K700型票據(jù)自動(dòng)沖孔機(jī)設(shè)計(jì)----針模及控制部分

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K700 型票據(jù)自動(dòng)沖孔機(jī)設(shè)計(jì)----針模及控制部分摘 要本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是票據(jù)自動(dòng)沖孔機(jī)的針模及控制部分。針模是機(jī)床的重要的加工部分，它的質(zhì)量的好壞影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。在設(shè)計(jì)時(shí)首先對(duì)模具的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了對(duì)比，其次，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求確定設(shè)計(jì)方案并選擇單工序沖裁模，再次，對(duì)沖裁模的各個(gè)零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇，最終完成了滿足要求的針模?？刂撇糠质菍?shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化控制的重要保證，所以要選擇安全可靠的生產(chǎn)率高的PLC 系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)床的輸入輸出要求和機(jī)床的工作環(huán)境選擇了西門子公司的 S7-200 系列 CPU 為 226 型的可編程控制器，此可編程控制器提供了 40 個(gè) I/O 點(diǎn)，其中 24 個(gè)輸入 16 個(gè)輸出完全滿足了機(jī)床的控制要求。最后對(duì)機(jī)床的操作以及安全須知進(jìn)行了敘述，以便工作人員學(xué)習(xí)操作和簡單的故障排查。關(guān)鍵詞:單工序沖裁模，可編程控制器，西門子K700 stamp automatic punching machine design----Needle mold and control sectionAuthor : Chen LeiTutor :Xue DongbinAbstractThe task is to design stamp automatic puncher of needle mold and control section.Needle-mold is an important part of the machinery processing ,and its quality impacts on the quality of the products. First of all, the structure of mold types were compared,Secondly, By the designning requirements to decide the designning process and choose a single Die,Third, the Die various parts of a calculated design and selection ,Finally to complete the module meet the requirements of the needle-mold.Control section of the machine is an important guarantee to achieve automatic control, to choose high productivity of the PLC system which is safe and reliable .According to the input and output requirements of the machine and its work environment to select the SIEMENS S7-200-226 series CPU to the PLC.This programmable logic controller provides 40 I / O points, including 24 imported 16 output which are fully meet the requirements of the control of the machine.Finally, there was a insruction on operation and safety of the machine, so that staffs can learn how to operate and simplly investigate the failure.Keywords: Single processes die,PLC,SIEMENS目 錄1 緒論 .11.1 機(jī)床介紹 11.2 任務(wù)書 31.3 方案論證及對(duì)比 32 針模的設(shè)計(jì) .52.1 沖壓技術(shù)要求: 52 .2 零件的工藝性分析. 