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沖床自動(dòng)送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

時(shí)間:2023-05-01 02:34:18 論文范文 我要投稿
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沖床自動(dòng)送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

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沖床自動(dòng)送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

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沖床自動(dòng)送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目 錄

中文摘要 .................................................................. I 英文摘要 ................................................................. II

第1章 引言 ............................................................... 1

1.1我國沖壓設(shè)備與送料裝置的現(xiàn)狀及課題研究的實(shí)際意義 ..................... 1

1.2課題研究的相關(guān)背景 ................................................... 3

1.3數(shù)控機(jī)床與自動(dòng)送料技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì) ..................... 3

1.3.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 ................................................... 3

1.3.2計(jì)算機(jī)數(shù)控的發(fā)展 ................................................. 3

1.3.3沖壓設(shè)備及自動(dòng)送料裝置的發(fā)展方向 ................................. 4

1.4課題研究的任務(wù)及達(dá)到的預(yù)期目標(biāo) ....................................... 5

第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ..................................................... 6

2.1自動(dòng)送料裝置的平面圖 ................................................. 6

2.2供料方案分析 ......................................................... 6

2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ......................................................... 7

2.3.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .............................................. 7

2.3.2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................... 8

第3章 沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)組件絲杠的設(shè)計(jì) ..................................... 9

3.1計(jì)算選定編號(hào) ........................................................ 10

3.1.1導(dǎo)程 ............................................................ 10

3.1.2平均轉(zhuǎn)速 ........................................................ 10

3.1.3平均載荷 ........................................................ 10

3.1.4時(shí)間壽命與回轉(zhuǎn)壽命 .............................................. 11

3.1.5額定動(dòng)載荷 ...................................................... 11

3.1.6預(yù)緊載荷 ........................................................ 11

3.1.7絲杠螺紋長度 .................................................... 11

3.2絲杠公稱直徑 ........................................................ 11

3.3滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 ................................................ 12

3.3.1絲杠剛度 ........................................................ 12

3.3.2螺母剛度 ........................................................ 12

3.3.3支承剛度 ........................................................ 13

3.3.4軸向總剛度 ...................................................... 13

3.4總彈性變形量(單邊) .................................................. 13

3.5電機(jī)的選定 .......................................................... 14

3.5.1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ........................................................ 14

3.6檢校 ................................................................ 15

3.6.1絲杠理論容許軸向載荷 ............................................ 15

3.6.2絲杠工作容許軸向載荷 ............................................ 15

3.6.3臨界轉(zhuǎn)速 ........................................................ 15

3.6.4允許工作轉(zhuǎn)速 .................................................... 15

第4章 基于PROE的沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)裝配圖 ................................. 16

4.1沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)重要組件零件圖 ...................................... 16

4.1.1導(dǎo)向桿 .......................................................... 16

4.1.2導(dǎo)向桿座 ........................................................ 17

4.1.3絲杠 ............................................................ 17

4.1.4絲杠螺母 ........................................................ 17

4.1.5軸承支座 ........................................................ 18

4.2沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)組件絲杠繪制過程 .................................... 18

結(jié)論 ..................................................................... 21

結(jié)束語 ................................................................... 23

參考文獻(xiàn) ................................................................. 25

致謝 ..................................................................... 26

第1章 引言

1.1我國沖壓設(shè)備與送料裝置的現(xiàn)狀及課題研究的實(shí)際意義

沖床或稱沖壓機(jī),是一種普遍使用的延性金屬機(jī)械冷加工設(shè)備,除主流的應(yīng)用范圍機(jī)械器件的塑性成型外,還作為許多專用設(shè)備的本體和母機(jī),用于篩網(wǎng)、墊網(wǎng)、防護(hù)罩等的沖剪加工.常規(guī)沖壓機(jī)主體有兩種主要形式曲柄沖壓機(jī)和液壓沖床.曲柄沖壓機(jī)是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的主傳動(dòng)帶動(dòng)滑塊上下運(yùn)動(dòng),由固裝于滑塊上的成形器(或模具或刀具)對(duì)來料實(shí)施沖制.來料一般為鋼帶或板料,每一沖壓循環(huán)完成一次加工.沖壓加工的主要特點(diǎn)是:無廢料或少廢料;出率高;被沖制的零件器件的整體強(qiáng)度高。

沖壓成形的沖壓件具有重量輕、厚度薄、剛性好和質(zhì)量穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn),沖壓設(shè)備被廣泛使用。但由于傳統(tǒng)的沖床控制采用接觸器、繼電器控制,手工送料的方式,所以往往存在著效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問題,雖然購置新的數(shù)控設(shè)備可以解決這一問題,但往往資金投入較大,小型企業(yè)難以承受,若能在保留原有機(jī)床的基本功能基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑炫c改進(jìn),不失為一種好的方法。一方面可以節(jié)約資金,另一方面也不會(huì)使原來的機(jī)床閑置浪費(fèi),基于此種思想,對(duì)沖床進(jìn)行了全面改造,本文對(duì)設(shè)計(jì)的詳細(xì)過程進(jìn)行了全面的論述。

