K700型票據(jù)自動沖孔機(jī)設(shè)計針模及控制部分.doc

K700型票據(jù)自動沖孔機(jī)設(shè)計-針模及控制部分摘 要本次設(shè)計的任務(wù)是票據(jù)自動沖孔機(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)計時首先對模具的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了對比，其次，根據(jù)設(shè)計的要求確定設(shè)計方案并選擇單工序沖裁模，再次，對沖裁模的各個零件進(jìn)行了設(shè)計計算和選擇，最終完成了滿足要求的針模?？刂撇糠质菍崿F(xiàn)機(jī)床自動化控制的重要保證，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I/O點(diǎn)，其中24個輸入16個輸出完全滿足了機(jī)床的控制要求。最后對機(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 section Author : Chen Lei Tutor :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 方案論證及對比32 針模的設(shè)計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)計計算72.4.1 排樣設(shè)計與計算72.4.2 設(shè)計沖壓力與壓力中心82.5 模具的設(shè)計92.5.1 沖裁模具的裝配圖92.5.2 沖壓模具的零件設(shè)計103 電氣控制部分設(shè)計143.1 PLC機(jī)型的選擇143.2 PLC的硬件電路設(shè)計163.2.1 中央處理器CPU163.2.2 存儲器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224 機(jī)床操作附加說明234.1 開機(jī)及手工操作234.2 自動工作方式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，它采用計算機(jī)程序控制，由交流伺服電機(jī)通過同步帶拖動滾珠絲杠螺母副驅(qū)動夾緊鉗實現(xiàn)進(jìn)給，它的傳動精度較高，同時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)計時盡量簡化結(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P(yáng)LC控制票據(jù)打孔機(jī)具有以下特點(diǎn)：主傳動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。帶式制動器與凸輪狀信號盤固定在曲柄另端。曲柄轉(zhuǎn)動可使拉杠帶動滑塊沿導(dǎo)柱(共有四根)上下移動。與其它沖壓設(shè)備相比主傳動部分結(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?？煽?。同時也避免了滑塊導(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。紙張的移動部分采用了大導(dǎo)程滾珠絲杠與滾動導(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盤結(jié)構(gòu)簡便直觀，安裝調(diào)整方便。控制步進(jìn)電機(jī)的信號通過接近開關(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滾珠絲杠螺母副驅(qū)動夾紙鉗完成進(jìn)給運(yùn)動2。 1.2 任務(wù)書本次設(shè)計的任務(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)自動沖孔機(jī)采用PLC控制伺服系統(tǒng)進(jìn)行票據(jù)自動定位、離合器自動控制，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：2100次/分，連續(xù)可調(diào)；（3）孔距：10350，自由設(shè)置；（4）孔距精度：0.04；（5）主電動機(jī)功率：2.2kw；本課題要求：1、設(shè)計K700型票據(jù)自動沖孔機(jī)的針模部分，包括上下模架、凸凹模、凸模固定板等。2、設(shè)計沖孔機(jī)的控制部分，包括原理設(shè)計和程序設(shè)計。1.3 方案論證及對比本次設(shè)計的任務(wù)是針模部分和整個專機(jī)的控制部分。針模部分的設(shè)計方案有三種：簡單沖壓模 在沖壓的一次行程中僅完成一個沖壓工序的模具;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。控制部分的設(shè)計方案有兩種：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)實時順序控制 、條件控制、計數(shù)控制、步進(jìn)控制等功能；能夠完成模數(shù)(AD)、數(shù)模 (DA)轉(zhuǎn)換 、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)、實時監(jiān)控等功能。可靠性高、運(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)計要求，機(jī)床工作在的環(huán)境選擇PLC控制，因為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)計要求:設(shè)計該零件的沖裁模 沖裁件是票據(jù)紙張規(guī)格是5030mm2.1 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(11.5)t,b2(1.52)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)公差等級不高于IT14級,一般落料公差等級最好低于IT10級,沖孔件公差等級最好低于IT9級,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700620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)，級進(jìn)模沖裁適合中小零件大批生產(chǎn)，所以選擇價格低廉的單工序模沖裁，通過合理設(shè)計可以達(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)床是自動化程度較高的設(shè)備，所以采用自動送料方式達(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，因此采用級模架精度。2.4 沖壓模具工藝與設(shè)計計算2.4.1 排樣設(shè)計與計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用計算機(jī)算得零件的面積為26400mm一個進(jìn)距內(nèi)的坯料面積:BXS=620X50=31000mm ,因此材料利用率為:=(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)計沖壓力與壓力中心(1)沖裁力 根據(jù)零件圖計算出沖一次零件內(nèi)外周邊之和L=1274.84mm(首次沖裁除外),但因為是紙張沖裁而且紙張厚度較小，所以較小,沖裁力、卸料力較小，一般的機(jī)械力即可滿足。(2)計算凸凹模刃口尺寸及公差沖裁間隙值確定:沖孔時間隙取在凹模兩側(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，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)_孔件會隨凸模的磨損而減小，其對應(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+Td2(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IT11IT13時，X=0.75Zmin-凸凹模最小雙面間隙。