62.2.1 零件的工藝性分析 62.2.2 沖裁件的精度與粗糙度 62.2.3 沖裁件的材料 62.2.4 確定工藝方案. .62.3 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 62.3.1 模具類型 62.3.2 操作與定位方式 72.3.3 卸料與出件方式 72.3.4 模架類型及精度 72.4 沖壓模具工藝與設(shè)計(jì)計(jì)算 72.4.1 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算 72.4.2 設(shè)計(jì)沖壓力與壓力中心 82.5 模具的設(shè)計(jì) 92.5.1 沖裁模具的裝配圖 92.5.2 沖壓模具的零件設(shè)計(jì) 103 電氣控制部分設(shè)計(jì) .143.1 PLC 機(jī)型的選擇 .143.2 PLC 的硬件電路設(shè)計(jì) .163.2.1 中央處理器 CPU.163.2.2 存儲(chǔ)器 173.2.3 電源 173.2.4 通信接口 173.2.5 輸入接口 173.2.6 輸出接口 183.3 PLC 軟件任務(wù)合理分配 .213.4 系統(tǒng)綜合性能的提高 213.5 PLC 軟件設(shè)計(jì) .224 機(jī)床操作附加說明 .234.1 開機(jī)及手工操作 234.2 自動(dòng)工作方式 234.3 模具安裝 234.4 機(jī)床的潤滑 234.5 一般故障處理 244.6 技術(shù)安全須知 25結(jié) 論 .26致 謝 .27參考文獻(xiàn) .28附錄 .291 緒論1.1 機(jī)床介紹PLC 控制票據(jù)打孔機(jī)是一種先進(jìn)的打孔設(shè)備，它采用計(jì)算機(jī)程序控制，由交流伺服電機(jī)通過同步帶拖動(dòng)滾珠絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)夾緊鉗實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，它的傳動(dòng)精度較高，同時(shí)通過摩擦離合器的開啟與閉合來進(jìn)行上下料的操作。該設(shè)備的控制系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分別選用德國西門子公司的近期產(chǎn)品，主電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)置了變頻調(diào)速器，整機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，剛性好，定位精度高，以及操作簡便，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是較理想的票據(jù)打孔設(shè)備。由于本機(jī)用于票據(jù)打孔，工作環(huán)境要求機(jī)床本身干凈、整潔，占地面積小。故該機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)盡量簡化結(jié)構(gòu)，減少修配、調(diào)整工作量。票據(jù)生產(chǎn)時(shí)效性強(qiáng)，整機(jī)工作頻繁，要便于人工操作，還必須保證各個(gè)構(gòu)件的剛性和可靠性機(jī)床基本工作原理：圖1.1機(jī)床基本工作原理該 PLC 控制票據(jù)打孔機(jī)具有以下特點(diǎn)：主傳動(dòng)部分中曲柄兩端各有一與軸中心線偏心量為 4.5 毫米的圓柱，可保證滑塊的行程為 9 毫米。皮帶輪兼做飛輪，離合器與皮帶輪一起套在曲柄的一端。帶式制動(dòng)器與凸輪狀信號(hào)盤固定在曲柄另端。曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)可使拉杠帶動(dòng)滑塊沿導(dǎo)柱(共有四根)上下移動(dòng)。與其它沖壓設(shè)備相比主傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造，體積小及可靠性好 [1]。整體的鑄鐵滑塊由四套直線導(dǎo)軌作為導(dǎo)向，使滑塊定位非常可靠。同時(shí)也避免了滑塊導(dǎo)向部分的鏟刮和修配。該機(jī)床身采用鋼板組合的框架焊接結(jié)構(gòu)，焊后進(jìn)行了定性處理。具有剛性好，制造工藝簡單，工期短，成本低的優(yōu)點(diǎn)。特殊加工的組臺(tái)模具中固定排列有數(shù)百根針，由上針板，導(dǎo)針板，凹板(下模板)三層組成，它們由兩根導(dǎo)桿聯(lián)成一體。剛性好，精度高，便于安裝，一次到位后基本不需要調(diào)整。紙張的移動(dòng)部分采用了大導(dǎo)程滾珠絲杠與滾動(dòng)導(dǎo)軌的組合，有效地保證了齒孔的連接精度。置于曲柄端部的凸輪狀信號(hào)盤結(jié)構(gòu)簡便直觀，安裝調(diào)整方便?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的信號(hào)通過接近開關(guān)傳遞到 PLC 主機(jī)中，靈敏度高。下圖為機(jī)床進(jìn)給拖動(dòng)系統(tǒng)原理圖： 圖 1-2 機(jī) 床 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 原 理 圖交流伺服電機(jī)接受程序控制器發(fā)來的脈沖，進(jìn)行同步工作，然后通過同步帶及帶輪拖動(dòng)滾珠絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)夾紙鉗完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng) [2]。 1.2 任務(wù)書本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是票據(jù)沖孔機(jī)的針模部分及控制部分。其基本的參數(shù)如下：為了方便使用者，一些票據(jù)（如郵票、小型張、紀(jì)念張等）周邊打有均勻分布的小孔，這些小孔都是在沖孔機(jī)上用針模加工出來的。K700 型票據(jù)自動(dòng)沖孔機(jī)采用 PLC 控制伺服系統(tǒng)進(jìn)行票據(jù)自動(dòng)定位、離合器自動(dòng)控制，加工票據(jù)上的小孔。