設(shè)計(jì)主要包含了兩方面內(nèi)容:即原有控制系統(tǒng)的改造與自動(dòng)送料裝置的研制。設(shè)計(jì)思想是:利用接近開關(guān)檢測(cè)沖頭的位置,采集的信息經(jīng)處理后饋送到PLC控制器,PLC控制器通過程序控制放料電機(jī)、喂料步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置與吹風(fēng)閥協(xié)調(diào)工作,從而完成

“放料—喂料—沖模—吹風(fēng)”這一系列動(dòng)作,并借助于觸摸屏完成相應(yīng)參數(shù)的顯示與選擇,運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)、停止等控制操作,最后把相關(guān)信息再饋送到中央控制室,借助于PC機(jī)完成系統(tǒng)的監(jiān)控。

本論文在內(nèi)容安排上首先介紹了題目的來源與意義及其相關(guān)的背景;系統(tǒng)方案的 確定、總體的組成、設(shè)計(jì)思想與理論依據(jù)等;系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試自運(yùn)行以來,無論是在穩(wěn)定性、可靠性方面,還是在系統(tǒng)的精度與效率方面都有了很大的提高,同時(shí)節(jié)約了成本,降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度與人身危險(xiǎn)系數(shù),使系統(tǒng)的自動(dòng)化、現(xiàn)代化程度大大提高,具體實(shí)施有較高的參考與使用價(jià)值,在同行業(yè)中有一定的推廣與應(yīng)用的實(shí)際意義。

近年來,一些高新技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn),要求沖制微型元件,由之帶來了沖床的小型化.傳統(tǒng)沖床速度低、精度差、特性硬等方面的問題在設(shè)備小型化后顯得十分突出,所以沖床小型化后的創(chuàng)新設(shè)計(jì)或改進(jìn)設(shè)計(jì)變得重要.目前,德國產(chǎn)的一種沖剪膨脹金屬網(wǎng)的小型沖床(SP350型)的最高速度可達(dá)1600次min,臺(tái)灣產(chǎn)同類沖床的速度也在500次min以上.而我國用于同樣目的的機(jī)械給料式最小型沖床的最高沖剪速度只有180次min.針對(duì)這一問題,通過多方案的分析,遴選,采用了機(jī)電結(jié)合的自動(dòng)步進(jìn)供料方案,使得改造后的沖剪機(jī)的加工速度大大提高.實(shí)際應(yīng)用表明,該機(jī)的加工速度的提高并沒有降低機(jī)器的進(jìn)料精度和加工精度.為提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量,對(duì)原有生產(chǎn)過程進(jìn)行深入了解,根據(jù)產(chǎn)品需要用沖床沖制成型,成品與廢料分離、碼料。整個(gè)工藝過程均為人工操作,工作效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,廢品率高,工人操作安全很難保障。鑒于此生產(chǎn)現(xiàn)狀,課題組結(jié)合廠家已有設(shè)備:沖床、涂漆機(jī),設(shè)計(jì)、制造一套全自動(dòng)生產(chǎn)線,該生產(chǎn)線不需要將卷料剪切,上卷后直接連續(xù)生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)料、步進(jìn)送料、沖制一體化功能。

沖壓成形是一種塑性加工方法,因沖壓件具有重量輕、厚度薄、剛性好和質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn),所以沖壓設(shè)備被廣泛使用,其中鈑金件的90%是靠沖壓成形。沖壓成形作為一門古老而又年輕的制造技術(shù),幾乎滲透到國民經(jīng)濟(jì)的每一個(gè)部門。沖壓制件無論在汽車制造業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、建筑機(jī)械、化工機(jī)械、精密機(jī)械、儀器儀表、醫(yī)療器械、日用五金等等,還是在航空航天、軍事兵器等各個(gè)門類,都占據(jù)著相當(dāng)重要的地位。沖床是屬于點(diǎn)位控制機(jī)床,在中間行程中不進(jìn)行加工,由于一般加工產(chǎn)品單一,模具不經(jīng)常進(jìn)行更換,所以在傳統(tǒng)的沖床控制中一般采用繼電器控制,送料一般采用手工送料,但此種方式存在著效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問題。而在我國的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、私營企業(yè),由于受資金管理等方面的限制,簡(jiǎn)易式?jīng)_壓設(shè)備使用較多,其送料絕大多數(shù)是靠人工手動(dòng)送料,且缺乏保護(hù)裝置,“效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大”是這些廠礦顯著的特點(diǎn)。我們注意到,在這些企業(yè)里的沖壓設(shè)備操作人員中,大多數(shù)人員都沒有經(jīng)過正規(guī)培訓(xùn),并且在使用中違反操作規(guī)程或長期疲勞操作時(shí)有發(fā)生,因此給操作者帶來了較大的安全隱患,具不完全統(tǒng)計(jì),全國每年因沖壓造成的事故高達(dá)100多起,嚴(yán)重的造成手?jǐn)啾壅鄢蔀榻K生殘疾。

