毕业设计-k700型票据自动冲孔机设计针模及控制部分.doc

K700型票据自动冲孔机设计----针模及控制部分
摘 要
本次设计的任务是票据自动冲孔机的针模及控制部分。
针模是机床的重要的加工部分，它的质量的好坏影响着产品的质量。在设计时首先对模具的结构类型进行了对比，其次，根据设计的要求确定设计方案并选择单工序冲裁模，再次，对冲裁模的各个零件进行了设计计算和选择，最终完成了满足要求的针模。
控制部分是实现机床自动化控制的重要保证，所以要选择安全可靠的生产率高的PLC系统。根据机床的输入输出要求和机床的工作环境选择了西门子公司的S7-200系列CPU为226型的可编程控制器，此可编程控制器提供了40个I/O点，其中24个输入16个输出完全满足了机床的控制要求。
最后对机床的操作以及安全须知进行了叙述，以便工作人员学习操作和简单的故障排查。

关键词:单工序冲裁模，可编程控制器，西门子

K700 stamp automatic punching machine design----Needle mold and control section

Author : Chen Lei
Tutor :Xue Dongbin

Abstract
The task is to design stamp automatic puncher of needle mold and control section.
Needle-mold is an important part of the machinery processing ,and its quality impacts on the quality of the products. First of all, the structure of mold types were compared,Secondly,
By the designning requirements to decide the designning process and choose a single Die,Third, the Die various parts of a calculated design and selection ,Finally to complete the module meet the requirements of the needle-mold.
Control section of the machine is an important guarantee to achieve automatic control, to choose high productivity of the PLC system which is safe and reliable .According to the input and output requirements of the machine and its work environment to select the SIEMENS S7-200-226 series CPU to the PLC.This programmable logic controller provides 40 I / O points, including 24 imported 16 output which are fully meet the requirements of the control of the machine.
Finally, there was a insruction on operation and safety of the machine, so that staffs can learn how to operate and simplly investigate the failure.

Keywords: Single processes die,PLC,SIEMENS

目 录

1 绪论 1
1.1 机床介绍 1
1.2 任务书 3
1.3 方案论证及对比 3
2 针模的设计 5
2.1 冲压技术要求: 5
2 .2 零件的工艺性分析. 6
2.2.1 零件的工艺性分析 6
2.2.2 冲裁件的精度与粗糙度 6
2.2.3 冲裁件的材料 6
2.2.4 确定工艺方案. 6
2.3 冲压模具总体结构设计 6
2.3.1 模具类型 6
2.3.2 操作与定位方式 7
2.3.3 卸料与出件方式 7
2.3.4 模架类型及精度 7
2.4 冲压模具工艺与设计计算 7
2.4.1 排样设计与计算 7
2.4.2 设计冲压力与压力中心 8
2.5 模具的设计 9
2.5.1 冲裁模具的装配图 9
2.5.2 冲压模具的零件设计 10
3 电气控制部分设计 13
3.1 PLC机型的选择 14
3.2 PLC的硬件电路设计 16
3.2.1 中央处理器CPU 16
3.2.2 存储器 16
3.2.3 电源 16
3.2.4 通信接口 16
3.2.5 输入接口 16
3.2.6 输出接口 17
3.3 PLC软件任务合理分配 21
3.4 系统综合性能的提高 21
3.5 PLC软件设计 22
4 机床操作附加说明 23
4.1 开机及手工操作 23
4.2 自动工作方式 23
4.3 模具安装 23
4.4 机床的润滑 24
4.5 一般故障处理 24
4.6 技术安全须知 25
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
附录 29

