《基于西門子S7-200PLC的沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》9600字

基于西門子S7-200PLC的沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要本文主要采用了西門子PLC自控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)沖床的自動(dòng)上料和退料系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì),為了把沖床的自動(dòng)輸料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)用到實(shí)際加工生產(chǎn)控制中。通過(guò)PLC,就能夠直接監(jiān)控伺服電機(jī)的位移與轉(zhuǎn)速,而無(wú)須加裝定位模塊,從而降低了成本。為此,本文將重點(diǎn)設(shè)計(jì)PLC控制器的配套機(jī)械機(jī)構(gòu)。從生產(chǎn)時(shí)設(shè)備的機(jī)械特點(diǎn)和設(shè)備的硬件特點(diǎn)設(shè)計(jì)自動(dòng)輸料機(jī)構(gòu),我們可以知道采用控制器設(shè)備所需要適合型號(hào)的硬件。從成本，生產(chǎn)率，操作要求這幾個(gè)方面來(lái)看,我們需要選擇一個(gè)性價(jià)比高的PLC來(lái)該設(shè)計(jì)的生產(chǎn)要求，這里我們可以使用西門子的型號(hào)為S7-200的PLC,它不僅可以進(jìn)行靈活操作，出現(xiàn)了什么問(wèn)題也好發(fā)現(xiàn)方便解決，大大減少了生產(chǎn)成本，加大了生產(chǎn)效率。關(guān)鍵字:伺服電機(jī);伺服驅(qū)動(dòng)器;PLC控制系統(tǒng);自動(dòng)給料系統(tǒng);壓輥目錄摘要 31緒論1.1沖壓地位和特點(diǎn) 61.2現(xiàn)代沖壓加工發(fā)展趨勢(shì) 61.3PLC控制系統(tǒng)介紹 71.4沖床產(chǎn)業(yè)在我國(guó)發(fā)展的情況 71.5中國(guó)沖床和國(guó)外水平之間的差異 82沖床自動(dòng)送料系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)送料系統(tǒng)的功能概述 92.2初步確定沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的方案 92.3沖床自動(dòng)送料系統(tǒng)的工作流程 103沖床自動(dòng)送料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.1送料系統(tǒng)流水線的說(shuō)明 113.2壓輥尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 113.3伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 133.4軸承尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 153.5皮帶尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 173.6齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 183.7滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)和計(jì)算 193.8鍵的設(shè)計(jì)與分析 203.9螺釘型號(hào)數(shù)據(jù)的選擇 214沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能軟件實(shí)現(xiàn)4.1沖床PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的流程圖 214.2PLC的I/O地址分配 234.3選擇PLC的型號(hào) 235結(jié)論 24參考文獻(xiàn) 271緒論沖壓是金屬材料塑形的主要方法之一,主要進(jìn)行鈑金件的制造,故又稱鈑金成型。沖壓不僅能生產(chǎn)尺寸小的機(jī)械零件,以及汽車橫梁和壓力容器封頭等大型零件以及復(fù)雜形狀的零件。沖壓具有產(chǎn)量高、加工成本比較低、物料效率高、作業(yè)簡(jiǎn)便、機(jī)械化、自動(dòng)化等許多優(yōu)勢(shì),因此機(jī)械設(shè)備、車輛、機(jī)械和家用電器的生產(chǎn)中以及儀表，槍械等等都廣泛使用沖壓技術(shù)。沖床的研究與發(fā)展前景十分重大。1.1沖壓的地位和特點(diǎn)沖壓技術(shù)不僅可以夠制造尺寸較小的零部件,還可以做出汽車橫梁等大型零部件和復(fù)雜形式的零部件。沖壓塑性的金屬材料有很多，比如板材、管材等等材料。因此機(jī)械設(shè)備、車輛、機(jī)械和家用電器的生產(chǎn)中以及儀表，槍械等等都廣泛使用沖壓技術(shù)。由于寬度公差都是用模型都是以經(jīng)確定的,所以產(chǎn)品質(zhì)量有所保障而且比較穩(wěn)定,一般不需要機(jī)器切割就可以直接投入應(yīng)用。