基于PLC的铆压机胎具及控制系统设计.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／2 O1 5年 第 09期 d o i l O ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 9 。 0 1 1 基于 P L C的铆压机胎具及控制系统设计 乇俊 青 北京现代职业技术学院， 北京 1 0 1 3 0 9 摘 要 以s 2 6 0系列微型断路器生产线为对象， 对其铆压机胎具进行设计， 确定其压力中心。根据铆压机的动作要求 ， 采用气动方式 进行控制。以0 MR O N C P M1 A为P L C主控器， 采用梯形图的编程方式， 实现了s 2 6 0 系列微型断路器壳体的自动循环加工。 关键词 铆压； 胎具； 压力中心； 气动； P L C 中图分类号 T H1 3 8 文献标志码 A 文章编号 1 o 0 8 0 8 1 3 2 0 l 5 0 9 - 0 0 3 4 - 0 5 Th e De s i g n o f Ri v e t i ng P r e s s M o u l d a n d Co n t r o l S ys t e m Ba s e d o n PLC W ANG ,l u n q i n g B e i j i n g Mo d e m P o l y t e c h n i c C o l l e g e ， B e i j i n g 1 0 1 3 0 9， C h i n a Ab s t r a c t Us i n g 2 6 0 s e ri e s mi n i a t u r e c i r c u i t b r e a k e r p r o d u c t i o n l i n e a s t h e o b j e c t ， ri v e t i n g p r e s s u r e ma c h i n e mo u l d w a s d e s i g n ， a n d t h e p r e s s u r e c e n t e r o f t h e mo u l d wa s c o n fi r me d ． Ac c o r d i n g t o the r e q u i r e me n t s o f t h e riv e t i n g p r e s s u r e ma c h i n e mo v e me n t ， c o n t r o l l e d b y p n e u ma t i c ma n n e r ． T h e OMRON CP M 1 A P LC i s t h e ma i n c o n tro l l e r , u s e t h e l a d d e r d i a g r a m p r o gra mmi n g wa y , r e a l i z e 2 6 0 s e r i e s mi n i a t u r e c i r c u i t b r e a k e r s h e l l a u t o ma t i c c y c l e p r o c e s s i n g ． Ke y wo r d s ri v e t i n g ；mo ul d ；p r e s s ure c e n t e r；me u ma t i c ；P L C O 前言 铆压装配是除螺钉连接外的第二大装配连接方 式 ， 具有设备简单、 工装调整方便 、 生产成本低廉等特 点 ， 是 机械 、 五金 、 仪表 、 电子 、 电器 等行业最基本 的装 配工艺 。国外早在2 0 世纪7 O 年代就开始规模使用铆 压工艺， 而国内应用较晚， 目前多数产品在进行铆接时 依然采用人工铆接的方式， 加工精度和加工效率已经 无法满足大规模 、 自动化 生产 的要求 。在低压 电器元 件制造过程中有许多冲压件和壳体 骨架 是通过铆钉 铆接而成 】 ， 为了提高生产效率 ， 降低工人的劳动强度 ， 我们对北京 AB B低压电器有限公 司 2 6 0系列微型断 路器生产线进行设备改造， 设计开发了一款适合该产 品结构的自动铆压机 。铆压过程主要 由P L C进行控 制 ， 产品通过传送带到达铆压工位， 铆压缸自动将产品 铆钉铆压成形， 完成产品的紧固连接。 1 铆压胎具的设计 1 ． 