全自动小型冲压工作站的设计与开发

吴军　宋晓华

【摘 要】根据全自动小型冲压设备功能需求，设计了一套符合产品加工需求的智能冲压装置。其主要硬件机构为机器人送料机构、上下料机构、换模机构、冲压机构等；软件设计为：控制系统、在线监测系统/人机交互系统。该装置的研制与开发将提高产品生产效率和精度，并极大降低操作人员的劳动强度。

【关键词】全自动；冲压；PLC；人机交互

0 引言

随着当今社会的进步与发展，我国已步入经济及工业结构转型升级的关键期，其中工业4.0和先进装备智能制造已确立为国家的战略发展目标。冲压制造是我国的传统制造行业，对该行业相关设备进行智能制造升级已成为该领域较为迫切的目标和任务。

本文主要设计了一款能自动检测物料，并通过坐标式机械手实现了自动上料、冲压、下料于一体的小型自动冲压工作站，提升了物料加工精度和效率，降低了工作人员的劳动强度。

1 总体设计方案

本工作站总体功能为：（1）仓储物料检测；（2）自动上下料；（3）机器人送料及加工定位；（4）自动冲压；（5）自动快速换模（6）在线运行监控及故障检测。其主要硬件机构为机器人送料机构、上下料机构、换模机构、冲压机构等；软件设计为：控制系统、在线监测系统/人机交互系统。其主要设计技术路线如图1所示：

2 系统硬件设计

2.1 送料机构

坐标式机械手送料机构承担着取料、送料、加工定位的功能。一般采取坐标式结构，如图2所示。机器人送料机构的动力源为伺服电机，其运动轨迹均依靠控制器向伺服驱动器发送指令来实现。机器人送料机构的夹持物料机构则由紧凑型气缸和夹手板组成，夹持机构固定在Y轴前端，随十字滑台X＼Y＼Z轴向移动。

2.2 上、下料机构

本装置设计的上、下料机构可实现钣金件加工前的自动上料，加工完成后的自动下料功能，并自带下料仓储。上、下料机构通过其上方的光电传感器检测料仓是否有料，如有料则驱动变频器工作，通过交流电机将机构整体移向工件，并利用负压装置（见图3）将钣金件吸附在上、下料机构。工件加工完成后，该机构可自动定位至下料位置，将物料放置落料仓储单元中。

2.3 换模装置

快速换模有三种方式可以实现。第一种是直线模架库，这种模架库的特点是占用体积小，但是可换模数量较少。第二种是转塔模架库，这种模架库占用体积较大，可换模数量多。第三种是多模架冲压头，这种成本高，工艺和实现难度大。考虑到本产品的特点和后期制造成本，本装置将采用转塔式模架库或直线模架库。

2.4 冲压机构

冲压机构可分为电动冲压和气动冲压两种。电动冲压一般与曲柄滑杆机构配合使用，气动冲压一般采用液压缸冲压。考虑本工件的强度和加工要求，本装置拟采用气液增压缸作为冲压机构的动力源，根据生产节拍要求，通过PLC控制系统向冲压机构发送相关电信号用以实现冲压工序。如图5所示为冲压机构的关键部件：气液增压缸。

3 系统软件设计

本系统的控制装置采用西门子S1200可编程控制器。根据系统功能需求，本系统将会利用西门子博图V13软件进行相关硬件的组态设计。将各个模块组态，完成系统集成设置。具体见图6。

同时，针对本工作站设计人机交互功能，通过触摸系统实现操作人员与设备的交互。触摸系统实时显示设备的整体操作界面，并针对各个模块可实现实时报警功能。人机交互系统软件系统将采用EasyBulider Pro完成。本工作站的人机交互界面如图7所示。

4 结论

根据设备的功能需求，本冲压工作站设计了（1）坐标式送料机构（2）上、下料机构（3）换模装置（4）冲压机构。本工作站采用西门子S1200可编程自动控制器进行控制，并利用博图V13和EasyBulider Pro等相关软件设计了本工作站的控制系统和人机交互/在线监测系统。

【參考文献】

[1]廖常初.PLC编程及应用[M].2版.北京：机械工业出版社，2005.

[2]张福学.实用传感器手册[M].北京：电子工业出版社，1988.

[3]徐灏.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.endprint