設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)：（1）整張票據(jù)最大尺寸：700㎜(長)×620㎜（寬） ；（2）沖速：2～100 次/分，連續(xù)可調(diào)；（3）孔距：10～350㎜，自由設(shè)置；（4）孔距精度：0.04㎜；（5）主電動(dòng)機(jī)功率：2.2kw；本課題要求：1、設(shè)計(jì) K700 型票據(jù)自動(dòng)沖孔機(jī)的針模部分，包括上下模架、凸凹模、凸模固定板等。2、設(shè)計(jì)沖孔機(jī)的控制部分，包括原理設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。1.3 方案論證及對(duì)比本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是針模部分和整個(gè)專機(jī)的控制部分。針模部分的設(shè)計(jì)方案有三種：簡單沖壓模 在沖壓的一次行程中僅完成一個(gè)沖壓工序的模具;連續(xù)沖壓模 在沖壓的一次行程中在不同的工位上同時(shí)完兩道工序或兩道以上沖壓工序的模具；復(fù)合沖壓模 在沖壓的一次行程中在同一工位上完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具 [3]。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械部分針模只是在票據(jù)周邊打孔工序簡單，而且精度要求不高，所以根據(jù)要求選擇簡單沖壓模?？刂撇糠值脑O(shè)計(jì)方案有兩種：選用 PLC 控制 PLC 是以微處理器為主的一種工業(yè)控制裝置，PLC 系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實(shí)時(shí)順序控制 、條件控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制等功能；能夠完成模／數(shù)(A／D)、數(shù)／模 (D／A) 轉(zhuǎn)換 、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能?？煽啃愿摺⑦\(yùn)行速度快；功能強(qiáng)大、組合控制靈活；兼容性良好；程序編制及生成簡單、豐富，操作維護(hù)簡單。選用單片機(jī)控制 單片機(jī)具有性能高、速度快、體積小、價(jià)格低、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)床工作在的環(huán)境選擇 PLC 控制，因?yàn)?PLC 更加的穩(wěn)定可靠方便技術(shù)人員應(yīng)用。2 針模的設(shè)計(jì)沖模是冷沖壓加工方法中的基礎(chǔ)工序，應(yīng)用極為廣泛，它即可以直接沖壓出所需的成型零件，又可以為其它冷沖壓工序制備毛坯 [3]。普通沖裁是常見的沖裁工藝，材料在分離時(shí)由于受到?jīng)_裁力的作用，在凸.凹模刃口之間的材料，被撕裂最終實(shí)現(xiàn)分離。因此，普通沖裁工件斷面較粗糙，而且有一定的錐度，其精度較低。精密沖裁是采用特殊結(jié)構(gòu)的沖模，使凸凹模刃口處的材料受三向壓應(yīng)力的作用，形成很大的靜水壓效應(yīng)，抑制材料的斷裂，以塑性剪切變形狀態(tài)使材料分離。精密沖裁的斷面光潔且與板面垂直，精度較高 [4]。本次設(shè)計(jì)的針模部分精度要求不高，而且是在一沖程過程中完成沖壓工序，所以選擇普通沖裁的簡單沖壓模。設(shè)計(jì)要求:設(shè)計(jì)該零件的沖裁模 沖裁件是票據(jù)紙張規(guī)格是 50×30mm2.1 沖壓技術(shù)要求:(1) 材料:票據(jù)紙張(2) 材料厚度:0.1mm(3) 生產(chǎn)批量:中批量(4) 未注公差:按 IT14 級(jí)確定.2 .2 零件的工藝性分析.2.2.1 零件的工藝性分析 該零件材料為紙，結(jié)構(gòu)簡單,形狀對(duì)稱,在紙張周邊打孔，孔徑為 1mm,孔間距為1mm，沖裁件孔與孔之間:孔與邊緣之間的距離受模具的強(qiáng)度和沖裁件質(zhì)量的制約,其值不應(yīng)過小,一般要 b1≥(1～ 1.5)t,b2(1.5～2)t 硬質(zhì)紙的最小孔徑 d0.5t 所以根據(jù)已知的裝配圖得出該零件的零件的工藝性滿足要求。2.2.2 沖裁件的精度與粗糙度沖裁件的經(jīng)濟(jì)公差等級(jí)不高于 IT14 級(jí),一般落料公差等級(jí)最好低于 IT10 級(jí),沖孔件公差等級(jí)最好低于 IT9 級(jí),所以孔中心與孔邊緣尺寸公差是±0.5，孔中心距公差 ±0.10 而沖件孔中心距最高精度公差為± 0.03,因此可用于一般精度的沖裁 ,普通沖裁可以達(dá)到要求.由于沖裁件沒有斷面粗糙度的要求,我們不必考慮.2.2.3 沖裁件的材料沖裁件材料為幅面 700×620 的票據(jù)紙張，此材料較薄且強(qiáng)度不高，可以進(jìn)行沖裁加工。2.2.4 確定工藝方案.該沖裁件只有沖孔一個(gè)基本工序,可采用的沖裁方案有單工序沖裁,復(fù)合沖裁和級(jí)進(jìn)沖裁三種.零件屬于中批量生產(chǎn),且制件形狀多變，精度要求也不高，復(fù)合沖裁模，通用性差，適合中批大量生產(chǎn)，級(jí)進(jìn)模沖裁適合中小零件大批生產(chǎn)，所以選擇價(jià)格低廉的單工序模沖裁，通過合理設(shè)計(jì)可以達(dá)到較好的零件質(zhì)量和避免模具強(qiáng)度不夠的問題,根據(jù)以上分析,該零件采用單工序模沖裁工藝方案.2.3 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1 模具類型根據(jù)零件的沖裁工藝方案,采用單工序沖裁模.2.3.2 操作與定位方式零件中批量生產(chǎn),機(jī)床是自動(dòng)化程度較高的設(shè)備，所以采用自動(dòng)送料方式達(dá)到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,保證孔的精度及較好的定位。