PLC控制的自动冲孔系统
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引言 2
【Abstract】
General?punching equipment?is widely used?in industrial?applications,?but the?equipment?in use process?more dangerous,?and the machining precision?cant be guaranteed.?In this paper,?combined with the study?of electrical automation?knowledge,?expounds a kind ofprogrammable controller?(PLC)?as the control core,?uses the servo?positioning technology,the system design?of?stamping process?automation?control of mechanical?press device.
According to?the requirement of?automatic?punching,?punching system?using PLC as the control core,?the touch screen as?man-machine interface,?with?power?as the power source,the servo motor,?stepper motor,?AC motor?drive?for?automatic feeding?and processing.?In order to achieve the?operating personnel?design automation *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
system?only need to?start and stop the equipment?can complete?the whole process?.
【Key word】: PLC; position control; automatic stamping; system design
引言
随着工业的飞速发展，工业设备的自动化程度越来越高，而想要在平面内进行冲孔一般需要人手动定位，然后进行手动冲孔，由于加工工件一般为金属，所以需要很大的冲击力才能完成，如果人手动冲孔很操作时人身安全得不到保证。因此如何实现工件的固定及定位，如何完成工件的冲压，如何确保设备在运行过程中的安全，如何实现不同孔形的切换是自动冲孔系统所要解决的关键所在。
通过对现代非标自动化进行研究发现，PLC控制已经成为小型自动化设备控制的主流，配以嵌入式的触摸屏，使得设备自动化更为方便。本文以自动冲孔为载体，研究自动化设备的设计与调试。根据对自动冲孔设备的工艺要求，配以现代化的控制技术，采用PLC为控制主体，以伺服电机作为精准定位，以交流电机提供冲压所需动能，以步进电机作为换刀驱动。从而实现供料与冲孔的自动化。本文主要从以下几个方面对自动冲孔系统作出阐述：
1.自动冲孔系统概述，通过工艺流程、机械整体简介、电气系统简介阐述设备的整体构成。
2．自动冲孔系统硬件系统的构成，通过机械系统、电气硬件系统阐述设备的硬件系统的构成。
3.自动冲孔系统软件系统的设计，通过编程软件的介绍、相关指令的说明、部分程序的分析，阐述整个电气软件系统的设计思路。
4.自动冲孔系统常见故障排除，通过自动冲孔常见故障分析，解决自动冲孔系统的日常维护问题。
一、自动冲孔系统概述
（一）自动冲孔系统系统工艺
自动冲孔系统是对固定工件进行冲孔加工。待加工工件为200mm*150mm*2mm的光滑铝质平板。工件的加工要求设备孔间距离精准可调，冲孔方向固定一致，加工后工件要求无毛刺，孔位置精确符合预定距离，表面光洁，工件无变形现象。孔有三种形状：腰形孔、方形孔、圆形孔，每种孔在一条直线上，孔间距离以孔心距为准。待加工工件及加工完成工件如图1-1所示。
图1-1 待加工工件及加工完成工件
（二）自动冲孔系统的整体设计
自动冲孔系统由电气控制系统和机械系统两部分构成如图1-2所示，电气控制系统采用PLC作为核心控制器，对变频器、伺服驱动器、步进驱动器进行控制，驱动相应电机作为设备动力系统，完成相应的程序控制，为机械系统提供动力和安全保护。机械系统由供料机构和冲压机构组成，可实现对工件的固定、供给、加工等过程。
