K700型票据自动冲孔机设计-针模及控制部分设计

黄河科技学院毕业设计说明书 第 I 页K700 型票据自动冲孔机设计-针模及控制部分摘 要本次设计的任务是票据自动冲孔机的针模及控制部分。针模是机床的重要的加工部分，它的质量的好坏影响着产品的质量。在设计时首先对模具的结构类型进行了对比，其次，根据设计的要求确定设计方案并选择单工序冲裁模，再次，对冲裁模的各个零件进行了设计计算和选择，最终完成了满足要求的针模。控制部分是实现机床自动化控制的重要保证，所以要选择安全可靠的生产率高的PLC 系统。根据机床的输入输出要求和机床的工作环境选择了西门子公司的 S7-200 系列 CPU 为 226 型的可编程控制器，此可编程控制器提供了 40 个 I/O 点，其中 24 个输入 16 个输出完全满足了机床的控制要求。最后对机床的操作以及安全须知进行了叙述，以便工作人员学习操作和简单的故障排查。关键词:单工序冲裁模，可编程控制器，西门子黄河科技学院毕业设计说明书 第 II 页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黄河科技学院毕业设计说明书 第 III 页目 录1 绪论 .11.1 机床介绍 11.2 任务书 31.3 方案论证及对比 32 针模的设计 .52.1 冲压技术要求: 52 .2 零件的工艺性分析. 62.2.1 零件的工艺性分析 62.2.2 冲裁件的精度与粗糙度 62.2.3 冲裁件的材料 62.2.4 确定工艺方案. .62.3 冲压模具总体结构设计 62.3.1 模具类型 62.3.2 操作与定位方式 72.3.3 卸料与出件方式 72.3.4 模架类型及精度 72.4 冲压模具工艺与设计计算 72.4.1 排样设计与计算 72.4.2 设计冲压力与压力中心 82.5 模具的设计 92.5.1 冲裁模具的装配图 92.5.2 冲压模具的零件设计 103 电气控制部分设计 .143.1 PLC 机型的选择 .143.2 PLC 的硬件电路设计 .16黄河科技学院毕业设计说明书 第 IV 页3.2.1 中央处理器 CPU.163.2.2 存储器 173.2.3 电源 173.2.4 通信接口 173.2.5 输入接口 173.2.6 输出接口 183.3 PLC 软件任务合理分配 .213.4 系统综合性能的提高 213.5 PLC 软件设计 .224 机床操作附加说明 .234.1 开机及手工操作 234.2 自动工作方式 234.3 模具安装 234.4 机床的润滑 234.5 一般故障处理 244.6 技术安全须知 25结 论 .26致 谢 .27参考文献 .28附录 .29黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页1 绪论1.1 机床介绍PLC 控制票据打孔机是一种先进的打孔设备，它采用计算机程序控制，由交流伺服电机通过同步带拖动滚珠丝杠螺母副驱动夹紧钳实现进给，它的传动精度较高，同时通过摩擦离合器的开启与闭合来进行上下料的操作。该设备的控制系统及驱动系统分别选用德国西门子公司的近期产品，主电机驱动设置了变频调速器，整机具有结构紧凑，体积小，刚性好，定位精度高，以及操作简便，运行可靠，维护方便等优点，是较理想的票据打孔设备。由于本机用于票据打孔，工作环境要求机床本身干净、整洁，占地面积小。故该机设计时尽量简化结构，减少修配、调整工作量。票据生产时效性强，整机工作频繁，要便于人工操作，还必须保证各个构件的刚性和可靠性机床基本工作原理：图1.1机床基本工作原理该 PLC 控制票据打孔机具有以下特点：主传动部分中曲柄两端各有一与轴中心线偏心量为 4.5 毫米的圆柱，可保证滑块的黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页行程为 9 毫米。皮带轮兼做飞轮，离合器与皮带轮一起套在曲柄的一端。带式制动器与凸轮状信号盘固定在曲柄另端。曲柄转动可使拉杠带动滑块沿导柱(共有四根)上下移动。与其它冲压设备相比主传动部分结构紧凑，便于制造，体积小及可靠性好 1。整体的铸铁滑块由四套直线导轨作为导向，使滑块定位非常可靠。同时也避免了滑块导向部分的铲刮和修配。该机床身采用钢板组合的框架焊接结构，焊后进行了定性处理。具有刚性好，制造工艺简单，工期短，成本低的优点。