2.3.3 卸料與出件方式考慮沖裁件幅面較大，防止沖裁頻率較高，使紙張卡在針模上，采用卸料板卸料方式，為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖件和廢料采用凸模直接從凹模洞口推下的下出件方式。2.3.4 模架類型及精度由于尺寸較大，沖裁間隙較小，因此采用導(dǎo)向平穩(wěn)的中間導(dǎo)柱模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用Ⅰ級(jí)模架精度。2.4 沖壓模具工藝與設(shè)計(jì)計(jì)算2.4.1 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算該沖裁件材料厚度較薄，尺寸大，因此可采用豎排比較合理,如圖所示。零件圖在 CAD 用計(jì)算機(jī)算得零件的面積為 26400mm一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的坯料面積:BXS=620X50=31000mm ,因此材料利用率為:η=(A/BS)X100%=(26400/31000)X100%=85%由利用率可知,圖示的排樣合理。2.4.2 設(shè)計(jì)沖壓力與壓力中心(1)沖裁力 根據(jù)零件圖計(jì)算出沖一次零件內(nèi)外周邊之和 L=1274.84mm(首次沖裁除外),但因?yàn)槭羌垙垱_裁而且紙張厚度較小，所以 τ 較小,沖裁力、卸料力較小，一般的機(jī)械力即可滿足。(2)計(jì)算凸凹模刃口尺寸及公差沖裁間隙值確定:沖孔時(shí)間隙取在凹模兩側(cè)，合理的單邊間隙為板料的 5%～10%，沖制孔件時(shí)選擇凸模刃口尺寸等于所要求的孔的尺寸，而凹模尺寸則是孔的尺寸加上兩倍的間隙值 [9]。凸模刃口尺寸確定：沖制沖孔件時(shí)，先按沖孔件確定凸模刃口尺寸，取凸模 作為基準(zhǔn)件，考慮到?jīng)_孔件會(huì)隨凸模的磨損而減小，其對(duì)應(yīng)去接近或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內(nèi)仍可使用。根據(jù)最小合理的間隙確定凹模尺寸，即將間隙取在凹模上，用擴(kuò)大凹模刃口尺寸配制凹模。dp=(d+ X△)﹣Tpdd=(d+ X△+Zmin)﹢TdTp+Td≤2(Zmax-Zmin)dp------凸模公稱尺寸dd------凹模公稱尺寸Tp------凸模公差Td------凹模公差X△------磨損預(yù)留量，當(dāng)沖裁件精度在 IT11～I(xiàn)T13 時(shí)，X=0.75Zmin------凸凹模最小雙面間隙。Zmin=10%×0.01=0.001dp=(1+0.75×0.1)=1.075 dd=(1.075+0.001)=1.0762.5 模具的設(shè)計(jì)2.5.1 沖裁模具的裝配圖如圖 2.5.1 所示：1-螺釘；2-定位銷； 3-凹模；4-凹模固定板；5- 下模座；6-導(dǎo)柱；7-導(dǎo)套；8-上模座；9- 卸料板；10-卸料螺釘； 11-橡膠；12-凸模固定板；13- 針模；14-墊板；15-定位銷；16- 螺釘.圖 2.5.1 單 工 序 模 總 裝 圖2.5.2 沖壓模具的零件設(shè)計(jì)(1)凹模設(shè)計(jì)凹模的刃口形式：圓柱形型孔凹模、臺(tái)階過渡凹模、可調(diào)間隙凹模、錐形孔凹模 [5]。其中圓柱形型孔凹模刃口強(qiáng)度高，制造容易刃磨后型孔尺寸不變對(duì)沖裁間隙沒有明顯影響，但型孔內(nèi)容易積存工件廢料因而推力和摩擦力增大，致使每次刃磨量大，降低了凹模的壽命，這種凹模適用于沖裁形狀復(fù)雜、精度要求較高的工件；臺(tái)階過渡形凹模，刃壁與卸料孔用臺(tái)階過渡，不易積存沖件和廢料，孔口磨損量少，但此凹模工作部分強(qiáng)度較差，適用于形狀簡單的薄板件；可調(diào)間隙凹模，這種凹模適用于沖裁板厚小于 0.5mm 的軟金屬或非金屬，但是不適合一次沖裁多孔的沖件；錐形型孔凹模刃口銳利，孔內(nèi)不易積存沖件或廢料，孔口磨損脹裂力及每次修磨量均小，使用壽命相對(duì)較長，但刃口強(qiáng)度較低，易隨修磨量而略有增大，適用于形狀簡單精度要求不高的較薄的板材的工件。根據(jù)上述分析對(duì)比綜合考慮選擇錐形型孔凹模。凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘,銷針與下模座固定的固定方式。凹模輪廓尺寸計(jì)算如下:凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 LXB(長 X 寬)及厚度尺寸 H。整體式凹模板的厚度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 20mm,凹模板的平面尺寸是 620×74。查有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),并無厚度合適,所以是定制的尺寸。凹材料的選用:根據(jù)表得選用 T10A。(2)凸模設(shè)計(jì)凸模結(jié)構(gòu)形式有普通沖裁凸模、無導(dǎo)向沖裁凸模、有導(dǎo)向沖裁凸模和帶臺(tái)肩凸模。但是這次的凸模有別于以上幾種，是一種特殊的凸模，但是結(jié)構(gòu)形式基本上一致，只在沖裁刃口上有一些不同。表 2.5.2 沖裁刃口選擇注 ： ?為 材 料 之 抗 剪 強(qiáng) 度 。