施喜平

摘 要 我國(guó)數(shù)控沖壓成型教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件差，數(shù)量嚴(yán)重不足，開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備顯得尤為重要。主要介紹一種基于PLC技術(shù)的沖壓成型自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 PLC；沖壓成型自動(dòng)化；教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）21-0042-02

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)的沖壓設(shè)備生產(chǎn)者的數(shù)量不斷增多，生產(chǎn)工藝不斷完善，但是其生產(chǎn)的產(chǎn)品都是以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)為目的。這導(dǎo)致高校已有的沖壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及沖壓實(shí)驗(yàn)裝置已經(jīng)不能適合沖壓技術(shù)發(fā)展的要求，導(dǎo)致高校沖壓教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)中的沖壓技術(shù)已經(jīng)落后于沖壓技術(shù)的發(fā)展。因此，利用PLC技術(shù)在高校教學(xué)過(guò)程中建立起現(xiàn)代化的、先進(jìn)的自動(dòng)化教學(xué)系統(tǒng)，對(duì)于提高教學(xué)水平、培養(yǎng)大批高素質(zhì)人才具有十分重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)的總體方案

依據(jù)我國(guó)沖壓成型的教學(xué)現(xiàn)狀，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中遵照知識(shí)傳授由淺入深、教學(xué)由易到難的教學(xué)方法，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)劃分成四個(gè)模塊：PLC技術(shù)學(xué)習(xí)模塊、模具的熟悉模塊、單一對(duì)象的控制實(shí)驗(yàn)部分以及綜合實(shí)驗(yàn)部分。

1）PLC學(xué)習(xí)部分。PLC學(xué)習(xí)部分一共包括三個(gè)方面，首先，學(xué)習(xí)使用PLC軟件。目前，市場(chǎng)上的PLC生產(chǎn)廠家很多，導(dǎo)致不同生產(chǎn)商生產(chǎn)的PLC無(wú)論是在硬件配置還是在程序風(fēng)格上都有較大的差異，即使同一廠家生產(chǎn)的不同PLC之間，指令系統(tǒng)也有不同的特點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以使學(xué)生了解到實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中的PLC特點(diǎn)以及使用方法。其次，梯形圖編程及程序的調(diào)試。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生盡快掌握梯形圖形語(yǔ)言的編程以及測(cè)試方法。最后，PLC控制程序設(shè)計(jì)。通過(guò)具體分析，可以使學(xué)生設(shè)計(jì)并且調(diào)試PLC控制程序。

2）模具拆裝與學(xué)習(xí)。模具的拆裝與學(xué)習(xí)部分主要是通過(guò)軟件演示以及實(shí)際模具的操作完成的，首先要通過(guò)軟件演示使學(xué)生初步形成對(duì)模具的正確認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生自主完成對(duì)模具的拆裝，使其對(duì)模具形成全面認(rèn)識(shí)。

3）對(duì)單一對(duì)象的控制以及機(jī)器實(shí)驗(yàn)部分是由幾個(gè)各自獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)共同組成的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)主要要完成步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)設(shè)置、十字工作臺(tái)的電位控制等。本系統(tǒng)具有十分明顯的開(kāi)放性以及模塊化特征。

4）綜合實(shí)驗(yàn)部分是在以上三個(gè)步驟全部完成的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，主要通過(guò)利用PC以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)的操作界面的控制，以達(dá)到不同模塊之間的相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工。其中，實(shí)驗(yàn)過(guò)程既可以是人工完成的，也可以通過(guò)設(shè)計(jì)參數(shù)由程序自動(dòng)完成。

2 教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能分析

基于PLC技術(shù)的沖壓成型自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是由諸多功能不同的模塊構(gòu)成的，當(dāng)確定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)之后，其實(shí)也是對(duì)各系統(tǒng)模塊的功能提出具體要求。實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)際以實(shí)現(xiàn)沖壓成型自動(dòng)化作為最基本的目標(biāo)，其系統(tǒng)功能要求主要體現(xiàn)在：縱向以及橫向的定位功能；工作能夠按照要求實(shí)現(xiàn)正向、反向、暫停以及復(fù)位等功能；縱向以及橫向的進(jìn)給是由兩條獨(dú)立的傳動(dòng)鏈完成的，因而能夠保證沖壓成型的精度；系統(tǒng)能夠完成多種模具的沖壓和過(guò)程演示。

