冲压机床自动下料系统结构设计研究

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摘要：针对传统冲压机床采用人工方式下料、人工检测，工作过程效率低，并可能存在潜在的作业危险等问题，对冲压机床的下料工序过程中涉及的卸料、称重、厚度检测、打标等环节进行了研究。提出了一种冲压机床自动下料的控制系统，其主要包括下料取料单元、称重检测单元、厚度检测单元、自动码垛单元、输送单元，并对其各个单元的结构及工作原理进行了详细的介绍。利用组态王软件作为上位机监控软件，实现对现场数据的采集和各功能单元的控制，并形成数据报表，便于生产操作和管理。研究结果表明，该系统替代了繁琐的人工操作过程，节约了2个人力成本，可靠性高，提高了劳动生产率。

关键词：冲压机床；PLC；机械手工业生产中，冲压机床

通过模具实现了板材的冲孔、成型、拉伸、挤压件等功能，得到了广泛的应用。目前，多数中小企业的冲压机床生产加工工艺仍以人工操作方式为主，这种方式存在自动化程度低、生产效率低、工作人员劳动强度大等缺点，在批量生产中，很难保证产品的合格率和达到快速生产任务的目的［1－2］。本文对机床下料工艺过程进行了认真的研究，模拟人工操作过程，对原有冲压机床进行了自动化的升级改造。设计了一套以PLC控制器为核心，综合传感器技术、伺服控制系统、机械手技术等技术，实现了下料工艺中包括打标工序、检测工序、码垛工序的全自动化运行，提高产品生产效率，节约了人工成本［3］。

1系统整体结构及工作原理

按照机床下料的工艺要求，其加工过程主要包括机床卸料、称重检测、标记打标、厚度检测、码垛等环节。整体结构图如图1所示。由图1中可以看出，系统主要有卸料机械手1、称重托盘机构2、打标机构3、厚度检测机构4、码垛机械手5、传送机构6构成。其工作过程：压机工作完成后，卸料机械手从压机中取料，并放置到物料托盘上，物料托盘安装在导轨滑块上，导轨滑块由伺服电机带动滚珠丝杠做水平移动，实现工艺过程的定位控制。在导轨滑块的带动下，依次实现称重、打标、厚度检测、码垛工艺过程。

2主要工作机构设计

2．1打标机构设计。打标机构是用于完成对成品产品制作产品标识的，其机构图如图3所示。由图3可以看出，打标机构主要由模组1、打标机2、底座3、连接板4、固定架5构成。由于产品的规格不同，各种规格产品的厚度也不同，应用过程中，由产品的高度而定，需要对打标机的上下位置进行调整。本文选用TZ3BPH模组，其移动范围300mm，用于实现调整打标机的高度。此外，考虑到实际应用需求，对不同规格的产品打标位置也不尽相同，有的需要在中间位置，有的需要在两边位置，因此机械结构设计为可旋转机构，通过调整底座3和连接板4连接孔的位置以及固定架5的安装位置，可使打标机实现±30°旋转。2．2厚度检测机构。产品的厚度是评定产品的合格指标之一，在厚度检测上，本文采用左、中、右三点同时检测，分前、中、后三个区域进行测量的方案。厚度检测机构如图4所示。导轨和滑块用于动态调整厚度传感器的位置，导轨分为水平导轨和垂直导轨，本文调整范围设计为400mm。距离检测传感器采用Panasonic公司的红外反射传感器，其型号为HG－C1030，检测范围±5mm，即检测厚度为10mm，检测基准位置为30mm。工件任一点的厚度dx由其上下两个垂直的传感器检测值d1和d2来确定，公式（1）为厚度转换公式。dx＝hx－［30*2－（d1－5）－（d2－5）］（1）公式中，dx为厚度，hx为上下两个传感器的高度。

3监控系统设计

上位机监控软件主要用于实现对下位机设备的信号监视、参数设置、数据报表等功能［4－5］。本文选择组态王7．5SP2版本组态软件实现系统的远程监控。监控系统画面主要包括手动操作画面、数据监控画面、参数设置画面、数据报表画面等，数据监控画面和参数设置画面如图5和图6所示。

4结束语

本研究对传统冲压机床行业提出了一种自动化下料系统。运用Solidworks三维制图软件设计了系统主要的机械结构，应用上位机软件实现对设备的操作和监控，完成了下料、检测、码垛等生产工艺过程，替代原有的人工操作，降低了劳动成本，提高了生产效率。本研究对生产企业提升设备自动化水平，具有较高的实用和推广价值。

参考文献

［1］刘历，杜勇．基于PLC的上下料机械手设计探析［J］．工业设计，2017（4）：154－156

［2］范嘉，管菁．夹片机床自动上下料机的设计与应用［J］．现代制造技术及装备，2018（6）：7－8

［3］李大伟．真空热压装置液压加载平台控制系统设计［J］．机电工程，2020，37（12）：1535－1539

［4］陈赟．煤矿钻孔测斜设备承压性能试验装置的开发［J］．液压与气动，2020（3）：119－123

［5］张巍，骆昕，林家春．基于PLC的标准布氏硬度机的自动控制系统［J］．机电工程，2020，37（2）：211－215

作者:李大伟 单位: 1.辽宁装备制造职业技术学院 2.辽宁广播电视大学