1 胎具压力中心的确定 产品铆压时， 主要是通过将预先穿在产品基座和 盖板间的4 支铝铆钉同时铆紧 ， 实现基座和盖板的连 接， 要求铆压后的产品既不能出现破裂， 也不能出现基 收稿 日期 2 0 1 5 0 2 0 9 基金项 目 北京 高等学校青年英才计划 YE T P 1 8 5 2 作者简介 王俊青 1 9 7 9 一 ， 男， 江苏泰州人 ， 讲师 ， 硕士 ， 主要从事计算 机辅助设计与制造、 数控技术方面的教学和研究工作。 3 4 座和盖板间有缝隙的现象 ， 产品铆压后的情形如图 1 所示 。 图 1 产 品 图 然 而 ， 在 实际生产 中 ， 经 常会 发生产 品铆 压不均 匀 ， 有 的地方过 紧 ， 有 的地方过松的现象 ， 维修人员 只 能通过在铆头底部垫不同厚度的薄垫片的方式频繁进 行调整 ， 结果造成长时间的停机 ， 影响生产。通过对故 障仔细分析， 发现造成此现象的主要原因是胎具模柄的 安装位置不在铆点的压力中心。所谓压力中心， 就是铆 压力合力的作用点。确定铆压力中心的目的， 在于确定 模柄的位置。压力中心必须与模柄的轴线重合或近似 重合， 否则铆压时会造成偏心冲击， 形成偏心载荷， 使铆 头磨损不均 ， 从而影响铆压质量和铆胎寿命嘲 。另外， 偏心冲击还会使铆压胎具和设备导向部分造成不均匀 磨损 。原胎具的模柄安装位置处于胎具座板的中心位 置 ， 该位置 与产品 4 个铆点的重 心位置存在偏差 ， 将导 致铆压力不平衡 ， 因此 ， 必须重新计算胎具模柄的 位置 。 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 9 ． 2 0 1 5 确定产 品的压力 中心有多种方法 ， 利用解析法计 算复杂轮廓的压力中心相对繁琐 ， 这里我们主要采用 A u t o C A D软件来确定产品的压力中心 。首先在 C AD软 件 中画出产 品外形 图 ， 如 图2 所示 ， 再将 4 个铆点用直 线 连接 ， 如图 3 所 示 。然后从 “ 修改 ” 菜单 中选 择 “ 对 象 ” ， 从 弹出菜单 中选择“ 多段线 ” 依次选择 刚画好 的4 条线段 ， 然后 回车 ， 这样可将 4 条单独线条转换为一整 体 ， 可形成一个面域， 再通过软件 自动计算此面域的重 心位置， 即可得到4 个铆点的压力中心。 铆 点 图 2产 品图 图 3铆 点连接示意图 操作步骤如下 点击 “ 工具 ” 菜单一下拉菜单 “ 移动 U C S ” ， 选 中左 下铆点， 将此点设为坐标原点 x 0 ， Y 。 ； 从“ 绘图” 菜单 中选择“ 面域” ， 点选先前所画的多段线； 从“ 工具” 菜单 中选择“ 查询 ” ， 从弹出的次级菜单中选择“ 面域／ 质量特 性 ” 。软件 自动进行计算 ， 并弹出结果对话 框 ， 结果 中 显示出质心的坐标值， 即为压力中心位置。按照此值， 使用画点命令 ， 将点标记在产品图形中， 在接下来的胎 具设计 中， 需要将模柄的安装位置参照铆点的压力中 心进行设计， 设计结果如图4 所示。从图中可以看出产 品铆点的压力 中心并不在胎具上座板的中心位置。 1 ． 2 铆头的设计 铆接质量的好坏除了取决于铆点的压力中心之 外 ， 关键在于铆头的设计 。起初设计的铆头与 图5 铆头 相比， 结构基本相同， 仅仅头部是一个直径为h i ．5 m m， 长5 m m的圆柱， 并且经试验后发现， 铆接后不光静触板 铆不 紧 ， 而且铆钉头部开裂 ， 影响美观 ， 故重新设计如 图5 所示铆头 ， 经实际检验 ， 铆接后 的铆钉头部形状美 观 、 质量稳定 。 图 4 铆点压 力中心示意 图 图5 铆 头设计 图 2 机床气路设计 铆压操作通过气动控制来实现 ， 因而 ， 铆压气缸的 选择至关重要 ， 铆压机气路设计如图6 所示。从左到右 气缸分别为分 配器 A缸 ， 分配器 B缸 ， 铆压缸 ， 顶出缸 ， 和制止器缸。 图6 机床气 动原理图 其 中， 分配器气缸选用型号为 A D VU 一 2 5 2 5 一 P A， 顶出气缸型号为A D V U ⋯ 2 5 3 0 A ， 铆压气缸型号 A D ． V U 一 1 2 5 3 0 一 P A， 活塞直径 1 2 ～ 1 2 5 m m， 行程标准值为 5 - 8 0 mm或 1 4 0 0 mm； 制止器气缸型号 C X S M一 6 2 0 ， 活 塞直径 6 ～ 3 2 mm， 行程标准值为 1 0 ～ 1 0 0 mm。如果铆压 装配需要更 大的压力 ， 则可以采用液压驱动系统[4 1 。 