表 2.5.3 斜刃凸模和凹模的主要參數(shù)材料厚度t/mm斜刃高度h/mm 斜刃傾角 φ平均沖裁力為平刃的百分比33~102tt5o8o30~4060~65由于沖裁件的材料是紙張所以采用單邊斜刃沖裁模，便于沖裁。材料厚度為t=0.1mm,斜刃高度 h=2t=0.1×2=0.2。凸模長度確定：涂抹長度應(yīng)根據(jù)沖模的整體結(jié)構(gòu)來確定，一般情況下在滿足使用要求的前提下，凸模越短越好，強(qiáng)度越高材料越省。L=h1+h2+h3+(5～7)=12+8+0+5.1=25.1式中 h1------凸模固定板厚度h2------卸料板厚度h3------導(dǎo)尺厚度式中的 5～7 是凸模進(jìn)入凹模的深度、凸模修磨量、沖模正在閉和狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的距離。凸模材料：參照沖壓模具設(shè)計(jì)與制造選用 T8A。考慮沖孔凸模的直徑很小，而且凸模前端采用的是斜刃，沖裁的材料是非金屬材料票據(jù)，所以凸模強(qiáng)度是足夠的，不需再進(jìn)行校核。螺釘規(guī)格的選用:由凹模板的厚度可選用 M6 在根據(jù)實(shí)際要求,查標(biāo)準(zhǔn)選用 GB70-85 M6,這里要 2 個(gè)。銷釘規(guī)格的選用: 銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個(gè)規(guī)格,因此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用 GB 119-86 A6×20,選取材料為 45 鋼。根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標(biāo)準(zhǔn)定位零件。(3)設(shè)計(jì)和選用卸料與出件零件卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下沖即可,因此不用設(shè)計(jì)出件零件。固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的 0.8～1 倍 [9],所以卸料板的LXBXH=620X74X8=620X74X8 卸料板在此僅起卸料作用,凸模與卸料板間的雙邊間隙一般取 0.2～0.5mm,這里取 0.5mm,材料為 Q235。(4)選擇模架及其它模具零件選擇模架:由凹模周界 620X75,及安裝要求,選取凹模周界:LXB=620X75,閉合高度:H=90.22,上模座:720X128X20，下模座: 720X128X20。導(dǎo)柱導(dǎo)套:為便于安裝和定位，采用的兩套導(dǎo)柱導(dǎo)套尺寸不一樣，分別為導(dǎo)柱76×20，76×24；導(dǎo)套 42×30，45×32。墊板: 墊板的作用是承受并擴(kuò)散凸模傳遞的壓力,以防止模座被擠壓損傷,因此在與模座接觸面之間加上一塊淬硬磨平的墊板.墊板的外形尺寸與凸模固定板相同,厚度可取 3～10mm,這里設(shè)計(jì)時(shí),由于壓力較大,選取規(guī)格為 LXBXH=620X75X8。凸模固定板: 模固定板的外形尺寸與凹模的外形尺寸一致,厚度為凹模的0.6～0.8h,h 為凹模的厚度,這里取 0.6h,即 0.6X20=12mm,根據(jù)核準(zhǔn)選取板的規(guī)格為LXBXH=620X75X12；凸模與凸模固定板的配合為 H7/n6,裝配可通過 2 銷釘定位,4 個(gè)螺釘與上模座連接固定,各形孔的位置尺寸與凹模的保持一致。橡膠：橡膠的自由高度是工作行程的（3.4～4）倍，裝配高度是自由高度的（0.85～0.9）倍，自由高度是 4mm,裝配高度是 3.6mm。3 電氣控制部分設(shè)計(jì)可編程序控制器（簡稱 PLC）是綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和通訊技術(shù)迅速發(fā)展起來的新一代工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，目前，已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱（PLC、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）之一，引領(lǐng)了科技發(fā)展的方向 [9]。任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該把這個(gè)問題放到首位。PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：(1)滿足要求；(2)安全可靠；(3)經(jīng)濟(jì)實(shí)用；(4)適應(yīng)發(fā)展。總的設(shè)計(jì)方案如圖 3-1 所示： 是投 入 使 用 程 序 備 份 否 模 擬 運(yùn) 行是 否 滿 足 要 求控 制 柜 設(shè) 計(jì) 程 序 設(shè) 計(jì) 、 調(diào) 試模 擬 運(yùn) 行安 裝 控 制 柜 設(shè) 計(jì) 控 制 流 程 設(shè) 計(jì)機(jī) 型 的 選 擇評(píng) 估 控 制 任 務(wù)圖 3.1PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1 PLC 機(jī)型的選擇這次選擇的是德國西門子公司生產(chǎn)的 S7-200 系列，本機(jī)集成 24 輸入/16 輸出共40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。2 個(gè) RS485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力 [10]。