采用冷沖來(lái)壓件這種方式不僅金屬結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性能都要比原胚高很多,還有它的外觀美觀非常光潔。在制作小型零部件時(shí)，如果是大量通過(guò)沖壓制造形成的產(chǎn)品,一般我們會(huì)選用多方位的焊接模型和多方法的焊接方法以及多種模具來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。以現(xiàn)代化高速多測(cè)量工位壓力機(jī)為核心技術(shù),并配有帶材開(kāi)卷、矯直、成品檢索輸送、模具庫(kù)、快速換模設(shè)備,成型過(guò)程由電腦程序控制。如果利用全自動(dòng)沖壓來(lái)進(jìn)行生產(chǎn),可以很大程度的提高我們的生產(chǎn)效率。也能夠大大提高沖壓件的產(chǎn)品質(zhì)量,從而減少了我們生產(chǎn)零件的成本。沖壓生產(chǎn)的工藝和設(shè)備維護(hù)的手段的加強(qiáng)與機(jī)械設(shè)備不斷的升級(jí)從而可以使沖壓技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展,除了我們一般使用的傳統(tǒng)工藝的用壓氣機(jī)和大鋼模板制造沖壓機(jī)以外,各類成形技術(shù)都已經(jīng)慢慢發(fā)展起來(lái)了，比如：旋壓成形、超塑成形、爆炸成形。針對(duì)于普通的沖壓工序,也可以選擇簡(jiǎn)易模、低熔點(diǎn)范圍合金模具、合成模具。因此我們可以知道,沖壓模具可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量翻倍、成本大幅降低、大幅減少材料的浪費(fèi)量，節(jié)約材料、操作可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)非常的簡(jiǎn)單方便、反應(yīng)迅速等等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)沖壓操作、焊接操作、膠合操作等復(fù)雜的操作工序,可以使零部件的構(gòu)造更加的合理和完美,加工工藝更加的便捷,更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)零部件也能夠用更簡(jiǎn)化的工序生產(chǎn)。這樣,大大提高了制造效率,減少了生產(chǎn)成本。1.2現(xiàn)代沖壓加工發(fā)展趨勢(shì)用來(lái)生產(chǎn)沖壓機(jī)的傳統(tǒng)金屬材料種類越來(lái)越多,目前逐漸被各種復(fù)合材料以及高分子材料所代替。通過(guò)研究和運(yùn)用CAD/CAM系統(tǒng)來(lái)開(kāi)展模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn),不斷的發(fā)展完善先進(jìn)、更加科學(xué)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)、加工方式和加工設(shè)備等,為了更好的滿足沖壓工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品不斷地變革和進(jìn)步還有不同型號(hào)產(chǎn)品豐批生產(chǎn)的條件。同時(shí)加強(qiáng)了使用沖壓先進(jìn)機(jī)械設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械完全自動(dòng)化和機(jī)械半自動(dòng)沖壓制造。從而大量的減少的人工成本。一般老式的沖壓方法,將被各種成形方法如：旋壓成形、超塑成形等興起的優(yōu)秀成形工藝所替代,沖壓將使產(chǎn)品更為結(jié)構(gòu)合適和節(jié)約成本。模具分為兩個(gè)部分,分別是凸型模具模和凹型模具。生產(chǎn)過(guò)程中落料模的凸型模和凹型模具間距一旦調(diào)整好,就可以形成尖銳的棱邊,從而可以更加方便的剪切,就可以實(shí)現(xiàn)坯料成與板徹底分開(kāi)。在加工生產(chǎn)過(guò)程中,因?yàn)楣┝下速M(fèi)的時(shí)間占據(jù)了生產(chǎn)總時(shí)長(zhǎng)的很大一部分，增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。減少供料到設(shè)備之中的時(shí)間可以大幅度提高生產(chǎn)效率，還可以降低人工成本，從而降低了生產(chǎn)成本。想要減少送料到設(shè)備之中的時(shí)間,我們就需要不斷的升級(jí)設(shè)備硬件并且提高設(shè)備的自動(dòng)化程度。通過(guò)PLC,不需要附加定位模塊就可以實(shí)現(xiàn)直接監(jiān)控伺服電機(jī)的定位與轉(zhuǎn)速,并通過(guò)上料機(jī)構(gòu)送料,有效降低成本。PLC處理的速度快,輸入與輸出脈沖頻率都高,命令系統(tǒng)也非常簡(jiǎn)單,每個(gè)命令都能夠在系統(tǒng)在線時(shí)輕易修改,而且PLC控制系統(tǒng)的給料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔,強(qiáng)度高。