基于西门子PLC的自动冲床控制系统的设计111.docx

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摘 要

本篇文章内容是基于西门子PLC的自动冲床控制系统的设计，针对冲床薄片自动控制系统在工艺系统中的应用，从工艺要求、控制方案拟定控制系统硬件设计和控制系统的软件设计进行了研究。

首选通过对冲床系统的分析，确定了总体的设计方案；再根据冲床的特点和所需的功能，确定了系统的硬件构成——采用了西门子S7­200可编程控制器作为冲床系统的核心控制器，使系统达到体积小、控制灵活、故障检测容易，并且提高了生产效率；采用西门子V80伺服驱动器作为执行元件，其位置控制精度远远地高于人工送料，使其整个系统的安全性大幅度提高；采用了西门子的人机界面，使系统更加人性化、便捷化。

关键词：

自动冲床PLC 自动送料冲压

II

Abstract

This article is based on Siemens PLC punching machine automatic control system design, according to punch sheet automatic control system in the process of application, fromt he technicalr equirements, control programming control system hardware design and software design of control system of. 

The preferred to punch through system analysis, determine the overall design plan; then according to punch characteristics and the desired function, the system hardware composition -- adopts Siemens S7-200programmable controller as the core controller punch system, make the system achieves small volume, flexible control, fault detection, and improves the production efficiency;a dopts SiemensV 80 servo drive as the executive element, the position control precision is much higher than that of artificial feeding, the security of the whole system is greatly improved; the Siemens man-machine interface, making the system more user-friendly, convenient. 

Keywords：

automatic punching machine; PLC; automatic feeding; stamping

目录

IV

第一章绪论 1

1.1引言 1

1.1.1冲压在机械制造中的地位及特点 1

1.1.2现代冲压加工发展趋势 2

1.2可编程控制器在冲床系统中的应用概述 2

1.3我国冲床行业市场发展趋势 3

1.4我国冲床与国际水平的差距 4

1.5本文的主要研究内容 5

第二章冲床自动控制系统方案设计 6

2.1冲床自动控制系统功能概述 6

2.2初步确定冲床自动控制系统的架构 6

第三章冲床自动控制系统功能分析 8

3.1冲床自动控制系统各部分功能分析 8

3.1.1PLC功能分析 8

3.1.2伺服模块功能分析 8

3.1.3人机界面功能分析 8

3.2系统总体功能分析 9

第四章冲床自动控制系统功能硬件实现 10

4.1控制器PLC的选型 10

4.1.1PLC的选型原则 10

4.1.2本系统中可编程序控制器的选取及其特点 11

4.2伺服选型 13

4.2.1伺服电机的选型 13

4.2.2伺服驱动器的选型 14

4.3冲头切片气缸选型 15

4.3.1气液增压机的特点 16

4.3.2气液增压机的功能 16

4.4检测元器件选型 17

4.5人机界面选型 19

第五章冲床自动控制系统功能软件实现 21

5.1冲床自动控制系统的流程 21

5.1.1伺服系统控制流程 22

5.1.2冲头切片控制流程 23

5.2PLC的I/O地址分配 25

5.3PLC控制系统程序 26

5.3.1初始化程序 26

5.3.2数据运算程序 28

5.3.3伺服系统控制程序 32

5.5人机界面的编制 33

第六章总结和展望 36

6.1论文工作总结 36

6.2发展与展望 37

参考文献 38

致谢 39

附录一PLC程序 40

附录二电气原理图 49

南京工程学院毕业设计说明书（论文）

第一章绪论

1.1引言

冲压是金属塑性成形加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以也称为板料成形。

冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件；既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件，又能够制造精密（公差在微米级）和复杂形状的零件。

冲压具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点，因此在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等生产和发展具有十分重要的意义。

1.1.1 冲压在机械制造中的地位及特点

冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件；既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件，又能够制造精密（公差在微米级）和复杂形状的零件。

占全世界钢产60%～70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分经过冲压制成成品。

冲压在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等制造中，具有十分重要的地位。

冲压件重量轻、厚度薄、刚度好。

它的尺寸公差是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需再经机械切削即可使用。

冷冲压件的金属组织与力学性能优于原始坯料，表面光滑美观。

冷冲压件的公差等级和表面状态优于热冲压件。

大批量的中、小型零件冲压生产一般是采用复合模或多工位的连续模。

以现代高速多工位压力机为中心，配置带料开卷、矫正、成品收集、输送以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成生产率极高的全自动冲压生产线。

采用新型模具材料和各种表面处理技术，改进模具结构，可得到高精度、高寿命的冲压模具，从而提高冲压件的质量和降低冲压件的制造成本。

冲压生产的工艺和设备正在不断发展，除传统的使用压力机和钢制模具制造冲压件外，液压成形以及旋压成形、超塑成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形等各种特种冲压成形工艺亦迅速发展，把冲压的技术水平提高到了一个新的高度。