Zmin=10%0.01=0.001dp=(1+0.750.1)=1.075 dd=(1.075+0.001)=1.0762.5 模具的設(shè)計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(1)凹模設(shè)計凹模的刃口形式：圓柱形型孔凹模、臺階過渡凹模、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；臺階過渡形凹模，刃壁與卸料孔用臺階過渡，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)驗取20mm,凹模板的平面尺寸是62074。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 斜刃傾角平均沖裁力為平刃的百分比33102tt5830406065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=0.12=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+(57)=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57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)計與制造選用T8A?？紤]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)實際要求,查標(biāo)準(zhǔn)選用GB70-85 M6,這里要2個。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規(guī)格,因此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用GB 119-86 A620,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0.81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0.20.5mm,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7620，7624；導(dǎo)套4230，4532。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310mm,這里設(shè)計時,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0.60.8h,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（3.44）倍，裝配高度是自由高度的（0.850.9）倍，自由高度是4mm,裝配高度是3.6mm。3 電氣控制部分設(shè)計可編程序控制器（簡稱PLC）是綜合計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)和通訊技術(shù)迅速發(fā)展起來的新一代工業(yè)自動化控制裝置，目前，已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（PLC、機(jī)器人、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造）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)都是為了實現(xiàn)被控對象的要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在PLC系統(tǒng)設(shè)計時也應(yīng)該把這個問題放到首位。PLC系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：(1)滿足要求；(2)安全可靠；(3)經(jīng)濟(jì)實用；(4)適應(yīng)發(fā)展?？偟脑O(shè)計方案如圖3-1所示： 圖3.1PLC系統(tǒng)設(shè)計方案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個數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個擴(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)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個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)計數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成：任何一個數(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，控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。3.2.2 存儲器PLC的ROM存儲器中固化著系統(tǒng)程序，不可以修改。RAM存儲器中存放用戶程序和工作數(shù)據(jù)，在PLC斷電時由后備電池供電（或采用Flash存儲器，不需要后備電池），使斷電后RAM中的數(shù)據(jù)不會丟失。 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，在PLC通電情況下，面板上備用電源（BATTY）燈亮，提醒及時更換鋰電池。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，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，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、輸出脈沖信號控制步進(jìn)電動機(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 530VAC 85242V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)響應(yīng)時間斷通約10ms0.2ms以下1ms以下通斷約10ms0.2ms以下10ms以下硬件圖如下：I/O接口地址分配如下所示：序號地址號 信號名稱 1I0.0S1-1：手動控制工作方式 2 I0.1SI-2：自動控制工作方式 3 I0.2SB1：主電動機(jī)啟動 4 I0.3SB2：主電動機(jī)停止 5 I0.4SB3：夾紙鉗夾緊 6 I0.5SB4：曲軸離合器結(jié)合 7 I0.6SB5：步進(jìn)電動機(jī)正向點(diǎn)動 8 I0.7SB6：步進(jìn)電動機(jī)反向點(diǎn)動 9 I1.0SB7：半自動控制啟動 10I1.1SB8：半自動控制停止 11I1.2SQ1：夾紙鉗左運(yùn)動極限 12I1.3SQ2：夾紙鉗右運(yùn)動極限 13I1.4SQ3：缺紙檢測 14I1.5SQ4：上針模上位極限 15I1.6SQ5：夾紙鉗夾緊到位 16Q0.0步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動脈沖輸出 17Q0.1步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)向控制輸出 18Q0.2步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)向控制輸出 19Q0.3離合器結(jié)合 20Q0.4制動器結(jié)合 21Q0.5夾紙鉗夾緊 22Q0.6主電動機(jī)啟動 23Q0.7就緒指示燈 24Q1.0缺紙報警 25Q1.1超時報警3.3 PLC軟件任務(wù)合理分配硬件設(shè)計完后，就進(jìn)行軟件編程，先開啟電源，PLC自檢通過后程序啟動，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)動電路入手 盡量選擇更理想的驅(qū)動電路實現(xiàn)電動機(jī)的控制。