1 绪论
1.1 机床介绍
PLC控制票据打孔机是一种先进的打孔设备，它采用计算机程序控制，由交流伺服电机通过同步带拖动滚珠丝杠螺母副驱动夹紧钳实现进给，它的传动精度较高，同时通过摩擦离合器的开启与闭合来进行上下料的操作。
该设备的控制系统及驱动系统分别选用德国西门子公司的近期产品，主电机驱动设置了变频调速器，整机具有结构紧凑，体积小，刚性好，定位精度高，以及操作简便，运行可靠，维护方便等优点，是较理想的票据打孔设备。
由于本机用于票据打孔，工作环境要求机床本身干净、整洁，占地面积小。故该机设计时尽量简化结构，减少修配、调整工作量。票据生产时效性强，整机工作频繁，要便于人工操作，还必须保证各个构件的刚性和可靠性
机床基本工作原理：

图1.1机床基本工作原理
该PLC控制票据打孔机具有以下特点：
主传动部分中曲柄两端各有一与轴中心线偏心量为4.5毫米的圆柱，可保证滑块的行程为9毫米。皮带轮兼做飞轮，离合器与皮带轮一起套在曲柄的一端。带式制动器与凸轮状信号盘固定在曲柄另端。曲柄转动可使拉杠带动滑块沿导柱(共有四根)上下移动。与其它冲压设备相比主传动部分结构紧凑，便于制造，体积小及可靠性好[1]。
整体的铸铁滑块由四套直线导轨作为导向，使滑块定位非常可靠。同时也避免了滑块导向部分的铲刮和修配。
该机床身采用钢板组合的框架焊接结构，焊后进行了定性处理。具有刚性好，制造工艺简单，工期短，成本低的优点。
特殊加工的组台模具中固定排列有数百根针，由上针板，导针板，凹板(下模板)三层组成，它们由两根导杆联成一体。刚性好，精度高，便于安装，一次到位后基本不需要调整。
纸张的移动部分采用了大导程滚珠丝杠与滚动导轨的组合，有效地保证了齿孔的连接精度。
置于曲柄端部的凸轮状信号盘结构简便直观，安装调整方便。控制步进电机的信号通过接近开关传递到PLC主机中，灵敏度高。
下图为机床进给拖动系统原理图：

图1-2机床进给系统原理图
交流伺服电机接受程序控制器发来的脉冲，进行同步工作，然后通过同步带及带轮拖动滚珠丝杠螺母副驱动夹纸钳完成进给运动[2]。
1.2 任务书
本次设计的任务是票据冲孔机的针模部分及控制部分。
其基本的参数如下：
为了方便使用者，一些票据（如邮票、小型张、纪念张等）周边打有均匀分布的小孔，这些小孔都是在冲孔机上用针模加工出来的。K700型票据自动冲孔机采用PLC控制伺服系统进行票据自动定位、离合器自动控制，加工票据上的小孔。
设备的主要技术参数：
（1）整张票据最大尺寸：700㎜(长)×620㎜（宽）；
（2）冲速：2～100次/分，连续可调；
（3）孔距：10～350㎜，自由设置；
（4）孔距精度：0.04㎜；
（5）主电动机功率：2.2kw；
本课题要求：1、设计K700型票据自动冲孔机的针模部分，包括上下模架、凸凹模、凸模固定板等。2、设计冲孔机的控制部分，包括原理设计和程序设计。
1.3 方案论证及对比
本次设计的任务是针模部分和整个专机的控制部分。
针模部分的设计方案有三种：
简单冲压模 在冲压的一次行程中仅完成一个冲压工序的模具;
连续冲压模 在冲压的一次行程中在不同的工位上同时完两道工序或两道以上冲压工序的模具；
复合冲压模 在冲压的一次行程中在同一工位上完成两道或两道以上冲压工序的模具[3]。
本次设计的机械部分针模只是在票据周边打孔工序简单，而且精度要求不高，所以根据要求选择简单冲压模。
控制部分的设计方案有两种：
选用PLC控制 PLC是以微处理器为主的一种工业控制装置，PLC系统能很好地完成工业实时顺序控制 、条件控制、计数控制、步进控制等功能；能够完成模／数(A／D)、数／模 (D／A)转换 、数据处理、通讯联网、实时监控等功能。可靠性高、运行速度快；功能强大、组合控制灵活；兼容性良好；程序编制及生成简单、丰富，操作维护简单。
选用单片机控制 单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。
根据设计要求，机床工作在的环境选择PLC控制，因为PLC更加的稳定可靠方便技术人员应用。

