沖床的自動進料系統(tǒng)改造設計

1、畢業(yè)設計（論文、作業(yè)）畢業(yè)設計（論文、作業(yè)）題目：沖床的自動進料系統(tǒng)改造設計分校（點）：青浦年級、專業(yè)： 11秋機電一體化教育層次：大學?？茖W生姓名：學 號：118100821指導教師：完成日期：2014年5月8日內容摘要和關鍵詞 I一、自動進料系統(tǒng)的總體方案 1二、自動進料系統(tǒng)設計 21、檢測頭 42、控制器設計 83、電機及其驅動模塊 10三、步進電機啟制動過程 15四、結束語 20參考文獻 25致謝 30內容摘要針對 J94A-5 型沖床的應用現(xiàn)狀與存在的主要問題， 提出一種自動進料裝置的設計方案。 本裝置主要由檢測頭、控制器、 電機驅動模塊及電機、進料夾具等部分組成，本文詳細論述 了各

2、個模塊的實現(xiàn)方法， 給出了軟件設計流程。 為了保證步進電機不失步和多步， 還對步進 電機升降速過程進行了研究，給出了步進電機啟制動過程的加減速度曲線。 J94A-5 型沖床 自動進料系統(tǒng)已經(jīng)成功的應用在生產(chǎn)中，收到了良好的經(jīng)濟效益。關鍵詞：普通沖床 自動進料 控制沖床的自動進料系統(tǒng)改造設計1 自動進料系統(tǒng)的總體方案J94A-5 型沖床是一種功率相對較小的普通機床，采用不同的模具，可以加工不同材料 和形狀的介質， 但一般都是很薄的材料。 該沖床在某公司用來加工焊接用的圓形銅片。 沖 床的上沖模上下往復運動一個周期， 操作人員拉動被加工材料前進一個步距， 沖下來的圓形 銅片進入到下沖模的出口。模具

3、本身帶有卡緊裝置，卡住被加工材料一邊大約 10mm 寬度 的缺口操作者向前拉一定距離后，介質被自動卡住。沖床的沖壓速度有兩個檔，一個快檔， 一個慢檔，在手工操作的情況下，只能用慢檔，因為快檔速度太快（ 1 秒鐘沖壓 3 次），模 具本身的卡緊裝置很容易卡死介質。 針對上述情況， 并考慮到操作人員的勞動強度大、 加工 效率低，以及無法避免被加工材料的浪費等弱點， 研制了自動進料系統(tǒng)?？傮w方案是， 沖床 主傳動系統(tǒng)不作改變（即由異步電機拖動的沖床上沖模上下往復運動） ，去掉模具的卡緊機 構，被加工材料的進給量由自動進料系統(tǒng)決定。自動進料系統(tǒng)實時檢測上沖模的運動位置， 并根據(jù)上沖模的位置和運動方向決

4、定進料驅動機構是停止進料還是開始進料。所以， 本沖床的自動進料系統(tǒng)由以下幾部分組成： 檢測頭、 控制器、 步進電機及其驅動模塊、 夾緊機構等。 檢測頭用來檢測上沖模的位置和運動方向，控制器根據(jù)檢測結果決定步進電機的工作狀態(tài)。2 自動進料系統(tǒng)設計（ 一）沖床的自動進料系統(tǒng)必須滿足以下要求，當上沖模即將接觸下沖模時，被加工材 料必須 停止進給， 當上沖模離開下沖模以后， 并且在下一次接觸下沖模之前， 被加工材料必須走完 規(guī)定的進給量。 檢測頭就是用來檢測出上沖模運動的分界點， 并把這一信號送給控制器， 由 控制器決定驅動步進電機運轉還是停止步進電機運轉。1、檢測頭 檢測頭在自動進料系統(tǒng)中起著關鍵性