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,國內(nèi)、國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈,產(chǎn)品更新更為迅速,尤其是

隨著工業(yè)的發(fā)展,沖壓制件類型、工藝、外形越來越復(fù)雜,精度要求越來越高,傳統(tǒng)的沖床己經(jīng)不能滿足要求,數(shù)控沖床應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)控沖床自動(dòng)化的最終目標(biāo)就是:盡可能的減少人的直接參與,最大限度地降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化具體來說主要是指包括材料供給、制品及廢料的排出、模具更換、沖床的調(diào)整與運(yùn)轉(zhuǎn)、沖壓過程異常狀況的監(jiān)視等作業(yè)過程的自動(dòng)化,將這些技術(shù)應(yīng)用到?jīng)_壓生產(chǎn)流水線的相應(yīng)環(huán)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。

近年來,由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,交流伺服技術(shù)越來越多的應(yīng)用到?jīng)_壓生產(chǎn)領(lǐng)域,使得沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化、柔性化的水平大大提高,但作為數(shù)控沖床的輔助裝置—自動(dòng)送料機(jī)構(gòu),一直沒有得到應(yīng)有的重視。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)作為沖壓加工生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的最基本的要求,它的自動(dòng)化程度高低,直接影響著沖壓生產(chǎn)效率、生產(chǎn)節(jié)拍以及沖壓生產(chǎn)整體自動(dòng)化水平,只有其自動(dòng)化程度與沖壓設(shè)備相匹配甚至高于沖壓設(shè)備,才能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓生產(chǎn)的完全自動(dòng)化。因此,在發(fā)展沖壓成形設(shè)備的同時(shí),給予送料機(jī)構(gòu)足夠的重視和研究是有著其實(shí)際的意義。

1.2課題研究的相關(guān)背景

沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化,手工送料逐步由自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)所取代,從而進(jìn)一步滿足沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化,大幅度提高生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)質(zhì)量,己是“大勢(shì)所趨”,但結(jié)合我國的實(shí)際國情及生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)狀,傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備在相當(dāng)長的一段時(shí)間里可能還要進(jìn)行“服役”,要完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化可能還要有很長的一段路要走。獲得自動(dòng)化數(shù)控生產(chǎn)的能力可以通過購買新設(shè)備及對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行更新改造,但購買新數(shù)控設(shè)備所需資金投入較大,淘汰替換下來的機(jī)床不但占用空間,同時(shí)也是資源上的一種浪費(fèi),尤其是在在資金短缺的情況下,通過對(duì)舊設(shè)備的改造獲得數(shù)控加工能力不失為一種有效的途徑,一方面可以節(jié)約資金,另一方面可以將廢舊閑置的設(shè)備進(jìn)行充分的利用.為了保證工人的人身安全,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度,我們對(duì)沖壓機(jī)自動(dòng)化送料系統(tǒng)進(jìn)行了研制,在不對(duì)原設(shè)備進(jìn)行“根本性”改造的前提下,使鋁箔板件的沖壓實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。我們本著節(jié)約資金、降低成本,提高生產(chǎn)效率,保障人身安全的科學(xué)人性化管理的方針,對(duì)沖床進(jìn)行了數(shù)控改造和送料機(jī)構(gòu)的研制。

1.3數(shù)控機(jī)床與自動(dòng)送料技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì)

1.3.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生

機(jī)械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜,改型也日益頻繁,對(duì)機(jī)床的性能、精度、自動(dòng)化程度等提出了越來越高的要求。在機(jī)械制造工業(yè)中,單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機(jī)械加工總量的70%~80%。為滿足多品種、小批量,特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的自動(dòng)化生產(chǎn),迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適于產(chǎn)品頻繁變化的“柔性”自動(dòng)化機(jī)床,

在此背景下,數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。

1.3.2計(jì)算機(jī)數(shù)控的發(fā)展

世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是由美國在五十年代開發(fā)研制的,使用電子管元件,體積龐大。到六十年代,由于半導(dǎo)體晶體管的開發(fā)與應(yīng)用,數(shù)控系統(tǒng)的可靠性提高、價(jià)格下降。七十年代隨著中小規(guī)模集成電路的應(yīng)用并伴隨著紙帶傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn),大大提高了機(jī)床的加工效率及使用的靈活性,也使數(shù)控機(jī)床日趨完善。八十年代以來,微處理器的發(fā)展與應(yīng)用,數(shù)控技術(shù)也迎來了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)時(shí)代,隨著微處理器的運(yùn)算速度的不斷提高,數(shù)控機(jī)床的功能和應(yīng)用范圍也在不斷的發(fā)展與擴(kuò)大。數(shù)控裝置先后經(jīng)歷了電子管(1925年)、晶體管(1959年)、小規(guī)模集成電路(1956年)、大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī)(1970年)和微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)(1974年)等五代數(shù)控系統(tǒng)。前三代屬于采用專用控制計(jì)算機(jī)的硬接線(硬件)數(shù)控裝置,一般稱為CNC數(shù)控裝置。第四代數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)了采用小型計(jì)算機(jī)代替專用硬件控制計(jì)算機(jī),這種數(shù)控系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)。自1974年開始,以微處理機(jī)為核心的數(shù)控裝置得到迅速發(fā)展。