特殊加工的组台模具中固定排列有数百根针，由上针板，导针板，凹板(下模板)三层组成，它们由两根导杆联成一体。刚性好，精度高，便于安装，一次到位后基本不需要调整。纸张的移动部分采用了大导程滚珠丝杠与滚动导轨的组合，有效地保证了齿孔的连接精度。置于曲柄端部的凸轮状信号盘结构简便直观，安装调整方便。控制步进电机的信号通过接近开关传递到 PLC 主机中，灵敏度高。下图为机床进给拖动系统原理图： 图 1-2 机 床 进 给 系 统 原 理 图交流伺服电机接受程序控制器发来的脉冲，进行同步工作，然后通过同步带及带轮拖动滚珠丝杠螺母副驱动夹纸钳完成进给运动 2。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页1.2 任务书本次设计的任务是票据冲孔机的针模部分及控制部分。其基本的参数如下：为了方便使用者，一些票据（如邮票、小型张、纪念张等）周边打有均匀分布的小孔，这些小孔都是在冲孔机上用针模加工出来的。K700 型票据自动冲孔机采用 PLC 控制伺服系统进行票据自动定位、离合器自动控制，加工票据上的小孔。设备的主要技术参数：（1）整张票据最大尺寸：700(长)620（宽） ；（2）冲速：2100 次/分，连续可调；（3）孔距：10350，自由设置；（4）孔距精度：0.04；（5）主电动机功率：2.2kw；本课题要求：1、设计 K700 型票据自动冲孔机的针模部分，包括上下模架、凸凹模、凸模固定板等。2、设计冲孔机的控制部分，包括原理设计和程序设计。1.3 方案论证及对比本次设计的任务是针模部分和整个专机的控制部分。针模部分的设计方案有三种：简单冲压模 在冲压的一次行程中仅完成一个冲压工序的模具;连续冲压模 在冲压的一次行程中在不同的工位上同时完两道工序或两道以上冲压工序的模具；复合冲压模 在冲压的一次行程中在同一工位上完成两道或两道以上冲压工序的模具 3。本次设计的机械部分针模只是在票据周边打孔工序简单，而且精度要求不高，所以根据要求选择简单冲压模。控制部分的设计方案有两种：选用 PLC 控制 PLC 是以微处理器为主的一种工业控制装置，PLC 系统能很好地完成工业实时顺序控制 、条件控制、计数控制、步进控制等功能；能够完成模数(AD)、数模 (DA) 转换 、数据处理、通讯联网、实时监控等功能。可靠性高、黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页运行速度快；功能强大、组合控制灵活；兼容性良好；程序编制及生成简单、丰富，操作维护简单。选用单片机控制 单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。根据设计要求，机床工作在的环境选择 PLC 控制，因为 PLC 更加的稳定可靠方便技术人员应用。黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页2 针模的设计冲模是冷冲压加工方法中的基础工序，应用极为广泛，它即可以直接冲压出所需的成型零件，又可以为其它冷冲压工序制备毛坯 3。普通冲裁是常见的冲裁工艺，材料在分离时由于受到冲裁力的作用，在凸.凹模刃口之间的材料，被撕裂最终实现分离。因此，普通冲裁工件断面较粗糙，而且有一定的锥度，其精度较低。精密冲裁是采用特殊结构的冲模，使凸凹模刃口处的材料受三向压应力的作用，形成很大的静水压效应，抑制材料的断裂，以塑性剪切变形状态使材料分离。精密冲裁的断面光洁且与板面垂直，精度较高 4。本次设计的针模部分精度要求不高，而且是在一冲程过程中完成冲压工序，所以选择普通冲裁的简单冲压模。设计要求:设计该零件的冲裁模 冲裁件是票据纸张规格是 5030mm2.1 冲压技术要求:(1) 材料:票据纸张(2) 材料厚度:0.1mm(3) 生产批量:中批量黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页(4) 未注公差:按 IT14 级确定.2 .2 零件的工艺性分析.2.2.1 零件的工艺性分析 该零件材料为纸，结构简单,形状对称,在纸张周边打孔，孔径为 1mm,孔间距为1mm，冲裁件孔与孔之间:孔与边缘之间的距离受模具的强度和冲裁件质量的制约,其值不应过小,一般要 b1(1 1.5)t,b2(1.52)t 硬质纸的最小孔径 d0.5t 所以根据已知的装配图得出该零件的零件的工艺性满足要求。