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)參見圖 3-2 所示：圖 3.2 S7-200 系 列 PLC 結(jié) 構(gòu)其技術(shù)數(shù)據(jù)參見圖 3.3 所示：圖 3.3 CPU226 技 術(shù) 數(shù) 據(jù)3.2 PLC 的硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成：任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行，而軟件是硬件的靈魂，只有配置了軟件的硬件才是可工作的控制系統(tǒng)。PLC 主要由 CPU、存儲(chǔ)器、I/O 接口、通信接口和電源等幾部分組成，如圖 3.4 所示。圖 3.4 PLC 的 硬 件 結(jié) 構(gòu)3.2.1 中央處理器 CPUCPU 是 PLC 的邏輯運(yùn)算和控制指揮中心，控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。3.2.2 存儲(chǔ)器PLC 的 ROM 存儲(chǔ)器中固化著系統(tǒng)程序，不可以修改。RAM 存儲(chǔ)器中存放用戶程序和工作數(shù)據(jù)，在 PLC 斷電時(shí)由后備電池供電（或采用 Flash 存儲(chǔ)器，不需要后備電池） ，使斷電后 RAM 中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。 3.2.3 電源將外部電源轉(zhuǎn)換為 PLC 內(nèi)部器件使用的各種電壓。備用電源采用鋰電池，當(dāng)鋰電池電壓降低時(shí)，在 PLC 通電情況下，面板上備用電源（BATTY）燈亮，提醒及時(shí)更換鋰電池。3.2.4 通信接口 它是 PLC 與外界進(jìn)行交換信息和寫入程序的通道。3.2.5 輸入接口輸入接口用來完成輸入信號(hào)的引入、濾波及電平轉(zhuǎn)換。輸入接口電路如圖 3.5 所示。輸入接口電路的主要器件是光電耦合器 [13]。光電耦合器可以提高 PLC 的抗干擾能力和安全性能，進(jìn)行高低電平（24V/5V）轉(zhuǎn)換。輸入接口電路的工作原理如下：當(dāng)輸入端開關(guān) SB 未閉合時(shí)，光電耦合器中發(fā)光二極管不導(dǎo)通，光敏三極管截止，放大器輸出高電平信號(hào)到內(nèi)部數(shù)據(jù)處理電路，輸入端口 LED 指示燈滅；當(dāng)輸入端開關(guān) SB 閉合時(shí)，光電耦合器中發(fā)光二極管導(dǎo)通，光敏三極管導(dǎo)通，放大器輸出低電平信號(hào)到內(nèi)部數(shù)據(jù)處理電路，輸入端口 LED 指示燈亮。圖 3.5 PLC 輸入接口電路3.2.6 輸出接口PLC 的輸出接口有三種形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出，如圖 3.6 所示。(a)繼電器輸出 (b)晶體管輸出 (c)晶閘管輸出圖 3.6 PLC 輸出接口（1）繼電器輸出 繼電器輸出可以接交直流負(fù)載，但受繼電器觸點(diǎn)開關(guān)速度低的限制，只能滿足一般的低速控制需要。（2）晶體管輸出 晶體管輸出只能接直流負(fù)載，開關(guān)速度高，適合高速控制的場合，如數(shù)碼顯示、輸出脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換等。（3）晶閘管輸出 晶閘管輸出只能接交流負(fù)載，開關(guān)速度較高，適合高速控制的場合。輸出接口電路的規(guī)格如表 3.1 所示：表 3.1 輸出接口電路的規(guī)格表項(xiàng)目 繼電器輸出 晶體管輸出 晶閘管輸出負(fù)載電源 AC250V 以下DC30V 以下 DC 5～30V AC 85～242V電路絕緣 機(jī)械絕緣 光電耦合絕緣 光電耦合絕緣負(fù)載電流 2A/1 點(diǎn)8A/4 點(diǎn)公用 0.5A/1 點(diǎn)0.8A/4 點(diǎn) 0.3A/1 點(diǎn)0.8A/4 點(diǎn)斷→通 約 10ms 0.2ms 以下 1ms 以下響應(yīng)時(shí)間 通→斷 約 10ms 0.2ms 以下 10ms 以下硬件圖如下：I/O 接 口 地 址 分 配 如 下 所 示 ：序號(hào) 地址號(hào) 信號(hào)名稱1 I0.0 S1-1：手動(dòng)控制工作方式2 I0.1 SI-2：自動(dòng)控制工作方式3 I0.2 SB1：主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)4 I0.3 SB2：主電動(dòng)機(jī)停止5 I0.4 SB3：夾紙鉗夾緊6 I0.5 SB4：曲軸離合器結(jié)合7 I0.6 SB5：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正向點(diǎn)動(dòng) 8 I0.7 SB6：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反向點(diǎn)動(dòng)9 I1.0 SB7：半自動(dòng)控制啟動(dòng)10 I1.1 SB8：半自動(dòng)控制停止11 I1.2 SQ1：夾紙鉗左運(yùn)動(dòng)極限12 I1.3 SQ2：夾紙鉗右運(yùn)動(dòng)極限13 I1.4 SQ3：缺紙檢測14 I1.5 SQ4：上針模上位極限15 I1.6 SQ5：夾紙鉗夾緊到位16 Q0.0 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖輸出17 Q0.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制輸出18 Q0.