我國從1958年開始研制數(shù)控機(jī)床,自20世紀(jì)60年代中期進(jìn)入實(shí)用階段,80年代開始,引進(jìn)日本、美國、德國等國外著名數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)制造商的技術(shù),使我國數(shù)控系統(tǒng)在性能、可靠性等方面得到了迅速發(fā)展。經(jīng)過“六五”、“七五”、“八五”及“九五”科技攻關(guān),我國己掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的核心內(nèi)容。目前我國已有數(shù)控系統(tǒng)(含主軸與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元)生產(chǎn)企業(yè)五十多家,數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)百余家。

1.3.3沖壓設(shè)備及自動(dòng)送料裝置的發(fā)展方向

隨著電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制以及精密機(jī)械與測(cè)試技術(shù)的不斷提高和發(fā)展,數(shù)控沖壓設(shè)備與自動(dòng)送料裝置也在隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展而在迅速發(fā)展和演變。概括起來主要表現(xiàn)在以下一些方面:

1.高精度化

當(dāng)代工業(yè)產(chǎn)品對(duì)精度的要求越來越高,很多精密零件的誤差范圍要求在微米以內(nèi),與之相適應(yīng),在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下,各種加工精度補(bǔ)償技術(shù)得到了應(yīng)用和發(fā)展,機(jī)床結(jié)構(gòu)材料也開始普遍采用各種性能穩(wěn)定、溫度影響小的新型材料,如:花崗巖、精密陶瓷等,使得數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)精度越來越高。作為數(shù)控自動(dòng)化的輔助裝置,自動(dòng)送料裝置的精度會(huì)直接影響產(chǎn)品的精度,追求自動(dòng)送料裝置的高精度化是永恒的主題,這主要表現(xiàn)在定位和進(jìn)給量的大小上。

2.高速度化

提高生產(chǎn)效率主要表現(xiàn)在提高機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速和送料的進(jìn)給量方面。如日本DIMAC公司生產(chǎn)的NC伺服輥輪送料機(jī),能實(shí)現(xiàn)連續(xù)高速送料,最高速度可以達(dá)到100mmin,使

機(jī)床的加工效率大幅提高。

3.高柔性化

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈,利用最少的設(shè)備來生產(chǎn)盡可能多的沖壓制件,間接的降低生產(chǎn)成本成為各個(gè)廠家竟相追求的目標(biāo)之一;同時(shí)當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化,對(duì)機(jī)床提出了更高的柔性加工要求,如在一臺(tái)沖壓設(shè)備中完成不同的模具加工等。這種將各種加工功能在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行集成,均是為了在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)一次裝卡、送料就能完成對(duì)零件的不同加工要求,這充分展示了機(jī)床及生產(chǎn)線加工的柔性,并有利于提高加工精度。

4.高自動(dòng)化

自動(dòng)化是指在全部加工過程中,減少“人”的介入,而能自動(dòng)地完成規(guī)定的任務(wù)。特別是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床與自動(dòng)送料裝置的結(jié)合,使其真正的高度自動(dòng)化成為可能。

5.高可靠性

大規(guī)模集成電路及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,使得數(shù)控機(jī)床越來越可靠。但是,由于使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性,往往會(huì)受到很多的干擾,所以追求高可靠性是研究的一項(xiàng)重要課題。隨著我國沖壓行業(yè)的發(fā)展, 沖壓設(shè)備性能與世界的接軌,沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高,對(duì)沖壓生產(chǎn)的送料技術(shù)也提出越來越高的要求,以滿足與沖壓設(shè)備的配套。

6.交流伺服系統(tǒng)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)

近20多年來,由于電力電子技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用,交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展.交流伺服自動(dòng)送料的動(dòng)力來自交流伺服電動(dòng)機(jī),具有柔性化、智能化的特點(diǎn),工作性能和工藝適應(yīng)性很強(qiáng)。在我國,較先進(jìn)的自動(dòng)送料裝置是深圳力豪公司的NCHF系列三合一伺服系統(tǒng)送料機(jī),它適合于各種五金、電子、電器、玩具伺服送料及汽車零件連續(xù)沖壓加工,送料矯正;送料時(shí)可任意設(shè)定送料長度,操作容易,安全及穩(wěn)定性高。但是,在該送料機(jī)中所用的伺服馬達(dá)、電子元件和控制器等都是從日本引進(jìn)的,國內(nèi)在這方面的技術(shù)還比較落后,因此,我們必須給予這方面技術(shù)充分的重視,加快研究開發(fā),以較快的速度追趕發(fā)達(dá)國家的研究步伐。