3 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體設(shè)計(jì)要求，將機(jī)械系統(tǒng)的功能參數(shù)整理如表1所示。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)其他要求：在教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分應(yīng)該給予裝配工藝以應(yīng)有重視，在進(jìn)行安裝的過(guò)程中應(yīng)該按照安裝程序進(jìn)行安裝，以方便機(jī)械裝置的安裝、調(diào)試、拆卸，以方便需經(jīng)常調(diào)整的部位方便調(diào)整。在相同效果的前提下要盡可能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本。

按照自動(dòng)化沖壓成型教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，教學(xué)平臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的壓力機(jī)主要采用福建省精藝機(jī)電制造有限公司的JB系列。

在進(jìn)行工作設(shè)計(jì)時(shí)要分別使用兩臺(tái)能夠進(jìn)行獨(dú)立控制的步進(jìn)電機(jī)對(duì)橫向以及縱向進(jìn)行進(jìn)給，為了提高整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的加工精度，可以采用滾動(dòng)桿進(jìn)行傳動(dòng)。在利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行加工時(shí)，要根據(jù)不同的加工工藝選擇不同的加工模具。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

為了培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的設(shè)計(jì)動(dòng)手能力，控制系統(tǒng)具有開(kāi)放性特征。控制系統(tǒng)的開(kāi)放性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

首先，敞開(kāi)式控制柜。只要在控制柜上安裝有機(jī)玻璃，就可以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中使學(xué)生透過(guò)玻璃窗口看到各元件的構(gòu)造，進(jìn)而激發(fā)出學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的積極性以及主動(dòng)性。

其次，可重組的控制電路是整個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)放性的核心。一般而言，控制面板主要由三個(gè)部分組成，將除強(qiáng)電回路以及保險(xiǎn)之外的所有電器元件的接線端都引出并接到接線面板的彈孔插座上，這樣就可以使不同元件通過(guò)插線簡(jiǎn)潔地形成控制電路。這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中使用必要的元件，就可以生產(chǎn)出滿(mǎn)足系統(tǒng)需求的實(shí)驗(yàn)電路，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求靈活地組成不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)工作人員必須能夠親自將各種實(shí)驗(yàn)元件利用導(dǎo)線相互連接起來(lái)，才能夠真正形成實(shí)際意義上的控制電路，才能使學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中增強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，從而有效增加學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

除此之外，也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的可重組式電路也為沖壓成型自動(dòng)化教學(xué)系統(tǒng)功能的進(jìn)一步拓展留下廣闊的空間，可以滿(mǎn)足多樣性以及有針對(duì)性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。

控制系統(tǒng)的硬件電路主要由模塊化組成，可以分為以下幾個(gè)有機(jī)組成部分。

1）PLC模塊是整個(gè)沖壓自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)控制系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要采用FX2n-48MT型號(hào)的PLC。

2）工作臺(tái)以及步進(jìn)電機(jī)的控制模塊。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)采用四通57BYG250步進(jìn)電機(jī)，并且選用型號(hào)是SH-20403的驅(qū)動(dòng)控制器。

3）夾具控制模塊。對(duì)夾具的控制主要是由兩個(gè)電磁換向閥對(duì)兩個(gè)做直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸進(jìn)行控制，在此基礎(chǔ)上固定夾以及移動(dòng)夾可以順利完成工作任務(wù)。

4）沖壓床控制模塊。主要利用床身以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面板控制兩套控制電路，以實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)單行程以及連續(xù)行程的沖壓工作。

5）在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電流模塊，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要使用三個(gè)額定電壓電流，分別是24V/5A、5V/2A、24V/15A的直流電源。

基于PLC的沖壓成型自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用“PC+PLC”的開(kāi)放式數(shù)控結(jié)構(gòu)，在本系統(tǒng)之中，PLC主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部電氣線路中的電源通斷以及步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸出。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，上位機(jī)主要利用PLC串口通訊讀取數(shù)據(jù)。除此之外，PLC還要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的輸出。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)我國(guó)高校目前的教學(xué)特點(diǎn)，本文主要設(shè)計(jì)了一套由淺入深、由易到難的基于PLC技術(shù)的沖壓成型自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，并對(duì)本系統(tǒng)的功能做了深入研究，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成做了理論上的分析，并在此基礎(chǔ)上提出系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。

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