【文章內(nèi)容簡介】 在轉(zhuǎn)盤的四個(gè)工位，分別安裝一個(gè)真空壓力傳感器，安裝位置是串在真空發(fā)生器和吸盤之間。氣管從真空發(fā)生器引出，進(jìn)入真空壓力傳感器，再引出到吸盤的氣孔。此真空壓力傳感器的作用是檢測此工位是否已經(jīng)吸取了毛坯料 [10]。 4． 在凸輪分度器輸出軸上安裝一個(gè)碼盤，碼盤上有一個(gè)豁口，此處需要安裝一個(gè)紅外對射的光電傳感器，作用是檢測凸輪分度器的輸出軸是否轉(zhuǎn)了一圈，即凸輪分度器更換一個(gè)分度 [11]。 5． 在沖床的 沖頭一側(cè)安裝一個(gè)接近開關(guān)傳感器，用來檢測沖床是否有動(dòng)作。 6． 在沖床頭的前側(cè)，安裝一個(gè)紅外反射傳感器，作用是檢測轉(zhuǎn)盤上的吸盤吸取毛坯之后，是否轉(zhuǎn)到了沖床加工工位。 7． 在毛坯料倉工位的頂升機(jī)構(gòu)中，絲杠滑臺的運(yùn)動(dòng)有范圍，即最高高度和最低高度。安裝兩個(gè)行程開關(guān)在最高高度和最低高度，作用是限位。 8． 選擇工位轉(zhuǎn)換氣缸時(shí)，需要選擇帶磁環(huán)的氣缸，可以檢測氣缸的狀態(tài)是伸出狀態(tài)還是初始狀態(tài) [12]。 PLC 的 I/O 分配 選用西門子 S7300用作設(shè)備的電氣控制，其輸入輸出分配見表 21。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 表 21 I/O分配表 輸入 I 啟動(dòng) 停止 沖床工位傳感器 測料傳感器 A 位真空壓力傳感器 B 位真空壓力傳感器 C 位真空壓力傳感器 D 位真空壓力傳感器 行程開關(guān) 行程開關(guān) 2 氣缸伸出狀態(tài)傳感器 氣缸初始狀態(tài)傳感器 回零傳感器 凸輪分度器傳感器 沖床動(dòng)作傳感器 關(guān)閉自動(dòng)運(yùn)行 手動(dòng)回零 自動(dòng)運(yùn)行 手動(dòng)沖床沖壓動(dòng) 作 手動(dòng)分度器轉(zhuǎn) 90 度 手動(dòng)工位氣缸伸出 手動(dòng)工位氣缸拉回 手動(dòng)導(dǎo)桿氣缸伸出 手動(dòng)導(dǎo)桿氣缸拉回 手動(dòng)頂升 手動(dòng)降落 輸出 Q 導(dǎo)桿氣缸上電磁閥 導(dǎo)桿氣缸下電磁閥 沖床動(dòng)作 凸輪分度器電機(jī) A 位電磁閥 B 位電磁閥 C 位電磁閥 D 位電磁閥 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)（升） 步進(jìn)電機(jī)發(fā)轉(zhuǎn)（降） 工位氣缸伸出 工位氣缸縮回 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 控制程序設(shè)計(jì) 控制程序使用西門子 S7300PLC 進(jìn)行程序編輯，分為主程序和 FB 塊程序。主程序負(fù)責(zé)主電路的啟動(dòng)、停止、急停、手動(dòng) /自動(dòng)切換、單個(gè)手動(dòng)動(dòng)作。 FB塊程序是采用步程序進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行的流程控制 [13]。 主程序負(fù)責(zé)的內(nèi)容有： 1) 系統(tǒng)啟動(dòng) /停止 /急停 2) 開啟 /關(guān)閉自動(dòng)運(yùn)行 3) 手動(dòng)回零 4) 手動(dòng)沖床沖壓動(dòng)作 5) 手動(dòng)分度器轉(zhuǎn) 90度 6) 手動(dòng)工位氣缸伸出 7) 手動(dòng)工位氣缸拉回 8) 手動(dòng)導(dǎo)桿氣缸伸出 9) 手動(dòng)導(dǎo)桿氣缸拉回 10) 手動(dòng)頂升 11) 手動(dòng)降落 FB 塊程序的控制流程： 1． 自動(dòng)程序啟動(dòng)之后首先進(jìn)行 A、 B、 C、 D四個(gè)工位氣路電磁閥的信號置零，然后通過測料傳感器檢測吸盤抓料的工位是否有毛坯料可供抓取。 2． 