1.4課題研究的任務(wù)及達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)

本次改造任務(wù)包括機(jī)床的數(shù)控改造和自動(dòng)送料裝置的設(shè)計(jì)。改造的基本思想是保留原來的沖床機(jī)械裝置,對(duì)其控制電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì),使系統(tǒng)可在自動(dòng)或手動(dòng)方式下工作;設(shè)計(jì)出自動(dòng)送料裝置,進(jìn)料速度要能自動(dòng)調(diào)節(jié)且和沖床工作情況相協(xié)調(diào);整個(gè)裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn):

(1)整個(gè)生產(chǎn)過程可在高度自動(dòng)化狀態(tài)下完成,自動(dòng)化程度達(dá)到或高于國內(nèi)同行先進(jìn)水平。

(2)人機(jī)交互應(yīng)直觀方便、界面友好、操作簡(jiǎn)單,中文數(shù)據(jù)處理顯示。

(3)監(jiān)視畫面可以動(dòng)態(tài)監(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)過程,反映相關(guān)參數(shù),比如進(jìn)料長度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)時(shí)間、停止時(shí)間、成品數(shù)量、所選檔位等。

(4)進(jìn)料長度可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié),以適應(yīng)不同規(guī)格的產(chǎn)品。

(5)有一定的故障自診斷畫面報(bào)警功能。

(6)要有相關(guān)的安全保護(hù)措施,比如雙啟動(dòng)、急停、過流、過壓保護(hù)等。

(7)可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)、點(diǎn)動(dòng)控制、參數(shù)設(shè)定等。

(8)系統(tǒng)要有較高的精度,進(jìn)料精度保證在0.5毫米以內(nèi)。

(9)自控系統(tǒng)無論在硬件選擇還是軟件編程上,應(yīng)保證系統(tǒng)的可靠性,使控制系統(tǒng)長時(shí)間工作在無故障或少故障狀態(tài)。

(10)在保證系統(tǒng)基本性能指標(biāo)的前提下,盡量節(jié)約成本,系統(tǒng)的性能價(jià)格比高,

(11)系統(tǒng)件應(yīng)具備可擴(kuò)展性和開放性,保證系統(tǒng)投資的長期效應(yīng)以及系統(tǒng)功能不斷擴(kuò)展的需要,并提供開放式數(shù)據(jù)通訊,以適應(yīng)整個(gè)車間或單位聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行集散控制的需 要 。

第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1自動(dòng)送料裝置的平面圖

如圖2.1所示

圖2.1

自動(dòng)送料裝置的工作原理:當(dāng)生產(chǎn)條件滿足,用PLC人機(jī)工作屏控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),使步進(jìn)電機(jī)輸出步進(jìn)角通過絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)牽引送料,當(dāng)達(dá)到設(shè)定長度時(shí),步進(jìn)電機(jī)停止,送料到位靜止后,沖床沖壓,將芯片成型。通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù),從而使其往復(fù)自動(dòng)送料。