這些進(jìn)料機(jī)構(gòu)只需要稍加調(diào)節(jié)和改變,即可進(jìn)行其他物品的進(jìn)料?？刂葡到y(tǒng)使用PLC協(xié)調(diào)控制,操作簡(jiǎn)便,工作流程中的故障檢查環(huán)節(jié)減少,生產(chǎn)效率提高。而改進(jìn)后的設(shè)備結(jié)構(gòu)為與PLC系統(tǒng)相互配合的送料機(jī)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的檢測(cè)功能以及控制功能,從而實(shí)現(xiàn)了該設(shè)計(jì)自動(dòng)送料系統(tǒng)的可靠性。1.3PLC控制系統(tǒng)使用介紹就目前的發(fā)展來(lái)看，近幾年,PLC控制系統(tǒng)在各種工廠和各種生產(chǎn)中需要自動(dòng)化控制的來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的情況也日益普遍,它在控制器功能、機(jī)器周期時(shí)間以及硬件成本等方面的綜合優(yōu)越性,是其他工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控?zé)o可比擬的。由于PLC技術(shù)的進(jìn)步,位置控制、流程監(jiān)控、信息處理等的工藝技術(shù)也日趨成熟。在沖頭的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造流程中,位置控制系統(tǒng)設(shè)備的合理選用對(duì)于有助于提升沖頭的生產(chǎn)精度尤為重要。1.4沖床產(chǎn)業(yè)在我國(guó)發(fā)展的情況從現(xiàn)在的市場(chǎng)行情來(lái)看,所用沖壓來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的企業(yè)發(fā)展非?？?對(duì)沖壓設(shè)備的配平配件需求大幅度提升。特別是我國(guó)這幾年來(lái)汽車制造業(yè)大力發(fā)展,它的發(fā)展迅速豐富了沖壓廠的各種工業(yè)市場(chǎng)。目前,國(guó)內(nèi)外的中低端數(shù)控沖床配件市場(chǎng)已基本被中國(guó)國(guó)貨公司主導(dǎo),而數(shù)控系統(tǒng)分度頭、工具欄等部分品種,也有相當(dāng)數(shù)量的出口。但近年來(lái),由于臺(tái)灣那邊的資本家等對(duì)內(nèi)地產(chǎn)業(yè)的沖擊之下，沖床配品配件在世界范圍內(nèi)都面臨著非常大的的競(jìng)爭(zhēng)壓力。技術(shù)水平高的的配品配件一般都是從美國(guó)、俄羅斯、日本以及意大利等發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)。多臺(tái)通用機(jī)及傳統(tǒng)沖床配件均出口至全球市場(chǎng)。在2008年左右,雖然各種沖床配品配件外銷數(shù)量不斷增加,但是總體外銷額與之前相比變化不大,說(shuō)明的我們國(guó)家制造業(yè)的市場(chǎng)需求還在繼續(xù)擴(kuò)大。同時(shí)為進(jìn)入我國(guó)大陸市場(chǎng),外商和臺(tái)灣以外地區(qū)企業(yè)家也正逐漸壓低價(jià)格,并逐漸擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。目前,由于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品企業(yè)在售前的技術(shù)服務(wù)溝通與服務(wù)方面較海外廠家有著突出優(yōu)勢(shì),所以在國(guó)內(nèi)沖床企業(yè)的數(shù)控沖床及相關(guān)產(chǎn)業(yè)也能夠進(jìn)一步發(fā)展與壯大。但是,由于海外企業(yè)家實(shí)行中國(guó)大陸的本土化生產(chǎn)方式,我們也將逐步失去這種優(yōu)勢(shì)。而近年來(lái),部分發(fā)達(dá)國(guó)家沖壓工具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展腳步正在加速,將逐漸把沖壓配件進(jìn)口到中國(guó)大陸市場(chǎng),并具備了相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力度。對(duì)于繁多沖床配套的各種型號(hào)上來(lái)說(shuō),國(guó)內(nèi)外沖床配套企業(yè)的產(chǎn)品種類最多,而且都是非常專業(yè)，質(zhì)量非常高的產(chǎn)品,能夠滿足生產(chǎn)的必須條件。由于數(shù)控操作技術(shù)不斷完善加強(qiáng)以及研發(fā)的各種高科技產(chǎn)品，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家他們徹底改變了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，和加工工藝的完善，現(xiàn)在的生產(chǎn)速度和生產(chǎn)量是之前的好幾倍。