大型闭式压力机单机自动化上下料设备控制系统的设计与实现

摘要

近几年，随着科学技术的发展，智能制造装备越来越多地应用于冲压生产。在大中型企业，人工上下料方式逐渐被多工位压力机以及多台连线冲压生产线取代，而中小型企业，由于成本的原因，更多地选择在原有压力机的基础上增加自动上下料设备代替人工送料。本文以山东高密高锻机械有限公司1030T大型闭式压力机为基础，研发出一种应用于中小型企业的高效率、低成本的大型闭式压力机单机自动化上下料设备控制系统。本文主要完成以工作：
　　首先，分析山东高密高锻机械有限公司汽车覆盖件加工工艺，指出现有加工工艺不足，分析应用自动上下料设备的必要性及可行性。对比各种上下料方式优缺点，选出适合本课题的最佳方案，确定自动化上下料设备整体布局，对自动上下料设备的主要机械系统进行介绍，并计算出生产节拍。
　　第二，完成单机自动化上下料设备控制系统总体方案设计。对比各种控制方式优缺点，选择PLC和数控系统作为本课题的控制系统，设计手动及自动两种控制方式，并分析了控制系统的工作原理。
　　第三，完成单机自动化上下料设备控制系统硬件设计。介绍控制系统硬件组成，完成PLC及数控系统的选型，在此基础上对PLC控制器I/O通道进行地址分配，并对送料机械手和上下料机械手气动系统进行设计，为防止送料过程中出现多张板料的情况，设计了多张检测系统。
　　第四，完成单机自动化上下料设备控制系统软件设计。分析单机自动化上下料设备控制流程，设计控制系统顺序功能图，并编写PLC程序及数控系统程序，同时完成了控制系统人机界面的设计。
　　最后，在山东高密高锻机械有限公司对设备进行加工、组装，完成控制系统调试，并对机械手端拾器、多张检测系统进行测试及改进。通过对原始方案布局和G代码的修改解决了设备运行过程中出现的干涉和上下料用时过长等问题，调试完成后连续试运行48小时，各个设备均正常工作，运行状态良好。

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摘要

ABSTRACT

Contents

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 多台连线自动化冲压装备的发展

1.2.2 单机自动化冲压装备的发展

1.2.3 自动上下料设备控制技术的发展

1.3 课题来源及研究内容

2 大型闭式压力机单机自动化上下料设备总体方案设计

2.1 企业现状及零件加工分析

2.2 单机自动化上下料设备需求分析

2.3 上下料方式的选择

2.3.1 上下料方式分类

2.3.2 上下料方式的对比及选择

2.4 单机自动化上下料设备整体布局设计

2.4.1 自动上下料设备工作流程

2.4.2 自动上下料设备整体布局

2.5 单机自动化上下料设备的模块化设计

2.6 单机自动化上下料设备生产节拍计算

2.7 本章小结

3 单机自动化上下料设备控制系统总体方案设计

3.1 控制方式的选择

3.1.1 继电器控制系统

3.1.2 PLC控制系统

3.1.3 数控系统

3.1.4 控制方式的对比及选择

3.2 控制系统设计要求及所要实现的功能

3.2.1 控制系统具体设计要求

3.2.2 控制系统所要实现的功能

3.3 控制系统的工作方式

3.4 控制系统工作原理

3.5 本章小结

4.1 控制系统硬件结构

4.2 PLC控制系统硬件设计

4.2.1 PLC硬件结构

4.2.2 确定I/O信号的点数

4.2.3 PLC选型

4.2.4 I/O口通道地址的分配及功能

4.3 数控系统硬件设计

4.3.1 数控系统选型

4.3.2 数控系统电气控制线路设计

4.4 气动系统硬件设计

4.4.1 送料机械手气动系统设计

4.4.2 对中装置气动系统设计

4.5 多张检测系统硬件设计

4.5.1 多张检测传感器工作原理

4.5.2 多张检测器选型

4.5.3 多张检测器接线图设计

4.5.4 多张检测系统气动回路设计

4.6 本章小结

5 控制系统软件设计

5.1 单机自动化上下料设备控制流程分析

5.1.1 送料及对中模块控制流程分析

5.1.2 上下料模块控制流程分析

5.2 控制系统顺序功能图规划

5.2.1 送料及对中模块顺序功能图设计

5.2.2 上下料模块顺序功能图设计

5.3 控制系统程序设计

5.3.1 PLC控制系统程序设计

5.3.2 数控系统程序设计

5.4 人机界面设计

5.4.1 人机交互界面简介

5.4.2 触摸屏整体架构及主要界面的设计

5.5 本章小结

6 单机自动化上下料设备的调试及运行

6.1 单机自动化上下料设备的生产及安装

6.1.1 机械部分装配

6.1.2 电气部分装配

6.2 单机自动化上下料设备控制系统调试

6.2.1 PLC控制系统调试

6.2.2 数控系统调试

6.3 端拾器测试及改进

6.3.1 送料机械手端拾器测试及改进

6.3.2 下料机械手端拾器测试及改进

6.4 多张检测系统测试

6.5 单机自动化上下料设备整体调试

6.6 单机自动化上下料设备试运行

6.6.1 运行参数设定

6.6.2 主要执行设备运行时间节点分析

6.6.3 运行结果分析

6.7 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 前景展望

参考文献

附录一

附录二

附录三

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况

致谢