自动冲压加工单元设计
2016-11-11 来源：佛山职业技术学院 作者：冯安平。罗庚兴
摘要：根据柔性生产线自动冲压加工要求，自动冲压加工装置由机械手、控制柜和冲压加工台等构成，机械手从输送带搬运工件，由冲压加工台进行冲压加工．再由机械手将成品工件放回输送带。控制系统以S7—200PLC为核心，丝杆螺母机械手由步进电机驱动．冲压加工装置由气动回路驱动，实现了冲压加工单元自动上下料、冲压加工和检测等功能。
关键词：PLC；冲压；机械手：电气控制；气动控制
1. 自动冲压加工单元的结构和工作原理
自动冲压加工单元的结构示意如图l所示。系统主要由机械手和冲压加工模块两部分组成。
图1 自动冲压加工单71；结构图
1．步进电机2．升降气缸3．手指气缸4．冲压气缸5．对射传感器S3
6．上料气缸7．电感传感器s4 8．电容传感器S5 9．定位气缸
机械手主要由传动臂、升降气缸、手指气缸和检测开关等组成。其主要作用是将运料小车中的待冲压工件搬运到冲压工作台．冲压完成后．又将工件送回小车中。
冲压加工模块主要由上料气缸、冲压气缸和检测传感器等组成。其主要作用是完成工件的冲压加工。此外还有定位气缸、电容传感器等装置。当电容传感器检测到运料小车来到，定位气缸动作。阻挡小车前进。冲压好的工件放回后。定位气缸复位．允许小车前进。
2.气动控制回路设计
自动冲压加工单元的气动控制回路如图2所示。气动系统由气动三联件、电磁阀、节流阀和各种气缸组成。电磁阀均采用二位五通单电控．线圈电压24VDC。电磁阀2V型号为SY5120—5DZ—C8．其余电磁阀型号为SY5120—5DZ一叭。手指气缸型号为MHZ2—16D，冲压气缸型号为CDQ2832—100DM．上料气缸和升降气缸型号为CXSMl0—100．定位气缸型号为CDUl0—50D。为了使各执行元件运动平稳．各气缸的2个气口装有单向节流阀．型号为AILll020F—M5。气缸磁性开关(3S1、3S2、5S1、5S2)型号为D—Z73L，手指气缸、冲压气缸和定位气缸上不用位置检测开关。
图2 自动冲压加工单元气动控制回路
3.电气控制系统设计
3．1 PLC选型与I／O接口分配
PLC是机器人组装单元的核心控制器。根据控制要求分析．PLC有13个开关量输入信号、6个开关量输出信号和1个高速脉冲输出信号。输入输出信号的具体作用和地址分配如表1所示。选用西门子S7 CPU226型PLC．24点直流输入，16点继电器型输出．2路独立的20 kHz高速脉冲输出，完全可以满足控制要求。
传动臂超行程．故障继电器K01动作，切断步进驱动器电源，步进电机停止运行，同时发出报警信号。
表1 自动冲压加工单元PLC的I／O地址分配表
3．2运动控制
(1)机械手运动轨迹
机械手运动轨迹如图3所示．机械手复位后位于原点D，右限位处。系统启动后，若为正品，则机械手的运动轨迹如下：D—咀一曰一0；若是次品，则机械手的运动轨迹如下：D刊_日一nD。其中，D点是取放工件位．A点取放待冲压工件位．B点检测冲压后的工件位．C点次品收集位。D点是冲压工作点。抓放靠机械手实现，直线运行轨迹用步进电机实现。
图3机械手直线运动轨迹平面图
运动控制系统由1台两相混合式6线步进电机和1台等角度恒力矩细分型驱动器组成。步进电机型号为BS57HB56—03．步距角均为1．80．额定电流3．0 A．保持力矩0．9 Nm。驱动器驱动型号为Q2HB44MC，电压DC24—80 V．最高200细分．细分数1～200，驱动电流从0．5～4 A／相连续可调．
(2)运动控制参数计算
设移动速度为25 mm／s；丝杆螺距为10 mm／r：步进驱动器分辨率设置为4 000 p／r，CPU的高度脉冲输出采用PTO单段流水工作方式。QO．0输出。控制字节SMB67=16#85，表示允许PTO输出．单段管式，周期单位斗s，允许PTO脉冲更新，允许更新周期值。
由图3及上述公式可以计算出各段运动轨迹的脉冲数(SMD72)和运动方向(QO．1)，如表2所示。
表2机械手运动轨迹参数表
*-0表示从任意位置返回原点。
3．3 PLC控制程序
自动冲压加工单元控制功能分为复位控制和自动控制2种。复位控制一般系统重启后．电磁阀均不得电。手指松开，其余气缸均为收回状态。因此复位操作仅仅对机械手而言。若初始时机械手不在原点(右限位S1)。此时，按下复位按钮SB3，机械手向右运动，直到右限位S1闭合。
自动控制机械手在原位D点。按下启动按钮SBl，若运料小车来了，小车定位气缸弹出，阻止小车前进。同时机械手下降，抓取工件后上升。机械手将工件搬运到A点放下后上升。上料气缸动作，将工件从A点推送到D点．然后冲压气缸动作，进行冲压加工。冲压完成后。上料气缸将工件送回A点。机械手从A点抓取工件移动到B点，进行检测，若为正品，则将正品移动到0点，放回运料小车，然后复位定位气缸。若为次品，则将次品移动到C点，放到次品回收槽．同时复位定位气缸。机械手返回原点D点进入下一工作循环。按下停止按钮SB2．机械手在完成当前工作循环后。自动停止。
自动冲压加工单元的工艺流程如图4所示。初始化操作用于设置Q0．0控制字节SMB67，设置机械手的移动速度(脉冲周期SMW68)，允许中断等。
机械手转移可以编写子程序和中断控制程序来实现。通过修改不同运动轨迹下的参数。实现Q0．0脉冲输出数量和步进方向的改变。
图4 自动冲压加工控制流程图
4.结语
采用PLC结合步进驱动系统对冲压加工单元进行自动控制，既有效实现了上下料、冲压和检测的逻辑控制．又实现了机械手对冲压工件的精确抓取。控制系统在EAPSl00型柔性生产线上运行调试，设备动作顺畅、性能稳定、可靠性高。全自动冲压加工生产线相比传统的单机人工送料生产．有着诸多优势：生产效率高，安全可靠性强，降低了生产成本。
投稿箱：
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相关信息
