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1、长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 )11 绪 论1.1 课题的提出剪板机作为机械设备在加工工业中应用比较广泛，以往采用继电器-接触器控制的剪板机，由于控制系统需要大量的硬件接线，使得整个系统比较复杂，设备可靠性低，间接地降低了设备的工作效率，在采用单片机控制以后，使得整个系统的接线明显减少，亦使得整个系统的可靠性得到很大提升。随着科学技术的飞速发展，机械制造技术发生了深刻的变化。传统的普通加工设备已经难以适应市场对产品多样化的要求，难以适应市场竞争的高效率、高质量的要求。而以自动控制技术为核心的现代制造技术，以微电子技术为基础，将传统的机械制造技术与现在控制技术、计算机技术、
2、传感检测技术、信息处理技术以及网络通信技术有机的结合在一起，构成高度信息化、高度柔性化、高度自动化的制造系统。 3我国机械制造业各企业有大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，若以原有的设备为主，合理调整机床布局，添加少量的数控设备，充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性，共同构成一个以人为中心、以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统。 为7我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。单片机技术已经成为计算机技术中的一个独特的分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色
3、。单片机有更强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力，而且单片机的 I/O 引脚通常是多功能的，由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法。引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。此外，单片机的外部扩展能力强，在内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展（如扩展 ROM、RAM、I/O 接口，定时器/计数器，中断系统等） ，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。本设计旨在利用单片机以上优点对原有剪板机的对刀系统进行改造，实现自动控制。长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文
4、 )21.2 本课题的国内外概况国内现状在使用金属板材较多的工业部门，都需要根据尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机就成为各工业部门使用最为广泛的板料剪断设备。我过剪板机的科研与生产得到了迅速发展，结构不断更新，品种规格不断齐全，剪板尺寸从 1mm1000mm 到 40mm4000mm，已经形成了完整的剪板机系列参数标准，生产了最大规格为 50mm3200mm 机械传动，为满足行业的特殊需要，生产了宽度大的 7mm7000mm 剪板机和 25mm12000mm 滚剪机。在设计制造水平方面也不断提高，除中、小规格的剪板机根据用户需要依然还生产一些机械传动的以外，对于中、大型的剪板机都采用液压传
5、动。此外，摆式剪板机，直斜边两用剪板机，板料折弯剪切机等都得到了广泛的发展而且都在不断的改进结构，提高剪切精度和自动化水平，以扩大其使用范围。 7但是与世界上工业发达的国家相比，我国锻压设备的技术和水平还有一定的差距，如品种和规格不全，特别是大、高、尖、精的锻压设备有些还依赖进口。主机可靠性和自动化程度还有待于进一步提高，在国际市场上还缺乏竞争力。锻压设备比例不合理，例如模锻设备比例偏低，先进的工艺和装备所占的比例小。例如加热设备、下料设备和成型设备在能耗、精度、材料利用率生产率和环保方面有待提高和改进，技术创新能力有待进一步增强。为了适应科学技术的发展和锻压生产的需要，满足国内装备制造业的需
6、求，扩大出口创汇，促进经济发展，应该加快我国锻压设备制造业的发展，改造传统设备加快科技进步和技术创新。提高我国锻压设备技术水平和自动化程度。1国外现状随着微电子技术、自动控制技术的发展和广泛应用，工业发达国家锻压设备自动化水平和数控技术有很大幅度的提高，开发出了不同规格的数控回转头压力机、数控弯管机、数控卷板机、数控折弯机、数控激光切割机，板材柔性加工系统和板材柔性加工单元等各类数控锻压设备，提高了设备自动化程度，安全性和可靠性，提高了生产率和生产质量，改善了生产条件。2此外，工业发达国家在柔性自动化技术的诸多领域中，如：柔性制造单元（FMC） 、柔性制造系统（FMS） 、计算机辅助设计计算机
7、辅助制造（CADCAM） 、计算机辅助工艺设计（CAPP） 、管理信息系统（MIS）等方面均取得很大发展，都是以提高系统的可靠性、实用化为重点，以易于联网和集成为目标，注重对单元技术的开发、完善与提高。计算机数控（CNC）单机继续向着长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 )3高精度、高速度和高柔性的方向发展，CADCAM、CAPP、MIS 功能迅速扩展，FMS 技术向着网络系统开放、性能集成智能、实用有效的方向发展。 1西方工业国家在超高速、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求，当今数控技术在性能方面朝着高速、高
8、精、高效化，柔性化，工艺复合性和多轴化，实时智能化发展。在功能方面朝着界面图形化，科学计算可视化，插补和补偿方式多样化发展，以及对内装高性能 PLC 和多媒体技术的应用。在体系结构方面朝着集成化、模块化、网络化发展和采用通用型开放式闭环控制模式，更易13于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。数控系统开放式已经成为数控系统的未来之路。如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine C
