大型压力机冲压线快速吸放料气路系统设计 毕业论文.doc
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1、 大型压力机冲压线快速吸放料气路系统设计作 者 姓 名 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 专业技术职务 目 录摘 要 1第一章 绪论 21.1 概述 21.2 国内外的发展状况和趋势 21.2.1 发展状况 21.2.2 发展趋势 31.3本文研究主要内容 31.4 设计原则 3 第二章 冲压线介绍 42.1 冲压自动化概述 42.2冲压生产自动吸放料发展慨况 42.2.1普通压力机的送料机构 42.2.2机械手加穿梭小车式输送系统52.2.3多工位压力机的自动送料机构52.3冲压自动线的组成 62.3.1拆垛系统 62.3.2 自动传送系统 62.3.3线尾出料系统 62.4 冲
2、压生产自动送料发展趋势 62.4.1多工位压力机取代取代单机联线冲压生产 62.4.2 高速高精度的自动送料机构 72.4.3 柔性自动化送料机构72.4.4 交流伺服系统自动送料机构 7第3章 气动系统设计 73.1气动系统介绍83.1.1气动三联件83.1.2换向阀83.1.3节流阀93.2拟定执行元件运动控制回路 103.3气源系统设计103.4气缸的设计及安放103.4.1 纵向气缸的计算113.4.2 横向气缸的计算123.5 真空吸盘动作示意图133.6 气压传动工作原理图13第四章 PLC控制系统设计 154.1 PLC简介 154.1.1 PLC的定义 154.1.2 PLC的
3、组成 154.1.3 PLC工作原理及其特点 174.1.4 PLC的应用 184.2 对PLC的选取204.3 PLC控制系统总体设计方案概述 204.3.1 系统的整体设计分析 204.3.2 快速吸放料系统I/O接口分配表 214.3.3控制系统的运行模式 224.3.4 PLC控制程序设计 23第五章 总结与展望 265.1设计总结285.2前景展望28- 31 - 摘 要随着自动控制技术的不断提高和发展,各种机床对送料装置的要求越来越高,尤其是大型冲压机床,在要求送料机构具有安全性的同时还应有较快的吸放料速度。目前,对送料装置的要求呈现出高精度化、高速度化、高自动化、高可靠性等特点。
4、本文着重介绍快速送料机构的组成和分类,国内外的发展状况,气动技术的特点,PLC的组成及控制特点。设计出机械手的气动系统,绘制机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制,选取合适的PLC型号,根据机械手的工作流程制定可编程序控制器的控制方案,画出机械手的工作时的顺序功能图和梯形图,并编制PLC的控制程序。关键词:快速吸放料 气动 PLCAbstractWith the continous improvement of the automatic control technology and development,the requirements of a variety of
5、 machine feeders getting higher and higher.Especially for large stamping machine,there should be a faster feed rate of absorption and desorption in the security requirements of the feed mechanism. At present,showing the characteristics of high precision,highspeed, high automation,high reliability re
6、quirements for feeders. This article focuses on the fast to the composition of the feed mechanism and classification of the state of development at home and aborad,aerodynamics,the composition of PLC and control characteristics.The design of manipulator pneumatic system,rendering the manipulator pne
7、umatic system working principle diagram.Using programmable controller to control the mechanical hand,the appropriate selection of PLC models,according to the manipulator workflow developed programmable controller control scheme,draw the mechanical hand work order function diagram and ladder diagram,
