沖壓機(jī)床自動送料控制實現(xiàn)說明書,沖壓,機(jī)床,自動,控制,節(jié)制,實現(xiàn),說明書,仿單 I沖 壓 機(jī) 床 自 動 送 料 控 制 實 現(xiàn)摘 要 ： 隨 著 社 會 的 發(fā) 展 ， 科 技 水 平 不 斷 提 高 ， 現(xiàn) 代 工 業(yè) 的 自 動 化 程 度 越 來 越高。沖壓機(jī)床在制造業(yè)中起著至關(guān)重要的作用。然而現(xiàn)在還有很多沖壓機(jī)床使 用手動送料和機(jī)械方式送料，這些方式存在著很多缺點(diǎn)，比如生產(chǎn)效率低、成本 較高，存在著安全隱患等等。本文通過對現(xiàn)有的普通沖壓機(jī)床的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了解與分析，設(shè)計一種通過 PLC 控制的自動送料系統(tǒng)，首先設(shè)計出自動送料裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，然后使用 PLC 控制自動送料裝置，從而實現(xiàn)沖壓機(jī)床的自動送料。這種自動送料方式可以適用 于不同的機(jī)床，方便調(diào)節(jié)送料長度，跟隨時代的進(jìn)步，提高沖壓的自動化程度、 沖壓精度以及沖壓效率。關(guān)鍵詞：沖壓機(jī)床；自動送料；PLC 控制IVRealization of automatic feeding control for stamping machineAbstract: With the development of society, punching machine plays an important role in manufacturing industry. But now there are a lot of stamping machine manual feed and feeding mechanical way, which has many shortcomings, such as low efficiency, high cost, and a potential safety hazard.In this paper, we understand and analyze the motion law of the existing ordinary stamping machine.A kind of automatic feeding system using PLC is designed. First of all, design the mechanical structure of the automatic feeding device is designed, then using the PLC control automatic feeding device to realize the automatic feeding of stamping machine. This automatic feeding mode can be applied to different machine tools, so as to adjust the feeding length, follow the progress of The Times, improve the automatic degree of punching, punching precision and punching efficiency.Keywords： Punching machine； mechanical feed； Programmable Logic ControllerIII目 錄摘 要 ...............................................................................................................................................................IAbstract......................................................................................................................................................II1 緒 論 .............................................................................................................................................................11.1 研 究 目 的 及 意 義 ........................................................................................................................11.1.1 研 究 的 目 的 ...................................................................................................................11.1.2 研 究 的 意 義 ...................................................................................................................11.2 國 內(nèi) 外 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 ........................................................................................................................21.3 研 究 內(nèi) 容 ....................................................................................................................................21.4 本 章 小 結(jié) ....................................................................................................................................22 沖 壓 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu) 分 析 ..................................................................................................................................32.1 沖 壓 機(jī) 床 的 原 理 ........................................................................................................................32.1.1 簡 介 ...............................................................................................................................32.1.2 工 作 原 理 .......................................................................................................................32.2 沖 壓 機(jī) 床 的 分 類 ........................................................................................................................32.2.1 滑 塊 驅(qū) 動 力 ...................................................................................................................42.2.2 滑 塊 運(yùn) 動 方 式 ...............................................................................................................42.2.3 滑 塊 驅(qū) 動 機(jī) 構(gòu) ...............................................................................................................42.2.4 本 章 小 結(jié) .......................................................................................................................53 控 制方 案 設(shè)計 ............................................................................................................................................63.1 沖 壓 機(jī) 床 自 動 送 料 的 功 能 要 求 .................................................................................................63.2 送 料 方 式 的 選 擇 ........................................................................................................................63.2.1 機(jī) 械 方 式 自 動 送 料 介 紹 ...............................................................................................63.2.2 沖 床 自 動 送 料 控 制 方 法 ...............................................................................................73.3 控 制 方 案 設(shè) 計 ............................................................................................................................83.3.1 送 料 結(jié) 構(gòu) .......................................................................................................................83.3.2 工 作 流 程 .....................................................................................................................103.4 主 要 裝 置 ..................................................................................................................................113.4.1 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) .............................................................................................................113.4.2 限 位 開 關(guān) .....................................................................................................................133.4.3 編碼器 ...........................................................................................................................153.4.4 本 章 小 結(jié) .....................................................................................................................15IV4 控 制 系 統(tǒng) ................................................................................................................................................164.1 