自動（dòng）衝壓加工單（dān）元設計
2016-11-11 來源：佛山職業技（jì）術學院 作者：馮安平（píng）。羅庚（gēng）興
摘要：根據（jù）柔性生產線自動衝壓加工要求，自動衝壓加工裝（zhuāng）置由機械手、控製櫃和衝壓（yā）加（jiā）工台（tái）等構成，機械手從輸送帶搬運工件，由衝壓加工台進行衝壓加（jiā）工（gōng）．再由機械手將成品工（gōng）件放回輸送帶。控製係統以S7—200PLC為核心（xīn），絲杆螺母機械手由步進電機驅（qū）動．衝壓加工裝（zhuāng）置由氣（qì）動回路驅動，實現了衝壓加工單元自動上下料、衝壓加工和檢測等功能（néng）。
關鍵詞：PLC；衝壓；機械手（shǒu）：電氣控製；氣動控製
1. 自動衝壓加工單元的結構和工作（zuò）原理
自動衝壓加工單元（yuán）的結構示意如圖l所示。係統主要由機械手和衝壓加工模塊兩部分組成。
圖1 自動衝壓加工單71；結構圖
1．步進電機2．升降氣缸3．手指氣缸4．衝壓氣缸5．對射傳感器S3
6．上料氣缸7．電感傳感器s4 8．電容傳感器S5 9．定位氣缸
機械手主要由傳動臂、升降氣缸、手指氣缸和檢測開關等組成。其主要作用是將運（yùn）料小車中的待衝壓工件（jiàn）搬運到衝壓工作台．衝壓完（wán）成後．又將工件送回小車中。
衝壓加工模塊主要由上料氣缸、衝壓氣缸和檢測傳感器等組成。其主要（yào）作用是完成工件的衝壓加工。此外還有定位氣缸（gāng）、電容傳感（gǎn）器等裝置。當電容（róng）傳感器檢測到運料小車來到，定位氣缸動（dòng）作。阻擋小車（chē）前進。衝壓好的工件放回後。定位氣（qì）缸複（fù）位．允（yǔn）許小車前進。
2.氣動（dòng）控製回路設計
自動衝壓加（jiā）工單（dān）元的氣動控製（zhì）回路如圖2所示（shì）。氣動係統由氣動三聯件（jiàn）、電磁閥（fá）、節流閥和各種氣缸組成。電磁閥均采用二位五通單（dān）電控．線圈電壓24VDC。電磁閥2V型號為SY5120—5DZ—C8．其餘電磁閥型號為SY5120—5DZ一叭。手指氣缸型號為（wéi）MHZ2—16D，衝壓氣缸型（xíng）號為CDQ2832—100DM．上料氣缸和升降氣缸（gāng）型號為CXSMl0—100．定（dìng）位（wèi）氣缸型號為CDUl0—50D。為了使各執行元件運動平穩．各（gè）氣缸的2個氣口裝有單向節流閥．型號為（wéi）AILll020F—M5。氣（qì）缸磁性開關(3S1、3S2、5S1、5S2)型號為D—Z73L，手指氣缸、衝壓氣缸和定位氣缸上不用位置檢測開關。
圖2 自動衝壓（yā）加工單元氣動控製回路
3.電氣控製係統設計（jì）
3．1 PLC選型與I／O接口分配
PLC是機（jī）器人組（zǔ）裝單元的核心控製器。根據控製要求分析．PLC有13個開關量輸入信號、6個開關量輸出信號和1個高速脈衝輸出（chū）信號。輸入輸出信號的具體作用和地址分（fèn）配如（rú）表1所示。選用西門子S7 CPU226型PLC．24點直流輸入，16點繼電器型輸出．2路獨立的20 kHz高速脈衝輸出（chū），完全可以（yǐ）滿足控（kòng）製要求。
傳動臂超行程．故障（zhàng）繼電器K01動作，切斷（duàn）步（bù）進驅動器電源，步進電機停（tíng）止運行，同時發出報警（jǐng）信號。
表1 自動衝壓加工單元PLC的I／O地址（zhǐ）分配表
3．2運動控（kòng）製
(1)機械手運動軌跡
機械手運（yùn）動軌跡如（rú）圖3所示．機械手複位後位於原點D，右限位處。係統啟動後，若為正品，則機械手（shǒu）的運動軌跡如下：D—咀一曰一0；若是次品，則機械手的運動軌跡如下：D刊_日一nD。其中，D點（diǎn）是取放工件位．A點取放待衝壓工件（jiàn）位．B點檢（jiǎn）測衝壓後的工件位（wèi）．C點次品收集位。D點是衝壓工作點。抓放靠機（jī）械手實現，直線運行軌跡用步進電機（jī）實現。