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制輸出19 Q0.3 離合器結(jié)合20 Q0.4 制動(dòng)器結(jié)合21 Q0.5 夾紙鉗夾緊22 Q0.6 主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)23 Q0.7 就緒指示燈24 Q1.0 缺紙報(bào)警25 Q1.1 超時(shí)報(bào)警3.3 PLC 軟件任務(wù)合理分配硬件設(shè)計(jì)完后，就進(jìn)行軟件編程，先開啟電源，PLC 自檢通過后程序啟動(dòng)，然后紙夾放在指定位置后，進(jìn)行檢測，紙夾夾緊后進(jìn)行離合器閉合，開始沖孔。設(shè)定進(jìn)給速度距離。達(dá)到設(shè)定的取紙位置后確定紙鉗的穩(wěn)定性，完成后返回原點(diǎn)。系統(tǒng)軟件流程圖如下：3.4 系統(tǒng)綜合性能的提高（1）從驅(qū)動(dòng)電路入手 盡量選擇更理想的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的控制。例如采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路后相當(dāng)于減小了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，顯然對(duì)提高系統(tǒng)精度大有好處；還有采用高頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路可減弱低頻振蕩現(xiàn)象，并且還可以減小其動(dòng)態(tài)誤差。（2）從軟件入手 根據(jù)齒隙誤差的特點(diǎn)，當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)可利用軟件對(duì)齒隙進(jìn)行補(bǔ)償。另外，對(duì)滾珠絲杠的螺距累積誤差也可利用軟件進(jìn)行校正。（3）從控制原理方面入手 對(duì)于精度要求較高的大型數(shù)控設(shè)備，針對(duì)開環(huán)系統(tǒng)的不足，可在其基礎(chǔ)之上增設(shè)一套工作臺(tái)位移檢測裝置，如直光柵或感應(yīng)同步器等，有么監(jiān)視并補(bǔ)償前向通道的誤差。例如，當(dāng)系統(tǒng)中沒有傳動(dòng)誤差時(shí)，反饋電路部分相當(dāng)于不工作，只有開環(huán)部分工作；當(dāng)出現(xiàn)傳動(dòng)誤差時(shí)，由反饋電路發(fā)出一定數(shù)目的附加脈沖，用以補(bǔ)償步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多走或少走的步數(shù)。可見，在該系統(tǒng)中機(jī)床本身并不含在定位伺服系統(tǒng)中，而是處在補(bǔ)償回路中，使系統(tǒng)易于調(diào)試，類似于開環(huán)，但系統(tǒng)精度又接近于閉環(huán)。綜上因素，這次課程設(shè)計(jì)數(shù)控部分選用 S7-200 作為控制器，運(yùn)用于有簡單邏輯控制的位控場合，位置控制中的運(yùn)動(dòng)速度，位置地址都可以在程序中設(shè)定，可反復(fù)以不同的速度運(yùn)動(dòng)定位，位置數(shù)目不受限制，除位置控制專用指令外，還有若干 PLC 通用邏輯指令，程序容量為 26K，可分為 100 個(gè)程序塊，固化于 EEPROM 卡盒之中。其控制操作面板如下圖所示：圖 3.7 PLC 控制操作面板3.5 PLC 軟件設(shè)計(jì)根據(jù)該設(shè)備的控制要求軟件設(shè)計(jì)采用 S7-200 PLC 的順控制指令 [15],這樣可以使編程和調(diào)試更加快捷。采用順序控制指令可以保證在系統(tǒng)運(yùn)行過程中運(yùn)行狀態(tài)的一性,這樣 PLC 的每個(gè)循環(huán)周期只運(yùn)行某個(gè)狀態(tài)的指令從而高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。軟件程序見附錄。4 機(jī)床操作附加說明4.1 開機(jī)及手工操作初次開機(jī)時(shí)，首先檢查外部電源 3×380V 及地線是否已經(jīng)接好無誤，打開控制柜門，合上 Q1、Q2、Q3，在操作面板上，打開電源鑰匙開關(guān)，啟動(dòng)電源，將自動(dòng)/手工鑰匙開關(guān)置于手動(dòng)位置(看指示燈)，啟動(dòng)沖壓電動(dòng)機(jī) [15]，電動(dòng)機(jī)應(yīng)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)無誤后，可接著試各手動(dòng)按鈕的功能，拖板(即夾紙鉗)前進(jìn)，后退，回參考點(diǎn)，離合器。剎車，紙鉗夾緊，松開等。4.2 自動(dòng)工作方式啟動(dòng)電源，將自動(dòng)/手動(dòng)鑰匙開關(guān)置于自動(dòng)位置，將離合/制動(dòng)開關(guān)置于中間位置，啟動(dòng)沖壓電動(dòng)機(jī)，調(diào)好紙張位置，選擇所使用程序，按下程序啟動(dòng)/暫停中的啟動(dòng)按鈕，機(jī)床便按照設(shè)定好的程序自動(dòng)循環(huán)工作，在放紙位置還裝有一套啟動(dòng)，暫停，急停按鈕，操作功能與面板上的一樣。4.3 模具安裝(1)模具從上下滑道二端插入上下滑道的 T 形槽內(nèi)，二端用固定板擋緊模具。(2)模具安裝時(shí)注意下針板孔與下針板支撐位置，一定要防止下針板支撐堵死下針板孔，影響紙屑的漏出。(3)沖針進(jìn)入下模深度 1.2～1.8㎜。(4)模具安裝后，要先用手動(dòng)離合器吸合，用手盤大皮帶輪試沖，試沖無誤后才能采用自動(dòng)沖。