生產(chǎn)時(shí)機(jī)械所采用的角度旋轉(zhuǎn)的鏜銑頭,a-c軸雙擺角數(shù)控龍門銑床機(jī)械用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),主軸運(yùn)動(dòng)銑床機(jī)械和鏜銑中心用b軸或b,y車目前,滾齒加工用的數(shù)控銑頭國(guó)內(nèi)外只有少數(shù)科研機(jī)構(gòu)或生產(chǎn)廠家,還沒(méi)有形成生產(chǎn),所以我們所使用的機(jī)床機(jī)械設(shè)備都是從國(guó)外進(jìn)口。目前,只能說(shuō)明國(guó)產(chǎn)數(shù)控沖床的配套設(shè)備能夠適應(yīng)中級(jí)數(shù)控沖床的配套要求,但和一些中高檔數(shù)控沖床的沖床配套設(shè)備還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。導(dǎo)致落后的主要是我們國(guó)家的裝備制作水平還不高，以及各個(gè)企業(yè)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，我們國(guó)家還處于發(fā)展階段。目前的市場(chǎng)情況來(lái)看,公司新產(chǎn)品也深受市場(chǎng)訂貨增加的影響。據(jù)國(guó)家機(jī)床附件秘書(shū)處掌握的統(tǒng)計(jì)資料,機(jī)械工業(yè)公司的新產(chǎn)品大多集中于國(guó)家重點(diǎn)企業(yè)。在中國(guó)掌握了大量國(guó)際市場(chǎng)訂單的今天,中國(guó)大多數(shù)制造業(yè)公司更需要關(guān)注于技術(shù)儲(chǔ)備產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),并處理好定制生產(chǎn)和新產(chǎn)品之間的矛盾問(wèn)題。既要保持當(dāng)前市場(chǎng)占有率,也要重視未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展1.5中國(guó)沖床和國(guó)外水平之間的差異盡管近年來(lái)中國(guó)國(guó)產(chǎn)沖床數(shù)量上升速度較快,但整體占有率依然不高(尤其是數(shù)控沖床),因?yàn)槟壳爸袊?guó)高端生產(chǎn)多為進(jìn)口產(chǎn)品,國(guó)外進(jìn)口生產(chǎn)也占據(jù)較大比例.而對(duì)于中低端產(chǎn)品市場(chǎng)占有率總體來(lái)說(shuō),產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不是特別大。所以中國(guó)可以說(shuō)是我們是沖床設(shè)備生產(chǎn)的大國(guó),但是我們還算不上世界沖床設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)。主要差別就是:第一沒(méi)有重大突破：1、在公司研發(fā)、關(guān)鍵技術(shù)研制和創(chuàng)新性技術(shù)開(kāi)發(fā)方面資金投入不夠,直接影響公司技術(shù)創(chuàng)新的提高水平。2、生產(chǎn)自主研發(fā)實(shí)力欠缺,重要零配件依靠國(guó)外進(jìn)口,影響對(duì)公司引入的外國(guó)先進(jìn)科技的消化、吸納、再創(chuàng)新和改進(jìn)效果不佳。3、科技人員太少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到促使創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)與公司科技創(chuàng)新的提高的要求。第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理：1.主要因素是專業(yè)水平能力不強(qiáng),高端生產(chǎn)進(jìn)展較為遲緩,市場(chǎng)占有率低下,中端生產(chǎn)雖有相當(dāng)產(chǎn)能,但專業(yè)能力不強(qiáng)，技術(shù)落后,以及市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力比較小。所以嚴(yán)重影響我國(guó)的沖床生產(chǎn)的發(fā)展速度2、同先進(jìn)國(guó)家比較,經(jīng)濟(jì)效益和制造效益的差異依然很大。生產(chǎn)工廠數(shù)量過(guò)多,但制造效益相對(duì)低下,利潤(rùn)非常小，甚至虧損。3、目前生產(chǎn)裝備發(fā)展比較落后,生產(chǎn)條件也不好。在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)的控制化率大概只有4%左右。在大批量生產(chǎn)數(shù)控沖床時(shí),在節(jié)約成本、操作簡(jiǎn)單等方面都沒(méi)法達(dá)到客戶的使用需求,嚴(yán)重制約了工業(yè)化技術(shù)的提高。第三公司整體綜合售后服務(wù)力量不足：1、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)不完善,公司整體綜合售后服務(wù)力量比較欠缺,市場(chǎng)發(fā)展水平與售后服務(wù)配套條件還存在著很大差異。國(guó)內(nèi)公司雖然對(duì)售后服務(wù)問(wèn)題的關(guān)注度很高,但總體上缺少對(duì)用戶處理技術(shù)問(wèn)題的深入研究,常常是被動(dòng)應(yīng)付。