方 案 選 擇 ..................................................................................................................................164.2 電 氣 原 理 .................................................................................................................................174.2.1 I/O 分 配 .....................................................................................................................174.2.2 電 氣 原 理 圖 .................................................................................................................184.3 PLC 程 序 的 編 寫 .......................................................................................................................194.4 本 章 小 結(jié) ..................................................................................................................................215 總 結(jié) ........................................................................................................................................................22參 考 文 獻(xiàn) ...................................................................................................................................................23致 謝 ..........................................................................................................................................................24附 錄 A 外 文 文 獻(xiàn) 翻 譯 ..............................................................................................................................25附 錄 B 接線圖 .............................................................................................................................................56附 錄 C 程 序 ..............................................................................................................................................57附 錄 D 自 動 送 料 裝 置 結(jié) 構(gòu) 三 維 圖 ..........................................................................................................5811 緒 論1.1 研究目的及意義1.1.1 研 究 的 目 的在當(dāng)今世界，科技的力量越來越強(qiáng)，各種琳瑯滿目的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在我們的 生活和學(xué)習(xí)中，衣食住行處處可見智能化的發(fā)展，但是，基礎(chǔ)的機(jī)械制造業(yè)仍然 在世界上有很高的地位，非但沒有被逐漸淘汰，而且有了更好的發(fā)展。在機(jī)械制 造領(lǐng)域，各式各樣的機(jī)床有著不可或缺的作用，大多數(shù)的機(jī)械零件、機(jī)械產(chǎn)品的 加工生產(chǎn)都用到了機(jī)床。沖壓機(jī)床更是在機(jī)械加工工廠隨處可見，小到手表的金 屬后蓋，大到汽車的外殼都用到了沖壓技術(shù)。沖壓機(jī)床通過對物料如金屬板料進(jìn) 行沖壓使其變成所需要的產(chǎn)品形狀，在現(xiàn)今這個講究效率、低成本的社會，提高 沖壓機(jī)床的自動化是大勢所趨，沖壓機(jī)床送料的方式性能對于其提高自動化有很 關(guān)鍵的作用。 以前的一些手動送料的方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)制造要求， 因此，沖壓機(jī)床的自動送料的方法和裝置漸漸出現(xiàn)并得到充分的利用。現(xiàn)如今，很多沖壓式機(jī)床都是通過機(jī)械的方式實現(xiàn)自動送料，從而導(dǎo)致安裝 時不方便，精度不易掌控，送料長度固定，要想改變送料長度，必須要通過重新 計算設(shè)計才能實現(xiàn)，極其的不便。因此，設(shè)計一種通過控制方法實現(xiàn)自動送料的 意義很大，它可以消除或者明顯改善這些缺點(diǎn)、不足。本次設(shè)計采用控制方式實現(xiàn)其自動送料， 適用于多種沖床， 易調(diào)節(jié)送料間隔， 拆裝簡單方便，自動化程度提高，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量。1.1.2 研 究 的 意 義沖壓機(jī)床自動送料的控制實現(xiàn)具有以下意義;（1）提高沖壓的自動化 可以適用于不同的機(jī)床，在安裝時簡單方便，操作起來較為簡便，自動化程度高，容易調(diào)節(jié)送料的長度。（2）節(jié)省成本，生產(chǎn)效率高 操作時簡單方便，對工人的技術(shù)水平要求不高，一人可以同時管理多臺沖壓機(jī)床。