图1-2 自动冲孔系统整体图
（三）自动冲孔系统的工作原理
自动冲孔系统，以西门子smart700ie触摸屏为人机交互界面，通过触摸屏对不同孔位间的距离进行设定，控制设备的启停运转，并对设备运行状态进行有效的监视。以可编程控制器为控制核心，通过可编程控制器控制伺服驱动器驱动伺服电机作为供料机构的动力源，实现供料机构即十字滑台的直线往复运动，并进行精准的的位置定位，确定冲孔位置。通过可编程控制器控制步进驱动器驱动步进电机作为转台部件的动力源，实现转台的旋转运动，有效的切换转台工位，更换加工模具，改变冲孔的形状。通过可编程控制器控制变频器驱动交流电机作为飞轮部件的动力源，为设备冲孔提供动能。通过可编程控制器控制电磁离合器的吸合与断开，在飞轮机构高速旋转的情况下驱动曲轴的转动与刹车，实现对模具的有力冲压。通过可编程控制器控制电磁阀动作，实现对转台的固定，减少磨具冲压时的震动从而减少模具损耗。如图1-3所示。
图1-3 工作原理图
二、自动冲孔系统硬件系统的构成
（一）自动冲孔系统机械机构
1. 自动冲孔系统机械机构概述
自动冲孔硬件系统执行机构如图2-1所示由供料机构和冲孔机构组成。供料机构由两台伺服电机驱动，实现工件的X轴和Y轴定位。冲孔机构由交流电机驱动凸轮机构带动冲压头对模具进行冲压运动，由步进电机驱动转台旋转，切换相应工位，改变冲孔形状。
图2-1 机械执行机构图
2.自动冲孔系统冲孔机构设计
冲孔机构如图2-2所示由转台部件、模具、冲压部件、电磁离合器、大小此轮组成。步进电机、交流电机作为冲孔机构的动力源。步进电机通过链传动驱动转台部件旋转，改变相应工位，从而改变冲孔形状。交流电机通过带传动驱动飞轮旋转，带动小齿轮的旋转，大小齿轮啮合传动同时减速，为冲压头向下运行提供动力。冲压部件和电磁离合器连接，在电磁离合器动作时冲压头可做竖直方向的往复运动，从而完成对模具的冲压。设有电磁制动器，完成一次冲压后，电磁离合器失电同时电磁制动动作，及时刹车，并确保冲压头在切换模具时处在最高点。模具安装在转台部件上，分为上下模，上模受到来自冲压部件的压力，向下运动，完成冲孔动作。定位气缸安装在转台部件旁边，与转台部件上的定位孔相对，动作时对转台部件进行固定。
四、自动冲孔系统的调试及维护
（一）自动冲孔系统的调试
自动冲孔系统在启动前，需要测试各部件安装情况，防止因安装不当造成设备或人身事故。
引言 2
【Abstract】
General?punching equipment?is widely used?in industrial?applications,?but the?equipment?in use process?more dangerous,?and the machining precision?cant be guaranteed.?In this paper,?combined with the study?of electrical automation?knowledge,?expounds a kind ofprogrammable controller?(PLC)?as the control core,?uses the servo?positioning technology,the system design?of?stamping process?automation?control of mechanical?press device.
According to?the requirement of?automatic?punching,?punching system?using PLC as the control core,?the touch screen as?man-machine interface,?with?power?as the power source,the servo motor,?stepper motor,?AC motor?drive?for?automatic feeding?and processing.?In order to achieve the?operating personnel?design automation *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
system?only need to?start and stop the equipment?can complete?the whole process?.
【Key word】: PLC; position control; automatic stamping; system design
引言