2.2供料方案分析

不同噸位的沖床因其沖壓力、運(yùn)動(dòng)慣性及運(yùn)動(dòng)部件慣量沖量作用,其沖頻是相對(duì)有

限的。微型或小型器件的沖制,因沖壓力小,運(yùn)動(dòng)件慣性小,作業(yè)時(shí)設(shè)備的穩(wěn)定性容易保持,因而具備提速的潛能,但提速的幅度與步進(jìn)的最大步距有關(guān)。目前,小型沖床極少采用液壓驅(qū)動(dòng)式,這是因?yàn)橐簤簺_床要求的外圍設(shè)備多且需頻繁進(jìn)行維護(hù)。針對(duì)主作業(yè)機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的沖床而設(shè)計(jì)的自動(dòng)步進(jìn)送料系統(tǒng)根本目的是為了提高沖床的加工速度。根據(jù)沖床配置送料機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源不同可以將步進(jìn)送料方式分為機(jī)械式、機(jī)電式、液壓式和氣動(dòng)式四類。由于后兩種方式對(duì)液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)有獨(dú)立的外圍配套要求,小型沖床普遍用機(jī)械式或機(jī)電式送料。常規(guī)機(jī)械方式有許多不同的設(shè)計(jì)方案:不完全齒輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)多桿組合機(jī)構(gòu)等。這些送料方式的共性問題是送料運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性差、剛性沖擊大、響應(yīng)速度慢。高速?zèng)_壓加工時(shí),或者難以保證成型產(chǎn)品的精度;或者引起運(yùn)動(dòng)失步而根本無法完成沖制。因此不宜用作高速?zèng)_床的送料方案。文獻(xiàn)[1]全面論述了一種精密間隙機(jī)構(gòu)———空間凸輪機(jī)構(gòu),可以被選擇用來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)送料。間歇凸輪機(jī)構(gòu)有兩種形式———端面凸輪或徑向凸輪,這是一類具有高分度精度的空間傳動(dòng)裝置具有一系列的特點(diǎn):能夠通過機(jī)械的強(qiáng)制鎖合使主輔運(yùn)動(dòng)保持同步聯(lián)動(dòng);具有高承載能力和低維修率可滿足用戶所要求的特殊運(yùn)動(dòng)特征,對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行合理設(shè)計(jì)可得到好的高速動(dòng)態(tài)性能。這類機(jī)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置(ATC)、電機(jī)矽鋼片沖制以及其他步進(jìn)給料裝置中。但盡管如此,如果結(jié)合具體的沖床設(shè)計(jì),會(huì)發(fā)現(xiàn)這類機(jī)構(gòu)也存在問題:①要保證加工精度,必先保證進(jìn)料精度,進(jìn)料精度主要取決于凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和定位精度。故凸輪機(jī)構(gòu)本身的加工制造需要專用的機(jī)床,尤其是服役于高速下的凸輪需進(jìn)行磨削加工。②空間凸輪機(jī)構(gòu)送料的沖床,加工柔性差,難以實(shí)現(xiàn)供料步距的無級(jí)化目標(biāo)。③一般而言,小型沖床為上驅(qū)動(dòng)式,主運(yùn)動(dòng)與供料運(yùn)動(dòng)的空間距離較大,同時(shí)分支傳動(dòng)的減速比大,故需采用較長的傳動(dòng)連接,這樣勢(shì)必產(chǎn)生大的累積誤差,導(dǎo)致精度下降。基于此,本設(shè)計(jì)提出并應(yīng)用了基于單片機(jī)控制的機(jī)電結(jié)合的沖床快速步進(jìn)供料系統(tǒng)的解決方案。

圖2.2 2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)送料控制系統(tǒng)主要包括單片機(jī)主控電路、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路、檢測(cè)電路及接口電路等部分.控制系統(tǒng)硬件電路如圖2.3所示.

圖2.3單片機(jī)控制系統(tǒng)電路組成

單片機(jī)選用89C52,由于其內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器,使系統(tǒng)在開發(fā)及調(diào)試過程中十分容易進(jìn)行程序的修改.同時(shí),在系統(tǒng)工作過程中,能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息.單片機(jī)的看門狗電路采用集成的看門狗電路X25045,接線十分簡(jiǎn)單.系統(tǒng)顯示部分由6位LED數(shù)碼管組成,其中最高兩位作為功能、狀態(tài)指示符,低4位用來顯示數(shù)據(jù).顯示驅(qū)動(dòng)器選用的是帶有串行接口的8位LED控制驅(qū)動(dòng)器PS7219,它可同時(shí)、直接驅(qū)動(dòng)8位LED,與單片機(jī)的接口采用簡(jiǎn)單的3線SPI方式,因此硬件線路十分簡(jiǎn)單.鍵盤輸入設(shè)置了16個(gè)按鍵,識(shí)別方法采用簡(jiǎn)單實(shí)用的線反轉(zhuǎn)法,16個(gè)按鍵按4@4的矩陣接到P2口的8位IO口上,采用查詢方式工作.三相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選用了廠家配套的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),它與主機(jī)的接口是單片機(jī)的P1口,并通過光電隔離電路隔離,以避免驅(qū)動(dòng)器的強(qiáng)電部分對(duì)主機(jī)的干擾.為保證送料精度,步進(jìn)電機(jī)啟停階段采用運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性最好的三相六拍工作方式,以減小其脈沖當(dāng)量.沖頭位置檢測(cè)傳感器采用電感式接近開關(guān),如圖2所示接到單片機(jī)的INT1口.為保證送料的準(zhǔn)確、及時(shí),應(yīng)通過調(diào)試將其安裝到合適的位置.沖頭位置檢測(cè)以中斷方式工作.

2.3.2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系 扣扣:九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載!該論文已經(jīng)通過答辯

在步進(jìn)電機(jī)及其控制設(shè)計(jì)時(shí),要將設(shè)定的行程和速度轉(zhuǎn)換成電機(jī)的步數(shù)和定時(shí)常數(shù),

以選擇步進(jìn)電機(jī).系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化,使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰,便于調(diào)試和修改.軟件模塊主要包括:初始化模塊、按鍵處理模塊、輸入處理模塊、顯示模塊等,程序流程如圖2.4所示.步進(jìn)電機(jī)的控制通過中斷子程序完成,當(dāng)沖頭位置信號(hào)到即進(jìn)入中斷子程序

.