在國(guó)外市場(chǎng)上,公司的綜合服務(wù)力量要弱得多,而且大部分公司都還不具有開(kāi)發(fā)和提供服務(wù)國(guó)外市場(chǎng)產(chǎn)品的實(shí)力。2、管理手段與機(jī)制滯后,不能滿足管理體系的要求,不能提升管理能力。2沖床自動(dòng)送料系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)送料系統(tǒng)的功能概述該設(shè)計(jì)由PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用伺服系統(tǒng),以確?？梢跃芸刂扑欧姍C(jī),并帶動(dòng)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的橫向移動(dòng)。2.2初步確定沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的方案把需要加工的數(shù)據(jù)送到PLC,然后通過(guò)PLC完成數(shù)據(jù)的計(jì)算,伺服電機(jī)接收到指令，伺服電機(jī)的可以通過(guò)程序來(lái)實(shí)進(jìn)行目前位置的反饋，由電機(jī)傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，然后用皮帶鏈接大帶輪和小帶輪,從而可以使大帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)。然后使壓輥回轉(zhuǎn),由壓輥推動(dòng)材料然后將它往前面推動(dòng),然后完成送料的任務(wù),之后再通過(guò)PLC控制系統(tǒng)來(lái)通訊沖床工作完成沖壓。(如圖2-1所示)圖2-1自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)方案2.3沖床自動(dòng)送料系統(tǒng)的工作流程沖床輸料系統(tǒng)的工作流程主要包括1.材料準(zhǔn)備階段:技術(shù)員事先先將材料放到壓輥中,完成了上料工作。在進(jìn)行上料后重新啟動(dòng),通過(guò)右側(cè)感應(yīng)器可以檢測(cè)所供的材料夠不夠。進(jìn)行沖壓工藝輸料錢的準(zhǔn)備。2.設(shè)備的實(shí)際運(yùn)作階段為:由左邊感應(yīng)器檢測(cè)帶料能否滿足設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，如果滿足，電機(jī)就開(kāi)始工作,進(jìn)行材料的運(yùn)輸工作。運(yùn)輸工作完成之后,PLC控制系統(tǒng)會(huì)向沖壓機(jī)進(jìn)行通訊,控制沖床進(jìn)行沖壓工作。然后循環(huán)上一次的工作內(nèi)容。3.設(shè)備任務(wù)完成階段為:由左邊傳感器檢測(cè)機(jī)器內(nèi)材料能否滿足機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn),若無(wú)法滿足,伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),將剩余材料退回并發(fā)出警告蜂鳴或者指示燈來(lái)提示工人進(jìn)行換料。3沖床自動(dòng)送料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.1送料系統(tǒng)的分析3.1.1送料系統(tǒng)流水線說(shuō)明如(如圖3-1所示)的這種型號(hào)的送料機(jī)設(shè)備是用來(lái)加工厚度為2mm,長(zhǎng)度為350mm的Q235的鋼帶。加工完成后可以在放在材料架上，方便后期送料,需要上料時(shí)只需要把材料架上面的材料穿過(guò)矯平機(jī)，它會(huì)給材料施加壓力導(dǎo)致材料更加平整之后,接著再送于熱送料機(jī)上。矯平機(jī)和送料機(jī)之間的間距應(yīng)該適當(dāng)加長(zhǎng),這樣才可以讓矯平機(jī)可以緩沖一下。使送料的過(guò)程更加平滑。間距也不能太大，太大會(huì)導(dǎo)致材料接觸地面，導(dǎo)致產(chǎn)品的損壞,所以取間距為5000mm。圖3-1送料流水線3.2壓輥尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1壓輥的受力分析上軋輥本身的總重量約為,受傳動(dòng)軸承和傳動(dòng)齒輪之間的推動(dòng)力取些許余度,大概為1.2,受簧片的壓力則為P,受力于板料上的合力約為1.2+P。(如圖3-2所示)圖3-2壓輥受力分析

