動式,主
運動與供料運動的空間距離較大,同時分支傳動的減速比大,故需采用較長的傳動連接,這樣勢必產(chǎn)生大的累積誤差,導(dǎo)致精度下降。基于此,本設(shè)計提出并應(yīng)用了基于單片機控制的機電結(jié)合的沖床快速步進供料系統(tǒng)的解決方案。
步進角檢驗
PC控制
光電開關(guān)
送料工作臺
步進電機
驅(qū)動器
圖2.2
2.3控制系統(tǒng)設(shè)計
2.3.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
步進電機送料控制系統(tǒng)主要包括單片機主控電路、步進電機及其驅(qū)動電路、顯示電路、檢測電路及接口電路等部分.控制系統(tǒng)硬件電路如圖2.3所示.
圖2.3單片機控制系統(tǒng)電路組成
單片機選用89C52,由于其內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲器,使系統(tǒng)在開發(fā)及調(diào)試過程中十分容易進行程序的修改.同時,在系統(tǒng)工作過程中,能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息.單片機的看門狗電路采用集成的看門狗電路X25045,接線十分簡單.系統(tǒng)顯示部分由6位LED數(shù)碼管組成,其中最高兩位作為功能、狀態(tài)指示符,低4位用來顯示數(shù)據(jù).顯示驅(qū)動器選用的是帶有串行接口的8位LED控制驅(qū)動器PS7219,它可同時、直接驅(qū)動8位LED,與單片機的接口采用簡單的3線SPI方式,因此硬件線路十分簡單.鍵盤輸入設(shè)置了16個按鍵,識別方法采用簡單實用的線反轉(zhuǎn)法,16個按鍵按4@4的矩陣接到P2口的8位I/O口上,采用查詢方式工作.三相步進電機的驅(qū)動器選用了廠家配套的驅(qū)動系統(tǒng),它與主機的接口是單片機的P1口,并通過光電隔離電路隔離,以避免驅(qū)動器的強電部分對主機的干擾.為保證送料精度,步進電機啟停階段采用運動平穩(wěn)性最好的三相六拍工作方式,以減小其脈沖當(dāng)量.沖頭位置檢測傳感器采用電感式接近開關(guān),如圖2所示接到單片機的INT1口.為保證送料的準(zhǔn)確、及時,應(yīng)通過調(diào)試將其安裝到合適的位置.沖頭位置檢測以中斷方式工作.
2.3.2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
在步進電機及其控制設(shè)計時,要將設(shè)定的行程和速度轉(zhuǎn)換成電機的步數(shù)和定時常數(shù),以選擇步進電機.系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化,使得結(jié)構(gòu)簡單清晰,便于調(diào)試和修改.軟件模塊主要包括:初始化模塊、按鍵處理模塊、輸入處理模塊、顯示模塊等,程序流程如圖2.4所示.步進電機的控制通過中斷子程序完成,當(dāng)沖頭位置信號到即進入中斷子程序.
圖2.4程序流程圖
初始化程序的主要任務(wù)是設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志和用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)、置初始值、完成定時器初始化、PS7219初始化及中斷初始化.按鍵識別程序采用查詢方式,可分為兩步:第一步,將行線編程為輸入線,列線編程為輸出線,并使輸出為全零電平,則行線中電平由高到低所在行為按鍵所在行;第二步,將行線編程為輸出線,列線編程為輸入線,并使輸出為全零電平,則列線中電平由高到低所在行為按鍵所在列;綜合一、二步的結(jié)果,即可確定按鍵所在的行和列.為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,程序中采用了數(shù)據(jù)冗余、模塊令牌、程序陷阱等措施,以提高系統(tǒng)運行時的可靠性和抗干擾能力.送料系統(tǒng)采用作為控制核心,實現(xiàn)開卷、松卷、儲料、步進送料、糾偏等功能,并與原有設(shè)備協(xié)調(diào)工作.