2 针模的设计
冲模是冷冲压加工方法中的基础工序，应用极为广泛，它即可以直接冲压出所需的成型零件，又可以为其它冷冲压工序制备毛坯[3]。
普通冲裁是常见的冲裁工艺，材料在分离时由于受到冲裁力的作用，在凸.凹模刃口之间的材料，被撕裂最终实现分离。因此，普通冲裁工件断面较粗糙，而且有一定的锥度，其精度较低。
精密冲裁是采用特殊结构的冲模，使凸凹模刃口处的材料受三向压应力的作用，形成很大的静水压效应，抑制材料的断裂，以塑性剪切变形状态使材料分离。精密冲裁的断面光洁且与板面垂直，精度较高[4]。
本次设计的针模部分精度要求不高，而且是在一冲程过程中完成冲压工序，所以选择普通冲裁的简单冲压模。
设计要求:设计该零件的冲裁模
冲裁件是票据纸张规格是50×30mm

2.1 冲压技术要求:
(1) 材料:票据纸张
(2) 材料厚度:0.1mm
(3) 生产批量:中批量
(4) 未注公差:按IT14级确定.
2 .2 零件的工艺性分析.
2.2.1 零件的工艺性分析    
该零件材料为纸，结构简单,形状对称,在纸张周边打孔，孔径为1mm,孔间距为1mm，冲裁件孔与孔之间:孔与边缘之间的距离受模具的强度和冲裁件质量的制约,其值不应过小,一般要b1≥(1～1.5)t,b2>(1.5～2)t硬质纸的最小孔径d>0.5t所以根据已知的装配图得出该零件的零件的工艺性满足要求。
2.2.2 冲裁件的精度与粗糙度
冲裁件的经济公差等级不高于IT14级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级,所以孔中心与孔边缘尺寸公差是±0.5，孔中心距公差 ±0.10而冲件孔中心距最高精度公差为±0.03,因此可用于一般精度的冲裁,普通冲裁可以达到要求.
由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑.
2.2.3 冲裁件的材料
冲裁件材料为幅面700×620的票据纸张，此材料较薄且强度不高，可以进行冲裁加工。
2.2.4 确定工艺方案.
该冲裁件只有冲孔一个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于中批量生产,且制件形状多变，精度要求也不高，复合冲裁模，通用性差，适合中批大量生产，级进模冲裁适合中小零件大批生产，所以选择价格低廉的单工序模冲裁，通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题,根据以上分析,该零件采用单工序模冲裁工艺方案.
2.3 冲压模具总体结构设计
2.3.1 模具类型
根据零件的冲裁工艺方案,采用单工序冲裁模.
2.3.2 操作与定位方式
零件中批量生产,机床是自动化程度较高的设备，所以采用自动送料方式达到批量生产,且能降低模具成本,保证孔的精度及较好的定位。
2.3.3 卸料与出件方式
考虑冲裁件幅面较大，防止冲裁频率较高，使纸张卡在针模上，采用卸料板卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。
2.3.4 模架类型及精度
由于尺寸较大，冲裁间隙较小，因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用Ⅰ级模架精度。
2.4 冲压模具工艺与设计计算
2.4.1 排样设计与计算
该冲裁件材料厚度较薄，尺寸大，因此可采用竖排比较合理,如图所示。