8、and the preparation of PLC control program. Key words:Rapid sbsorption and release material ;Pneumatic ;PLC第一章 绪论1.1 概述由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高,对工作效率的提高迫在眉睫。我国工业的发展尤其是汽车工业的发展,对冲压技术自动化提出越来越高的要求。送料机构作为冲压生产中的关键组成,其发展直接影响着整个冲压生产水平。目前国内自动冲压生产线的自动化系统由于设计原理和结构上的原因,使冲压生产线的生产节拍较低,从而致使生产效率和生产能力的发挥皆不理想。为了提高冲压生产线
9、的生产效率和充分利用自动冲压线的灵活性、提高冲压车间的生产能力、改善和优化冲压线的自动化输送系统,直至提升冲压线的生产节拍。本文设计中的吸放料系统采用气动技术,利用急回特性,可加快冲压线吸放料的速度,同时机械手用PLC进行控制,能使整个系统更加灵活、快速。1.2国内外的发展状况和趋势1.2.1 发展状况早期的冲压生产线,由数台单动机械压力机组成,两者之间装有机械手,设置一个工位,可带工件翻转装备,采用人工或机械的上下料方式,组成机械化或半机械化流水生产线。在我国,90%的现存冲压生产先属于这一阶段的产品。目前,国内自动冲压生产线的生产节拍基本上处于5-8次每分钟左右,已经不能够满足越来越高的生
10、产效率的要求。根据冲压工件的不同分类及其冲压工艺,用于冲压设备上的自动化输送系统的选型也各不相同。国内常见的输送系统一般是有多工位压力机上的三轴或两轴电子夹爪式输送系统或步进、摆动式横杆输送系统和串联式自动冲压线的机器人或机械手输送系统。 国外的自动送料方式有很多种,但是在这些产品中也存在一些问题。如日本的RF20SD-OR11机械手送料装置与冲床做成一体,从横向(侧面)送料,结构复杂,装配、制造、维修困难,价格昂贵,又不适合我国冲床的纵向送料要求。21世纪以来,为了提高机械式冲压线的经济效益,德国米勒万家顿股份公司一直致力于开发一种能够介于常规机械手系统(Feeder)和多工位压力机横杆式输
11、送系统之间的、既灵活简便又快速高效的自动化输送机构,如图1所示。其在2004年成功向市场推出,并称作“快速横杆式”的自动化输送系统(简称SpeedBAR)。目前,国内扬力锻压机床厂也可以生产此类快速横杆式多冲床自动化系统。该系统适应于产品批量大且工步数不变的固定化产品的生产,不适应于多品种小批量的产品生产。1.2.2发展趋势冲压线吸放料技术是以机械、气压和自动控制等学科领域的技术为基础而融合的一种系统技术,可以说是一门知识技术密集的多学科交叉的综合技术。随着工业生产的发展和这些学科技术的进步,冲压线吸放料技术将不断被完善,它的发展趋势可概括如下几方面:1、提高运动速度和精度,减轻重量和减少安装
12、占用空间,推广吸放料机械手标准化和模块化,以降低制造成本和提高可靠性。 2、改善机械手的工作性能,提高它工作的稳定性和可靠性。3、研究开发新的气路系统,提高生产线生产节拍,提高效率。4、大力开发冲压线机械手仿真技术和计算机软件系统作业任务,采取计算机语言以“离线编程”方式进行;采用计算机仿真技术校核机械手在完成某个操作过程的可行性。1.3本文研究主要内容本文主要对大型压力机冲压线吸放料气路系统进行设计。本文重点是设计是气动系统和PLC控制系统,简要的设计选取了气压缸及其装配。研究设计过程如下:首先,根据载重选取气缸,分析工作原理;其次,完成气压传动系统的设计,绘出工作原理图;最后,通过编程器由
13、PLC控制气缸驱动时间及急停保护,绘出控制原理图。1.4 设计原则在设计之前,必须有一个指导原则,这次毕业设计的设计原则是:以任务书所要求的具体设计要求为根本设计目标,充分考虑吸放料系统工做的环境和工艺流程的具体要求。在满足工艺要求的基础上,尽可能的使结构简练,尽可能采用标准化、模块化的通用元配件,以降低成本,同时提高可靠性。本着科学经济和满足生产要求的设计原则,同时也考虑本次设计是毕业设计的特点,将大学期间所学的知识,如机械设计、机械原理、液压与气压传动、PLC编程控制、电子技术等知识尽可能多的综合运用到设计中,使得经过本次设计对大学阶段的知识得到巩固和强化,同时也考虑个人能力水平和时间的客
14、观实际,充分发挥个人能动性,脚踏实地,实事求是的做好本次设计。第二章 冲压线简介2.1冲压自动化概述 冲压成型作为一门古老而又年轻的制造技术,几乎渗透到国民经济的每一个部门。在许多发达国家从作为支柱产业之一的汽车制造业到农业机械、动力机械、建筑机械、化工机械、精密机械、仪器仪表、医疗器械、日用五金等等,直到航空航天、军事兵器各个门类,冲压制件都占据着相当重要的地位。随着我国工业的发展,冲压制件类型、工艺的复杂化以及人性化生产要求,手工送料的冲压加工生产由于存在着效率、速度、精度、安全等方面的一系列问题,冲压生产的手工送料已逐步由自动送料机构所取代,从而进一步满足了冲压生产自动化、大幅度提高生产