（3）操作安全 相對于手動送料的方式，控制方式實現(xiàn)自動送料不需要當(dāng)每次沖壓完成時，2人工將物料放入沖壓機(jī)床沖頭下邊，在發(fā)生意外情況時，防止了工人受到傷害。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會的不斷進(jìn)步，工業(yè)進(jìn)展迅速，在機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域，沖壓工藝的出現(xiàn) 簡化了很多傳統(tǒng)的機(jī)械加工，因此，沖壓機(jī)床有著非常重要的地位。近幾年， 國內(nèi)技術(shù)雖然沒有國外技術(shù)更加成熟先進(jìn)， 但其差距已經(jīng)越來越小。 大型的多工位壓力機(jī)在過去只有工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，比如德國才擁有，我國只能從 外國進(jìn)口， 沒有自己的技術(shù)。 但在 20 世紀(jì)末， 經(jīng)過相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員不斷摸索 和努力開發(fā)，我國終于也研制成功。在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)，比如汽車，航天，電器 等領(lǐng)域，需要很多的各種各樣的板料零件，特別是在汽車生產(chǎn)制造方面的行業(yè)， 隨著人們對潮流的追逐，汽車的樣式變得越來越豐富多樣，以滿足人們的不同品 味要求， 在制造過程中也越來越自動化、 規(guī)模化。 隨著 21 世紀(jì)的到來， 人們的生 活越來越好，人們漸漸富裕起來，對美好的生活越來越向往，這使得汽車的需求 量大大加多，這使得機(jī)械制造領(lǐng)域?qū)饘侔辶霞庸び辛烁笮枨蠛鸵?，因此?我國的沖壓機(jī)床得到了快速發(fā)展。沖壓機(jī)床為了滿足要求逐漸升級換代，運(yùn)用到 了很多諸如信息技術(shù)、自動化技術(shù)之類的技術(shù)方法，然而，在沖壓機(jī)床的自動送 料方面的技術(shù)并沒有得到相對應(yīng)的發(fā)展。1.3 研究內(nèi)容本次設(shè)計的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:（1） 對現(xiàn)有的沖壓機(jī)床進(jìn)行分析， 了解其工作原理， 分析沖壓機(jī)床的運(yùn)動規(guī) 律；（2）了解現(xiàn)有的沖壓機(jī)床自動送料裝置、分析其結(jié)構(gòu)和工作原理；（3）采用控制方式實現(xiàn)沖壓機(jī)床的自動送料。1.4 本章小結(jié)在本章中，主要介紹了沖壓機(jī)床自動送料控制實現(xiàn)這個課題的研究目的，闡 明了沖壓機(jī)床及其送料裝置近幾年的世界發(fā)展情況，并對本課題的研究方向及內(nèi) 容進(jìn)行了說明。32 沖 壓 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu) 分 析2.1 沖壓機(jī)床的原理2.1.1 簡 介沖壓機(jī)床，一種對物料進(jìn)行沖壓從而改變物料形狀，使其變?yōu)樗枰男螤?簡稱沖床。當(dāng)今，很多工廠、生產(chǎn)車間都在使用沖壓機(jī)床，沖壓機(jī)床使得很多機(jī) 械加工變得更為簡便，大大的提高了工廠的生產(chǎn)力。沖壓機(jī)床主要針對于板料， 可以進(jìn)行沖孔、拉伸、成型等等，沖壓機(jī)床運(yùn)用于很多領(lǐng)域，在當(dāng)今制造業(yè)有著 不可或缺的作用。比如汽車、摩托車，電腦、家用電器、導(dǎo)彈、飛機(jī)等等都用到 了沖壓機(jī)床。2.1.2 工 作 原 理沖壓機(jī)床將電機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為沖床沖頭的上下運(yùn)動，從而實現(xiàn)對工件進(jìn)行連 續(xù)沖壓，使得板料成型。連桿的旋轉(zhuǎn)到?jīng)_壓機(jī)床沖頭上的滑塊上下動作通過一種球型機(jī)構(gòu)或是圓柱型 機(jī)構(gòu)連接起來，這種機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)化這兩種運(yùn)動使得沖壓機(jī)床正常工作。圖 2.1 沖壓機(jī)床2.2 沖壓機(jī)床的分類現(xiàn)有的沖壓機(jī)床可以從滑塊的三個方面進(jìn)行分類。42.2.1 滑 塊 驅(qū) 動 力沖壓機(jī)床是通過沖頭的上下運(yùn)動來對材料進(jìn)行沖壓的， 沖頭連接著沖床滑塊， 因此，沖壓機(jī)床的工作過程是通過帶動滑塊來完成的，不同的沖壓機(jī)床有著不同 方式的驅(qū)動力，有的沖壓機(jī)床是通過機(jī)械的方式驅(qū)動滑塊，而有的沖壓機(jī)床是通 過液壓的方式驅(qū)動滑塊。一般情況下，加工普通的金屬板料時，大部分使用的都是機(jī)械式?jīng)_壓機(jī)床。 液壓式?jīng)_壓機(jī)床使用的范圍也較為廣泛。2.2.2 滑 塊 運(yùn) 動 方 式很多沖床為了適應(yīng)不同的加工領(lǐng)域，其滑塊設(shè)計出了不同的運(yùn)動方式，以此 可分為三類：單動沖壓機(jī)床、復(fù)動沖壓機(jī)床、三動沖壓機(jī)床。復(fù)動沖壓機(jī)床和三動沖壓機(jī)床更多的用在需要加工較大材料的的地方，沒有 單動式?jīng)_壓機(jī)床運(yùn)用的多。2.2.3 滑 塊 驅(qū) 動 機(jī) 構(gòu)不同的沖壓機(jī)床在滑塊的驅(qū)動上使用的機(jī)構(gòu)可能也不同，現(xiàn)如今，沖壓機(jī)床 根據(jù)滑塊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以分為八種，分類情況見表 2.1。表 2.1 機(jī)械式?jīng)_床種類沖 詳解 床種類滑塊驅(qū)動機(jī)構(gòu) 主要用途 特點(diǎn)性能 應(yīng)用范圍曲軸式?jīng)_壓機(jī) 床曲軸機(jī)構(gòu) 沖切、拉伸、 鍛造、彎曲功能多，適用 范圍廣幾乎所有的沖 床加工無曲軸式?jīng)_壓 機(jī)床偏心齒輪沖切、拉伸、 鍛造、彎曲軸剛性好、潤 滑性能好行程較長的情 況鍛壓、壓潰、 多用性、造價摩擦式?jīng)_壓機(jī) 摩擦傳動與螺 彎曲、成形、 低、但加工精 已經(jīng)逐漸被淘度低、生產(chǎn)速床 旋機(jī)構(gòu) 拉伸度慢汰5肘節(jié)式?jīng)_壓機(jī) 床 肘節(jié)機(jī)構(gòu)壓印加工、精 整、壓縮加工滑塊運(yùn)動曲線 好冷間鍛造主要用于耐火 結(jié)構(gòu)簡單，制螺旋式?jīng)_壓機(jī) 造容易，但效床螺旋機(jī)構(gòu) 材料的成型率低應(yīng)用范圍較廣齒條式?jīng)_壓機(jī) 齒條與小齒輪 擠壓、榨油、 結(jié)構(gòu)簡單、制 已經(jīng)被液床 機(jī)構(gòu) 壓入 造容易 壓式?jīng)_床取代連桿式?jīng)_壓機(jī) 較大零件的加 加工周期短、 汽車主體面板床連桿機(jī)構(gòu)工 床臺面寬 加工需要較小壓力 滑塊的活動曲凸輪式?jīng)_壓機(jī) 線好，但壓力床凸輪機(jī)構(gòu) 的地方較低適用范圍較小2.2.4 本 章 小 結(jié)本章中，對現(xiàn)存的沖壓機(jī)床的原理進(jìn)行了闡述，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研 究與分析。