圖3機械手（shǒu）直線運動軌跡（jì）平麵圖
運動控製係統由1台兩相混合（hé）式6線步進電機和1台等角度恒力矩細分型驅動器組成。步進電機型號為BS57HB56—03．步距角均為1．80．額定電流3．0 A．保持力矩0．9 Nm。驅動器驅動型號為Q2HB44MC，電壓DC24—80 V．最高200細分．細分（fèn）數1～200，驅動電流從0．5～4 A／相連續可調．
(2)運動控（kòng）製參數計算
設移動速度為（wéi）25 mm／s；絲杆螺距為10 mm／r：步進驅動器分辨（biàn）率設置為4 000 p／r，CPU的高度脈衝輸出采用PTO單段流水（shuǐ）工作（zuò）方式（shì）。QO．0輸出。控製字節SMB67=16#85，表示允許PTO輸出．單段管式，周期單位鬥s，允許PTO脈衝更新，允許更新周期值。
由圖3及上（shàng）述公式可以計算出（chū）各段運動（dòng）軌跡的脈衝數(SMD72)和運動方向(QO．1)，如表（biǎo）2所示。
表2機械手運動軌（guǐ）跡參數表
*-0表示從（cóng）任意位置（zhì）返回原（yuán）點。
3．3 PLC控製程序
自動衝壓加工單元控製功能分為複位控（kòng）製和自（zì）動控製2種。複位（wèi）控製（zhì）一般（bān）係統重啟後．電磁閥均不得電。手指鬆開，其餘氣缸均為收回狀態。因此複位操作僅僅對機械手而言。若初始時機械手不在原點(右限位S1)。此時，按下複位按鈕SB3，機械手向右運動（dòng），直到右限位S1閉（bì）合。
自動控製機械手在原位D點。按（àn）下啟動按鈕SBl，若運料小車來了，小（xiǎo）車定位氣缸彈出，阻止小（xiǎo）車前進。同時機械手下降，抓取工件後上升。機械手將工（gōng）件搬運到A點放下後上升。上料氣缸動作，將工件從A點推送到（dào）D點．然後衝壓（yā）氣缸動作，進行衝（chōng）壓加工。衝壓完成後。上（shàng）料氣缸將工件送回A點（diǎn）。機械（xiè）手從（cóng）A點抓取工件移動到B點，進行檢測，若為（wéi）正（zhèng）品，則將正（zhèng）品移動到0點，放（fàng）回運料小車，然後複位定位氣缸。若為次品，則將次品移動到（dào）C點，放到次品回收槽．同時複位定位氣（qì）缸。機械手返回原點D點（diǎn）進入下一工作循環。按下停止（zhǐ）按鈕SB2．機械手在完成當（dāng）前工作循環後。自動停止。
自動衝壓加工單元的工藝流程如圖4所示。初始化操作用於設置Q0．0控製字節SMB67，設置機械手的移動（dòng）速度(脈衝周期SMW68)，允許中（zhōng）斷等。
機械手轉移可以編寫子程序和中斷控製程序來實現。通（tōng）過修改不同運動軌跡（jì）下的（de）參數。實現（xiàn）Q0．0脈衝輸出數量和步進方向的改變（biàn）。
圖4 自動衝壓加工控製流程圖（tú）
4.結語
采用（yòng）PLC結合步進驅動係統對衝壓加（jiā）工單元進行（háng）自動控製，既有效實現了上下料（liào）、衝壓和檢測的邏輯控製．又實現了機械手對衝壓（yā）工件的精確抓取。控（kòng）製係統在EAPSl00型柔性生產線上運行調試，設備動作順暢、性能穩定、可靠性高。全自動衝壓加工生（shēng）產線相比傳統的單機人工送料生產．有著（zhe）諸（zhū）多優勢：生產效（xiào）率高，安全可靠性強，降低（dī）了生產成本。
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