圖2.4程序流程圖

初始化程序的主要任務(wù)是設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、置初始值、完成定時(shí)器初始化、PS7219初始化及中斷初始化.按鍵識(shí)別程序采用查詢方式,可分為兩步:第一步,將行線編程為輸入線,列線編程為輸出線,并使輸出為全零電平,則行線中電平由高到低所在行為按鍵所在行;第二步,將行線編程為輸出線,列線編程為輸入線,并使輸出為全零電平,則列線中電平由高到低所在行為按鍵所在列;綜合一、二步的結(jié)果,即可確定按鍵所在的行和列.為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,程序中采用了數(shù)據(jù)冗余、模塊令牌、程序陷阱等措施,以提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的可靠性和抗干擾能力.送料系統(tǒng)采用作為控制核心,實(shí)現(xiàn)開卷、松卷、儲(chǔ)料、步進(jìn)送料、糾偏等功能,并與原有設(shè)備協(xié)調(diào)工作.

第3章 沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)組件絲杠的設(shè)計(jì)

圖3.1 選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為:磨制絲杠(右旋)

軸承到螺母間距離(臨界長度)ln=1200mm,固定端軸承到螺母間距離Lk=1200mm 設(shè)計(jì)后絲杠總長=1600mm,最大行程=1200mm,工作臺(tái)最高移動(dòng)速度Vman=14(mmin) 壽命定為Lh=24000工作小時(shí)。μ=0.1(摩擦系數(shù)),電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax=1800(rmin) 定位精度:最大行程內(nèi)行程誤差=0.035mm,300mm行程內(nèi)行程誤差=0.02mm,

失位量=0.045mm,支承方式為(固定—支承),W=1241kg+800kg(工作臺(tái)重量+工件重量) g=9.8msec2(重力加速度),I=1(電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比) Fw=μ×W×g=0.1×2041×9.8≈2000N(摩擦阻力)

表3.1

Fa---軸向載荷(N)F---切削阻力(N)Fw ---摩擦阻力(N)

從已知條件得絲杠編號(hào):此設(shè)計(jì)絲杠副對(duì)剛度及失位都有所要求,所以螺母選形為:FDG(法蘭式雙螺磨制絲杠),從定位精度得出精度精度不得小于P5級(jí)絲杠FDG_-_X_R-_-P5-1600X____

3.1計(jì)算選定編號(hào)

3.1.1導(dǎo)程

Pho?

Vmaxnmax?I

?14000?7.7mm 式(3-1)

在此為了安全性考慮:Pho=10(mm)

表3.2

3.1.2平均轉(zhuǎn)速

nm?

q1100100

q2q43

?n1?100?n2?100?n3?100?n4

?1400?100?100?100?60?100?12 式(3-2)

q

?

?266rmin

3.1.3平均載荷

Fm

式(3-3) ?3902N

3.1.4時(shí)間壽命與回轉(zhuǎn)壽命

Lh?mL?L=Lh?nm?60?24000?266?60?383040000轉(zhuǎn)次

式(3-4)

3.1.5額定動(dòng)載荷

以普通運(yùn)動(dòng)時(shí)確定fw取

1.4

Ca?Fm?fw?3902?1.4?39673N

式(3-5)

得:額定動(dòng)載荷Ca≥39673N

以Ca值從FDG系列表及(絲杠直徑和導(dǎo)程、絲杠長度表)中查出適合的類型為: 公稱直徑:d0=40mm絲杠底徑:d0=33.9mm導(dǎo)程:Pho=10mm循環(huán)圈數(shù):4.5 額定動(dòng)載荷為:48244N。

絲杠編號(hào):FDG40×10R-P5-4.5-1600×____

3.1.6預(yù)緊載荷

Fao= Fmax3=110003≈3666N 式(3-6)

3.1.7絲杠螺紋長度

Lu=L1-2Le 得出L1=Lu+2Le=1200+2×40=1280mm 式(3-7) 絲杠螺紋長度不得小于1280mm加上螺母總長一半84mm(從系列表中查出螺母總168mm)。

得絲杠螺紋長度≥1364m。在此取絲杠螺紋長度L1=1400mm,則軸承之間的距離Ls=1400mm絲杠編號(hào):FDG-10R-P5-4.5-1600×1400

3.2絲杠公稱直徑

臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速:

nkper≤0.8×nk得出 nk ≥ nkper0.8 式(3-8) 以安裝形式確定fnk取18.9。

d27kn

nk?fnk?L2?10?d2?f?107

n

nk

n?L

?