2.2.2 冲裁件的精度与粗糙度冲裁件的经济公差等级不高于 IT14 级,一般落料公差等级最好低于 IT10 级,冲孔件公差等级最好低于 IT9 级,所以孔中心与孔边缘尺寸公差是0.5，孔中心距公差 0.10 而冲件孔中心距最高精度公差为 0.03,因此可用于一般精度的冲裁 ,普通冲裁可以达到要求.由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑.2.2.3 冲裁件的材料冲裁件材料为幅面 700620 的票据纸张，此材料较薄且强度不高，可以进行冲裁加工。2.2.4 确定工艺方案.该冲裁件只有冲孔一个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于中批量生产,且制件形状多变，精度要求也不高，复合冲裁模，通用性差，适合中批大量生产，级进模冲裁适合中小零件大批生产，所以选择价格低廉的单工序模冲裁，通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题,根据以上分析,该零件采用单工序模冲裁工艺方案.2.3 冲压模具总体结构设计2.3.1 模具类型根据零件的冲裁工艺方案,采用单工序冲裁模.黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页2.3.2 操作与定位方式零件中批量生产,机床是自动化程度较高的设备，所以采用自动送料方式达到批量生产,且能降低模具成本,保证孔的精度及较好的定位。2.3.3 卸料与出件方式考虑冲裁件幅面较大，防止冲裁频率较高，使纸张卡在针模上，采用卸料板卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。2.3.4 模架类型及精度由于尺寸较大，冲裁间隙较小，因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用级模架精度。2.4 冲压模具工艺与设计计算2.4.1 排样设计与计算该冲裁件材料厚度较薄，尺寸大，因此可采用竖排比较合理,如图所示。零件图在 CAD 用计算机算得零件的面积为 26400mm一个进距内的坯料面积:BXS=620X50=31000mm ,因此材料利用率为:=(A/BS)X100%=(26400/31000)X100%=85%由利用率可知,图示的排样合理。黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页2.4.2 设计冲压力与压力中心(1)冲裁力 根据零件图计算出冲一次零件内外周边之和 L=1274.84mm(首次冲裁除外),但因为是纸张冲裁而且纸张厚度较小，所以 较小,冲裁力、卸料力较小，一般的机械力即可满足。(2)计算凸凹模刃口尺寸及公差冲裁间隙值确定:冲孔时间隙取在凹模两侧，合理的单边间隙为板料的 5%10%，冲制孔件时选择凸模刃口尺寸等于所要求的孔的尺寸，而凹模尺寸则是孔的尺寸加上两倍的间隙值 9。凸模刃口尺寸确定：冲制冲孔件时，先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，取凸模 作为基准件，考虑到冲孔件会随凸模的磨损而减小，其对应去接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内仍可使用。根据最小合理的间隙确定凹模尺寸，即将间隙取在凹模上，用扩大凹模刃口尺寸配制凹模。dp=(d+ X)Tpdd=(d+ X+Zmin)TdTp+Td2(Zmax-Zmin)dp-凸模公称尺寸dd-凹模公称尺寸Tp-凸模公差黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页Td-凹模公差X-磨损预留量，当冲裁件精度在 IT11IT13 时，X=0.75Zmin-凸凹模最小双面间隙。Zmin=10%0.01=0.001dp=(1+0.750.1)=1.075 dd=(1.075+0.001)=1.0762.5 模具的设计2.5.1 冲裁模具的装配图如图 2.5.1 所示：1-螺钉；2-定位销； 3-凹模；4-凹模固定板；5- 下模座；6-导柱；7-导套；8-上模座；9- 卸料板；10-卸料螺钉； 11-橡胶；12-凸模固定板；13- 针模；14-垫板；15-定位销；16- 螺钉.