3 5 皇 鏖离 液 压 气 动 与 密 1 “ ／ 20 1 5年 第 0 9期 NAC 2 20V AC 2 4V DC O V DC C 0M 1 0 0 0 0 0 l 0 0 0 0 l l 0 0 0 0 2 D 0 0 0 3 1 0 0 0 0 4 1 0 0 0 0 5 1 0 0 0 0 6 l 0 0 0 0 7 I NPUT CPM 1 A ．4 0 CDR A V l 而 ] 入 制 铆 口 止 接 分 器 气 配 气 缸 器 缸 自 手 故 动 动 障 运 指 指 行 示 示 指 灯 灯 刁 灯 停 复 t L 他 按 按 钮 钮 入 出 口 口 传 传 感 感 器 器 CPM I A- 40 CDR A - VI OUTP UT C O M O 1 0 1 0 0 0 10 1 0 0 1 l0 1 0 0 2 10 1 0 0 3 0 1 0 0 4 1 0 1 0 0 5 IC O M 0 1 0 0 7 I C O M 10 1 l o o l o 1 1 0 1 l0 1 1 0 2 l l I _ _J 隶书桊 图7控制系统电路图 3 控制系统的设计 3 ． 1 接线示意图 为了实现自动铆压功能 ， 该铆压机利用P L C 来实 现 机床顺 序动作控 制 。P L C选 用欧姆 龙 C P M1 A 一 4 0 C D R A V 1 型， 根据P L C 的特点， 将机床所选电气系 统 的输人 、 输 出设备对应接人 P L C的输入 、 输 出端 ， 实 现 自动控制 。图 7 是 C P M1 A 一 4 0 C D R A V1 型 P L C的 输入 、 输出布线 图。 3 ． 2 控制流程 图8 所示为机床工艺流程图。开始工作时， 入口传 感器将检测胎具位置是否正确， 如果正确， 产品将被放 人胎具， 产品到位传感器检测产品位置是否正确， 如果 正确， 将对产品进行铆压操作； 如果人口传感器检测到 的胎具位置， 以及产品到位传感器检测到的产品位置 不正确， 则需要通过手动操作进行复位， 复位后再进行 重新操作 ， 完成对产品的铆压。 3 ． 3梯形图 对于P L C 控制系统， 采用作为梯形图设计 ， 方便灵 活嘲 。根据控制系统的各项功能， 逐一设计出每项功能 的梯形图， 并且根据它们之间的动作顺序， 最终构成一 副完整的梯形图， 从而实现系统的控制功能嘲 。本系统 控制分为 铆机原位检测环节、 胎具定位环节、 产品定 3 6 位环节、 铆压环节以及出口检测等环节 ， 图9 是系统的 部分梯形图。 程序开始 入 口传感器检测 入 口制 l l 器动作 放 入产晶 二二[ 腑具产赭定位 器动作 二二[ 产 品送入胎具 一 ＼ l 是 铆压气缸动作 进行铆接 二二[ 铆接 延时 出口检测传感器 至 ， 厂 互 _ J到 位 传 感 器 l检测超时 图8机床动作控制流程图 手动自动按钮 产品到位传感器 铆接原他传感器 制止器传燎器 计数器 Hy d r a u l i c s Pn e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 9 ． 2 01 5 0 叭 00 0 0 0 0 0 0 0 O 000 01 0 0 0 0 0 4 0 00 02 0 0 0 0 1 0 00 0 0 03 o o 00 I 2 O H 04 “ 0 Ix 1 5 0 o } 7 000 0 2 4 0 00 0 0 8 o o 0 o 3 I 0 } l O O O 0 O 3 8 0 O o0I 1 0 0 0 0 4 0 0 o 0O1 2 0 0 0 0 4 7 【 程序名称 新程序 1 】 自动铆接胎蚪程序 【 段名 段 1 】 铆压机 自动遥纷初始藤位 0 ． ,0 1 0 。 ．0 l 2 0 。 ． 03 0 I 铆虚妇 位到 矗倍感 作位 传礁器 器 自动运行扁动 2 0 ． 0 0 ． 0 0 ． ．0 4 2 0 0 ． 0 5 0 ． ．0 。5 2 ％o i 铆压 机原 币扬 7 自铆氟 铅谈急 存 按钮 位 动旋钮 2 00 ． 0】 _一L - - 一 铆雎机 自 动 手动转换 0 0 4 2 0 0． O 2 手动 ／囊 动旋镪 2 0 ．0． 。 0 2 0 ． ．0 l6 2 o oo 3 铆 机 争 动复 盘 接 镪 状态 胎再内产晶停留超时放障 0 ．0 3 2 0 0 ．0 3 I T I M 到 梧 感 位 圈 器 分配气缸在铆压完成后复位 TI M ．