淺談沖壓自動化

1、畢 業(yè) 項 目 設 計 書項目名稱： 淺談沖壓自動化 專業(yè)名稱： 機電一體化 姓 名： 謝濤 學 號： 201129056114 班 級： 機電11-1 指導教師： 趙秋玲 2014年4月 青島職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 畢業(yè)項目任務書畢業(yè)項目題目淺談沖壓自動化項目指導教師（校內專任教師） 趙秋玲職稱講師項目指導教師（校外指導教師）李磊職務工段長一、項目主要內容與基本要求：沖壓是汽車整車生產的四大工藝之一，在沖壓工藝中最主要的設備是壓力機。壓力機有人工上下料和自動化上下料兩種方式，自動化上下料設備專業(yè)性較強，生產效率高。隨著現代工廠對電氣控制技術的不斷提高，沖壓自動化技術也得到了飛速發(fā)展?，F在的同步

2、壓機與快送料機構之間的主從控制，大幅度的提高了生產效率。沖壓自動化技術在沖壓自動化設備中，由于控制性能要求高，動態(tài)響應快，大都使用包含多軸運動控制的伺服技術?？刂破鞔蠖及壿嬁刂坪瓦\動控制兩部分功能，有些集成在一個控制器上，有些系統(tǒng)的邏輯控制和運動控制分屬兩個控制器。在傳動結構上大都使用伺服電動機通過同步帶或絲杠傳動，往復定位精度在0.5mm以內。二、各階段任務安排： 第一階段：沖壓自動化機械構成 沖壓自動化輸送線機械機構主要由線頭上料小車，拆垛橫梁、支架、拆垛機、磁性分張器、清洗機、掃描儀、對中臺、五臺機械手和線尾皮帶機構成。第二階段：沖壓自動化電氣構成 電氣控制采用plc控制，gudel

3、的pc控制器是以windows和pc軟plc為基礎，控制器和各軸的運動控制是以完全數字化概念和矢量控制的交流伺服電機為基礎的。第三階段：機械手關鍵技術 與壓力機的雙層網絡相比，自動化集成的網絡更加復雜，這不僅僅表現在網絡節(jié)點的增加，另外以太網部分增加了“雙道”傳輸的這樣一種模式。3、 參考資料：1薛勝智.機械手在沖壓自動化生產中的研究與應用m.蕪湖:奇瑞汽車規(guī)劃設計院，19992王鵬舉.沖壓生產線上下料機械手自動化設計j.同濟大學中德學院，2003.3張遠波、陳傳強.自動化網絡布置，電氣培訓教材c.上汽通用五菱青島分公司，2008. 4武剛.plc配置培訓教材c.上汽通用五菱青島分公司，200

4、9摘 要 沖壓是汽車整車生產的四大工藝之一，在沖壓工藝中最主要的設備是壓力機。壓力機有人工上下料和自動化上下料兩種方式，自動化上下料設備專業(yè)性較強，生產效率高。隨著現代工廠對電氣控制技術的不斷提高，沖壓自動化技術也得到了飛速發(fā)展。現在的同步壓機與快送料機構之間的主從控制，大幅度的提高了生產效率。沖壓自動化技術在沖壓自動化設備中，由于控制性能要求高，動態(tài)響應快，大都使用包含多軸運動控制的伺服技術?？刂破鞔蠖及壿嬁刂坪瓦\動控制兩部分功能，有些集成在一個控制器上，有些系統(tǒng)的邏輯控制和運動控制分屬兩個控制器。在傳動結構上大都使用伺服電動機通過同步帶或絲杠傳動，往復定位精度在0.5mm以內。經過多年

5、不斷的發(fā)展和完善，現在沖壓自動化設備大致有以下幾種：機械手上下料、機器人上下料和快速送料機構上下料，而機械手上下料設備由于成本低，速度快，易維護性較強從而得到最廣泛的應用。關鍵詞：沖壓自動化；機械手；伺服控制abstractstamping process is one of the four automobile production,the most important equipment is the press,it has two loading and unloading mode,by artificial or by automation.the latter mode has