图 2.5.1 单 工 序 模 总 装 图黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页2.5.2 冲压模具的零件设计(1)凹模设计凹模的刃口形式：圆柱形型孔凹模、台阶过渡凹模、可调间隙凹模、锥形孔凹模 5。其中圆柱形型孔凹模刃口强度高，制造容易刃磨后型孔尺寸不变对冲裁间隙没有明显影响，但型孔内容易积存工件废料因而推力和摩擦力增大，致使每次刃磨量大，降低了凹模的寿命，这种凹模适用于冲裁形状复杂、精度要求较高的工件；台阶过渡形凹模，刃壁与卸料孔用台阶过渡，不易积存冲件和废料，孔口磨损量少，但此凹模工作部分强度较差，适用于形状简单的薄板件；可调间隙凹模，这种凹模适用于冲裁板厚小于 0.5mm 的软金属或非金属，但是不适合一次冲裁多孔的冲件；锥形型孔凹模刃口锐利，孔内不易积存冲件或废料，孔口磨损胀裂力及每次修磨量均小，使用寿命相对较长，但刃口强度较低，易随修磨量而略有增大，适用于形状简单精度要求不高的较薄的板材的工件。根据上述分析对比综合考虑选择锥形型孔凹模。凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉,销针与下模座固定的固定方式。凹模轮廓尺寸计算如下:凹模轮廓尺寸的确定 凹模轮廓轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 LXB(长 X 宽)及厚度尺寸 H。整体式凹模板的厚度根据经验取 20mm,凹模板的平面尺寸是 62074。查有关国家标准,并无厚度合适,所以是定制的尺寸。凹材料的选用:根据表得选用 T10A。(2)凸模设计凸模结构形式有普通冲裁凸模、无导向冲裁凸模、有导向冲裁凸模和带台肩凸模。但是这次的凸模有别于以上几种，是一种特殊的凸模，但是结构形式基本上一致，只在冲裁刃口上有一些不同。黄河科技学院毕业设计说明书 第 11 页表 2.5.2 冲裁刃口选择注 ： 为 材 料 之 抗 剪 强 度 。黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页表 2.5.3 斜刃凸模和凹模的主要参数材料厚度t/mm斜刃高度h/mm 斜刃倾角 平均冲裁力为平刃的百分比33102tt5830406065由于冲裁件的材料是纸张所以采用单边斜刃冲裁模，便于冲裁。材料厚度为t=0.1mm,斜刃高度 h=2t=0.12=0.2。凸模长度确定：涂抹长度应根据冲模的整体结构来确定，一般情况下在满足使用要求的前提下，凸模越短越好，强度越高材料越省。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-导尺厚度式中的 57 是凸模进入凹模的深度、凸模修磨量、冲模正在闭和状态下卸料板到凸模固定板间的距离。凸模材料：参照冲压模具设计与制造选用 T8A。考虑冲孔凸模的直径很小，而且凸模前端采用的是斜刃，冲裁的材料是非金属材料票据，所以凸模强度是足够的，不需再进行校核。螺钉规格的选用:由凹模板的厚度可选用 M6 在根据实际要求,查标准选用 GB70-85 M6,这里要 2 个。销钉规格的选用: 销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格,因此根据标准选用 GB 119-86 A620,选取材料为 45 钢。根据定位方式及坯料的形状与尺寸,选用合适的标准定位零件。(3)设计和选用卸料与出件零件卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下冲即可,因此不用设计出件零件。固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的 0.81 倍 9,所以卸料板的LXBXH=620X74X8=620X74X8 卸料板在此仅起卸料作用,凸模与卸料板间的双边间隙一般取 0.20.5mm,这里取 0.5mm,材料为 Q235。(4)选择模架及其它模具零件黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页选择模架:由凹模周界 620X75,及安装要求,选取凹模周界:LXB=620X75,闭合高度:H=90.22,上模座:720X128X20，下模座: 720X128X20。导柱导套:为便于安装和定位，采用的两套导柱导套尺寸不一样，分别为导柱7620，7624；导套 4230，4532。