零件图在CAD用计算机算得零件的面积为26400mm
一个进距内的坯料面积:BXS=620X50=31000mm ,
因此材料利用率为:
η=(A/BS)X100%
=(26400/31000)X100%
=85%
由利用率可知,图示的排样合理。
2.4.2 设计冲压力与压力中心
(1)冲裁力
根据零件图计算出冲一次零件内外周边之和L=1274.84mm(首次冲裁除外),但因为是纸张冲裁而且纸张厚度较小，所以τ较小,冲裁力、卸料力较小，一般的机械力即可满足。
(2)计算凸凹模刃口尺寸及公差
冲裁间隙值确定:冲孔时间隙取在凹模两侧，合理的单边间隙为板料的5%～10%，冲制孔件时选择凸模刃口尺寸等于所要求的孔的尺寸，而凹模尺寸则是孔的尺寸加上两倍的间隙值[9]。
凸模刃口尺寸确定：冲制冲孔件时，先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，取凸模 作为基准件，考虑到冲孔件会随凸模的磨损而减小，其对应去接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内仍可使用。
根据最小合理的间隙确定凹模尺寸，即将间隙取在凹模上，用扩大凹模刃口尺寸配制凹模。

dp=(d+ X△)﹣Tp
dd=(d+ X△+Zmin)﹢Td
Tp+Td≤2(Zmax-Zmin)
dp------凸模公称尺寸
dd------凹模公称尺寸
Tp------凸模公差
Td------凹模公差
X△------磨损预留量，当冲裁件精度在IT11～IT13时，X=0.75
Zmin------凸凹模最小双面间隙。
Zmin=10%×0.01=0.001
dp=(1+0.75×0.1)=1.075
dd=(1.075+0.001)=1.076

2.5 模具的设计
2.5.1 冲裁模具的装配图
如图2.5.1 所示：

1-螺钉；2-定位销；3-凹模；4-凹模固定板；5- 下模座；6-导柱；7-导套；
8-上模座；9-卸料板；10-卸料螺钉；11-橡胶；12-凸模固定板；13-针模；14-垫板；15-定位销；16-螺钉.
图2.5.1 单工序模总装图

2.5.2 冲压模具的零件设计
(1)凹模设计
凹模的刃口形式：圆柱形型孔凹模、台阶过渡凹模、可调间隙凹模、锥形孔凹模[5]。其中圆柱形型孔凹模刃口强度高，制造容易刃磨后型孔尺寸不变对冲裁间隙没有明显影响，但型孔内容易积存工件废料因而推力和摩擦力增大，致使每次刃磨量大，降低了凹模的寿命，这种凹模适用于冲裁形状复杂、精度要求较高的工件；台阶过渡形凹模，刃壁与卸料孔用台阶过渡，不易积存冲件和废料，孔口磨损量少，但此凹模工作部分强度较差，适用于形状简单的薄板件；可调间隙凹模，这种凹模适用于冲裁板厚小于0.5mm的软金属或非金属，但是不适合一次冲裁多孔的冲件；锥形型孔凹模刃口锐利，孔内不易积存冲件或废料，孔口磨损胀裂力及每次修磨量均小，使用寿命相对较长，但刃口强度较低，易随修磨量而略有增大，适用于形状简单精度要求不高的较薄的板材的工件。
根据上述分析对比综合考虑选择锥形型孔凹模。凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉,销针与下模座固定的固定方式。
凹模轮廓尺寸计算如下:
凹模轮廓尺寸的确定    凹模轮廓轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸LXB(长X宽)及厚度尺寸H。
整体式凹模板的厚度根据经验取20mm,凹模板的平面尺寸是620×74。查有关国家标准,并无厚度合适,所以是定制的尺寸。
凹材料的选用:根据表得选用T10A。
(2)凸模设计
凸模结构形式有普通冲裁凸模、无导向冲裁凸模、有导向冲裁凸模和带台肩凸模。但是这次的凸模有别于以上几种，是一种特殊的凸模，但是结构形式基本上一致，只在冲裁刃口上有一些不同。

