转塔冲床数控系统设计论文_本科论文

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1 前言
1.1 设计的目的和意义
设计的目的是根据转塔冲床工作的需要，完成其数控系统的开发，包括数控系统 的电气系统的设计、控制软件的开发等。控制系统完成后，通过现场的调试和实验， 能达到正确控制机床动作的目的，并能满足转塔冲床加工速度及精度的要求。 设计的意义是虽然国内有许多公司生产冲床，但其价格昂贵，且其数控系统基本 上依赖与进口。同时，国内外成熟的基于 PC 的数控冲床系统并不多见，人交互面板 不是专用的，所以功能较差，且多数系统精度达不到要求，为了设计出人性化的控制 面板、降低生产成本、达到生产精度的要求，因此，开发符合生产需求的数控转塔冲 床具有重要的现实意义和广阔的应用前景。
1.2 国内外现状
随着机床业的不断发展，冲床也经历了一个发展历程，从 1933 年的第一台常规 电控的简易型冲模回转头到 1955 年的第一台 NC 数控转塔冲床，转塔冲床开始了一 个新纪元， 随着 1970 年第一台 CNC 数控转塔冲床的问世， 转塔冲床进入了一个高速 发展的时期，随着对加工零件精度的要求越来越苛刻，数控冲床的功能也逐渐增强， 性能也不断提高，以满足发展需求。当前，随着数控技术和汽车行业的不断发展，数 控转塔冲床也越来越广泛的被使用，随着柔性系统的提出与快速应用于机床行业，数 控冲床也向着多功能、稳定可靠、具有更大的柔性、适应于多品种小批量生产发展。 伺服系统的研究与应用，使数控转塔冲床的性能得到了很大的提高。目前，国外对数 控转塔冲床研究及取得丰盛成果的有：日本的 AMADA、德国的 TRUMPF、美国的 STRIPPIT 等； 在我国，机械行业起步相对较晚，转塔冲床的研究也相对较晚，但是制造业和汽 车行业的蓬勃发展，这对转塔冲床提出了更高的要求，所以在严峻的要求下，我国钣 金行业的发展和高端技术的引进，涌现出了一批对数控冲床研究的科研人员，他们对 数控冲床的研究和开发，设计出了应用于实际的产品而投入市场。目前，国内有能力 提供四轴及以上的数控冲床的企业有：济南的捷迈、江都的亚威、扬州的杨力等。虽 然国内数控冲床有了很大发展，但是和国外比起来还有很大差距，很多关键技术，如 数控系统、伺服电机等还不能自己提供，必须依赖进口，这是当前我们必须有待解决 的问题之一。
1.3 设计的内容
冲裁成型加工以其效率高、成本低和易实现批量生产等优点，在五金行业中得到
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了广泛发展。 集柔性制造单元理念的转塔冲床作为当今冲裁成型加工的先进制造技术 手段之一，更得到了迅速发展。但是转塔冲床的核心技术 -数控系统，目前仍然主要 依靠国外进口，因此开展转塔冲床的数控系统的研究具有十分重要的意义。论文根据 开放式数控系统技术理念，运动控制器为核心，通过对转塔冲床冲裁薄板工件过程和 加工特性分析，设计转塔冲床的数控系统。 1.3.1 设计的要求 （1）设计的内容及要求： [a]. [b]. [c]. [d]. [a]. [b]. [c]. [d]. [e]. [f]. 转塔冲床数控系统硬件构成方案、系统连接； 转塔冲床数控系统人机交互设备设计，包括显示器、专用键盘、操作面 转塔冲床数控系统软件设计，包括自动加工、手动操作、回原点、夹钳 软件开发采用 VB6.0 高级编程语言。 设计计算说明书的字数不少于 1.2 万字，正文部分 12-20 页（含插图折合 转塔冲床数控系统硬件接线图； 转塔冲床数控系统显示器、专用键盘、操作面板设计； 转塔冲床数控系统主要功能软件流程图和程序源代码； 外文文献翻译 1 份，译成中文文字数不少于 2000 字； 方案论证报告 1 份。
板设计。 控制、换刀及倒库管理等。 （2）工作量要求： 字数）
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2 总体方案设计
2.1 功能与性能要求分析
转塔冲床数控系统的功能分析：通过在软件和硬件控制下，对输入的加工程序 进行处理并发出相应的控制指令，控制冲床的运动，采用伺服电机带动正弦机构，使 滑块上、下往复运动，冲击上转盘上所选定的上模而对板材进行冲裁加工，正弦机构 可以有效地扩大伺服电机带动冲头的冲击力。上、下转盘由伺服电机经皮带轮同步带 动。板料的移动可由滑动夹钳来完成，X、Y轴方向的运动是由伺服电机、滚珠丝杠 副等驱动而实现 转塔冲床数控系统的性能要求分析： 1、 冲压能力 20 吨； 2、 最大加工板厚 6.35mm 3、加工板材 1250mm x 2500mm 4、标准的刀库布置 32 工位 2 旋转工位 5、冲压速 度 0.5mm 间隔 1.4mm 冲程 900HPM 6、加工精度 +/-0.1mm 。
2.2 设计方案比较、分析与确定
数控转塔冲床设计方案可分为转塔冲床的分类和转塔冲床数控系统控制的分类。 2.2.1 转塔冲床的分类 （1）机械驱动数控转塔冲床：这类数控转塔冲床是通过一个主电机带动飞轮旋 转，由离合器进行冲压控制。它的优点是结构简单，产品价格低。但同时，这类机床 也存在效率较低、不适宜成型冲压、耗电量较大、冲压噪音大等缺点。 （2）液压驱动数控转塔冲床：这类机床通过液压缸驱动击打头，由电液伺服阀 进行冲压控制。主要优点表现在加工效率高、冲压噪音小等优点；但同时也存在多种 不足，如对环境要求较高、耗电量大、维护困难、占地面积大等缺点。 （3）伺服电机驱动数控转塔冲床：随着大功率交流伺服电机技术的进步，伺服 电机己可以完全满足打击头和其运动机构对打击力，转矩和功率等参数的要求。这类 机床通过伺服电机带动打击头进行冲压控制。相对液压式机床而言，其主要优点表现 在机床结构紧凑、耗电量少、没有更换液压用油的烦恼，而且非常环保、噪音小、对
【1】 环境要求低等。
通过上面对三种转塔冲床的优缺点分析及结合功能和要求的分析可以确定用伺 服电机驱动数控转塔冲床。 2.2.2 转塔冲床数控系统控制的分类 （1）PLC 控制系统：功能可以用程序来实现，所以灵活性比较大 高 需要 PLC 专业知识。 （2）继电气控制：优点 成本低 只要懂电工基础即可 缺点 接线比较复杂 功能单一 。
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缺点 成本