垫板: 垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力,以防止模座被挤压损伤,因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板.垫板的外形尺寸与凸模固定板相同,厚度可取 310mm,这里设计时,由于压力较大,选取规格为 LXBXH=620X75X8。凸模固定板: 模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致,厚度为凹模的0.60.8h,h 为凹模的厚度,这里取 0.6h,即 0.6X20=12mm,根据核准选取板的规格为LXBXH=620X75X12；凸模与凸模固定板的配合为 H7/n6,装配可通过 2 销钉定位,4 个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致。橡胶：橡胶的自由高度是工作行程的（3.44）倍，装配高度是自由高度的（0.850.9）倍，自由高度是 4mm,装配高度是 3.6mm。黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页3 电气控制部分设计可编程序控制器（简称 PLC）是综合计算机技术、自动化控制技术和通讯技术迅速发展起来的新一代工业自动化控制装置，目前，已成为现代工业生产自动化三大支柱（PLC、机器人、计算机辅助设计与制造）之一，引领了科技发展的方向 9。任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象的要求，以提高生产效率和产品质量。在 PLC 系统设计时也应该把这个问题放到首位。PLC 系统设计应当遵循以下原则：(1)满足要求；(2)安全可靠；(3)经济实用；(4)适应发展。总的设计方案如图 3-1 所示： 是投 入 使 用 程 序 备 份 否 模 拟 运 行是 否 满 足 要 求控 制 柜 设 计 程 序 设 计 、 调 试模 拟 运 行安 装 控 制 柜 设 计 控 制 流 程 设 计机 型 的 选 择评 估 控 制 任 务图 3.1PLC 系统设计方案3.1 PLC 机型的选择这次选择的是德国西门子公司生产的 S7-200 系列，本机集成 24 输入/16 输出共40 个数字量 I/O 点。可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。26K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的 30kHz 高速计数器，2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。2 个 RS485 通讯/编程口，具有 PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力 10。I/O 端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度黄河科技学院毕业设计说明书 第 15 页和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。其结构参见图 3-2 所示：图 3.2 S7-200 系 列 PLC 结 构其技术数据参见图 3.3 所示：黄河科技学院毕业设计说明书 第 16 页图 3.3 CPU226 技 术 数 据3.2 PLC 的硬件电路设计数控系统基本硬件组成：任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行，而软件是硬件的灵魂，只有配置了软件的硬件才是可工作的控制系统。PLC 主要由 CPU、存储器、I/O 接口、通信接口和电源等几部分组成，如图 3.4 所示。图 3.4 PLC 的 硬 件 结 构黄河科技学院毕业设计说明书 第 17 页3.2.1 中央处理器 CPUCPU 是 PLC 的逻辑运算和控制指挥中心，控制整个系统协调工作。3.2.2 存储器PLC 的 ROM 存储器中固化着系统程序，不可以修改。RAM 存储器中存放用户程序和工作数据，在 PLC 断电时由后备电池供电（或采用 Flash 存储器，不需要后备电池） ，使断电后 RAM 中的数据不会丢失。 