例如采用細(xì)分驅(qū)動電路后相當(dāng)于減小了步進(jìn)電動機(jī)的步距角，顯然對提高系統(tǒng)精度大有好處；還有采用高頻調(diào)壓驅(qū)動電路可減弱低頻振蕩現(xiàn)象，并且還可以減小其動態(tài)誤差。（2）從軟件入手 根據(jù)齒隙誤差的特點(diǎn)，當(dāng)工作臺運(yùn)動方向改變時可利用軟件對齒隙進(jìn)行補(bǔ)償。另外，對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 對于精度要求較高的大型數(shù)控設(shè)備，針對開環(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)中沒有傳動誤差時，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)傳動誤差時，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)電動機(jī)多走或少走的步數(shù)?？梢姡谠撓到y(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)計根據(jù)該設(shè)備的控制要求軟件設(shè)計采用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的每個循環(huán)周期只運(yùn)行某個狀態(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，首先檢查外部電源3380V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)，啟動電源，將自動/手工鑰匙開關(guān)置于手動位置(看指示燈)，啟動沖壓電動機(jī)15，電動機(jī)應(yīng)順時針方向轉(zhuǎn)動，電動機(jī)啟動無誤后，可接著試各手動按鈕的功能，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 自動工作方式啟動電源，將自動/手動鑰匙開關(guān)置于自動位置，將離合/制動開關(guān)置于中間位置，啟動沖壓電動機(jī)，調(diào)好紙張位置，選擇所使用程序，按下程序啟動/暫停中的啟動按鈕，機(jī)床便按照設(shè)定好的程序自動循環(huán)工作，在放紙位置還裝有一套啟動，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1.21.8。(4)模具安裝后，要先用手動離合器吸合，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)動蝸桿，偏心蝸輪隨之轉(zhuǎn)動，從而使滑塊得到上下調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時應(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HJ10號機(jī)油潤滑；2)每班手動油泵加油一次，手動油泵用ZG2號鈣基潤滑脂。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開關(guān)，氣閥，離合器等處。(1)若程序停留在47句(或1518、3740句)，不再往下執(zhí)行，這是因為夾紙鉗的夾緊或松開的動作未完成，或是信號沒有傳遞到程序控制器PLC，可檢查供氣是否正常，夾紙鉗動作是否到位，檢測開關(guān)XK4、XK5動作是否良好。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2022句(或2325、3032、4749、5355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，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動作是否有故障。(2)電磁離合器、制動器動作不正常，不落沖，依次檢查電磁離合器，制動器是否上電，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，最好先切斷機(jī)床電源后始可進(jìn)行。(3)調(diào)整各保險熔斷絲時，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)計中，我查閱了很多資料，其中模具部分的設(shè)計我準(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)計根據(jù)沖裁件的要求選擇了單工序沖裁模，然后對沖裁模各個零件進(jìn)行設(shè)計計算和選擇，最后完成了針模的裝配圖設(shè)計?？刂撇糠质菍崿F(xiàn)機(jī)床自動化的重要保證，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，而且對該P(yáng)LC進(jìn)行了硬件電路進(jìn)行了設(shè)計和程序的編寫，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)計過后，我有以下幾點(diǎn)體會：首先，培養(yǎng)了我較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。在畢業(yè)設(shè)計過程中我接觸了很多新知識，在這短短的兩個月里學(xué)習(xí)新知識應(yīng)用新知識，畢業(yè)設(shè)計運(yùn)用到了以前所學(xué)的所有基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)技術(shù)知識，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，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了只要認(rèn)真投入做一件事自己一定會有收獲的。畢業(yè)設(shè)計不僅使我完善和復(fù)習(xí)了以前所學(xué)知識，同時從老師和同組同學(xué)那里學(xué)到了在課本上學(xué)不到的知識。這些將對我以后的工作、學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響?？傊?，畢業(yè)設(shè)計使我受益匪淺！致 謝在這次畢業(yè)課程設(shè)計當(dāng)中，我遇到了很多問題，在老師同學(xué)以及院領(lǐng)導(dǎo)的幫助下這些問題都一一解決了。在此感謝我的導(dǎo)師薛東彬老師的在設(shè)計過程中精心指導(dǎo)和耐心教誨，感謝劉德波老師給予的認(rèn)真輔導(dǎo)，感謝同組的同學(xué)對我的幫助，感謝院領(lǐng)導(dǎo)和老師對我的真誠幫助和積極的引導(dǎo)，使我受益匪淺，最后感謝學(xué)院給了我這次難得的學(xué)習(xí)歷練機(jī)會。參考文獻(xiàn)1薛東彬，張月英.一種票據(jù)自動沖孔機(jī)的研制D.鄭州：河南工業(yè)大學(xué)，2005.2薛東彬，王浩鋼.基于PLC的票據(jù)自動沖孔機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計D.鄭州：河南工業(yè)大學(xué)，2005.3劉心治.冷沖壓工藝及模具設(shè)計M.重慶：重慶大學(xué)出版社，2006：1-1，2-16.4李雙義.冷沖模具設(shè)計M.北京：清華大學(xué)出版社，2002：1-1，3-16，8-172，173，175，177.5 夏琴香.沖壓成形工藝及模具設(shè)計M.廣東：華南理工大學(xué)出版社，2004：2-199，2-201，2-213.6杜景峰.氣動沖孔機(jī)的設(shè)計D.大連：東北有色金屬工業(yè)學(xué)校，2001.7李連清.自動沖孔機(jī)D.長春：長春光機(jī)學(xué)院，2004.8吳鴻鈞.一種新型沖孔機(jī)的設(shè)計D.江西：江西方向機(jī)廠，2000.9 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