表2.5.2冲裁刃口选择
注：为材料之抗剪强度。

表2.5.3斜刃凸模和凹模的主要参数
材料厚度t/mm
 斜刃高度h/mm
  斜刃倾角φ
平均冲裁力为平刃的百分比
<3
3~10
2t
t
<5º
<8º
30~40
60~65
由于冲裁件的材料是纸张所以采用单边斜刃冲裁模，便于冲裁。材料厚度为t=0.1mm,斜刃高度h=2t=0.1×2=0.2。
凸模长度确定：涂抹长度应根据冲模的整体结构来确定，一般情况下在满足使用要求的前提下，凸模越短越好，强度越高材料越省。
L=h1+h2+h3+(5～7)=12+8+0+5.1=25.1
式中h1------凸模固定板厚度
h2------卸料板厚度
h3------导尺厚度
式中的5～7是凸模进入凹模的深度、凸模修磨量、冲模正在闭和状态下卸料板到凸模固定板间的距离。
凸模材料：参照冲压模具设计与制造选用T8A。
考虑冲孔凸模的直径很小，而且凸模前端采用的是斜刃，冲裁的材料是非金属材料票据，所以凸模强度是足够的，不需再进行校核。
螺钉规格的选用:由凹模板的厚度可选用M6在根据实际要求,查标准选用GB70-85 M6,这里要2个。
销钉规格的选用: 销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格,因此根据标准选用GB 119-86 A6×20,选取材料为45钢。根据定位方式及坯料的形状与尺寸,选用合适的标准定位零件。
(3)设计和选用卸料与出件零件
卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下冲即可,因此不用设计出件零件。固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.8～1倍[9],所以卸料板的LXBXH=620X74X8=620X74X8卸料板在此仅起卸料作用,凸模与卸料板间的双边间隙一般取0.2～0.5mm,这里取0.5mm,材料为Q235。
(4)选择模架及其它模具零件
选择模架:
由凹模周界620X75,及安装要求,选取凹模周界:LXB=620X75,闭合高度:H=90.22,
上模座:720X128X20，下模座: 720X128X20。
导柱导套:为便于安装和定位，采用的两套导柱导套尺寸不一样，分别为导柱76×20，76×24；导套42×30，45×32。
垫板: 垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力,以防止模座被挤压损伤,因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板.垫板的外形尺寸与凸模固定板相同,厚度可取3～10mm,这里设计时,由于压力较大,选取规格为LXBXH=620X75X8。
凸模固定板: 模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致,厚度为凹模的0.6～0.8h,h为凹模的厚度,这里取0.6h,即0.6X20=12mm,根据核准选取板的规格为LXBXH=620X75X12；凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2销钉定位,4个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致。
橡胶：橡胶的自由高度是工作行程的（3.4～4）倍，装配高度是自由高度的（0.85～0.9）倍，自由高度是4mm,装配高度是3.6mm。

3 电气控制部分设计
可编程序控制器（简称PLC）是综合计算机技术、自动化控制技术和通讯技术迅速发展起来的新一代工业自动化控制装置，目前，已成为现代工业生产自动化三大支柱（PLC、机器人、计算机辅助设计与制造）之一，引领了科技发展的方向[9]。
任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象的要求，以提高生产效率和产品质量。在PLC系统设计时也应该把这个问题放到首位。PLC系统设计应当遵循以下原则：(1)满足要求；(2)安全可靠；(3)经济实用；(4)适应发展。
总的设计方案如图3-1所示：
图3.1PLC系统设计方案
3.1 PLC机型的选择
这次选择的是德国西门子公司生产的S7-200系列，本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力[10]。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
其结构参见图3-2所示：

图3.2 S7-200系列PLC结构

其技术数据参见图3.3所示：

图3.3 CPU226技术数据
3.2 PLC的硬件电路设计
数控系统基本硬件组成：
任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行，而软件是硬件的灵魂，只有配置了软件的硬件才是可工作的控制系统。
PLC主要由CPU、存储器、I/O接口、通信接口和电源等几部分组成，如图3.4所示。