3.2.3 电源将外部电源转换为 PLC 内部器件使用的各种电压。备用电源采用锂电池，当锂电池电压降低时，在 PLC 通电情况下，面板上备用电源（BATTY）灯亮，提醒及时更换锂电池。3.2.4 通信接口 它是 PLC 与外界进行交换信息和写入程序的通道。3.2.5 输入接口输入接口用来完成输入信号的引入、滤波及电平转换。输入接口电路如图 3.5 所示。输入接口电路的主要器件是光电耦合器 13。光电耦合器可以提高 PLC 的抗干扰能力和安全性能，进行高低电平（24V/5V）转换。输入接口电路的工作原理如下：当输入端开关 SB 未闭合时，光电耦合器中发光二极管不导通，光敏三极管截止，放大器输出高电平信号到内部数据处理电路，输入端口 LED 指示灯灭；当输入端开关 SB 闭合时，光电耦合器中发光二极管导通，光敏三极管导通，放大器输出低电平信号到内部数据处理电路，输入端口 LED 指示灯亮。黄河科技学院毕业设计说明书 第 18 页图 3.5 PLC 输入接口电路3.2.6 输出接口PLC 的输出接口有三种形式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出，如图 3.6 所示。(a)继电器输出 (b)晶体管输出 (c)晶闸管输出图 3.6 PLC 输出接口（1）继电器输出 继电器输出可以接交直流负载，但受继电器触点开关速度低的限制，只能满足一般的低速控制需要。（2）晶体管输出 晶体管输出只能接直流负载，开关速度高，适合高速控制的场合，如数码显示、输出脉冲信号控制步进电动机和模数转换等。（3）晶闸管输出 晶闸管输出只能接交流负载，开关速度较高，适合高速控制的场合。输出接口电路的规格如表 3.1 所示：表 3.1 输出接口电路的规格表黄河科技学院毕业设计说明书 第 19 页项目 继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出负载电源 AC250V 以下DC30V 以下 DC 530V AC 85242V电路绝缘 机械绝缘 光电耦合绝缘 光电耦合绝缘负载电流 2A/1 点8A/4 点公用 0.5A/1 点0.8A/4 点 0.3A/1 点0.8A/4 点断通 约 10ms 0.2ms 以下 1ms 以下响应时间 通断 约 10ms 0.2ms 以下 10ms 以下硬件图如下：黄河科技学院毕业设计说明书 第 20 页I/O 接 口 地 址 分 配 如 下 所 示 ：黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页序号 地址号 信号名称1 I0.0 S1-1：手动控制工作方式2 I0.1 SI-2：自动控制工作方式3 I0.2 SB1：主电动机启动4 I0.3 SB2：主电动机停止5 I0.4 SB3：夹纸钳夹紧6 I0.5 SB4：曲轴离合器结合7 I0.6 SB5：步进电动机正向点动 8 I0.7 SB6：步进电动机反向点动9 I1.0 SB7：半自动控制启动10 I1.1 SB8：半自动控制停止11 I1.2 SQ1：夹纸钳左运动极限12 I1.3 SQ2：夹纸钳右运动极限13 I1.4 SQ3：缺纸检测14 I1.5 SQ4：上针模上位极限15 I1.6 SQ5：夹纸钳夹紧到位16 Q0.0 步进电动机驱动脉冲输出17 Q0.1 步进电动机转向控制输出18 Q0.2 步进电动机转向控制输出19 Q0.3 离合器结合20 Q0.4 制动器结合21 Q0.5 夹纸钳夹紧22 Q0.6 主电动机启动23 Q0.7 就绪指示灯24 Q1.0 缺纸报警25 Q1.1 超时报警黄河科技学院毕业设计说明书 第 22 页3.3 PLC 软件任务合理分配硬件设计完后，就进行软件编程，先开启电源，PLC 自检通过后程序启动，然后纸夹放在指定位置后，进行检测，纸夹夹紧后进行离合器闭合，开始冲孔。设定进给速度距离。达到设定的取纸位置后确定纸钳的稳定性，完成后返回原点。系统软件流程图如下：3.4 系统综合性能的提高（1）从驱动电路入手 尽量选择更理想的驱动电路实现电动机的控制。例如采用细分驱动电路后相当于减小了步进电动机的步距角，显然对提高系统精度大有好处；还黄河科技学院毕业设计说明书 第 23 页有采用高频调压驱动电路可减弱低频振荡现象，并且还可以减小其动态误差。（2）从软件入手 根据齿隙误差的特点，当工作台运动方向改变时可利用软件对齿隙进行补偿。