然后對世界上的各種沖壓機(jī)床進(jìn)行分類分析，了解其、沖壓機(jī)床的各 種用途、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)性能以及適用范圍。通過以上方面開始對沖壓機(jī)床自動送料 的控制實現(xiàn)開始設(shè)計。63 控 制 方 案 設(shè) 計3.1 沖壓機(jī)床自動送料的功能要求在開始設(shè)計沖壓機(jī)床自動送料系統(tǒng)時，首先需要明確它的作用和功能，再進(jìn) 行具體設(shè)計。通過第一章對沖壓機(jī)床的分析了解，沖壓機(jī)床自動送料的功能作用 主要有以下幾點(diǎn)：（ 1） 當(dāng) 沖 床 還 未 開 始 沖 壓 時 ， 將 板 料 送 入 沖 床 工 作 臺 面 上 ；（ 2） 當(dāng) 沖 床 向 下 運(yùn) 動 準(zhǔn) 備 進(jìn) 行 沖 壓 時 ， 送 料 結(jié) 束 ；（ 3） 可 以 不 斷 循 環(huán) （ 1） （ 2） 過 程 完 成 自 動 送 料 動 作 ；（ 4） 可 以 按 照 所 需 要 的 送 料 長 度 對 沖 床 進(jìn) 行 送 料 。 具體功能為：當(dāng)沖床沖頭提起時，根據(jù)多需要的送料長度進(jìn)行送料，在沖頭下壓進(jìn)行沖壓之前送料結(jié)束完成一次沖壓。當(dāng)下一次沖床的沖頭提起時，自動送 料裝置繼續(xù)根據(jù)所需送料長度進(jìn)行送料，依次循環(huán)。以上便是本次設(shè)計的沖床自 動送料裝置的主要功能。3.2 送料方式的選擇3.2.1 機(jī) 械 方 式 自 動 送 料 介 紹圖 3.1 單邊輥軸送料裝置原理圖現(xiàn)今有一部分沖壓機(jī)床送料方式是采用機(jī)械方式。機(jī)械方式的自動送料是將7自動送料設(shè)備與沖壓機(jī)床通過連桿機(jī)構(gòu)連接起來，通過送料設(shè)備與沖壓機(jī)床沖頭 的配合進(jìn)行自動送料。如上圖所示，當(dāng)沖壓機(jī)床的沖頭隨滑塊提起時，連桿帶動大齒輪，然后大齒 輪帶動輥軸使板料向前送進(jìn)進(jìn)行送料，當(dāng)沖頭下壓快對板料進(jìn)行沖壓時，一次送 料結(jié)束。依次循環(huán)，完成沖壓機(jī)床的自動送料。圖 3.2 機(jī)械方式送料實物圖3.2.2 沖 床 自 動 送 料 控 制 方 法用控制方法實現(xiàn)自動送料是將送料機(jī)構(gòu)與沖壓機(jī)床分開，安裝便捷，可控性 高。對此，通過第二章對沖壓機(jī)床結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析選出了以下幾個方案來實 現(xiàn)沖壓機(jī)床的自動送料。方案一：設(shè)計一種機(jī)械手，通過機(jī)械手來給沖壓機(jī)床進(jìn)行送料。通過機(jī)械手 將物料抓住然后送到?jīng)_壓機(jī)床沖頭下邊然后松開回到最初位置完成一次送料，之 后按此循環(huán)即可實現(xiàn)沖床的自動送料。這種方式自動化程度高，方便更改送料長 度，但這種方式的自動送料對控制方面的要求較高，對機(jī)械手的設(shè)計難度也必較 高，并且其造價也較為昂貴。方案二：使用液壓或者氣壓傳動的方式與沖床配合進(jìn)行自動送料。通過液壓 或者氣壓的方式先將板料夾緊，然后向前送進(jìn)所需的送料長度，所需的長度送進(jìn)8完成后，與板料分離并回到原始位置，完成一次送料。依次循環(huán)完成沖壓機(jī)床的 自動送料。整個過程基本為：夾緊板料→送進(jìn)板料→分離板料→退回復(fù)位。需要兩個雙 作用液壓缸或者氣壓缸，其中一個雙作用缸負(fù)責(zé)夾緊和分離板料，另一個雙作用 缸負(fù)責(zé)送進(jìn)和退回，兩個雙作用缸相互配合完成沖壓機(jī)床的自動送料。對于液壓傳動，它是通過加裝油液進(jìn)行工作的，油液的溫度較大時不易保持 傳動速度的穩(wěn)定性，油液污染對傳動的性能也有較大的影響；對于氣壓傳動，它是通過吸取空氣進(jìn)行工作的，因此在使用時比較方，而且 其對環(huán)境沒有污染，反應(yīng)也較為迅速。但氣壓傳動運(yùn)動的潤滑性能不高，在工廠 車間，空氣質(zhì)量較差，不利于氣壓傳動。這兩種傳動方式的精度都不高，不容易控制，造價也較為昂貴。 方案三：使用電機(jī)帶動滾輪， 通過滾輪的滾動將板料送進(jìn)沖壓機(jī)床。 如圖 3.3所示，板料上方的滾輪通過連接一個電機(jī)來帶動其旋轉(zhuǎn)，與板料下的滾輪配合夾緊板料使得板料向前送進(jìn)。這種自動送料方式比較容易控制，工作效率高。3.3 電機(jī)帶動滾輪進(jìn)行送料綜上分析，本此設(shè)計選擇方案三，使用電機(jī)帶動滾輪，通過滾輪的滾動將板 料送進(jìn)沖壓機(jī)床。3.3 控制方案設(shè)計3.3.1 送 料 結(jié) 構(gòu)根據(jù)沖床自動送料控制方法中的方案三設(shè)計出送料結(jié)構(gòu)。對于開始送料與一 次送料結(jié)束的控制方法有兩種方案可供選擇。以下是這兩種方案的對比分析：方案一：如圖 3.3 所示，兩個滾輪始終夾緊板料，上滾輪連接電機(jī)。當(dāng)開始9送料時啟動電機(jī)，電機(jī)帶動滾輪使板料向前輸送，當(dāng)送料長度達(dá)到以后，電機(jī)停 止轉(zhuǎn)動，從而使板料停止輸送完成一次沖壓，依次循環(huán)。送料的一次循環(huán)基本過 程為： 電機(jī)啟動→開始送料→電機(jī)停止→送料結(jié)束。 這種方式控制起來比較簡單， 但沖床在沖壓頻率較高的情況下， 電機(jī)不斷的開始和停止轉(zhuǎn)動， 很容易損壞電機(jī)。方案二：與方案一一樣，上滾輪同樣連接電機(jī)，但開始送料之前上滾輪與板 料分開，先啟動電機(jī)，當(dāng)開始送料時，將上滾輪下壓但板料上與下滾輪夾緊板料 使板料向前輸送，當(dāng)送料長度達(dá)到以后，將上滾輪提起，從而使板料停止輸送完 成一次沖壓動作，依次循環(huán)。送料的一次循環(huán)的基本過程為：滾輪下壓→開始送 料→滾輪上提→送料結(jié)束。這種方案電機(jī)一直處于啟動狀態(tài)，連續(xù)轉(zhuǎn)動，容易控 制送料長度。綜上分析，選擇方案二作為本次設(shè)計的自動送料裝置結(jié)構(gòu)方案。