1、 K700 型票据自动冲孔机设计-针模及控制部分摘 要本次设计的任务是票据自动冲孔机的针模及控制部分。针模是机床的重要的加工部分，它的质量的好坏影响着产品的质量。在设计时首先对模具的结构类型进行了对比，其次，根据设计的要求确定设计方案并选择单工序冲裁模，再次，对冲裁模的各个零件进行了设计计算和选择，最终完成了满足要求的针模。控制部分是实现机床自动化控制的重要保证，所以要选择安全可靠的生产率高的PLC 系统。根据机床的输入输出要求和机床的工作环境选择了西门子公司的 S7-200 系列 CPU 为 226 型的可编程控制器，此可编程控制器提供了 40 个 I/O 点，其中 24 个输入 16 个输
2、出完全满足了机床的控制要求。最后对机床的操作以及安全须知进行了叙述，以便工作人员学习操作和简单的故障排查。关键词:单工序冲裁模，可编程控制器，西门子K700 stamp automatic punching machine design-Needle mold and control sectionAuthor : Chen LeiTutor :Xue DongbinAbstractThe task is to design stamp automatic puncher of needle mold and control section.Needle-mold is an importan
3、t part of the machinery processing ,and its quality impacts on the quality of the products. First of all, the structure of mold types were compared,Secondly, By the designning requirements to decide the designning process and choose a single Die,Third, the Die various parts of a calculated design an
4、d selection ,Finally to complete the module meet the requirements of the needle-mold.Control section of the machine is an important guarantee to achieve automatic control, to choose high productivity of the PLC system which is safe and reliable .According to the input and output requirements of the
5、machine and its work environment to select the SIEMENS S7-200-226 series CPU to the PLC.This programmable logic controller provides 40 I / O points, including 24 imported 16 output which are fully meet the requirements of the control of the machine.Finally, there was a insruction on operation and sa
6、fety of the machine, so that staffs can learn how to operate and simplly investigate the failure.Keywords: Single processes die,PLC,SIEMENS目 录1 绪论 .11.1 机床介绍 .11.2 任务书 .31.3 方案论证及对比 .32 针模的设计 .52.1 冲压技术要求: .52 .2 零件的工艺性分析. .62.2.1 零件的工艺性分析 .62.2.2 冲裁件的精度与粗糙度 .62.2.3 冲裁件的材料 .62.2.4 确定工艺方案. .62.3 冲压模具
7、总体结构设计 .62.3.1 模具类型 .62.3.2 操作与定位方式 .72.3.3 卸料与出件方式 .72.3.4 模架类型及精度 .72.4 冲压模具工艺与设计计算 .72.4.1 排样设计与计算 .72.4.2 设计冲压力与压力中心 .82.5 模具的设计 .92.5.1 冲裁模具的装配图 .92.5.2 冲压模具的零件设计 .103 电气控制部分设计 .143.1 PLC 机型的选择 .143.2 PLC 的硬件电路设计 .163.2.1 中央处理器 CPU.163.2.2 存储器 .173.2.3 电源 .173.2.4 通信接口 .173.2.5 输入接口 .173.2.6 输出
8、接口 .183.3 PLC 软件任务合理分配 .213.4 系统综合性能的提高 .213.5 PLC 软件设计 .224 机床操作附加说明 .234.1 开机及手工操作 .234.2 自动工作方式 .234.3 模具安装 .234.4 机床的润滑 .234.5 一般故障处理 .244.6 技术安全须知 .25结 论 .26致 谢 .27参考文献 .28附录 .291 绪论1.1 机床介绍PLC 控制票据打孔机是一种先进的打孔设备，它采用计算机程序控制，由交流伺服电机通过同步带拖动滚珠丝杠螺母副驱动夹紧钳实现进给，它的传动精度较高，同时通过摩擦离合器的开启与闭合来进行上下料的操作。该设备的控制系
9、统及驱动系统分别选用德国西门子公司的近期产品，主电机驱动设置了变频调速器，整机具有结构紧凑，体积小，刚性好，定位精度高，以及操作简便，运行可靠，维护方便等优点，是较理想的票据打孔设备。由于本机用于票据打孔，工作环境要求机床本身干净、整洁，占地面积小。故该机设计时尽量简化结构，减少修配、调整工作量。票据生产时效性强，整机工作频繁，要便于人工操作，还必须保证各个构件的刚性和可靠性机床基本工作原理：图1.1机床基本工作原理该 PLC 控制票据打孔机具有以下特点：主传动部分中曲柄两端各有一与轴中心线偏心量为 4.5 毫米的圆柱，可保证滑块的行程为 9 毫米。皮带轮兼做飞轮，离合器与皮带轮一起套在曲柄的