如果有料就伸出導(dǎo)桿氣缸進(jìn)行抓料，抓取料前進(jìn)行判斷，如果轉(zhuǎn)盤上的三個(gè)工位都抓取的有料的時(shí)候，就選擇讓要抓取料工位的逆時(shí)針臨位的電磁閥得電，松開鐵鍬料，松開的鐵鍬料會落入下料工位。轉(zhuǎn)盤是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，工位順序分別是抓料、沖壓、備用沖壓工位、下料工位，所以抓料的逆時(shí)針臨位是已經(jīng)加工好的鐵鍬，可放入下料工位。如果轉(zhuǎn)盤上的四個(gè)工位上的料沒有達(dá)到三個(gè)，就按照流程進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，沖壓加工，旋轉(zhuǎn)。 3． 如果沒有料，就給頂升電機(jī)電，讓頂升 電機(jī)帶動(dòng)滑臺，使毛坯料上升到傳感器能檢測到的水平高度，然后電機(jī)斷電。如果電機(jī)一直轉(zhuǎn)始終沒有檢測到有料，直到碰到了絲杠的上限位，則電機(jī)反轉(zhuǎn)降落，直到碰觸到電機(jī)的下限位。然后工位氣缸自檢是否在伸出狀態(tài)，進(jìn)行轉(zhuǎn)臺的切換，完成工作臺上兩個(gè)料倉的位置切換。切換后再跳轉(zhuǎn)到第一步進(jìn)行檢測是否有料，再進(jìn)行下一步動(dòng)作。 4． 如果轉(zhuǎn)盤上四個(gè)工位上抓取的料不夠三個(gè)，或者是夠三個(gè)且已經(jīng)經(jīng)過選擇讓下料工位的鐵鍬降落，那么在沖床動(dòng)作之后，導(dǎo)桿氣缸拉回，凸輪分度器電機(jī)會帶動(dòng)凸輪分度器轉(zhuǎn)動(dòng)一周，轉(zhuǎn)盤隨之會轉(zhuǎn)動(dòng) 90度，然后跳轉(zhuǎn)到第 1 步 [14]。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 3 選型計(jì)算 吸盤 對鐵鍬毛坯的抓取，采用真空吸盤吸取的方案。已知條件：毛坯重量 ，真空發(fā)生器壓力真空度為 。 理論要求吸盤水平提升力＝所需提升質(zhì)量 (重力加速度＋提升加速度 )安全系數(shù) sagF )(m ?? （ 31） 其中： F 是理論要求吸盤的最大吸力； m 是毛坯的質(zhì)量，已 知毛坯的質(zhì)量為 ； g 是重力加速度，取 10； a 是吸盤吸取毛坯上升的加速度，根據(jù)所選氣缸的參數(shù)，加速度的值為 a=5； s 是安全系數(shù)，如圖 31所示，水平吸取時(shí)安全系數(shù)為 s1=4，垂直吸取時(shí)安全系數(shù)為 s2=8。本設(shè)備提升方案選 s1。 圖 31 吸盤安全系數(shù)分類 NFF 72 ? ???? ）（ 由計(jì)算得知吸盤的理論要求吸力為 72N。 真空吸盤吸力計(jì)算公式： ??????? CCPF （ 32） 其中： F：吸力（ N），值為 72N； C：吸盤面積 ( 2cm )，待求； P：真空發(fā)生器的真空度（ aKP ），值為 a80 KP 。 由公式 32 計(jì)算得知吸盤面積 cmC? 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 ?42DC? （ 33） 由公式 33 計(jì)算得知吸盤直徑 ?D 依據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇 SMC品牌的 ZTP50UNK2006A14型號吸盤，吸盤規(guī)格見表 31：直徑 50mm，緩沖行程 50mm，真空接管是 6? 的快換接頭。 表 31 ZTP50BNK5006A14型號 吸盤規(guī)格 ZTP50BNK5006A14 吸盤直徑（ mm） 50 吸盤類型 B 風(fēng)琴型 吸盤材料 N 丁腈橡膠 緩沖形式 K 不可回轉(zhuǎn)型 緩沖行程（ mm） 50 真空口連接 （ 06）直徑 6mm 的快換接頭 安裝連接方式 /外螺紋 （ A4） M14*1（外螺紋） 導(dǎo)桿氣缸 考慮到?jīng)_床工作時(shí)沖壓毛坯件需要的定位精度，吸盤吸取毛坯料不能和氣缸發(fā)生相對位移，毛坯料在 被吸取之后隨吸盤運(yùn)動(dòng)的過程中不能發(fā)生回轉(zhuǎn)。