體積:(3-1)質(zhì)量:(3-2)重力:(3-3)由受力條件可以得出:(3-4)總壓力:(3-5)附加壓力:(3-6)3.2.2壓輥壓力的校核查參考文獻(xiàn)【1-3】設(shè)計(jì)手冊(cè)可得校核公式:(3-7)(3-8)所以,壓輥并沒(méi)有對(duì)材料形態(tài)產(chǎn)生破壞。所以,最后選定輥?zhàn)拥目讖綖榘耸撩?而壓輥的直徑則為一百二十毫米。由于壓輥之間受磨擦影響,從而導(dǎo)致表面磨損,所以選用材質(zhì)為Q二百三十五號(hào)的鋼調(diào)質(zhì),處理好后再做表面硬化處理。3.3伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1皮帶的功率分析由滾動(dòng)軸承在軸頸處的摩擦力矩為:(3-9)(3-10)由上面兩個(gè)公式可以知道上壓輥的力矩為:(3-11)下壓輥的力矩:滾動(dòng)軸承摩擦力:(3-12)上壓輥產(chǎn)生的摩擦力:(3-13)由上面兩個(gè)結(jié)果可以知道上壓輥的力矩為:(3-14)壓輥的滾動(dòng)摩擦力:(3-15)由上面兩個(gè)結(jié)果可得總的滾動(dòng)摩擦力矩:(3-16)計(jì)算可以知道皮帶所需傳遞的力:(3-17)已知送料的速度電機(jī)所要的功率:(3-18)3.3.2伺服電機(jī)的選擇在生產(chǎn)工作進(jìn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)速度應(yīng)該嚴(yán)格地控制在電機(jī)的最高可承受速度范圍以內(nèi)。即齒輪比為1比1.35時(shí),即該電機(jī)的最高速度約為3000rpm,通過(guò)再減速機(jī),將電機(jī)速度降到100rpm。由參考論文[15-19]可知：(3-19)計(jì)算可以知道改系統(tǒng)的慣量:(3-20)空載加速轉(zhuǎn)矩通常出現(xiàn)在當(dāng)運(yùn)行元件由靜態(tài)的階躍指令逐漸增加至最高速時(shí)。通常應(yīng)該限制在變頻驅(qū)動(dòng)最高輸送扭矩的百分之八十之內(nèi)。下圖為西門子伺服系統(tǒng)型號(hào)的選擇。參考文獻(xiàn)[14-19](如圖3-3所示)=圖3-3SINAMICSV80伺服系統(tǒng)3.4軸承尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.4.1估算軸的直徑根據(jù)查閱參考文獻(xiàn)【1-7】可以知道軸的最高速度為76.3944r/min,其所傳遞的總功率約為200w,Q235調(diào)質(zhì)后A為120。由此可以估算軸的直徑:(3-24)由于鍵對(duì)軸承的削弱，所以軸承的直徑位20mm3.4.2軸承的受力計(jì)算由垂直面可以知道上夾送輥的力齒輪的軸向力:(3-25)(3-26)軸的支持力:所以：(3-27)水平面：所以：(3-28)截面轉(zhuǎn)矩:(3-29)3.4.3繪制力與力矩圖利用上面的計(jì)算,再根據(jù)軸的設(shè)計(jì)理論,即可繪出軸承的受力圖,承載力、轉(zhuǎn)矩圖及其垂直受力矩圖。通過(guò)詳細(xì)的分析可以確定它的承載力與扭矩比最大所在位置。(如圖3-5所示)圖3-5軸力圖由上圖中我們可以知道,作用在表面上的力和扭矩都差不多可以忽略不計(jì)。在分析和設(shè)計(jì)然后計(jì)算后,只需要相應(yīng)加大尺寸即可。而經(jīng)過(guò)分析后,左軸承中軸所受的彎矩為最大,此時(shí)所受力矩也將到達(dá)最大,由此可見(jiàn),在臨界截面的左軸承位置。通過(guò)查看參考文獻(xiàn)[1-6]可以計(jì)算和設(shè)計(jì)之后,可以對(duì)軸的結(jié)構(gòu)的完全構(gòu)成。3.5皮帶尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.5.1確定設(shè)計(jì)功率由上面計(jì)算結(jié)果可以知道：電機(jī)功率是200w，它的的輸出功率為0.2千瓦,查表可得其工況系數(shù)為：,計(jì)算功率(3-33)3.5.2選擇帶的型號(hào)終選定皮帶的標(biāo)準(zhǔn)型式為:A型,然后可以確認(rèn)小帶輪的基礎(chǔ)口徑為75mm。3.5.3確定帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度帶的中心距:(3-34)(3-35)為更便于操作和維護(hù),所以選擇帶的中心距寬度一般為20mm帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度:(3-36)查參考論文[1-7]可以知道帶的長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝710mm實(shí)際中心距:(3-37)3.5.4計(jì)算小帶輪的包角(3-38)3.5.5通過(guò)計(jì)算可以知道初始拉力=69.43(N)3.5.6軸上所受的壓力(3-39)3.5.7帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于這個(gè)設(shè)計(jì)中所要的速度要求不是特別高,所以只需要用鑄鐵材質(zhì)來(lái)制作帶輪就可以滿足這個(gè)設(shè)計(jì)的使用要求,其中由于小帶輪和大帶輪的尺寸相差不是特別大,本設(shè)計(jì)就可以選用腹板式結(jié)構(gòu)。3.6齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.6.1齒輪受力分析由參考文獻(xiàn)[3-5]可以知道齒輪的圓周力,傳遞的功率是100w。齒輪的設(shè)計(jì)就是根據(jù)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。3.6.2按齒面的接觸摩擦力的設(shè)計(jì)齒數(shù)Z和齒寬可以知道取Z為40,則m=2。