圖 3.4 沖壓機(jī)床自動送料結(jié)構(gòu)具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 3.5 所示，其中滾輪 1 上安裝有電機(jī)和液壓系統(tǒng)裝置。電機(jī)負(fù)責(zé)帶動滾輪轉(zhuǎn)動，液壓裝置負(fù)責(zé)將滾輪 1 下壓到板料上和從板料上提起，滾輪 1 的初始位置為如圖所示的提起狀態(tài)。滾輪 2 上 安 裝 有 正 交 編 碼 器 ， 板 料 在向 前 輸 送 時 ， 會 帶 動 滾 輪 2 轉(zhuǎn) 動 ， 通 過 滾 輪 2 的轉(zhuǎn)動從而計算出將板料的送進(jìn)長 度。為了防止當(dāng)滾輪 1 松開時，板料由于慣性會繼續(xù)向前送進(jìn)，因此設(shè)計滾輪 3和滾輪 4 來夾緊板料從而增加與板料之間的摩擦力，防止板料因慣性前移影響到 沖床沖壓。103.3.2 工 作 流 程沖壓機(jī)床的自動送料工作流程如圖 3.5 所示。圖 3.5 自動送料工作流程沖床自動送料控制系統(tǒng)具體工作流程如下：（ 1） 先 手 動 將 板 料 放 入 自 動 送 料 機(jī) ；（ 2） 啟 動 自 動 送 料 裝 置 ， 電 機(jī) 開 始 轉(zhuǎn) 動 并 帶 動 滾 輪 1 轉(zhuǎn)動；（ 3） 啟 動 沖 床 ， 沖 床 沖 頭 對 板 料 沖 壓 ， 并 帶 動 連 桿 ， 沖 壓 完 成 時 ， 沖 頭 帶11動連接桿觸碰到限位開關(guān)從而給安裝在滾輪 1 上的液壓裝置一個信號；（ 4） 液 壓 系 統(tǒng) 接 收 到 該 信 號 后 ， 此 時 沖 床 沖 壓 剛 抬 起 ， 然 后 液 壓 裝 置 通 過 液壓缸將滾輪 1 下壓到板料上 ， 使其與滾輪 2 配合夾緊板料， 使得板料向前送料；（ 5） 當(dāng) 編 碼 器 測 得 所 需 要 的 送 料 長 度 之 后 ， 液 壓 裝 置 通 過 液 壓 缸 將 滾 輪 1提起復(fù)位，一次送料結(jié)束。（ 6） 依 次 循 環(huán) ,實 現(xiàn) 沖 床 的 自 動 送 料 。3.4 主要裝置3.4.1 液 壓 傳 動 系 統(tǒng)為 了 更 好 的 配 合 沖 床 沖 壓 ， 通 過 分 析 對 比 ， 在 用 機(jī) 械 方 式 來 控 制 滾 輪 1 的上提與下壓和用液壓傳動控制滾輪 1 的上提與下壓之間兩種方案里，選擇了液壓傳 動的方式。在滾輪 1 上 裝 有 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) ， 用 液 壓 傳 動 的 方 式 來 提 升 和 下 壓 滾 輪 1 實現(xiàn) 開始送料與停止送料。圖 3.6 滾 輪 1 液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖1-溢流閥；2-油管；3-換向閥；4-液壓缸；5-油箱；6-液壓泵；7-單向閥 如圖 3.6 所示，為沖床自動送料裝置中安裝在滾輪 1 上的液壓傳動系統(tǒng)工作原 理 。 其 回 路 為 ： 液 壓 泵 →單 向 閥 →電 磁 換 向 閥 →液 壓 缸 →油 箱 。當(dāng)電磁閥 3 通 電 ， 液 壓 缸 活 塞 向 下 運(yùn) 動 ， 使 得 其 帶 動 滾 輪 1 下壓與滾輪 2 配12合夾緊板料并將板料向前輸送；當(dāng)電磁閥斷電，液壓缸活塞向上運(yùn)動，使得其帶 動滾輪 1 提起與板料分開，從而停止送料。溢流閥：當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力超過了調(diào)定的壓力時，閥口將會打開，保障了液 壓系統(tǒng)的正常工作，也可稱之為安全閥。溢流閥主要分為直動式溢流閥和先導(dǎo)式 溢流閥，經(jīng)過分析，根據(jù)送料需求，如圖 3.7 所示，本次液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計采 用先導(dǎo)式溢流閥。圖 3.7 先導(dǎo)式溢流閥工作原理圖及實物圖油管：輸送液壓油的管道。換向閥：如表 3.1 所示，為現(xiàn)有的各種換向閥。換向閥的作用非常大，它可 以調(diào)節(jié)油液運(yùn)動的方向。表 3.1 換向閥的分類液 分類 壓閥 閥芯運(yùn)動方式 操作方式 閥芯位置 通口數(shù)目轉(zhuǎn)閥 手動換向閥 二位閥 二通閥滑閥 機(jī)動換向閥 三位閥 三通閥夜動換向閥 四通閥電液換向閥 五通閥換向閥電磁換向閥本次設(shè)計使用的是二位四通電磁換向閥，它是利用電磁鐵的吸引力來推動閥 芯換向，從而改變液壓系統(tǒng)中油液的運(yùn)動方向。13圖 3.8 雙作用液壓缸原理圖液壓缸：液壓缸有很多不同的類型。根據(jù)送料裝置結(jié)構(gòu)和工作要求，本次設(shè) 計使用的液壓缸為雙作用單桿缸，其原理圖如圖 3.8 所示。液壓泵：現(xiàn)今在液壓系統(tǒng)中使用的液壓泵的工作原理基本都是一樣的。它是靠液壓密封的工作腔體積的變化來實現(xiàn)壓油和吸油的液壓泵根據(jù)一定時間內(nèi)輸出 的油液體積是否可以改變可以分為變量泵和定量泵，顧名思義，變量泵在一定時 間內(nèi)輸出的油液體積可以變化，而定量泵不可以。單向閥：本次設(shè)計中使用的是普通單向閥，如圖 3.9 所示。其作用是避免油 液回流，使得油液只能流到一個方向。圖 3.9 單向閥1-閥體；2-閥芯；3-彈簧3.4.2 限 位 開 關(guān)在本次設(shè)計中，限位開關(guān)主要用于控制是否開始送料，當(dāng)沖床沖頭對板料沖 壓后，連接在沖頭上的連桿碰壓到行程開關(guān)，此時液壓系統(tǒng)啟動將滾輪 1 下壓， 實現(xiàn)送料。14圖 3.10 限位開關(guān)它的原理是當(dāng)機(jī)械部件觸壓到開關(guān)時， 使得開關(guān)改變控制電路 （閉合或斷開） 。 這種開關(guān)是一種很常見的小電流主令電器元件。表 3.1 位現(xiàn)有的各種限位開關(guān)結(jié) 構(gòu)和主要功用。表 3.2 限位開關(guān)結(jié)構(gòu)及作用結(jié)構(gòu) 作用外殼 定位控制操作頭 順序控制限位開關(guān)觸點(diǎn) 位置狀態(tài)接觸式限位開關(guān)在當(dāng)開關(guān)的觸頭觸碰到擋塊時，切斷或改變控制電路，設(shè)備 便會根據(jù)控制要求做出下一步動作，比如停止運(yùn)行、向與之前運(yùn)動方向相反的方 向運(yùn)動等。非接觸式限位開關(guān)顧名思義，就是不需要物理接觸就可以實現(xiàn)電路的 控制。表 3.3 為現(xiàn)有的各種限位開關(guān)的型式分類。