因此選用帶導(dǎo)桿式氣缸，如圖 32所示。 圖 32 導(dǎo)桿氣缸 試選型日本 SMC 系列的 MGPL2550 型號的氣缸，缸徑 25mm，桿徑 13mm，行程 50mm，運(yùn)動(dòng)速度平穩(wěn)。 該型號氣缸的性能參數(shù)見表 32。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 表 32 MGPL2550型號氣缸 規(guī)格 供氣壓力 P（ MPa） 缸徑 D（ mm） 25 桿徑 d（ mm） 13 負(fù)載率β 重力加速度 g 氣缸理論拉力計(jì)算： NDPF 1 7 84 d 2222t ????????? ? （ 34） 氣缸實(shí)際拉力 NFF ????? ? （ 35） 已知 氣缸的負(fù)載見表 33。 表 33 導(dǎo)桿氣缸負(fù)載 鐵鍬毛坯重量（ Kg） 吸盤重量（ Kg） 4= 支撐板重量（ Kg） 2 總重（ N） = 氣缸拉力 大于總重 ，因此，此型號氣缸可以正常工作。 工 作臺氣缸 工作臺氣缸的工作任務(wù)就是如果在吸盤吸取毛坯料的料倉沒有毛坯料時(shí)，更換料倉的位置，把另一個(gè)裝毛坯料的料倉移動(dòng)到當(dāng)前位置。已知的工作臺氣缸的選型條件見表 34。 表 34 工作臺氣缸選型條件 已知： 鐵鍬毛坯重量（ Kg） 150=180 夾具重量（ Kg） 20 2=40 滑臺重量（ Kg） 40 總重 W（ N） （ 180+40+40） = 阻力 f（ N） Wμ = = 供氣壓力（ MPa） 線性導(dǎo)軌摩擦系數(shù)μ 設(shè) 計(jì)的料倉寬度為 300mm，在選取工作臺氣缸時(shí)，要選用行程大于或等于 300mm的氣缸。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)要求，即行程 300、工作方式為雙作用式，查閱日本 SMC 產(chǎn)品天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 選型手冊。 CG1NU 系列氣缸符合工作要求。預(yù)選 CG1UN40300 和 CG1UN32300型號氣缸。 a. CG1UN40300 型氣缸技術(shù)參數(shù)：氣缸缸徑 D40mm，桿徑 d25mm，負(fù)載率β 。 氣缸理論拉力為： NDPF 8 24 d 2222t ????????? ? （ 36） 氣缸實(shí)際 拉力為： NFF t 9 8 2 ????? ? （ 37） 氣缸實(shí)際拉力 大于阻力 ，所以此型號氣缸可以正常工作 [15]。 b. CG1UN32300 型氣缸技術(shù)參數(shù)：氣缸缸徑 D32mm，桿徑 d18mm，負(fù)載率β 。 氣缸理論拉力為： NdDPF 7 44 2222 ????????? ? 氣缸實(shí)際拉力為： NFF 3 7 4t ????? ? 氣缸實(shí)際拉力 大于阻力 ，所以此型號氣缸可以正常工作。 結(jié)合以上計(jì)算校核，兩種型號氣缸都符合工作要求?？紤]到經(jīng)濟(jì)因素，選用CG1UN32300 型氣缸。 直線導(dǎo)軌副 工作臺氣缸在工作時(shí)，推動(dòng)或者拉動(dòng)料倉通過直線導(dǎo)軌副在工作臺上移動(dòng)。導(dǎo)軌副作為運(yùn)動(dòng)副完成滑臺的工位轉(zhuǎn)換。該設(shè)備在工位轉(zhuǎn)換時(shí)由氣缸驅(qū)動(dòng)，位置精度由硬限位保證，且要求精度不高?；_在實(shí)現(xiàn)工位轉(zhuǎn)換時(shí)移動(dòng)速度平穩(wěn)，負(fù)載不大。初步選型為滾珠直線導(dǎo)軌副。 安裝尺寸設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定為 2530mm的總高，初步選型為 MISUMI品牌的 SSVRLZ28型號中載型滾珠直線導(dǎo)軌。該型號導(dǎo)軌副的技術(shù)參數(shù)見表 35。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13