随着工业的飞速发展，工业设备的自动化程度越来越高，而想要在平面内进行冲孔一般需要人手动定位，然后进行手动冲孔，由于加工工件一般为金属，所以需要很大的冲击力才能完成，如果人手动冲孔很操作时人身安全得不到保证。因此如何实现工件的固定及定位，如何完成工件的冲压，如何确保设备在运行过程中的安全，如何实现不同孔形的切换是自动冲孔系统所要解决的关键所在。
通过对现代非标自动化进行研究发现，PLC控制已经成为小型自动化设备控制的主流，配以嵌入式的触摸屏，使得设备自动化更为方便。本文以自动冲孔为载体，研究自动化设备的设计与调试。根据对自动冲孔设备的工艺要求，配以现代化的控制技术，采用PLC为控制主体，以伺服电机作为精准定位，以交流电机提供冲压所需动能，以步进电机作为换刀驱动。从而实现供料与冲孔的自动化。本文主要从以下几个方面对自动冲孔系统作出阐述：
1.自动冲孔系统概述，通过工艺流程、机械整体简介、电气系统简介阐述设备的整体构成。
2．自动冲孔系统硬件系统的构成，通过机械系统、电气硬件系统阐述设备的硬件系统的构成。
3.自动冲孔系统软件系统的设计，通过编程软件的介绍、相关指令的说明、部分程序的分析，阐述整个电气软件系统的设计思路。
4.自动冲孔系统常见故障排除，通过自动冲孔常见故障分析，解决自动冲孔系统的日常维护问题。
一、自动冲孔系统概述
（一）自动冲孔系统系统工艺
自动冲孔系统是对固定工件进行冲孔加工。待加工工件为200mm*150mm*2mm的光滑铝质平板。工件的加工要求设备孔间距离精准可调，冲孔方向固定一致，加工后工件要求无毛刺，孔位置精确符合预定距离，表面光洁，工件无变形现象。孔有三种形状：腰形孔、方形孔、圆形孔，每种孔在一条直线上，孔间距离以孔心距为准。待加工工件及加工完成工件如图1-1所示。
图1-1 待加工工件及加工完成工件
（二）自动冲孔系统的整体设计
自动冲孔系统由电气控制系统和机械系统两部分构成如图1-2所示，电气控制系统采用PLC作为核心控制器，对变频器、伺服驱动器、步进驱动器进行控制，驱动相应电机作为设备动力系统，完成相应的程序控制，为机械系统提供动力和安全保护。机械系统由供料机构和冲压机构组成，可实现对工件的固定、供给、加工等过程。
图1-2 自动冲孔系统整体图
（三）自动冲孔系统的工作原理
自动冲孔系统，以西门子smart700ie触摸屏为人机交互界面，通过触摸屏对不同孔位间的距离进行设定，控制设备的启停运转，并对设备运行状态进行有效的监视。以可编程控制器为控制核心，通过可编程控制器控制伺服驱动器驱动伺服电机作为供料机构的动力源，实现供料机构即十字滑台的直线往复运动，并进行精准的的位置定位，确定冲孔位置。通过可编程控制器控制步进驱动器驱动步进电机作为转台部件的动力源，实现转台的旋转运动，有效的切换转台工位，更换加工模具，改变冲孔的形状。通过可编程控制器控制变频器驱动交流电机作为飞轮部件的动力源，为设备冲孔提供动能。通过可编程控制器控制电磁离合器的吸合与断开，在飞轮机构高速旋转的情况下驱动曲轴的转动与刹车，实现对模具的有力冲压。通过可编程控制器控制电磁阀动作，实现对转台的固定，减少磨具冲压时的震动从而减少模具损耗。如图1-3所示。
图1-3 工作原理图
二、自动冲孔系统硬件系统的构成
（一）自动冲孔系统机械机构
1. 自动冲孔系统机械机构概述
自动冲孔硬件系统执行机构如图2-1所示由供料机构和冲孔机构组成。供料机构由两台伺服电机驱动，实现工件的X轴和Y轴定位。冲孔机构由交流电机驱动凸轮机构带动冲压头对模具进行冲压运动，由步进电机驱动转台旋转，切换相应工位，改变冲孔形状。
图2-1 机械执行机构图
2.自动冲孔系统冲孔机构设计
冲孔机构如图2-2所示由转台部件、模具、冲压部件、电磁离合器、大小此轮组成。步进电机、交流电机作为冲孔机构的动力源。步进电机通过链传动驱动转台部件旋转，改变相应工位，从而改变冲孔形状。交流电机通过带传动驱动飞轮旋转，带动小齿轮的旋转，大小齿轮啮合传动同时减速，为冲压头向下运行提供动力。冲压部件和电磁离合器连接，在电磁离合器动作时冲压头可做竖直方向的往复运动，从而完成对模具的冲压。设有电磁制动器，完成一次冲压后，电磁离合器失电同时电磁制动动作，及时刹车，并确保冲压头在切换模具时处在最高点。模具安装在转台部件上，分为上下模，上模受到来自冲压部件的压力，向下运动，完成冲孔动作。定位气缸安装在转台部件旁边，与转台部件上的定位孔相对，动作时对转台部件进行固定。
四、自动冲孔系统的调试及维护
（一）自动冲孔系统的调试
自动冲孔系统在启动前，需要测试各部件安装情况，防止因安装不当造成设备或人身事故。
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