6、 highly specialized and highly efficiency.with modern plant for the continuous improvement of the electrical control technology,press automation technology has been rapid development. now press and fast synchronization between the primary feed mechanism from the control greatly improve the productio

7、n efficiency.stamping automation most include multi-axis motion control using servo technology.most of the controller contains two parts, logic control and motion control functions,some integrated in a controller but some belong to two controllers.the structure of the drive by using the servo motor

8、drive belt or screw,reciprocating positioning accuracy within 0.5mm.after years of continuous development and improvement, now press automation devices generally have the following:loading and unloading by mechanical hand;by robot;by rapid feed mechanism,and the mechanical hand equipment get the mos

9、t widely used due to low cost, fast and easy to maintain.keywords：press automation; mechanical hand; serve control 青島職業(yè)技術學院畢業(yè)設計目 錄摘要.abstract.目錄.1緒論.21、 沖壓自動化簡介.32、 沖壓自動化結構.42.1沖壓自動化機械構成.42.2沖壓自動化電氣構成.5 2.2.1電氣硬件組成.5 2.2.2電氣軟件控制.63、 機械手關鍵技術.8 3.1控制器通訊網絡.8 3.2閉環(huán)伺服控制.104、致謝.13 緒 論沖壓機械手是在自動化設備的基礎上，根據沖壓

10、生產特點，專門為實現沖壓自動化無人生產而研發(fā)的設備，能取代人工在各個沖壓工位上進行物料搬運和上下料等工作。其對于沖壓等重復性、危險性、節(jié)拍高的加工行業(yè)，在節(jié)約人力勞動成本，提高人工及設備安全性，保持產品產能、質量、工藝穩(wěn)定性等方面是現代化工業(yè)化“開拓創(chuàng)新”的重要精神體現。目前很多沖壓機械手供應商都開發(fā)出了同步運動控制功能，應用較多的是西門子的simotion運動控制系統(tǒng)和力士樂的indraworks運動控制系統(tǒng)。前者在食品加工、印刷、等領域有較多應用，后者在汽車制造和輪胎方面有廣泛應用。在沖壓自動化行業(yè)，能夠提供同步控制解決方案的有德國西門子、力士樂和日本的瑞恩。目前在國際上能夠使用同步控制集

11、成技術在告訴沖壓生產線上的廠家有瑞士的古德、日本的小松等。從電氣控制上講，古德和小松都是使用帶有同步控制功能的工控機作為控制核心，使用力士樂的伺服驅動器作為驅動元件，使用力士樂的伺服電動機作為執(zhí)行元件實現運動控制的。而壓機是如何作為主軸的呢？其信號來源于安裝在壓機凸輪上的編碼器，在整個同步控制中這個編碼器就作為主軸，其他從軸隨這個主軸按照編輯的同步曲線運動。 1、沖壓自動化簡介運動控制系統(tǒng)是以機械運動的驅動設備電動機作為控制對象，以控制器為核心，以電力電子、功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論指導下組成的電氣傳動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機的轉矩、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，對被控機械實

12、現精確的位置、速度、加速度、轉矩或力控制，以及這些被控量的綜合控制。運動控制作為自動化技術的一個重要分支，在20世紀末進入快速發(fā)展階段。在現代工業(yè)自動化技術中，運動控制技術代表著最廣泛的用途，并承擔著最復雜的任務。雖然運動控制作為一個獨立產業(yè)的發(fā)展歷史并不悠久，但隨著制造業(yè)對產品加工速度和精度要求的不斷提高，運動控制產品的市場需求增長很快，運動控制技術也隨之得到了極為迅速的發(fā)展，產品種類和應用范圍在不斷擴大，尤其是電子信息等高科技技術的發(fā)展，為運動控制提供了更大的發(fā)展空間和更加廣闊的市場。沖壓自動化系統(tǒng)是一套完整的閉環(huán)運動控制系統(tǒng)，是由一套板料拆垛系統(tǒng)；一套清洗涂油系統(tǒng)；一套板料對中系統(tǒng)；一套