9、contorl)、欧共体的 OSACA(Open system Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open system Environment for Controller)。另外数控装备的网络化极大的满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。如在 EMO2001 展中，日本山崎马扎克（MAZAK）公司展出的“Cyber Production Center”（智能生产控制中心，简称 CPC） ；日本大阪(Okuma)机床公司展出“IT p
10、laza”（信息技术广场，简称IT 广场） ；德国西门子（SIEMENS）公司展出的“Open manufacturing Environment”（开放制造环境，简称 OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 41.3 设计任务该设计是对原有剪板机的对刀系统进行改造，对刀系统基于 8051 单片机控制系统，控制步进电机驱动滚珠丝杠带动挡料板做水平运动。完成系统的对刀任务。该系统要求对刀精度为 0.01mm，对刀速度移动 2m/min，剪板机对刀口宽 2500mm，由于龙门闸式剪板机无 U 喉口，因此只能剪切小于对刀口宽度的板料，剪板机刀片的倾斜角小。为了在对刀过程中提高对刀精度
11、，使挡料板只能够做水平运动，采用滚珠丝杠螺母带动挡料板在导轨上运动，导轨采用燕尾型导轨，其高度小，结构紧凑，可以承受颠覆力矩，适合用于运动速度不高，受力不大的场合。对刀系统只要求精确定位，从一点坐标移动到另一点坐标，移动过程中不进行加工。由于长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 )4对刀系统精度要求较高，为了提高对刀精度，滚珠丝杠与步进电机采用联轴器直接连接，避免了齿轮传动的误差。在滚珠丝杠的一端装有光电编码器，通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号
12、，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差 90的两路脉冲信号。支承方式选用双推简支，即一端装止推轴承，另一端装向心球轴承，适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统。目前，机械设备的电气控制系统多采用可编程控制器 PLC 控制，但 PLC 价格较高，在需要即时显示的场合实现起来不如单片机方便。单片机的抗干扰性能虽不如 PLC，但通过在输入、 输出端采用光电隔离等措施后，实际应用效果很好。本系统具有集成度高，抗干扰能力强，结构简单， 价格便宜，操作方便，自动化水平较高等特点，且设备的可靠性、可维护性及灵活性都很好。单片机控制系统主要由
13、MCS51 系列单片机 8051cpu,8279 键盘/显示芯片、系统工作状态检测输入开关 I/O、外控输出电机驱动、声光报警、键盘、显示及电源等电路部分组成。8051芯片的性价比优越，是 MCS-51 系列单片机的典型产品，8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。 16应完成设计工作量：1、A0 号图合计 4 张。其中包括对刀系统装配图 A0 一张，剪板机整体结构图 A0 一张，单片机控制原理图 A0 一张，支撑导轨 A3 一张，滚珠丝杠 A3 一张，联接板 A3
14、 一张，螺母支座 A2 一张，挡料板 A3 一张，丝杠螺母 A3 一张，支架 A3 一张。2、设计说明书一份（不少于 1 万字） 。3、外文资料翻译不少于原文单词 3000。长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 )52 总体方案的确定2.1 自动剪板机工作原理剪板机主要由送料、定位夹紧、剪切、自动传送机构等组成。电动机分别拖动送料机构、压板、剪切刀和送料小车。它的工作过程是：开机后，输入板料加工尺寸、加工数量，根据加工方法点击相应自动键,系统自动运行。系统首先检查回零开关 ST3 状态，挡料器不在零位置则启动步进电机带动挡料器归零，挡料器在零位置则检查小车的状态开关 ST5；若料
15、车空载，就启动送料小车，使之左行到位，小车到位开关 ST4 闭合则小车停止；同时，触发挡料器运动至加工尺寸位置；然后，启动进料机构，带动板料向右移动。当板料碰到挡料器定长开关 ST2 时，送料停止，同时启动主电动机，使压料器压下，压料器压紧行程开关 ST1 闭合。板料压紧触发步进电机带动挡料器让刀，完毕后主电动机带动剪刀下落，板料剪断，接着主电动机被关闭，刀具和压料器在弹簧力作用下复位。卸料电机被启动带动托架转动，到位开关 ST8 闭合，剪切板料滑入料车。接着步进电机带动挡料器运动到下次加工尺寸位置。剪好的板料由压块下压次数计数。当料车上板料没达到设定数时，系统自动循环加工，多次循环后，回零修
16、正定长误差再返回。当达到设定满车数量时，启动料车电动机带动料车右行，将板料送至下一工序位置即到位开关 ST7 闭合。卸载后，再启动料车左行，返回到剪板机下，进入下一车工作循环。长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 )62.2 控制方式对刀系统只要求精确定位，从 1 点左边移动到另一点坐标，但对移动轨迹并无要求，因此使用点位控制。另外采用半闭环控制，在半闭环系统中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较。用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消失的控制系统。这种伺服机构所能达到的精度，速度和动态特性优于开环伺服机构。2.3 传统元件的选用2.3.1 传动机构常用的机械传动机构包括齿轮传动、滚珠丝杠传动、同步带传动、连杆机构传动等，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中，应保证有精确的传动比、热稳定性、高的谐振频率、低摩擦、高刚度和具有适当