第3章 沖床自動送料機構(gòu)組件絲杠的設(shè)計
圖3.1
選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動系統(tǒng)為：磨制絲杠(右旋)
軸承到螺母間距離(臨界長度)ln=1200mm,固定端軸承到螺母間距離Lk=1200mm
設(shè)計后絲杠總長=1600mm,最大行程=1200mm,工作臺最高移動速度Vman=14（m/min）
壽命定為Lh=24000工作小時。μ=0.1（摩擦系數(shù)）,電機最高轉(zhuǎn)速nmax=1800（r/min）
定位精度：最大行程內(nèi)行程誤差=0.035mm,300mm行程內(nèi)行程誤差=0.02mm,
失位量=0.045mm,支承方式為(固定—支承),W=1241kg+800kg（工作臺重量+工件重量）
g=9.8m/sec2(重力加速度),I=1(電機至絲杠的傳動比)
Fw=μ×W×g=0.1×2041×9.8≈2000N(摩擦阻力)
表3.1
運轉(zhuǎn)方式
軸向載荷
Fa=F+Fw （N）
進給速度
(mm/min)
工作時間
比例
無切削
F1=2000
V1=14000
q1=15
輕切削
F2=4000
V2=1000
q2=25
普通切削
F3=7000
V3=600
q3=50
重切削
F4=11000
V4=120
q4=10
Fa---軸向載荷（N）F---切削阻力（N）Fw ---摩擦阻力（N）
從已知條件得絲杠編號：此設(shè)計絲杠副對剛度及失位都有所要求，所以螺母選形為：FDG（法蘭式雙螺磨制絲杠），從定位精度得出精度精度不得小于P5級絲杠FDG_-_X_R-_-P5-1600X____
3.1計算選定編號
3.1.1導(dǎo)程
式（3-1）
在此為了安全性考慮：Pho=10(mm)
表3.2
運轉(zhuǎn)方式
進給速度(mm/min)
進給轉(zhuǎn)速(r/min)
無切削
V1=14000
n1=1400
輕切削
V2=1000
n2=100
普通切削
V3=600
n2=60
重切削
V4=120
n2=12
3.1.2平均轉(zhuǎn)速
式（3-2）
3.1.3平均載荷
式（3-3）
3.1.4時間壽命與回轉(zhuǎn)壽命
式（3-4）
3.1.5額定動載荷
以普通運動時確定fw取1.4
式（3-5）
得：額定動載荷Ca≥39673N
以Ca值從FDG系列表及（絲杠直徑和導(dǎo)程、絲杠長度表）中查出適合的類型為：
公稱直徑：d0=40mm絲杠底徑：d0=33.9mm導(dǎo)程：Pho=10mm循環(huán)圈數(shù)：4.5
額定動載荷為：48244N。
絲杠編號：FDG40×10R-P5-4.5-1600×____
3.1.6預(yù)緊載荷
Fao= Fmax/3=11000/3≈3666N 式（3-6）
3.1.7絲杠螺紋長度
Lu=L1-2Le 得出L1=Lu+2Le=1200+2×40=1280mm 式（3-7）
絲杠螺紋長度不得小于1280mm加上螺母總長一半84mm(從系列表中查出螺母總168mm)。得絲杠螺紋長度≥1364m。在此取絲杠螺紋長度L1=1400mm,則軸承之間的距離Ls=1400mm絲杠編號：FDG-10R-P5-4.5-1600×1400
3.2絲杠公稱直徑
臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速：
nkper≤0.8×nk得出 nk ≥ nkper/0.8 式（3-8）
以安裝形式確定fnk取18.9。
式（3-9）
可知絲杠螺母底徑大于?13.7
當(dāng)Pho=10(mm)、最高轉(zhuǎn)速達到1400（r/min）時，系列表中適合的公稱直徑d0≥32mm。
上述由額定動載荷Ca求得的公稱直徑d0=40mm>32，滿足條件，否則公稱直徑還應(yīng)加大。
絲杠編號：FDG40×10R–P5-4.5-1600×1400
3.3滾珠絲杠傳動系統(tǒng)剛度
初始條件：失位量=0.045mm。滾珠絲杠系統(tǒng)之間各元部件（絲杠、螺母、支承軸承），在此設(shè)為：0.04mm。此時滾珠絲杠系統(tǒng)各元部件單邊彈性變形量為：0.02mm。此時為無切削運動時的軸向載荷2000N。