另外，对滚珠丝杠的螺距累积误差也可利用软件进行校正。（3）从控制原理方面入手 对于精度要求较高的大型数控设备，针对开环系统的不足，可在其基础之上增设一套工作台位移检测装置，如直光栅或感应同步器等，有么监视并补偿前向通道的误差。例如，当系统中没有传动误差时，反馈电路部分相当于不工作，只有开环部分工作；当出现传动误差时，由反馈电路发出一定数目的附加脉冲，用以补偿步进电动机多走或少走的步数。可见，在该系统中机床本身并不含在定位伺服系统中，而是处在补偿回路中，使系统易于调试，类似于开环，但系统精度又接近于闭环。综上因素，这次课程设计数控部分选用 S7-200 作为控制器，运用于有简单逻辑控制的位控场合，位置控制中的运动速度，位置地址都可以在程序中设定，可反复以不同的速度运动定位，位置数目不受限制，除位置控制专用指令外，还有若干 PLC 通用逻辑指令，程序容量为 26K，可分为 100 个程序块，固化于 EEPROM 卡盒之中。其控制操作面板如下图所示：图 3.7 PLC 控制操作面板3.5 PLC 软件设计根据该设备的控制要求软件设计采用 S7-200 PLC 的顺控制指令 15,这样可以使编程和调试更加快捷。采用顺序控制指令可以保证在系统运行过程中运行状态的一性,这样 PLC 的每个循环周期只运行某个状态的指令从而高系统的响应速度。软件程序见附录。黄河科技学院毕业设计说明书 第 24 页4 机床操作附加说明4.1 开机及手工操作初次开机时，首先检查外部电源 3380V 及地线是否已经接好无误，打开控制柜门，合上 Q1、Q2、Q3，在操作面板上，打开电源钥匙开关，启动电源，将自动/手工钥匙开关置于手动位置(看指示灯)，启动冲压电动机 15，电动机应顺时针方向转动，电动机启动无误后，可接着试各手动按钮的功能，拖板(即夹纸钳)前进，后退，回参考点，离合器。刹车，纸钳夹紧，松开等。4.2 自动工作方式启动电源，将自动/手动钥匙开关置于自动位置，将离合/制动开关置于中间位置，启动冲压电动机，调好纸张位置，选择所使用程序，按下程序启动/暂停中的启动按钮，机床便按照设定好的程序自动循环工作，在放纸位置还装有一套启动，暂停，急停按钮，操作功能与面板上的一样。4.3 模具安装(1)模具从上下滑道二端插入上下滑道的 T 形槽内，二端用固定板挡紧模具。(2)模具安装时注意下针板孔与下针板支撑位置，一定要防止下针板支撑堵死下针板孔，影响纸屑的漏出。(3)冲针进入下模深度 1.21.8。(4)模具安装后，要先用手动离合器吸合，用手盘大皮带轮试冲，试冲无误后才能采用自动冲。模具安装完成后，要先调整好封闭高度，有一偏心蜗轮，它套在滑块的耳轴上，用扳手转动蜗杆，偏心蜗轮随之转动，从而使滑块得到上下调节，调节时应注意保持滑块处于水平状态，即滑块两端开口尺寸一致，调节完成后用螺栓锁紧拉杆即可。黄河科技学院毕业设计说明书 第 25 页4.4 机床的润滑图 4.1 机床润滑系统图机床集中润滑系统如图 3-8 所示：1)每班开机前各油标处应加注 HJ10 号机油润滑；2)每班手动油泵加油一次，手动油泵用 ZG2 号钙基润滑脂。4.5 一般故障处理一般最容易出现故障的地方主要在各种信号开关，气阀，离合器等处。(1)若程序停留在 47 句(或 1518、3740 句)，不再往下执行，这是因为夹纸钳的夹紧或松开的动作未完成，或是信号没有传递到程序控制器 PLC，可检查供气是否正常，夹纸钳动作是否到位，检测开关 XK4、XK5 动作是否良好。如下图所示：黄河科技学院毕业设计说明书 第 26 页图 4-2 机床故障处理图进给不到位，或是程序停留在 2022 句(或 2325、3032、4749、5355 句)处循环，首先检查进给距离的设置是否太大，在额定冲速 120 冲/分时，进给距离设定不应超过 80，否则要通过变频器降低冲速，检查接近开关 XK6 动作是否有故障。(2)电磁离合器、制动器动作不正常，不落冲，依次检查电磁离合器，制动器是否上电，电刷是否磨损，有关联接机构是否完好，有否松动等。4.6 技术安全须知(1)机床电器设备必须接地良好。(机床上备有接地螺钉)(2)修理或检查机床时，最好先切断机床电源后始可进行。(3)调整各保险熔断丝时，其电流值应与原来的相同，不许任意加大。(4)电源电压不可超过机床电器设备电压的 10%，以免电器的绝缘老化破坏。(5)机床所装防护罩，在机床工作时均应完整无损，不准任意拆掉。(6)防止随意触及电器按钮，以免发生事故。