图3.4 PLC的硬件结构
3.2.1 中央处理器CPU
CPU是PLC的逻辑运算和控制指挥中心，控制整个系统协调工作。
3.2.2 存储器
PLC的ROM存储器中固化着系统程序，不可以修改。RAM存储器中存放用户程序和工作数据，在PLC断电时由后备电池供电（或采用Flash存储器，不需要后备电池），使断电后RAM中的数据不会丢失。
3.2.3 电源
将外部电源转换为PLC内部器件使用的各种电压。备用电源采用锂电池，当锂电池电压降低时，在PLC通电情况下，面板上备用电源（BATTY）灯亮，提醒及时更换锂电池。
3.2.4 通信接口
它是PLC与外界进行交换信息和写入程序的通道。
3.2.5 输入接口
输入接口用来完成输入信号的引入、滤波及电平转换。输入接口电路如图3.5所示。输入接口电路的主要器件是光电耦合器[13]。光电耦合器可以提高PLC的抗干扰能力和安全性能，进行高低电平（24V/5V）转换。输入接口电路的工作原理如下：当输入端开关SB未闭合时，光电耦合器中发光二极管不导通，光敏三极管截止，放大器输出高电平信号到内部数据处理电路，输入端口LED指示灯灭；当输入端开关SB闭合时，光电耦合器中发光二极管导通，光敏三极管导通，放大器输出低电平信号到内部数据处理电路，输入端口LED指示灯亮。

图3.5 PLC输入接口电路
3.2.6 输出接口
PLC的输出接口有三种形式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出，如图3.6所示。

(a)继电器输出 (b)晶体管输出 (c)晶闸管输出
图3.6 PLC输出接口
（1）继电器输出 继电器输出可以接交直流负载，但受继电器触点开关速度低的限制，只能满足一般的低速控制需要。
（2）晶体管输出 晶体管输出只能接直流负载，开关速度高，适合高速控制的场合，如数码显示、输出脉冲信号控制步进电动机和模数转换等。
（3）晶闸管输出 晶闸管输出只能接交流负载，开关速度较高，适合高速控制的场合。
输出接口电路的规格如表3.1所示：
表3.1 输出接口电路的规格表
项目
继电器输出
晶体管输出
晶闸管输出
负载电源
AC250V 以下
DC30V以下
DC 5～30V
AC 85～242V
电路绝缘
机械绝缘
光电耦合绝缘
光电耦合绝缘
负载电流
2A/1点
8A/4点公用
0.5A/1点
0.8A/4点
0.3A/1点
0.8A/4点
响应时间
断→通
约10ms
0.2ms以下
1ms以下
通→断
约10ms
0.2ms以下
10ms以下

硬件图如下：

I/O接口地址分配如下所示：
序号
地址号
信号名称
1
I0.0
S1-1：手动控制工作方式
2
I0.1
SI-2：自动控制工作方式
3
I0.2
SB1：主电动机启动
4
I0.3
SB2：主电动机停止
5
I0.4
SB3：夹纸钳夹紧
6
I0.5
SB4：曲轴离合器结合
7
I0.6
SB5：步进电动机正向点动
8
I0.7
SB6：步进电动机反向点动
9
I1.0
SB7：半自动控制启动
10
I1.1
SB8：半自动控制停止
11
I1.2
SQ1：夹纸钳左运动极限
12
I1.3
SQ2：夹纸钳右运动极限
13
I1.4
SQ3：缺纸检测
14
I1.5
SQ4：上针模上位极限
15
I1.6
SQ5：夹纸钳夹紧到位
16
Q0.0
步进电动机驱动脉冲输出
17
Q0.1
步进电动机转向控制输出
18
Q0.2
步进电动机转向控制输出
19
Q0.3
离合器结合
20
Q0.4
制动器结合
21
Q0.5
夹纸钳夹紧
22
Q0.6
主电动机启动
23
Q0.7
就绪指示灯
24
Q1.0
缺纸报警
25
Q1.1
超时报警