3.3.1絲杠剛度
當(dāng)Ls1=Lk，Rs為最小，一般情況下計算最小剛度值。
式（3-10）
δ=Fa/Rs=2000/176≈11.4μm 式（3-11）
3.3.2螺母剛度
在此預(yù)緊載荷為額定動載荷的10%，螺母剛度從表中查出 R=2128N/μm
從表中查出額定動載荷Ca=48244N,在此ε取0.1．
式（3-12）
δnu=Fa/Rnu=2000/1554 ≈1.3μm 式（3-13）
3.3.3支承剛度
支承軸承剛度RaL可從軸承生產(chǎn)廠產(chǎn)品樣本中的查出。
在此RaL=1020N/μm
RaL=Fa/δaL得出δaL=Fa/RaL= 2000/1020 ≈ 2μm 式（3-14）
3.3.4軸向總剛度
1/Rtot = 1/Rs + 1/Rnu + 1/RaL
=1/176 + 1/1554 + 1/1020
≈1/138 得出Rtot≈137 N/μm 式（3-15）
3.4總彈性變形量(單邊)
δtot = δs + δnu + δaL
=11.4+1.3+2
=14.7μm ≤20μm，合格。 式（3-16）
從絲杠軸向總剛度的問題上來講，絲杠的剛度有時比螺母的剛度重要，最佳提升剛性的方法是提高絲杠的剛度，而不是在螺母上施加太重的預(yù)緊載荷(預(yù)緊載荷最高為額定動載荷的10%)，如果將絲杠的安裝方式改為（固定-固定）式，軸向總剛度的最小剛度Rtot≈305N/μm、總彈性變形量(單邊)δs=6.7μm。
3.5電機的選定
3.5.1驅(qū)動轉(zhuǎn)矩
Fa為無切削軸向載荷2000N。
式（3-17）
Fa為輕切削軸向載荷4000N。
式（3-18）
Fa為普通切削軸向載荷7000N。
式（3-19）
Fa為重切削軸向載荷11000N。
式（3-20）
由預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩
在此Kp取0.18
式（3-21）
在精確設(shè)計中要考慮各方面的轉(zhuǎn)矩(如：加速度時之負(fù)載轉(zhuǎn)矩及馬達所負(fù)荷的總慣性矩等)。I=1（電機至絲杠的傳動比）
平均速度時最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩
Mt1=Mta+Mte=19.5+1.4≈21Nm 式（3-22）
在此馬達轉(zhuǎn)速最高設(shè)計為1500r/min
電機的選定時，一般來說以平均速度時的 Mt1 在電機額定轉(zhuǎn)矩的30%以內(nèi)情況下使用。
3.6檢校
3.6.1絲杠理論容許軸向載荷
以安裝形式確定fFk取20.4
Fk=fFk×d24/Lk2×104 =20.4×33.92/1200×104≈187097N 式（3-23）
3.6.2絲杠工作容許軸向載荷
Fkzul =Fk/2=187097/2≈93549N 式（3-24）
最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷，合格。
3.6.3臨界轉(zhuǎn)速
以安裝形式確定取18.9
nk=fnk×d2/Ln2×107=18.9×33.9/12002×107≈4449 r/min 式（3-25）
3.6.4允許工作轉(zhuǎn)速
nkper≤0.8×nk=0.8×4449≈3559 r/min 式（3-26）
最大運動轉(zhuǎn)速小于允許工作轉(zhuǎn)速，合格。
第4章 基于Pro/E的沖床自動送料機構(gòu)裝配圖
如圖4.1所示
圖4.1
4.１沖床自動送料機構(gòu)重要組件零件圖
4.１.１導(dǎo)向桿
圖4.2
4.１.２導(dǎo)向桿座
圖4.3
4.１.３絲杠
圖4.4
4.１.４絲杠螺母
圖4.5
4.１.５軸承支座
圖4.6
4.２沖床自動送料機構(gòu)組件絲杠繪制過程
打開proe軟件，并設(shè)置工作目錄，
單擊按鈕，打開“新建”對話框。具體操作如下，
取消“使用缺省模板”復(fù)選框的默認(rèn)狀態(tài)后，具體操作如下，
最后單擊“確定”按鈕。
在工具欄中單擊按鈕，打開拉伸工具操控板。具體操作如下，
單擊“草繪”按鈕，進入草繪模式。具體操作如下，
繪制如圖所示的剖面，單擊按鈕，完成草繪并退出當(dāng)前草繪模式。具體操作如下，