0． 06 0 ， ．0 3 20 ．0 t 0。 1 20 ． 0 , 0 3 TI M ．0 0 2 J 运 骨 寸 到 在 南 感l 铆 虹 玩 西铆 藐 铆 廉 延 时 器 l 动 l 一 入口传感器检测产品到位后延时定位气缸动作。 TI M ． 0 O 0 。 ．0 3 20 ．0 ．。01 2 0 0 ． O3 TI M ． ，0 02 2 o o o7 j 逛 时到 瓶 括 藤 机 自 盘 位铆 遣 时 器 l动 。．2 I 铆机制止 器 到位传感器检测到产品延时铆压气缸动佧。 0 。 ．0 3 翻怔 倍感 l 0 0 5 1 器匕 ] 铆眶设定时间列后铆蕊气缶 E 复位 j I。． 1 3 TI M 0 0 I 00 ⋯ 一． 0 ．0 3 2 0 0 ． 0 9L 刭 f I羔 妊 时到 概 括 感 缸 蛀 时铆 机自铆 j ； L 盘 位 器 I 动 2 0 0 ． 0 9 1 ，_一1 ． ． ． ． ． ． ． ． _ _ j 一 铆压 传送带出n检溯到产赫后程序盈掰运行 图9 梯 形图 铆艇帆缘位 - 2 00 00 a 0 4 铆 些 旦 壁 a 05 a 2 7 a 3 4 a 4 4 a 6 0 铆机 手动状态 a1 2 a 6 2 铆帆复位 b 1 7 b 2 8 b 3 5b 4 5 【OP 1 1 铆机 F胎堵活 。 【 O P 2 】 【 OP 2 】 铆 坌塑 a 26a 5 4 铆机制止器 a 33 a5 6 [ OP I 1 列能延时 。 a 4 0 【 OP 2 j 铆压 a 4 2 a 49 a 5 8 a 6 6 液 压 气 动 与 密 封 ／2 0 1 5年 第 09期 d o i l O ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 O O 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 1 2 交流伺服驱动控制泵组的液压 系统应用 周惜诵 派克汉尼汾流体传动产 品 上海 有限公 司， 上海2 0 1 2 0 6 摘 要 该文介绍了新型而高效的交流伺服电机驱动控制液压泵组在液压系统的典型应用。为了使液压系统结构更紧凑， 更有效和节 能， 使用交流伺服电机驱动控制液压泵组， 对液压系统提供高效的容积调速和压力控制。当液压系统的执行机构处于待机或保压状 态时， 动力源消耗能量最小， 整个液压系统无节流损失和溢流损失 ， 液压系统的热损耗达到最小， 处于高效， 可靠， 低能耗和低噪声的 最佳状态 。 关键词 交流伺服驱动； 液压泵组 ； 结构紧凑； 节能 中图分类号 T H1 3 7 ． 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 0 9 0 0 3 8 0 4 Ap p l i c a t i o n o f AC S e r v o Dr i v e Co n t r o l l e d P u mp Un i t i n Hy d r a u l i c S y s t e m ZHOU Xi s on g P a r k e r Ha n n i fi n Mo t i o nCo n t r o l S h a n g h a i C o ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 1 2 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e t y p i c a l a p p l i c a t i o n o f h i g h e ffi c i e n t a n d n e w AC s e r v o d r i v e c o n t r o l l e d p u mp i n h y d r a u l i c s y s t e m． T o a c h i e v e c o mp a c t s t r u c t u r e ， e ffic i e n c y a n d e n e r g y s a v i n g ， t h i s s y s t e m e mp l o y s A C s e r v o t o a d j u s t v o l u me a n d c o n t r o l p r e s s u r e ． O n s t a n d b y o r i