3.3 PLC软件任务合理分配
硬件设计完后，就进行软件编程，先开启电源，PLC自检通过后程序启动，然后纸夹放在指定位置后，进行检测，纸夹夹紧后进行离合器闭合，开始冲孔。设定进给速度距离。达到设定的取纸位置后确定纸钳的稳定性，完成后返回原点。
系统软件流程图如下：

3.4 系统综合性能的提高
（1）从驱动电路入手 尽量选择更理想的驱动电路实现电动机的控制。例如采用细分驱动电路后相当于减小了步进电动机的步距角，显然对提高系统精度大有好处；还有采用高频调压驱动电路可减弱低频振荡现象，并且还可以减小其动态误差。
（2）从软件入手 根据齿隙误差的特点，当工作台运动方向改变时可利用软件对齿隙进行补偿。另外，对滚珠丝杠的螺距累积误差也可利用软件进行校正。
（3）从控制原理方面入手 对于精度要求较高的大型数控设备，针对开环系统的不足，可在其基础之上增设一套工作台位移检测装置，如直光栅或感应同步器等，有么监视并补偿前向通道的误差。例如，当系统中没有传动误差时，反馈电路部分相当于不工作，只有开环部分工作；当出现传动误差时，由反馈电路发出一定数目的附加脉冲，用以补偿步进电动机多走或少走的步数。可见，在该系统中机床本身并不含在定位伺服系统中，而是处在补偿回路中，使系统易于调试，类似于开环，但系统精度又接近于闭环。
综上因素，这次课程设计数控部分选用S7-200作为控制器，运用于有简单逻辑控制的位控场合，位置控制中的运动速度，位置地址都可以在程序中设定，可反复以不同的速度运动定位，位置数目不受限制，除位置控制专用指令外，还有若干PLC通用逻辑指令，程序容量为26K，可分为100个程序块，固化于EEPROM卡盒之中。
其控制操作面板如下图所示：

图3.7 PLC控制操作面板
3.5 PLC软件设计
根据该设备的控制要求软件设计采用S7-200 PLC的顺控制指令[15],这样可以使编程和调试更加快捷。采用顺序控制指令可以保证在系统运行过程中运行状态的一性,这样PLC的每个循环周期只运行某个状态的指令从而高系统的响应速度。软件程序见附录。

4 机床操作附加说明
4.1 开机及手工操作
初次开机时，首先检查外部电源3×380V及地线是否已经接好无误，打开控制柜门，合上Q1、Q2、Q3，在操作面板上，打开电源钥匙开关，启动电源，将自动/手工钥匙开关置于手动位置(看指示灯)，启动冲压电动机[15]，电动机应顺时针方向转动，电动机启动无误后，可接着试各手动按钮的功能，拖板(即夹纸钳)前进，后退，回参考点，离合器。刹车，纸钳夹紧，松开等。
4.2 自动工作方式
启动电源，将自动/手动钥匙开关置于自动位置，将离合/制动开关置于中间位置，启动冲压电动机，调好纸张位置，选择所使用程序，按下程序启动/暂停中的启动按钮，机床便按照设定好的程序自动循环工作，在放纸位置还装有一套启动，暂停，急停按钮，操作功能与面板上的一样。
4.3 模具安装
(1)模具从上下滑道二端插入上下滑道的T形槽内，二端用固定板挡紧模具。
(2)模具安装时注意下针板孔与下针板支撑位置，一定要防止下针板支撑堵死下针板孔，影响纸屑的漏出。
(3)冲针进入下模深度1.2～1.8㎜。
(4)模具安装后，要先用手动离合器吸合，用手盘大皮带轮试冲，试冲无误后才能采用自动冲。
模具安装完成后，要先调整好封闭高度，有一偏心蜗轮，它套在滑块的耳轴上，用扳手转动蜗杆，偏心蜗轮随之转动，从而使滑块得到上下调节，调节时应注意保持滑块处于水平状态，即滑块两端开口尺寸一致，调节完成后用螺栓锁紧拉杆即可。