13、壓機間快速送料傳送系統(tǒng)（五個用于4臺壓機）和線尾皮帶系統(tǒng)組成，從毛坯的上料到沖壓件下線全部自動完成。生產節(jié)拍最高為69次/min，整條沖壓線約需67名操作工人。采用國際先進的高速緊湊型沖壓線，能快速提高沖壓機的生產效率。板料對中采用當今先進的光學攝像系統(tǒng)進行定位。每個自動化單元配一個機械手臂，末端端拾器利用真空發(fā)生器原理吸住板料進行傳送，省去了穿梭裝置，縮短了輸送距離，減少了壓力機的間距。為適應柔性化的生產要求，壓力機的所有控制功能做到集成化，從而實現全套模具的菜單化管理，主要包括滑塊行程調整、平衡器氣壓的調整、氣墊行程調整以及自動化控制系統(tǒng)等各個環(huán)節(jié)的參數設定。具有現場通信網絡、現場設備互聯

14、、互動操作性、分散功能模塊、開放式功能的現場總線技術是壓力機控制技術的發(fā)展方向，對實現自動化具有明顯推動作用。壓力機控制系統(tǒng)的集成化可通過單一操作接口實現所有壓機和模具的各項控制功能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開關和模具監(jiān)控及調整等，并使設備的維修保養(yǎng)更加方便，而且明顯增加壓力機的有效工作時間。沖壓機械手伺服驅動系統(tǒng)最突出的特點就是：電動機直接與齒輪相互連接，由于電動機的轉速可以任意調節(jié)，從而可以任意地調節(jié)曲柄機構的運動速度，任意加快或減慢傳送速度。2、沖壓自動化結構2.1沖壓自動化機械構成 沖壓自動化輸送線機械機構主要由線頭上料小車，拆垛橫梁、支架、拆垛機、磁性分張器、清洗機、掃

15、描儀、對中臺、五臺機械手和線尾皮帶機構成。線頭上料下車，可以實現裸料及帶料架板料的安放，由激光束確定板料的左右位置，不同的板料，有不同的尺寸，所以需要在激光頭滑動板上相應位置，刻上相應板料的位置，以便在以后的工作中好操作。由機械部件做前后的限位裝置，它可以旋轉90度，然后用一塞棒固定好位置。同時，它可以沿其支架左右移動，動力靠手動 搖其上的轉輪，機械限位及其支架亦可以實現上下運動。磁性分離器安裝在固定的鋼結構支架上，小車四周沒有任何可能同上料發(fā)生干涉的裝置。磁性分離器在換模時只需調整一次，即換模后是自動調整。磁性分離器安裝支架，可上下動依靠電機帶動絲桿轉動，安裝支架處有一螺母。檢測拆垛機械手拿

16、來的板料，若為雙層板料，則電機反轉，將板料退回到雙料回收箱，直至檢測到單層板料，電機正轉，送往前段傳送帶。傳送帶兩側有安全保護柵欄。由于板料小車處可以進入操作人員，故當使用一側小車時，將升起另一側的安全保護柵欄，避免拆垛手中飛出的板料傷人。掃描儀將采集到的板料圖像傳送到計算機，計算機將該圖像同預先設置的板料位置數值進行比較。若發(fā)現數據不一致，則進入對中臺后，進行旋轉與側移，以達到準確位置，從而避免進入模腔時出現錯誤。對中臺的作用就是通過旋轉側移，完成實際板料與預設板料位置的完全對應。對中臺共分三層：第一層可以實現兩側單獨旋轉；第二層可以實現兩側單獨側移；第三層可以實現整體旋轉。對中臺有自己獨自