模具安裝完成后，要先調(diào)整好封閉高度，有一偏心蝸輪，它套在滑塊的耳軸上，用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，偏心蝸輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使滑塊得到上下調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)注意保持滑塊處于水平狀態(tài)，即滑塊兩端開口尺寸一致，調(diào)節(jié)完成后用螺栓鎖緊拉桿即可。4.4 機(jī)床的潤滑圖 4.1 機(jī)床潤滑系統(tǒng)圖機(jī)床集中潤滑系統(tǒng)如圖 3-8 所示：1)每班開機(jī)前各油標(biāo)處應(yīng)加注 HJ—10 號(hào)機(jī)油潤滑；2)每班手動(dòng)油泵加油一次，手動(dòng)油泵用 ZG—2 號(hào)鈣基潤滑脂。4.5 一般故障處理一般最容易出現(xiàn)故障的地方主要在各種信號(hào)開關(guān)，氣閥，離合器等處。(1)若程序停留在 4～7 句(或 15～18、37～40 句)，不再往下執(zhí)行，這是因?yàn)閵A紙鉗的夾緊或松開的動(dòng)作未完成，或是信號(hào)沒有傳遞到程序控制器 PLC，可檢查供氣是否正常，夾紙鉗動(dòng)作是否到位，檢測開關(guān) XK4、XK5 動(dòng)作是否良好。如下圖所示：圖 4-2 機(jī)床故障處理圖進(jìn)給不到位，或是程序停留在 20～22 句(或 23～25、30～32、47～49、53～55 句)處循環(huán)，首先檢查進(jìn)給距離的設(shè)置是否太大，在額定沖速 120 沖/分時(shí)，進(jìn)給距離設(shè)定不應(yīng)超過 80㎜，否則要通過變頻器降低沖速，檢查接近開關(guān) XK6 動(dòng)作是否有故障。(2)電磁離合器、制動(dòng)器動(dòng)作不正常，不落沖，依次檢查電磁離合器，制動(dòng)器是否上電，電刷是否磨損，有關(guān)聯(lián)接機(jī)構(gòu)是否完好，有否松動(dòng)等。4.6 技術(shù)安全須知(1)機(jī)床電器設(shè)備必須接地良好。(機(jī)床上備有接地螺釘)(2)修理或檢查機(jī)床時(shí)，最好先切斷機(jī)床電源后始可進(jìn)行。(3)調(diào)整各保險(xiǎn)熔斷絲時(shí)，其電流值應(yīng)與原來的相同，不許任意加大。(4)電源電壓不可超過機(jī)床電器設(shè)備電壓的 10%，以免電器的絕緣老化破壞。(5)機(jī)床所裝防護(hù)罩，在機(jī)床工作時(shí)均應(yīng)完整無損，不準(zhǔn)任意拆掉。(6)防止隨意觸及電器按鈕，以免發(fā)生事故。 結(jié) 論從這次設(shè)計(jì)中，我查閱了很多資料，其中模具部分的設(shè)計(jì)我準(zhǔn)備了很多資料，有圖書館的，有網(wǎng)上的，還有老師提供的論文資料，根據(jù)這些資料我完成了針模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)沖裁件的要求選擇了單工序沖裁模，然后對(duì)沖裁模各個(gè)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇，最后完成了針模的裝配圖設(shè)計(jì)?？刂撇糠质菍?shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化的重要保證，所以選擇安全可靠的生產(chǎn)率高的西門子 S7-200 系列 CPU 為 226 型的 PLC，而且對(duì)該 PLC進(jìn)行了硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和程序的編寫，其中包括，輸入接口的接入輸出接口輸出，I/O 口的分配和 PLC 接線簡圖，最后為了工人學(xué)習(xí)和維修該專機(jī)增加了機(jī)床的附加說明，其中包括機(jī)床的操縱方法，潤滑，故障處理，最后還有安全須知。 畢業(yè)設(shè)計(jì)過后，我有以下幾點(diǎn)體會(huì)：首先，培養(yǎng)了我較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我接觸了很多新知識(shí)，在這短短的兩個(gè)月里學(xué)習(xí)新知識(shí)應(yīng)用新知識(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)運(yùn)用到了以前所學(xué)的所有基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)技術(shù)知識(shí)，現(xiàn)在都需要重新復(fù)習(xí)一遍。其次，獨(dú)立思考問題、解決問題的能力。小組集體討論固然重要，但個(gè)人的獨(dú)立思考問題、解決問題的能力也必不可少。經(jīng)過數(shù)月來的磨練和奮斗，感覺自己進(jìn)步很大，也感覺過得很充實(shí)，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了只要認(rèn)真投入做一件事自己一定會(huì)有收獲的。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅使我完善和復(fù)習(xí)了以前所學(xué)知識(shí)，同時(shí)從老師和同組同學(xué)那里學(xué)到了在課本上學(xué)不到的知識(shí)。這些將對(duì)我以后的工作、學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響?？傊厴I(yè)設(shè)計(jì)使我受益匪淺！