在深度框中輸入深度值，在拉伸工具操控板上，單擊按鈕。
在菜單欄中選擇“插入”—“螺旋掃描”—“切口”命令，具體操作如下，
選擇“正向”—“缺省”，
具體操作如下，
輸入節(jié)距，
繪制掃描切口，具體操作如下，
此時，在掃描軌跡的默認(rèn)起點處顯示一個箭頭，指明掃描的路徑方向，具體操作如下，
在菜單管理器的“鏈”菜單中選擇“完成”命令，即生成絲杠。
結(jié)論
本文提出了一種配用于小型沖床的快速步進送料的機電結(jié)合式一體化送料系統(tǒng). 基于此種思想，對沖床進行了全面改造。此次設(shè)計主要包含了兩方面內(nèi)容:即原有控制系統(tǒng)的改造與自動送料裝置的研制。在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了變頻控制器與檢測接近開關(guān)，接近開關(guān)用于檢測沖頭的位置，把接受到的信息饋送到P比控制器，從而和放料、喂料步進電機與吹風(fēng)閥協(xié)調(diào)工作，完成“放料—喂料—沖?！碉L(fēng)”這一系列動作，并借助于觸摸屏完成相應(yīng)參數(shù)的顯示與選擇，運動的啟動、停止等控制，最后把相關(guān)信息再饋送到中央控制室，以完成總的監(jiān)控。簡化了沖床送料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),提高了沖床沖壓作業(yè)的精度和加工速度,改善了沖制加工的柔性,為步進送料的高速自動化這一沖床加工的共性問題提供了一種可行的解決方案.
目前該系統(tǒng)穩(wěn)定運行,實踐證明其達到了設(shè)計效果,不僅能滿足生產(chǎn)節(jié) 拍的需求,極大地克服了單機生產(chǎn)的弊端,而且性能可靠、操作方便、自動化程度高、人機對話界面友好,是適合我國國情的高效率全自動生產(chǎn)的機電一體化設(shè)備.通過此次實踐,在送料系統(tǒng)中采用步進電機送料和全閉環(huán)控制方式,使送料尺寸精度控制在1以內(nèi),不僅提高了自動線水平,同時也為采用步進電機送料和全閉環(huán)控制方式定子磁極沖片自動生產(chǎn)線做了有意義的嘗試,具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益.
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結(jié)束語
沖壓成形是一種塑性加工方法，要求被加工材料具有較高的塑性和韌性，較低的屈強比和時效敏感性，其坯料主要是板材、帶材、管材及其他型材，利用沖壓設(shè)備通過模具的作用，使之獲得所需要的零件形狀和尺寸。由于沖壓件具有重量輕、厚度薄、剛性好和質(zhì)量穩(wěn)定等一系列的優(yōu)點，所以沖壓設(shè)備在汽車制造業(yè)、農(nóng)業(yè)機械、動力機械、建筑機械、日用五金等方面被廣泛應(yīng)用。
傳統(tǒng)的沖床控制由于采用接觸器、繼電器控制，手工送料的方式，所以往往存在著效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問題，雖然購置新的數(shù)控設(shè)備可以解決這一問題，但往往資金投入較大，對原有的機床進行改造應(yīng)為一種好的方法。一方面可以節(jié)約資金，另一方面也不會使原來的機床閑置，經(jīng)過設(shè)計、裝配、調(diào)試，運行一個多月來，性能穩(wěn)定、可靠，達到了預(yù)期的效果，和以前原有系統(tǒng)比較，主要在以下方面有較大改進:勸節(jié)約了人力資源。原來一臺機床需要兩人操作，一人按動操作按鈕，另外一人負(fù)責(zé)拽料:而改造之后由于采用了送料電機自動送料，PLC控制器進行控制，所以一人可以操作數(shù)臺機床(實際上是系統(tǒng)啟動后自動執(zhí)行程序；節(jié)約了材料，降低了成本。原系統(tǒng)是采用手工拽料，為了便于拖拽，兩個成品之間需留有10毫米左右的間隙，這對于生產(chǎn)企業(yè)追求利益最大化的今天無疑是一筆很大的浪費;改造之后的系統(tǒng)，兩件成品之間不再留有間隙，每個產(chǎn)品按用料160毫米計算，這樣每生產(chǎn)16個飯盒就可以節(jié)約一件產(chǎn)品的成本，即材料成本較原來降低將接近6%；效率大大提高。