n h o l d i n g p r e s s u r e s t a t e ， t h e wh o l e h y dra u l i c s y s t e m h a s n o l o s s o n t h r o t t l e fl o w a n d p r e s s ure r e l i e f d u e t o mi n i ma l p o we r c o n s u mp t i o n ． I t mi n i mi z e s h e a t l o s s a n d ma k e s t h e h y dra u l i c s y s t e m i n a n o p t i ma l s t a t e o f h i g h e r e ffi c i e n c y a n d r e l i a b i l i t y , l o we r e n e r g y c o n s u mp t i o n a n d n o i s e e mi s s i o n ． Ke y wo r d s AC s e r v o d r i v e ； h y dra u l i c p u mp s u n i t ； c o mp a c t s t r uc t u r e ； e n e r g y s a v i n g 0 引言 随着近年来工业液压行业的迅速发展， 整个行业 面临着与 日剧增 的能源消耗 和人力资源成本 的压力 ， 同时， 保护环境， 尽可能地减少碳排放和节能等课题， 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 0 4 作者简介 周惜诵 1 9 5 7 一 ， 男， 江苏无锡人， 高级工程师， 学士， 主要从 事工业液压系统 的应用 。 摆在 了液压从业者 的面前 。解决这些 问题 的关键 ， 就 是从减少能源消耗 ， 提高劳动生产力 ， 液压元器件精确 化和模块化设计人手， 使液压系统的空间占有更小， 更 紧凑。采用交流伺服电机驱动控制液压泵组的液压系 统动力源 ， 是与环境和市场需求相符合 的新发展趋 势。新型而高效的交流伺服驱动控制泵组如图1 所示， 本文就交流伺服驱动控制泵组的负载特性及如何提高 液压系统的运行效率， 控制精度和降低能耗展开讨论。 3 ． 4 系统的调试与运行 控制系统运行前 ， 需要事先进行调试 ， 可以先采用 手动方式调试程序， 待系统正常运行之后， 再转人 自动 控 制方式进行 ， 确保万无一失 。由于系统采用 P L C程 序控制 ， 调试 系统 的控制过程只需改变相应控制程序 即可实现 ， 方便 、 灵活 。 4 结论 在 2 6 0 系列微型断路器生产线上 ， 将胎具 夹具 、 气动和P L C技术相结合 ， 胎具通过气动进行定位 、 夹紧 控制 ， 提高 了生产效率 。利用 P L C程序控制整个铆压 过程， 大大提高了系统的灵活性和可操作性 ， 进一步提 高了设备的利用率和产品质量 ， 使生产线具有良好的 柔性， 在提高生产效率的同时， 改善 了工人的工作环 境 ， 值得推广 。 38 参考文献 【 1 】 李绍炎． 一种新型气动压力机构设计l J 1 ． 机械设计与研究 ， 2 0 0 9 ， 2 5 2 7 0 7 2 ． 【 2 ] 段兆南． 常见电器元件铆接胎具及铆头设计[ J 】 ． 机床电器， 1 9 9 8 ， 2 9 1 0 ． [ 3 】 黄金临． 基于知识的冲压模具 C AD系统的研究与实现[ D 】 ． 南京 南京航空航天大学 ， 2 0 0 4 ． f 4 ] 杨孟涛 ， 金红伟 ， 王晓梅等． 壳体类零件气动铆压装配机床 设计开发f J 1 ． 制造技术与机床， 2 0 1 2 ， 8 1 1 6 1 1 9 ． 【 5 ] 赵龙 ， 易孟林 ， 罗晓玉． P L C 顺序控制在气动多缸演奏系统 中的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 6 ， 1 1 1 4 5 1 4 7 ． 『 6 】 张秀艳， 代小军． 柴油机气缸体双面钻孔组合机床夹具及控 制 系统设计 【 J 】 ． 组合机床与 自动化加工技术 ， 2 0 1 4 ， 2 1 4 4 1 4 6 ． [ 7 】 陈延奎． 浅谈 P L C控制系统的设计方法[ J ] ． 中国科技信息 ， 2 0 0 9 ． 2 0 1 1 6 ～ 1 1 8 ．