表 3.3 限位開關(guān)的分類分類型式 結(jié)構(gòu)直動式行程開關(guān)接觸式限位開關(guān) 滾輪式行程開關(guān)微動式行程關(guān)限位開關(guān)非接觸式限位開關(guān)組合式行程開關(guān)直動式行程開關(guān)的原理很簡單，就像常見的電燈開關(guān)原理一樣，當(dāng)機(jī)械設(shè)備 觸壓到行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸頭便會動作，當(dāng)機(jī)械設(shè)備與行程開關(guān)分開后，15行程開關(guān)的觸頭在彈簧的作用下回到原始的位置。單輪的滾輪式行程開關(guān)是當(dāng)運(yùn) 動部件觸壓到滾輪時，使得開關(guān)動作，運(yùn)動部件離開滾輪后，開關(guān)上的滾輪通過 彈簧回到最初的位置。但雙輪旋轉(zhuǎn)式行程開關(guān)只能當(dāng)運(yùn)動部件向與之前運(yùn)動方向 相反的方向運(yùn)動然后觸壓到另一個滾輪時才會回到原始位置。3.4.3 編 碼 器本次設(shè)計根據(jù)自動送料裝置的功能要求，使用的編碼器為正交編碼器。本設(shè) 計 中 ， 在 自 動 送 料 裝 置 上 的 滾 輪 2 上裝有正交編碼器，使用正交編碼器來測量板料 送 進(jìn) 的 長 度 ， 當(dāng) 滾 輪 1 下壓開始送料后，板料帶動滾輪 2 轉(zhuǎn)動，這時裝在滾輪2 上的編碼器就會測出滾輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。正交編碼器是把位移轉(zhuǎn)換為周期性電信 號，然后把電信號轉(zhuǎn)化為脈沖，位移的大小通過脈沖數(shù)來表示。計算出一個毫米 所對應(yīng)的脈沖數(shù)就可以確定設(shè)定長度的脈沖數(shù)，從而可以改變所需的送料長度。圖 3.11 編碼器3.4.4 本 章 小 結(jié)本章對沖壓機(jī)床自動送料的功能要求進(jìn)行了詳細(xì)說明，根據(jù)所需的功能要求 設(shè)計了幾種可以實現(xiàn)該功能的方案，通過對這幾種方案的優(yōu)缺點(diǎn)的仔細(xì)分析，選 出了最適用于本設(shè)計的設(shè)計方案。并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。最后，對所設(shè)計的自 動送料裝置的主要元件進(jìn)行了分析介紹，選出所需要的相關(guān)電氣元件。164 控 制 系 統(tǒng)4.1 方案選擇現(xiàn) 如 今 ， 有 很 多 的 控 制 方 法 ， 在 大 學(xué) 的 幾 年 學(xué) 習(xí) 中 ， PLC（ 可 編 程 控 制 器 ） 和 單片機(jī)原理等控制系統(tǒng)都有學(xué)到。但在實際設(shè)計中需要根據(jù)所處環(huán)境、可靠性、 成本、 體積等等一些不同情況下選擇出最適合沖壓機(jī)床自動送料系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。 目前，此次設(shè)計有三種控制方法：繼電器控制、單片機(jī)控制和 PLC 控制，通過對 繼電器控制、單片機(jī)控制以及 PLC 控制三種控制方法的工作原理進(jìn)行分析，選擇 出最試用于本次設(shè)計的控制方法。（ 1） 繼 電 器 控 制 繼電器控制系統(tǒng)主要利用硬件接線從而實現(xiàn)控制， 一般是由導(dǎo)線、 主令電器、繼電器以及接觸器等部件組成。線路較多，在接線時容易接錯，設(shè)備的體積也較 大、系統(tǒng)靈活性太低、功能單一，難以滿足一些控制要求多變的情況，在繼電器 控制系統(tǒng)中有很多的觸點(diǎn)，其壽命較短，因此繼電器控制的可靠性也不高。（ 2） 單 片 機(jī) 控 制 單片機(jī)的造價也相對較低，可以實現(xiàn)很多功能。但由于單片機(jī)制作工藝、部件質(zhì)量、布局結(jié)構(gòu)等各種因素，可能會導(dǎo)致其故障率高、靠干擾能力差、擴(kuò)展不 方便等。單片機(jī)所處的環(huán)境對其影響較大，而且開發(fā)的周長較長。在沖床工作的 車間，環(huán)境較為惡劣，對單片機(jī)的影響和干擾較大。（ 3） PLC 控制圖 4.1 單片機(jī)PLC—可編程控制器， 可編程控制器是通過設(shè)計多個模塊組成的， 當(dāng)其出現(xiàn)問 題時，只用找到出現(xiàn)問題的的模塊，然后更換就可以使系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行，這種 模式對于查找故障也很方便，大大提高了生產(chǎn)工作效率。同時，可編程控制器有 很強(qiáng)的保護(hù)能力和自檢功能，維護(hù)方便，出現(xiàn)故障率很低。可編程控制器可以輕17松應(yīng)對各種場合，很適用于在沖壓車間這種環(huán)境較差的地方。它有很多不同的硬 件設(shè)備， 可以根據(jù)不同的控制需要組成不同的控制系統(tǒng)， 很容易實現(xiàn)不同的要求。 很多的可編程控制器使用了梯形圖編程， 這種編程方法邏輯簡單， 比較容易讀懂。根據(jù)以上分析，三種控制系統(tǒng)的性能如表 4.1 所示。表 4.1 控制系統(tǒng)性能對比性控 能 制方使用環(huán) 境要求可靠性 成本 功能 簡易性 擴(kuò)展性 維護(hù)性繼電器 一般 較差 低 一般 較差 較差 較差單片機(jī) 較高 一般 低 較強(qiáng) 一般 一般 一般PLC 一般 較高 較高 較強(qiáng) 較好 好 好通過以上各個控制系統(tǒng)性能的對比分析，最適合本次設(shè)計所需的控制方式為PLC 控制。當(dāng)今可編程控制器市場上，有著很多可編程控制器種類，比如西門子公司的 可編程控制器和三菱公司的可編程控制器，可以滿足不同的工業(yè)層次所需的控制 要求。通過查閱相關(guān)資料，對三菱 PLC 與西門子 PLC 的性能功用進(jìn)行對比分析， 如表 4.2 所示，選出最適用于本次設(shè)計的可編程控制器。綜合分析后采用三菱FX-2N-48MR-001 作為自動送料控制使用的控制器。表 4.2 三 菱 PLC 與西門子 PLC 優(yōu)缺點(diǎn)分析難度 程序 指令 主要特點(diǎn)三菱 PLC 較小 簡單、 理解容易 較多 復(fù)雜動作控制西門子 PLC 大 較為抽象 少 通信和過程控制4.2 電氣原理4.2.1 I/O 分 配通過分析沖壓機(jī)床自動送料的控制流程， 對 PLC 的輸入 /輸出地址進(jìn)行合理的 分配。具體的 I/O 分配如表 4.2 所示。18表 4.3 I/O 分配表輸入 輸出端口 功能 端口 功能X0 編碼器 A Y0 輸送電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)X1 編碼器 B Y1 輸送電機(jī)高速X2 手動 Y2 輸送電機(jī)低速X3 自動 Y3 電磁閥X4 自動啟動X5 停止X6 手動啟動輸送電機(jī)X7 手動輸送X10 沖壓完成信號4.2.2 電 氣 原 理 圖圖 4.2 部分接線圖根據(jù)沖床自動送料系統(tǒng)工作要求，通過對電氣方面的知識的學(xué)習(xí)和了解設(shè)計 出沖壓機(jī)床自動送料控制系統(tǒng)的各硬件接線原理圖， 如圖 4.2 所示為部分接線圖， 其中，各輸入輸出端口地址連線對應(yīng) I/O 分配表。