17、的軌道，其進出的準確控制，由一個激光測距儀完成。高速拆垛機械手主要作用為上料用，可以拾取兩側板料小車上的料板。單側拾取板料時，另一側的安全保護柵欖升起。由兩個伺服電機驅動其完成y軸，橫向運動；z軸，豎直運動，拾取板料。robofeeder1主要功能為：將對中臺上調整好位置的板料放入第一臺壓機模腔內。其由四個伺服電機驅動：y軸傳送運動；u軸手臂直線運動；b軸手臂旋轉運動；a軸端拾器桿旋轉運動。 robofeeder2的主要功能是把第一臺壓機模腔內已經壓好的板料放入第二臺壓機模腔內，其由四個伺服電機驅動：y軸傳送運動；u軸手臂直線運動；b軸手臂旋轉運動；a軸端拾器桿旋轉運動。robofeeder3

18、、robofeeder4的作用與robofeeder2類似。robofeeder5主要功能為：將沖壓好的零件放到傳送帶上，其由四個伺服電機驅動：y軸傳送運動；u軸手臂直線運動；b軸手臂旋轉運動；a軸端拾器桿旋轉運動。 3套皮帶機同物流方向垂直布置，速度可調。robofeeder5將壓好的零件放到中間皮帶機上，中間皮帶機可以正反轉，從而將零件交替放到兩側的皮帶機上。2.2 沖壓自動化電氣構成 電氣控制采用plc控制，gudel的pc控制器是以windows和pc軟plc為基礎，控制器和各軸的運動控制是以完全數字化概念和矢量控制的交流伺服電機為基礎的。整線控制器帶觸摸屏操作面板，提供數據顯示和循環(huán)

19、運行狀態(tài)以及故障診斷。模具參數設定和存儲在硬盤上進行。每一套快速送料機械手自帶一個示教器。所有電器接線和電器元件遵照vde/en標準。2.2.1電氣硬件組成運動控制系統(tǒng)多種多樣，但從基本結構上看，一個典型的運動控制系統(tǒng)主要由上位機、運動控制器、驅動器、電動機、執(zhí)行機構和反饋裝置構成。沖壓自動化電氣控制硬件系統(tǒng)，控制器共由9臺倍服工控機和一臺ab公司的guardlogix plc組成。9臺工控機中，line supervisor作為上位機，line master作為robofeeder1robofeeder5的運動控制器，destacker作為線頭控制器，scannerzuo作為掃描儀控制器，控

20、制器之間通過以太網進行通訊，控制器通過光纖信號控制伺服驅動器，機械手每個軸都有各自對應的驅動器，驅動器通過動力電纜和信號電纜直接驅動伺服電機的位置、速度和轉動方向。電動機末端安裝有編碼器，計量電機運轉速度和位置，并反饋給驅動器和控制器。兩套雙料檢測開關用于板料的輸送，一套裝在m1皮帶機上通過接觸檢測。由氣缸推動開關接觸板料進行檢測。另外一套裝在掃描儀機架上對板料進行動態(tài)檢測。 工控機 驅動器 執(zhí)行機構 伺服電機電纜2.2.2電氣軟件控制機械手運動編程與控制軟件為twintat系統(tǒng)。整線網絡中，上位機line supervisor與guardlogix plc共同完成安全任務，把自動化線所有安全

21、盒，安全模塊，急停按鈕，光柵等通過總線方式串在一起形成設備網。guardlogix plc編程與控制軟件為rockwell software。1.標準的windows nt 4.0操作系統(tǒng) iec 11313plc國際標準，涵蓋五種常用編程語言，功能強，操作容易。不必購買專用編程軟件即可實現在pc機上操作plc的夢想 控制分布式i/o，支持各種現場總線標準 可通過ocx接口用vb、vc等開發(fā)上層管理軟件或與其他工業(yè)管理軟件集成，產生動態(tài)顯示、報表統(tǒng)計、歷史趨勢圖等，改善質量監(jiān)控和車間管理。2. 多任務實時控制，具有強大的功能 twincat可對plc，pid，i/o，cnc軸位控制及用戶需要完