由于大齒輪系統(tǒng)不是對(duì)稱布置,所以可以知道取用0.3計(jì)算轉(zhuǎn)矩以及載荷系數(shù)K。轉(zhuǎn)矩(3-40)查看相關(guān)書(shū)籍可以得到它的載荷系數(shù)為1.35許用接觸應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：(3-41)查看相關(guān)書(shū)籍可以知道它的壽命系數(shù)為0.99開(kāi)式齒輪工作條件比較繁瑣麻煩。所以安全系數(shù)取查看相關(guān)書(shū)籍可以知道它的應(yīng)力為它的最小直徑：(3-42)所以取齒數(shù)量為40，模的數(shù)量為2，通過(guò)計(jì)算可以知道它的直徑為80mm的齒輪滿足它的使用條件。3.6.5齒輪其他數(shù)據(jù)說(shuō)明由3.6.4可以知道齒輪的模數(shù)量和齒數(shù)量,通過(guò)分析可以知道齒輪的中心距為80mm。符合本設(shè)計(jì)所使用的要求?？梢圆榭聪嚓P(guān)書(shū)籍了解傳動(dòng)的要求,可以知道齒輪的精度等級(jí)為7級(jí)即可以完全滿足傳動(dòng)的使用條件。3.7滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.7.1軸承的類型和它的尺寸選擇使用圓錐滾子軸承。由上面可以知道軸承的最小孔徑為20mm,則選擇使用軸承的最大孔徑則為25mm。則軸承的型號(hào)為NU205E。3.7.2軸承的受力情況計(jì)算徑向力:軸向力:3.7.3動(dòng)載荷數(shù)據(jù)計(jì)算(3-43)3.8鍵的設(shè)計(jì)和分析3.8.1鍵的數(shù)據(jù)型號(hào)的選擇由上面的數(shù)據(jù)可以知道鍵對(duì)軸的削弱作用，可以得到軸的直徑大小為20mm。查看相關(guān)書(shū)籍可以知道軸的受力情況選擇單圓頭平鍵進(jìn)行連接,根據(jù)它的直徑可以知道:鍵寬為d=6mm,鍵高為h=6mm。公式:(3-44)鍵的長(zhǎng)度:(3-45)所以可以得到它的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為36mm。由上面計(jì)算可以知道皮帶輪的寬度并沒(méi)有達(dá)到36mm。所以不能滿足該設(shè)計(jì)的使用要求,因此這里可以采用雙鍵連接方式并進(jìn)行計(jì)算。(3-44)通過(guò)計(jì)算可以知道該鍵的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為28mm。完全可以滿足該設(shè)計(jì)使用要求。3.8.2齒輪鍵型號(hào)數(shù)據(jù)的選擇由上文可以知道,該設(shè)計(jì)的齒輪軸最大的孔徑為26mm。根據(jù)上文軸的受力狀況我們可以選用:與圓頭平鍵的連接,該設(shè)計(jì)軸的長(zhǎng)度我們可以選擇使用:鍵寬的d=8mm,鍵高為h=7mm。所以鍵的長(zhǎng)度:(3-47)所以這個(gè)鍵的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為16mm。能夠滿足改設(shè)計(jì)的使用要求。3.9螺釘型號(hào)數(shù)據(jù)的選擇根據(jù)參考文獻(xiàn)[3-4]這里我們選用GB/T5780—2000M5×25（電機(jī)）、GB/T5780—2000M8×80（機(jī)架）、GB/T65—2000M2×12（皮帶輪）這三種型號(hào)的螺釘來(lái)滿足該設(shè)計(jì)的使用需求。4沖床自動(dòng)控制系統(tǒng)功能軟件實(shí)現(xiàn)4.1沖床PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的流程圖(如圖4-1所示)圖4-1自動(dòng)控制系統(tǒng)的流程在自動(dòng)加工模式下,您需要按下"開(kāi)始"按鍵,然后沖床系統(tǒng)將根據(jù)您編程的程序?qū)φ麎K板材進(jìn)行所有步驟的工作,從而可能造成了該系統(tǒng)故障或工作的停止運(yùn)行。在全軟件流程圖所有步驟,由于軟件不能非常精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)運(yùn)作要求,所以接下來(lái)我們要對(duì)整個(gè)伺服系統(tǒng)更加精確地分析以及沖切的每一個(gè)控制步驟都進(jìn)行研究與改進(jìn)。4.1.1伺服系統(tǒng)所使用的流程圖該設(shè)計(jì)的沖床自動(dòng)控制的重要組成部分是伺服系統(tǒng),它可以滿足該設(shè)計(jì)對(duì)工件或沖孔部位的判斷。伺服系統(tǒng)所使用的流程圖。(如圖4-2所示)圖4-2伺服系統(tǒng)控制流程圖4.1.2沖頭切片控制流程(如圖4-3所示)圖4-3沖頭切片控制流程圖4.2PLC的I/O地址分配按照該設(shè)計(jì)的自控系統(tǒng)特點(diǎn),向PLC提供要求HMI和設(shè)備的遠(yuǎn)方、就地、復(fù)位等;又因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)的伺服控制系統(tǒng)有另一種不同操作方式,分為手動(dòng)、自動(dòng)兩種方式的確定方式,這里可以通過(guò)按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。