5、的作用，其原理圖如圖 5 所示，采用紅外敏感元件 槽隙式光斷續(xù)器制作，與市場上出售的普通紅外探頭相比，靈敏度非常高， 具體表現(xiàn)在： 通 過槽隙的擋光物體，其最小尺寸可以達到 0.5mm 時，仍能使光斷續(xù)器可靠動作。把檢測頭 固定于沖床臺面上， 擋光板固定于上沖模的側面。 上沖模的運動帶動擋光板， 擋光板的運動 經(jīng)過光斷續(xù)器的槽隙， 從而使光斷續(xù)器輸出相應的信號。 所以， 只要合理確定光斷續(xù)器的位 置和擋光板的長度， 就可以檢測到上沖模往復運動的分界點， 在分界點以下， 擋光板擋住二 極管發(fā)出的紅外光， 所以光斷續(xù)器輸出高電平； 在分界點以上， 擋當光板離開光斷續(xù)器的槽 隙，因而光敏三極管輸出低

6、電平。2、控制器設計控制器核心選用 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機，由于其采用 CMOS 工藝，省電， 帶負載的能力高，特別是其 Flash 存儲器技術，使程序的擦寫變得極其方便和快捷，所以， 近些年來，在各個領域得到了廣泛的應用。 本控制器軟件設計并不復雜。檢測頭輸出的脈沖信號經(jīng)反向器給單片機的外部中斷0，所以， 整個程序分為主程序和中斷服務程序兩部分。 介質的進給量經(jīng)過轉化， 可變?yōu)椴竭M電 機的轉角，如下：n180 ?Ln R(1)式中，n： 次進給量轉化為步進電機的轉角；?L :介質的進給量；R:驅動滾輪的半徑。根據(jù)步進電機的工作方式(四相八拍)以及( 1)式，可以得到循環(huán)次

7、數(shù)。把此循環(huán)次數(shù) 作為一個標記值，存入固定的地址，每執(zhí)行一個循環(huán)，標記值減1，減到 0 時就等待。如果在步進電機的運行中， 單片機接收到檢測頭的中斷信號， 則要立刻終止步進電機的運行。 為 了方便操作和控制， 控制器還加了調速和 LED 顯示功能， 這樣可以根據(jù)上沖模的運動速度 適當調節(jié)步進電機的轉動速率，并同時把沖壓的次數(shù)通過LED 顯示出來。3、電機及其驅動模塊 步進電機是本自動進料系統(tǒng)的執(zhí)行機構，盡管要求的功率不是很大，但用單片機直接驅 動顯然不可能，所以，中間加了驅動模塊。采用 Allegro 公司的 UCN5804B 步進電機驅動-PR芯片，其主要特點是采用恒壓驅動方式，最大驅動電流

8、可以達到1.5A，單極性，主要用來驅動四相六線步進電機。二、步進電機啟制動過程 沖床的自動進料過程是靠步進電機間歇性轉動一定步長的角位移來實現(xiàn)的，所以，自動 進料系統(tǒng)是否能可靠工作， 關鍵在于步進電機是否失步或多步。 電機的啟動過程容易產(chǎn)生失 步現(xiàn)象， 制動過程由于負載的慣性容易產(chǎn)生多步現(xiàn)象。 因而步進電機是否失步或多步， 主要 取決于其加減速過程， 這不僅與電機本身的起制動特性有關， 而且也與所帶負載的大小有關。 經(jīng)過多次對比試驗，本自動進料系統(tǒng)的啟動過程最終采用了如圖6 所示的加速度曲線，由此 計算步進電機加速過程中每個脈沖的周期，制動過程的減速度曲線正好與加速脈沖序列相 反。結束語針對 J94A-5 型普通沖床設計的自動進料系統(tǒng)已經(jīng)成功的應用于生產(chǎn)實際中，產(chǎn)生了良 好的經(jīng)濟效益。 本自動進料系統(tǒng)， 不僅提高了生產(chǎn)效率和自動化水平， 而且也使原材料得到 了充分的利用，為企業(yè)節(jié)約了資金。使用實踐證明，本系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，靈敏度高，運行 過程噪