22、成的特殊任務進行多任務的時間安排，并且在一臺pc機上可同時運行多個邏輯plc，每個任務獨立運行，互不干擾。twincat系統(tǒng)的分辯率為100微秒。twincat系統(tǒng)的構成：twincat系統(tǒng)由實時服務器(realtime server),系統(tǒng)控制器(system control)系統(tǒng)ocx接口，系統(tǒng)工具箱(system toolbox), plc系統(tǒng)，cnc系統(tǒng)，輸入輸出系統(tǒng)(i/o system),用戶應用軟件開發(fā)系統(tǒng)(user appl)自動化設備規(guī)范接口(ads-interface) 及自動化信息路由器 (ams router)等組成?，F對各個部分分述如下：實時服務器twincat實時服

23、務器的主要功能是確保實時自動化任務與windowsnt操作系統(tǒng)同時運行，使windows nt下的實時部分充分利用pc機處理器的有效能力獨立運行。系統(tǒng)控制器：twincat系統(tǒng)控制器負責對系統(tǒng)進行組態(tài)，對單個任務作必要的適應性配置。在pc機上裝載實時任務應遵守下列特殊規(guī)則：確?；镜膚indows任務正常運行；可對實時容量進行調節(jié)；保證windows nt的功能不受影響并保持待用狀態(tài)提供進一步的安全機制。twincat plc是一個完整的用于邏輯控制器的開發(fā)系統(tǒng)。twincat plc具有功能強的語言結構，符合iec國際標準。這些使你易于進行程序的開發(fā)。就像visual c+一樣，具有高級語言

24、編程系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，可為編輯器的操作和調試功能設置模式。ab plc系統(tǒng)組成:在此系統(tǒng)中,主要使用的軟件有:rslink-主要實現系統(tǒng)的網絡通信rs logix5000-主要對可編程控制器進行編程rs networx-主要實現系統(tǒng)的監(jiān)視和控制 3、 機械手關鍵技術3.1控制器通訊網絡與壓力機的雙層網絡相比，自動化集成的網絡更加復雜，這不僅僅表現在網絡節(jié)點的增加，另外以太網部分增加了“雙道”傳輸的這樣一種模式。以太網好比一條高速公路，如果大貨車和小轎車在同一個車道上行走，或多或少會造成交通堵塞，因此引入“雙道”的理念?！翱燔嚨馈睘閞ealtime ethernet，“慢車道”為tcp/ip et

25、hernet。怎樣確定信號在哪個通道傳輸？變量標簽生產類型消費類型基本型整線網絡布局：ip地址分配：安全設備網網絡：在設備網網絡中，串入的是固定在防護欄上的安全標準柜。設備網是一種低成本的通訊總線。它將工業(yè)設備（如：限位開關，光電傳感器，閥組，變頻驅動器，操作員接口）等連接到網絡，從而消除了昂貴的硬接線成本。直接互聯性改善了設備間的通訊，并同時提供了相當重要的設備級診斷功能，這是通過硬接線i/o接口很難實現的。3.2閉環(huán)伺服控制在運動控制結構中，上位機進行系統(tǒng)管理、任務協(xié)調和人機交互，運動控制器的主要任務是根據作業(yè)的要求和傳感器件的信號進行必要的邏輯/數學運算，將分析、計算所得出的運動命令以數

26、字脈沖信號或模擬量的形式送到驅動器中，為電動機驅動裝置提供正確的控制信號。驅動器進行功率變換，并驅動電動機按照控制指令轉動。電動機一般為步進電動機、數字式交流伺服電動機和直流伺服電動機等。執(zhí)行機構為機械運動部件，包括傳動部件和導向部件，實現所規(guī)劃的位置、速度和加速度運動。反饋裝置將檢測到的速度或位置反饋到驅動器或控制器中，構成半閉環(huán)或全閉環(huán)控制，其檢測元件有脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器、光柵尺、磁尺及激光干涉儀等。note: 以太網 設備網 i pc&servobk端拾器氣源閥的控制和接近開關的信號電源提供情況,操作模式rflmlsteachservo前后臺壓機編碼器沖壓機械手閉環(huán)伺服控制簡圖參考文獻1薛勝智.機械手在沖壓自動化生產中的研究與應用m.蕪湖:奇瑞汽車規(guī)劃設計院，19992王鵬舉.沖壓