特种冲压成形工艺尤其适合多品种的批量（甚至是数十件）零件的生

9

产。

对于普通冲压工艺，可采用简易模具、低熔点合金模具、成组模具和冲压柔性制造系统等，组织多品种的中小批量零件的冲压加工。

总之，冲压模具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点。

采用冲压与焊接、胶接等复合工艺，使零件结构更趋合理，加工更为方便，可以用较简单的工艺制造出更复杂的结构件。

1.1.2 现代冲压加工发展趋势

制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被各种复合材料或高分子材料替

代。

在模具设计与制造中，开发并应用CAD/CAM系统，发展高、新制造技术

和模具、装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。

推广应用数控冲压等设备，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。

某些传统的冲压加工方法将被液压成形、旋压成形、爆炸成形等新颖的技术所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更经济

冲模的核心部分是工作零件，即凸模和凹模。

其形状和尺寸是由冲压工序的性质决定的。

冲裁冲孔落料模的凸、凹模之间间隙很校，并做成锋利的刃口，以便形成强大的剪切力进行剪切，使坯件与板料分离

在现代化的机加工过程中，消耗于送料的时间损失是组成零件单件加工时间的一部分，它属于辅助时间。

要想提高生产率，减少生产中的辅助时间将是非常重要的一个环节。

而要想减少辅助时间，就必须提高生产的自动化程度。

利用PLC可以直接对伺服电机进行位置和速度控制，无需增加定位模块，节约成本。

PLC的处理速度高，输出脉冲的频率也很高，而且指令也很简单，在系统联机的情况下也可方便地进行所有指令的修改工作。

本系统通过触摸屏进行调节控制,使操作简单,也减少了在运行过程中的故障查找环节，大大提高了工作效率。

1.2可编程控制器在冲床系统中的应用概述

近年来，PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。

随着

PLC技术的发展,它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越

多。

在冲床的实际设计和生产过程中，为了提高冲床加工的精度，对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。

1.3我国冲床行业市场发展趋势

目前，整个冲床工具行业企业发展迅猛，对冲床附件的需求量激增，国内市场容量很大。

尤其是近几年来，我国汽车工业发展迅速，使冲床厂各行业市场更加旺盛。

目前，国内中低档数控冲床附件产品的市场，基本由国内产品占领，部分产品如数控分度头、刀杆还有一定的批量出口。

但是，近几年来台湾地区的产品大量涌入，中档数控冲床附件产品的市场竞争刀越来越激烈。

高端技术水平的产品主要依靠进口，从工业发达国家如日本、德国、意大利等进口较多。

一般机械类、传统类冲床附件大量出口国际市场。

2004年虽有部分冲床附件出口量有所增加，但是各类冲床附件的出口总量并不大，说明国内市场的需求再变大。

国外及台湾商为了进入我国大陆市场，产品价格逐步调低，其市场份额也在逐步扩大。

目前由于国内产品在售前技术业务交流及售后服务比国外厂商有明显优势，使国产冲床厂的数控冲附件产品能够不断发展。

但随着外商采用大陆本地化生产方式后，我们就会失去这些优势。

近几年部分发展中国家的冲床工具行业发展速度加快，也逐步向大陆市场进口冲床附件等，并有一定的价格竞争优势。

例如：

印度企业，正在快速发展各类冲床附件产品，各类卡盘、数控转台、数控刀架，在价格方面与其他进口商相比也有一定优势。

就冲床附件的品种而言，大部分品种国内冲床附件企业都有，也基本属于专业化生产，能够满足主机的需要。

但是，随着数控技术的发展，新技术、新工艺的不断应用，国外新品种、新结构数控冲床附件不断出现，例如伺服电机直接驱动的数控回转工作台（单轴高速数控转台或两轴联动高速可倾转台）已经有几家海外厂商在cimt2005中国国际机床展会上登场，完全改变了传统的的结构原理，回转速度远高于传统的机械结构。

加工中心用角度转换镗铣头、数控龙门铣床用a­c轴双摆动数控铣头（包括机械式和伺服电机直接驱动式）、为车铣中心配套的b轴或b、y两轴运动的铣镗滚齿用数控铣头，目前，国内只有个别研究机构或厂家处于研究阶段，没有形成生产能力，主机基本依赖进口配套。

另外，高效数控冲床用动力卡盘、刀杆的高速特性及夹持精度均比国

外有较大差距。

数控冲床附件产品的水平比起前几年有一定提高。

分度类数控附件、数控刀架、动力卡盘等产品，规格及品种不断完善，结构不断改进，主要性能和可靠性方面均有很大提