2

18.9?107

式(3-9)

?13.7rmin

可知絲杠螺母底徑大于?13.7

當(dāng)Pho=10(mm)、最高轉(zhuǎn)速達(dá)到1400(rmin)時(shí),系列表中適合的公稱直徑d0≥32mm。 上述由額定動(dòng)載荷Ca求得的公稱直徑d0=40mm>32,滿足條件,否則公稱直徑還應(yīng)加大。

絲杠編號(hào):FDG40×10R–P5-4.5-1600×1400

3.3滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)剛度

初始條件:失位量=0.045mm。滾珠絲杠系統(tǒng)之間各元部件(絲杠、螺母、支承軸承),在此設(shè)為:0.04mm。此時(shí)滾珠絲杠系統(tǒng)各元部件單邊彈性變形量為:0.02mm。此時(shí)為無切削運(yùn)動(dòng)時(shí)的軸向載荷2000N。

3.3.1絲杠剛度

當(dāng)Ls1=Lk,Rs為最小,一般情況下計(jì)算最小剛度值。

(d?0.70DW7

Rs?165?0

Ls1

2

)

40?0.707?5951

?165?()3 式(3-10)

1200

?176N/?m

δ=FaRs=2000176≈11.4μm 沖床自動(dòng)送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 式(3-11)

3.3.2螺母剛度

在此預(yù)緊載荷為額定動(dòng)載荷的10%,螺母剛度從表中查出 R=2128Nμm 從表中查出額定動(dòng)載荷Ca=48244N,在此ε取0.1.

Fao1

Rnu?0.8?R?()3

??Ca

1

3666

?0.8?2128?()3 式(3-12)

0.1?48244

?1554N/?m

δnu=FaRnu=20001554 ≈1.3μm 式(3-13)

3.3.3支承剛度

支承軸承剛度RaL可從軸承生產(chǎn)廠產(chǎn)品樣本中的查出。 在此RaL=1020Nμm RaL=Faδ

aL

得出δaL=FaRaL= 20001020 ≈ 2μm 式(3-14)

3.3.4軸向總剛度

1Rtot = 1Rs + 1Rnu + 1RaL =1176 + 11554 + 11020

≈1138 得出Rtot≈137 Nμm 式(3-15)

3.4總彈性變形量(單邊)

δ

tot

= δs + δnu + δaL =11.4+1.3+2

=14.7μm ≤20μm,合格。 式(3-16)

從絲杠軸向總剛度的問題上來講,絲杠的剛度有時(shí)比螺母的剛度重要,最佳提升剛性的方法是提高絲杠的剛度,而不是在螺母上施加太重的預(yù)緊載荷(預(yù)緊載荷最高為額定動(dòng)載荷的10%),如果將絲杠的安裝方式改為(固定-固定)式,軸向總剛度的最小剛度Rtot≈305Nμm、總彈性變形量(單邊)δs=6.7μm。

3.5電機(jī)的選定

3.5.1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩

Fa為無切削軸向載荷2000N。

MFa?Phota?

2000????

?2000?102000?3.14?0.9

?3.5NmFa為輕切削軸向載荷4000N。

MFa?Phota?

2000????

?4000?102000?3.14?0.9

?3.5NmFa為普通切削軸向載荷7000N。

MFa?Phota?

2000????

?7000?10 2000?3.14?0.9

?12.4NmFa為重切削軸向載荷11000N。

MFa?Phota?

2000????

?11000?10 2000?3.14?0.9

?19.5Nm由預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 在此Kp取0.18

MFao?Pho?kp

ta?

2000?? ?5000?10?0.8 2000?3.14

?1.4Nm式(3-17)

式(3-18)式(3-19)

式(3-20)

式(3-21)

在精確設(shè)計(jì)中要考慮各方面的轉(zhuǎn)矩(如:加速度時(shí)之負(fù)載轉(zhuǎn)矩及馬達(dá)所負(fù)荷的總慣性矩等)。I=1(電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比)

平均速度時(shí)最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩

Mt1=Mta+Mte=19.5+1.4≈21Nm 式(3-22)

在此馬達(dá)轉(zhuǎn)速最高設(shè)計(jì)為1500rmin

電機(jī)的選定時(shí),一般來說以平均速度時(shí)的 Mt1 在電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的30%以內(nèi)情況下使用。

3.6檢校

3.6.1絲杠理論容許軸向載荷

以安裝形式確定fFk取20.4

Fk=fFk×d24Lk2×104 =20.4×33.921200×104≈187097N 式(3-23)

3.6.2絲杠工作容許軸向載荷

Fkzul =Fk2=1870972≈93549N 式(3-24)

最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷,合格。

3.6.3臨界轉(zhuǎn)速

以安裝形式確定取18.9

nk=fnk×d2Ln2×107=18.9×33.912002×107≈4449 rmin 式(3-25)

3.6.4允許工作轉(zhuǎn)速

nkper≤0.8×nk=0.8×4449≈3559 rmin 式(3-26)

最大運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速小于允許工作轉(zhuǎn)速,合格。

第4章 基于ProE的沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)裝配圖

如圖4.1所示

圖4.1

4.1沖床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)重要組件零件圖

4.1.1導(dǎo)向桿

圖4.2

4.1.2導(dǎo)向桿座

4.1.3絲杠

4.1.4絲杠螺母

圖4.3

圖4.4

圖4.5

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