改造前是手工送料，由于受到人手反應(yīng)能力的局限，沖床的次數(shù)是30次/分，改造之后屬于數(shù)控送料沖床的次數(shù)提高到45次/分:最快進料速度可達60米/分；人員的安全系數(shù)大大提高。由于原系統(tǒng)是手工拖拽料，和沖床的沖頭保持近距離接觸，所以操作人員注意力始終要保持高度集中，稍有不慎都有可能造成危險;而改造之后由于采用自動送料這一危險將被徹底根除；可靠性得到大大改善。由于采用了變頻器故障檢測、PLC控制器自診斷技術(shù)、多種過壓、過流、過熱保護措施，軟件的冗余糾錯技術(shù)、故障報警措施，系統(tǒng)的可靠性大大提高；控制精度得到提高原系統(tǒng)的進料是靠手工拖料，定位是一塊檔板，定位精度和操作者的熟練程度很有關(guān)系，拖拽的松緊直接關(guān)系到定位;而改造之后的系統(tǒng)是靠步進電機喂料，理論設(shè)計精度可達±0.1毫米，經(jīng)實際測量在±0.25 毫米內(nèi)(主要原因在于機械傳動過程中存在相對滑動與間隙)，而廠家要求為±1毫米，可以說完全滿足要求；現(xiàn)代化程度大大提高。系統(tǒng)的放料、喂 料、沖模、吹風(fēng)等一系列的動作，都是在PCL控制器的控制之下完成的.整個過程不需要人的直接參與，同時為了滿足網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需要，此次設(shè)計還配備了上位機，用以監(jiān)控車間的機床運行狀況，并可以對其完成啟動、停止、手動、自動等操作，根據(jù)需要，軟件的功能可以進一步完善，比如員工的操作記錄，報表打印等，此次設(shè)計改造可以說是真正實現(xiàn)了系統(tǒng)的柔性化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化.由于此次設(shè)計，時間短、任務(wù)重，系統(tǒng)投入運行的時間還不算太長，一些缺陷和不足還有待進一步的發(fā)現(xiàn)與探究，其實現(xiàn)的功能根據(jù)具體的現(xiàn)場條件變化，還有待進一步的改進和完善。
此次設(shè)計綜合了電氣、計算機控制、氣動、自動化工程等多方面的知識，可以說是以前所學(xué)的實際綜合運用，通過本次設(shè)計.自己掌握了一般工程的設(shè)計思路與方法，從中得到了學(xué)習(xí)與鍛煉，相信此次學(xué)位論文設(shè)計對自己以后從事相關(guān)的科研、開發(fā)工作，必定會打下一個良好的基礎(chǔ)。
參考文獻
[1]于云滿,于敏.精密間歇機構(gòu)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000
[2]高海濤,周庚生,李素萍,等.壓力機送料裝置機電一體化改裝[J].軸承,2000(2):25-27
[3]潘新民.單片微型計算機實用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:人民郵電出版社,1992
[4]余永權(quán).Flash單片機原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,1997
[5]張永飛.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2004204
[6]張友兵.基于伺服系統(tǒng)的開卷自動線送料系統(tǒng)[J].制造技術(shù)與機床,2005,(8):43-46
[7]常斗南.可編程控制器原理、應(yīng)用、實驗[M].北京.機械工業(yè)出版社,2001206
[8]馬西庚.步進伺服系統(tǒng)細(xì)分控制的研究與實踐[J].機械工業(yè)自動化,2004,(4):29-31.t
[9]Saeed B. Niku著，機器人學(xué)導(dǎo)論：分析、系統(tǒng)及應(yīng)用。北京：電子工業(yè)出版社 2004
[10]白井良明編著，機器人工程。北京：科學(xué)出版社,2001