完整的硬件接線圖見附錄 A。194.3 PLC 程序的編寫在本次沖床自動送料控制設(shè)計中，編寫 PLC 控制程序的軟件使用的是 GX Works2 編程軟件。 該編程軟件與傳統(tǒng)三菱的 GX Developer 編程軟件相比， 操作性 能和其功能有了很大的提高，使用戶更加容易使用和操作。圖 4.3GX Works2 初始界面在用 GX Works2 編程軟件時， 首先打開 GX Works2， 如圖 4.3 所示， 創(chuàng)建一個 新工程。點(diǎn)擊工程，然后在工程選項的菜單欄里點(diǎn)擊新建。圖 4.4 新建工程如圖 4.4 所示，設(shè)置 PLC 系列、機(jī)型、工程類型以及程序語言。根據(jù)本次設(shè) 計 要 求 ， PLC 系列為 FXCPU， 機(jī) 型 為 FX2N,工 程 類 型 為 簡 單 工 程 ， 程 序 語 言 為 梯 形 圖。設(shè)置完成確定以后，開始編寫程序，如圖 4.5 所示。20圖 4.5 開始編寫程序界面根據(jù)自動送料裝置的功能要求編寫控制程序，完整控制程序見附錄 B， 部 分 程序如圖 4.6 所示。軟元件注釋如圖 4.7 所示。圖 4.6 部分控制程序21圖 4.7 軟元件注釋最后對程序進(jìn)行檢查，達(dá)到所有所需的控制目的，完成沖床自動送料機(jī)的送 料過程，用 PLC 控制的方法實現(xiàn)沖壓機(jī)床的自動送料，提高沖壓機(jī)床的自動化程 度。4.4 本章小結(jié)在本章中，根據(jù)自動送料裝置的控制要求，設(shè)計出了三種控制方案，通過對 這 三 種 方 案 各 個 方 面 進(jìn) 行 了 綜 合 分 析 ， 得 到 了 最 適 用 于 本 設(shè) 計 的 控 制 方 案 （ PLC 控制）。根據(jù)功能要求繪制出硬件接線圖，得出 I/O 分配表，最后編寫出 PLC 程 序并對其檢查、調(diào)試，達(dá)到控制目的，完成沖壓機(jī)床自動送料控制實現(xiàn)的最后部 分。225 總 結(jié)在畢業(yè)設(shè)計的選題、開題、到現(xiàn)在的幾個月里，經(jīng)過指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和 支持，最終完成了這次的畢業(yè)設(shè)計。在本次設(shè)計中，通過查閱資料和網(wǎng)上學(xué)習(xí)運(yùn)用到了液壓傳動、可編程控制（PL C） 和相關(guān)電氣控制等一些方面的知識。 在液壓傳動系統(tǒng)中 ， 分析它的結(jié)構(gòu)性 能及其優(yōu)缺點(diǎn)，了解液壓系統(tǒng)的工作方式和回路，并通過對各種液壓元件的研究 分析設(shè)計出最簡便、易控制、操作簡單的液壓傳動系統(tǒng)。在電氣控制方面，了解 各電器元件的組成結(jié)構(gòu)以及其工作原理、選擇最適用的電器元件，并繪制出硬件 接線圖。 在可編程控制系統(tǒng)方面， 選擇合適的可編程控制器和編程軟件非常重要， 確定編程所使用的軟件后，設(shè)計出實現(xiàn)控制要求和功能的控制系統(tǒng)。在設(shè)計過程 中，首先對沖壓機(jī)床的發(fā)展進(jìn)行研究，并分析其結(jié)構(gòu)和工作原理，然后對沖壓機(jī)床的送料方面進(jìn)行研究，了解送料方面的歷史發(fā)展和現(xiàn)有的一些送料方式比如手 動送料和純機(jī)械式送料，對其結(jié)構(gòu)、理念進(jìn)行分析，從中吸取優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，從自 動化程度、生產(chǎn)效率、勞動強(qiáng)度、安全程度、生產(chǎn)成本、等方面考慮，設(shè)計出一 種通過控制實現(xiàn)的沖壓機(jī)床自動送料系統(tǒng)。綜上，本次畢業(yè)設(shè)計主要完成了以下幾個內(nèi)容：（ 1） 查 閱 相 關(guān) 資 料 ， 對 英 文 文 獻(xiàn) 進(jìn) 行 翻 譯 ；（ 2） 對 各 種 沖 壓 機(jī) 床 的 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 分 析 ， 了 解 其 運(yùn) 動 規(guī) 律 ；（ 3） 對 現(xiàn) 有 的 各 種 沖 壓 機(jī) 床 的 送 料 方 式 和 一 些 自 動 送 料 方 式 的 原 理 進(jìn) 行 研 究分析；（ 4） 采用控制方式實現(xiàn)沖壓機(jī)床的自動送料；（ 5） 確 定 控 制 方 案 ， 設(shè) 計 自 動 送 料 的 結(jié) 構(gòu) 原 理 ；（ 6） 繪 制 出 電 氣 接 線 圖 ；（ 7） 選 擇 控 制 系 統(tǒng) ， 編 寫 出 控 制 程 序 。（ 8） 對 控 制 程 序 進(jìn) 行 調(diào) 試 檢 查 ， 并 加 以 改 進(jìn) 。 此次的畢業(yè)設(shè)計，途中有很多很多的困難，鍛煉了我解決問題的能力。學(xué)習(xí)不能只學(xué)不用，要將書本上的知識合理的運(yùn)用到現(xiàn)實問題上。這次設(shè)計讓我學(xué)會 怎么將的知識運(yùn)用到設(shè)計中。23參 考 文 獻(xiàn)[1] 陸國慶. 沖壓自動化生產(chǎn)線工序間過渡系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[D]. 上海交通大學(xué), 2008. [2] 唐惠. 端拾器 CAD 輔助設(shè)計的研究與實現(xiàn)[D]. 上海交通大學(xué), 2007.[3] 南 雷 英 ， 戚 春 曉 ， 孫 友 松 .沖 壓 生 產(chǎn) 自 動 送 料 技 術(shù) 的 現(xiàn) 狀 與 發(fā) 展 概 況 [J].鍛 壓 裝 備 與 制 造 技術(shù)，2006（2）：18-20.[2] 焦連岷 .沖床的數(shù)控改造及全自動送料裝置的研制 [D].南京：南京理工大學(xué)， 2007. [3] 王振寧，張學(xué)良.沖壓機(jī)自動送料機(jī)構(gòu)氣動系統(tǒng)及 PLC 控制[J].液壓與氣動，2003（10）:49-50.[4] 徐 剛 ， 魯 潔 ， 黃 才 元 .金 屬 板 材 沖 壓 成 形 技 術(shù) 與 裝 備 的 現(xiàn) 狀 與 發(fā) 展 [J].鍛 壓 裝 備 與 制 造 技 術(shù)，2004（4）：16-22.[5] 張新華，俞震初 .沖床自動送料機(jī)的原理與設(shè)計 [J].鍛壓技術(shù)， 1993,18（ 5）： 46-49. 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