包括一套位置感應(yīng)裝置和兩個(gè)個(gè)氣缸限位開(kāi),。由參考文獻(xiàn)[8-14]可以知道伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),要求3個(gè)PLC輸入輸出口;指示燈由3種顏色：紅，黃，綠，共需要3個(gè)PLC輸入輸出口;,還有兩個(gè)PLC輸入輸出口分別是沖頭和電磁閥的控制系統(tǒng)。所以該設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)一共需要8個(gè)PLC輸入輸出口。4.3選擇PLC的型號(hào)就現(xiàn)在的PLC品牌和性價(jià)比來(lái)說(shuō),施耐德、三菱、GE、歐姆龍、ABB、A-B、艾默生的等公司PLC性能穩(wěn)定功能強(qiáng)大,當(dāng)然國(guó)產(chǎn)也有很多PLC品牌，但是這些PLC不夠穩(wěn)定，無(wú)法滿足該設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性。所以暫時(shí)不考慮。根據(jù)監(jiān)控對(duì)象的I/0點(diǎn)、工藝特點(diǎn)、掃描速率、自動(dòng)檢測(cè)功能、性價(jià)比選擇等原因;這設(shè)計(jì)使用了西門子S7-200系列PLC。這個(gè)性價(jià)比比較高符合要求而且不貴。5結(jié)論二零二二年二月開(kāi)始寫(xiě)作論文,今天論文已經(jīng)基本完成。創(chuàng)作的整個(gè)過(guò)程中,由最初期的迷茫狀態(tài)到逐漸的進(jìn)入狀態(tài),再到越來(lái)越清醒的頭腦,都已無(wú)法再用文字來(lái)表達(dá)。通過(guò)幾個(gè)多月的奮斗,一項(xiàng)緊湊而豐富的工業(yè)設(shè)計(jì)工作最終落下了帷幕。回首過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)與感悟,我非常感激,從此次畢業(yè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作中得到了很多難以忘懷的回憶與感受。最初,我畢業(yè)論文的主題是關(guān)于采用了PLC控制系統(tǒng)的自動(dòng)沖床給料機(jī)的設(shè)計(jì)。一旦選擇了主題報(bào)告并完成了開(kāi)始報(bào)告,數(shù)據(jù)收集就開(kāi)始了。在搜集資源的流程中,精心籌備好了一本筆記本。我們校圖書(shū)館還網(wǎng)絡(luò)搜索了有關(guān)資源,對(duì)其中重要資源進(jìn)行了錄入,力圖做到資料齊全、準(zhǔn)確無(wú)誤、豐富、主張。于是我認(rèn)真地梳理并分析搜集到的資料來(lái)撰寫(xiě)自己的報(bào)告。在我寫(xiě)論文的過(guò)程中,我不斷的完善了該設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確度。并且記錄下了計(jì)算數(shù)據(jù)和繪制出了該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)圖,但由于缺少對(duì)實(shí)物的認(rèn)知和缺少對(duì)PLC編程這方面的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),所以無(wú)從下手,設(shè)計(jì)思路也很多。在那個(gè)計(jì)劃中,滾輪和機(jī)座的設(shè)計(jì)都是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的事情,但通過(guò)反復(fù)推敲和比較,機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了。在我不斷的完善自己的論文以后,本來(lái)感覺(jué)非常的疲憊,但是今天看著電腦屏幕上的設(shè)計(jì)稿卻讓我覺(jué)得這是非常值得的，對(duì)得起我自己的努力與付出。每次在學(xué)校圖書(shū)館查看書(shū)籍查找資源的時(shí)候,遇到了眾多圖書(shū)的清單,最難以忘懷的是找到自己所需要的資源那種的高興和滿足感。而最令人難忘的是,每一個(gè)小想法都是怎么完成的。我很多次趕稿到了深夜為了完成論文,但看到我自己打字的文章讓我感到自豪而不累。這一段時(shí)光看起來(lái)是困難重重,但是我沒(méi)有向困難低頭，努力的去克服困難，這也讓我受益無(wú)窮。經(jīng)過(guò)大量資料查閱后,也掌握了不少有關(guān)沖床送料方面的基本知識(shí),整合和提高了所學(xué)理論知識(shí),逐步掌握了當(dāng)今PLC的最新發(fā)展趨勢(shì)。在這過(guò)程中,我獲得了新的東西并獲得了見(jiàn)解。未來(lái),我將不斷地努力完善自我,發(fā)展自己，讓自己變得更加強(qiáng)大。在自己所學(xué)領(lǐng)域上干出一番大作業(yè)。不怕困難，不向困難低頭不怕吃苦本設(shè)計(jì)中我碩獲得的最大收貨。這次的論文設(shè)計(jì)對(duì)鍛煉自己意志力心無(wú)旁騖的完成論文和提高實(shí)自己踐能力了解PLC系統(tǒng)也有非常大的幫助。以