4.4 机床的润滑

图4.1机床润滑系统图

机床集中润滑系统如图3-8所示：
1)每班开机前各油标处应加注HJ—10号机油润滑；
2)每班手动油泵加油一次，手动油泵用ZG—2号钙基润滑脂。
4.5 一般故障处理
一般最容易出现故障的地方主要在各种信号开关，气阀，离合器等处。
(1)若程序停留在4～7句(或15～18、37～40句)，不再往下执行，这是因为夹纸钳的夹紧或松开的动作未完成，或是信号没有传递到程序控制器PLC，可检查供气是否正常，夹纸钳动作是否到位，检测开关XK4、XK5动作是否良好。如下图所示：

图4-2机床故障处理图

进给不到位，或是程序停留在20～22句(或23～25、30～32、47～49、53～55句)处循环，首先检查进给距离的设置是否太大，在额定冲速120冲/分时，进给距离设定不应超过80㎜，否则要通过变频器降低冲速，检查接近开关XK6动作是否有故障。
(2)电磁离合器、制动器动作不正常，不落冲，依次检查电磁离合器，制动器是否上电，电刷是否磨损，有关联接机构是否完好，有否松动等。
4.6 技术安全须知
(1)机床电器设备必须接地良好。(机床上备有接地螺钉)
(2)修理或检查机床时，最好先切断机床电源后始可进行。
(3)调整各保险熔断丝时，其电流值应与原来的相同，不许任意加大。
(4)电源电压不可超过机床电器设备电压的10%，以免电器的绝缘老化破坏。
(5)机床所装防护罩，在机床工作时均应完整无损，不准任意拆掉。
(6)防止随意触及电器按钮，以免发生事故。

结 论
从这次设计中，我查阅了很多资料，其中模具部分的设计我准备了很多资料，有图书馆的，有网上的，还有老师提供的论文资料，根据这些资料我完成了针模结构的设计根据冲裁件的要求选择了单工序冲裁模，然后对冲裁模各个零件进行设计计算和选择，最后完成了针模的装配图设计。控制部分是实现机床自动化的重要保证，所以选择安全可靠的生产率高的西门子S7-200系列CPU为226型的PLC，而且对该PLC进行了硬件电路进行了设计和程序的编写，其中包括，输入接口的接入输出接口输出，I/O口的分配和PLC接线简图，最后为了工人学习和维修该专机增加了机床的附加说明，其中包括机床的操纵方法，润滑，故障处理，最后还有安全须知。
毕业设计过后，我有以下几点体会：
首先，培养了我较强的学习能力。在毕业设计过程中我接触了很多新知识，在这短短的两个月里学习新知识应用新知识，毕业设计运用到了以前所学的所有基础理论知识和专业技术知识，现在都需要重新复习一遍。
其次，独立思考问题、解决问题的能力。小组集体讨论固然重要，但个人的独立思考问题、解决问题的能力也必不可少。
经过数月来的磨练和奋斗，感觉自己进步很大，也感觉过得很充实，现在发现了只要认真投入做一件事自己一定会有收获的。毕业设计不仅使我完善和复习了以前所学知识，同时从老师和同组同学那里学到了在课本上学不到的知识。这些将对我以后的工作、学习和生活产生深远影响。总之，毕业设计使我受益匪浅！

致 谢
在这次毕业课程设计当中，我遇到了很多问题，在老师同学以及院领导的帮助下这些问题都一一解决了。在此感谢我的导师薛东彬老师的在设计过程中精心指导和耐心教诲，感谢刘德波老师给予的认真辅导，感谢同组的同学对我的帮助，感谢院领导和老师对我的真诚帮助和积极的引导，使我受益匪浅，最后感谢学院给了我这次难得的学习历练机会。

参考文献
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