15、节拍、生产质量等的要求。冲压生产自动化主要是指包括材料供给、制品及废料的排出、模具更换、冲床的调整与运转、冲压过程异常状况的监视等作业过程自动化,将这些技术应用到冲压生产流水线的相应环节从而实现冲床生产过程的自动化。自动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本的要求,是在一套模具上实现多工位冲压的根本保证,它的自动化程度高低,直接影响着冲压生产效率、生产节拍以及冲压生产整体自动化水平。2.2 冲压生产自动送料发展概况2.2.1 普通压力机的送料机构普通压力机上的送料机构根据送料动力的不同可分为机械、液压、气动三大类,在冲压加工中以机械与气动二类应用较多。气动送料机构具有灵巧轻便、通用性强、其
16、送料长度和材料厚度可调整、机构反应迅速的优点。但是,由于气动送料机构是采用压差式气动原理工作,故机构工作噪声较大,影响冲压工作环境,主要用于冲压的前期送料和小批量、多品种的生产。机械送料机构尽管调整相对困难且机构较大,但具有送料准确可靠、机构冲击与振动少、噪声低、稳定性好等优点,仍是目前冲压加工中最常用的自动送料方式。目前冲压生产线的配置中应用较为广泛的是开式单点压力机加气动送料机,这种生产线可以做单工序或多工序的连续冲压,操作性良好;另一种开式双点压力机加装多工位送料装置,搭配开卷装置、校平装置等组成的用于多工位连续冲压的生产线,由于占地面积和工序间的搬运都明显减少,在生产中应用呈现增多的趋
17、势;而电机厂应用最多的专门冲制电机硅钢片的生产线则是由高速压力机加装凸轮分割型送料机,配装开卷机、校平装置等组成。由此可见,送料机构的性能高低直接影响着生产线的推广应用,因此,针对冲压制件的工艺要求、生产的实际情况等的不同来选择不同的送料机构是十分必要的。2.2.2 机械手加穿梭小车式自动化输送系统 目前,国内汽车工业中生产轿车外覆盖件和大型内衬件的自动化冲压生产先线,由于还没有大型多工位压力机的投入,所以自动化生产主要还是以配备常规的机械手加穿梭小车或机器人输送系统的串列式冲压线为主,它主要由CNC上料、取料机械手和穿梭小车组成,如图2.1所示。其相邻两个压力机的输送单元主要有以下机构组成:
18、图2.1 机械手加穿梭小车自动化冲压生产线(1)一个取料机械手,带有中置并按工件形状排布的真空吸盘式端拾器,负责将工件从一台压力机取出放置在穿梭小车上。 (2)一个在压力机之间固定轨道上移动的穿梭小车,负责将工件由取料机械手的放料位置移送到上料机械手的取料位置。 (3)一个上料机射手,带有和取料机械手相同的端拾器,负责将工件由穿梭小车拾起并送入下一台压力机工位。 采用该系统的工件将通过机械手简单的“拾取”和“摆放”动作从前一台压力机输送到后一台压力机,其穿梭小车的主要功用就是通过它的穿梭运动缩短取料和上料之间的输送行程,从而提高整线的生产节拍。但是在该冲压线中由于存在工件换向和双动拉深的问题,
19、因此,必须配有同步翻转装置,最高生产节拍69次每分,而且设备的维修量很大。2.2.3多工位压力机的自动化送料机构 多工位送料系统是一个类似移动壁的装置,主要作用是把冲压件从一个工位移到另一个工位。一组模具每一副模具的冲压工作都在同一台压力机内完成。多工位送料移动杆沿着模具移动,它们是主要结构件,移动冲压件的端拾器就安装在这些结构件上。在汽车车身冲压厂,根据送料的传动方式,多工位送料系统主要有:机械送料、电子送料和组合式送料。 机械式送料是通过与压力机传动系统的直接联接完成冲压件从一个工位移动到另一个工位。压力机横梁上的动力输出装置把能量从压力机的顶部输送到地面,由随动器驱动的大型机械凸轮安装在
20、送料机构上,旋转凸轮带动机械送料动作。其主要缺点:机构磨损及能量积累易影响送料精度、速度和产量;机械设计传动规格参数一旦确定,不能更改;随着加工零件尺寸增大,传动机构也将增大,机构零件的预期寿命就会缩短。 组合式送料装置的某些动作由机械系统完成,而另一些动作则由电子系统完成,结构随厂家的不同而异,这种送料方式在汽车覆盖件生产中应用有限。 根据工件的传动方式又有:三坐标式和真空吸盘式(即横杆式)。近年来,由于在多工位压力机上“一次多件”冲压工艺的发展以及人们个性化需求的突出,真空吸盘式传送装置得到越来越多的应用。2.3 冲压自动线的组成 就设备组成而言,冲压自动线一般包括压力机和自动化系统。冲压
21、自动化系统通常包含拆垛系统、自动传输系统和线尾出料系统。2.3.1拆垛系统 一套完整的冲压自动化拆垛系统主要包括2台轨道移动式上料小车(每个上料小车上配备48个活动可调磁力分张器通常为永磁铁,用于板料的分离)、拆垛手(机械手或机器人)、传送装置(多为磁性皮带机)、板料清洗机、板料涂油机、板料对中台及控制系统等组成。 当上料小车装载料垛(可包括托盘)由换垛位置回到拆垛位置后,板料由拆垛手从料垛拾取,通过传送装置穿过清洗机、涂油机送到对中台,板料经过对中定位后,便可开始后续冲压生产。2.3.2自动传输系统 自动传输系统用于各工序间毛胚或工件搬运传输,传输机构主要有机械手和机器人两种。 随着冲压自动
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