10、一端。带式制动器与凸轮状信号盘固定在曲柄另端。曲柄转动可使拉杠带动滑块沿导柱(共有四根)上下移动。与其它冲压设备相比主传动部分结构紧凑，便于制造，体积小及可靠性好 1。整体的铸铁滑块由四套直线导轨作为导向，使滑块定位非常可靠。同时也避免了滑块导向部分的铲刮和修配。该机床身采用钢板组合的框架焊接结构，焊后进行了定性处理。具有刚性好，制造工艺简单，工期短，成本低的优点。特殊加工的组台模具中固定排列有数百根针，由上针板，导针板，凹板(下模板)三层组成，它们由两根导杆联成一体。刚性好，精度高，便于安装，一次到位后基本不需要调整。纸张的移动部分采用了大导程滚珠丝杠与滚动导轨的组合，有效地保证了齿孔的连接
11、精度。置于曲柄端部的凸轮状信号盘结构简便直观，安装调整方便。控制步进电机的信号通过接近开关传递到 PLC 主机中，灵敏度高。下图为机床进给拖动系统原理图： 图 1-2 机 床 进 给 系 统 原 理 图交流伺服电机接受程序控制器发来的脉冲，进行同步工作，然后通过同步带及带轮拖动滚珠丝杠螺母副驱动夹纸钳完成进给运动 2。 1.2 任务书本次设计的任务是票据冲孔机的针模部分及控制部分。其基本的参数如下：为了方便使用者，一些票据（如邮票、小型张、纪念张等）周边打有均匀分布的小孔，这些小孔都是在冲孔机上用针模加工出来的。K700 型票据自动冲孔机采用 PLC 控制伺服系统进行票据自动定位、离合器自动控
12、制，加工票据上的小孔。设备的主要技术参数：（1）整张票据最大尺寸：700(长)620（宽） ；（2）冲速：2100 次/分，连续可调；（3）孔距：10350，自由设置；（4）孔距精度：0.04；（5）主电动机功率：2.2kw；本课题要求：1、设计 K700 型票据自动冲孔机的针模部分，包括上下模架、凸凹模、凸模固定板等。2、设计冲孔机的控制部分，包括原理设计和程序设计。1.3 方案论证及对比本次设计的任务是针模部分和整个专机的控制部分。针模部分的设计方案有三种：简单冲压模 在冲压的一次行程中仅完成一个冲压工序的模具;连续冲压模 在冲压的一次行程中在不同的工位上同时完两道工序或两道以上冲压工序的
13、模具；复合冲压模 在冲压的一次行程中在同一工位上完成两道或两道以上冲压工序的模具 3。本次设计的机械部分针模只是在票据周边打孔工序简单，而且精度要求不高，所以根据要求选择简单冲压模。控制部分的设计方案有两种：选用 PLC 控制 PLC 是以微处理器为主的一种工业控制装置，PLC 系统能很好地完成工业实时顺序控制 、条件控制、计数控制、步进控制等功能；能够完成模数(AD)、数模 (DA) 转换 、数据处理、通讯联网、实时监控等功能。可靠性高、运行速度快；功能强大、组合控制灵活；兼容性良好；程序编制及生成简单、丰富，操作维护简单。选用单片机控制 单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、
14、应用广泛、通用性强等突出优点。根据设计要求，机床工作在的环境选择 PLC 控制，因为 PLC 更加的稳定可靠方便技术人员应用。2 针模的设计冲模是冷冲压加工方法中的基础工序，应用极为广泛，它即可以直接冲压出所需的成型零件，又可以为其它冷冲压工序制备毛坯 3。普通冲裁是常见的冲裁工艺，材料在分离时由于受到冲裁力的作用，在凸.凹模刃口之间的材料，被撕裂最终实现分离。因此，普通冲裁工件断面较粗糙，而且有一定的锥度，其精度较低。精密冲裁是采用特殊结构的冲模，使凸凹模刃口处的材料受三向压应力的作用，形成很大的静水压效应，抑制材料的断裂，以塑性剪切变形状态使材料分离。精密冲裁的断面光洁且与板面垂直，精度较
15、高 4。本次设计的针模部分精度要求不高，而且是在一冲程过程中完成冲压工序，所以选择普通冲裁的简单冲压模。设计要求:设计该零件的冲裁模 冲裁件是票据纸张规格是 5030mm2.1 冲压技术要求:(1) 材料:票据纸张(2) 材料厚度:0.1mm(3) 生产批量:中批量(4) 未注公差:按 IT14 级确定.2 .2 零件的工艺性分析.2.2.1 零件的工艺性分析 该零件材料为纸，结构简单,形状对称,在纸张周边打孔，孔径为 1mm,孔间距为1mm，冲裁件孔与孔之间:孔与边缘之间的距离受模具的强度和冲裁件质量的制约,其值不应过小,一般要 b1(1 1.5)t,b2(1.52)t 硬质纸的最小孔径 d
16、0.5t 所以根据已知的装配图得出该零件的零件的工艺性满足要求。2.2.2 冲裁件的精度与粗糙度冲裁件的经济公差等级不高于 IT14 级,一般落料公差等级最好低于 IT10 级,冲孔件公差等级最好低于 IT9 级,所以孔中心与孔边缘尺寸公差是0.5，孔中心距公差 0.10 而冲件孔中心距最高精度公差为 0.03,因此可用于一般精度的冲裁 ,普通冲裁可以达到要求.由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑.2.2.3 冲裁件的材料冲裁件材料为幅面 700620 的票据纸张，此材料较薄且强度不高，可以进行冲裁加工。2.2.4 确定工艺方案.该冲裁件只有冲孔一个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于中批量生产,且制件形状多变，精度要求也不高，复合冲裁模，通用性差，适合中批大量生产，级进模冲裁适合中小零件大批生产，所以选择价格低廉的单工序模冲裁，通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题,根据以上分析,该零件采用单工序模冲裁工艺方案.2.3 冲压模具总体结构设计2.3.1 模具类型根据零件的冲裁工艺方案,采用单工序冲裁模.
