无模压力成形机电机PLC控制设计 完整版

毕业设计—无模压力成形机电机PLC控制

毕业设计（论文）

题 目:无模压力成形机电机PLC控制设计

专 业: 机电一体化技术

班 级:

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毕业设计—无模压力成形机电机PLC控制

成都电子机械高等专科学校

二〇〇七年六月

论 文 摘 要

本设计采用PLC控制步进电机实现无模多点压力成形机模具成形的自动控制，本设计重点是对PLC控制启刀改变多个冲压钉伸缩高度的设计。

其基本原理是利用一系列规则排列、高度可调的基本体（冲压钉），通过对各基本体的实时控制，构造出所需形状的成形面，取代传统的模具来实现板材的三维曲面快速无模成形。使用本系统，不需要模具，可以省去模具的设计、制造和调试工序，节约制造模具的材料、工具、能源和时间等，将生产准备时间缩短为模具成形时的几十分之一。同时，可以改善板材成形时的变形条件，提高板材成形极限，扩大加工范围；可以减少成形过程中产生的残余应力，实现无回弹成形；可以在较小的设备上成形较大尺寸的板类件，使得加工件尺寸精度高，生产效率高，表面质量好，生产工艺稳定。

本系统工作过程：首先根据需要成形元件的曲面参数，换算成各冲压钉伸缩

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高度，然后转换成时间量输入PLC程序，由PLC时间继电器计时自动控制启刀改变各冲压钉伸缩高度而成形。PLC控制系统将完成手动控制成形，自动控制精确成形，复位等功能。生产工艺流程：获取数据 → 设置PLC程序参数 → 安装工件 → 冲压钉定形 →压力成形 → 系统复位。

关键词：PLC 驱动器 步进电机 无模成形

Abstract

The PLC system design to achieve a multi-point pressure forming die forming machine, the automatic The design focus is on the Kai knife PLC control over changes telescopic ram nails height design. The basic principle is to use a series of rules with a high degree of adjustable basic body (the ram nails) Based on the basic body of the real-time control, to construct the required shape forming face, replace the traditional mold of the plate to achieve rapid 3D-Forming. Use of this system, no mold, so we can save some mold design, manufacturing and testing processes, Die saving manufacturing materials, tools, energy and time. will shorten production time to prepare for the forming die for the tenth time. Meanwhile, to improve the sheet metal forming deformation conditions, and improve the limit sheet metal forming and expanding processing; can reduce the

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forming process of residual stress and achieve a rebound forming; in the smaller equipment forming bigger size sheet metal, making processing dimension of high precision, high efficiency, surface quality, production process stability. The system process : First of all necessary components forming the surface parameters, converted into the ram nails telescopic height, then converted into time input PLC program, PLC time relay time control Kai knife to change the ram nails telescopic height and forming. PLC control system will be completed forming manual control, automatic control precision forming and reset functions. Production process : → data acquisition parameters set PLC → installation process workpiece → ram nails pressure forming amorphous → system reset.

Key Words: PLC Drivers Stepper motor No mold

前言

近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。无模多点成形工艺不需要模具，可以省去模具的设计、制

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造和调试工序，节约制造模具的材料、工具、能源和时间等，将生产准备时间缩短为模具成形时的几十分之一。因此对无模多点成形技术的研究将是个必然的走向。

无模多点成形工艺，实现了无模成形，优化了变形路径，改善了板材成形时的变形条件，提高板材成形极限，扩大加工范围；可以减少成形过程中产生的残余应力，实现无回弹成形；可以在较小的设备上成形较大尺寸的板类件，使得加工件尺寸精度高，生产效率高，表面质量好，生产工艺稳定。并且使冲压工艺易于实现自动化。是一种非常先进设计思路，具有良好的发展前景。

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。目前国内外相继涌现出了精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。

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目 录

论 文 摘 要 ...................................................................................................................................... 2

关键词 ................................................................................................................................................ 3

ABSTRACT ....................................................................................................................................... 3

KEY WORDS .......................................................................................................................................... 4

前言 .................................................................................................................................................... 4

目 录 ............................................................................................................................................ 6

第一章 基 础 知 识..................................................................................................................... 10

1.1概述 ................................................................................................................................... 11

1.1.1基本概念 ................................................................................................................ 11

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1.1.2技术特点 ................................................................................................................ 13

1.1.3技术基础与水平 .................................................................................................... 14

1.2多点成形理论 ................................................................................................................... 14

1.3技术的特点 ....................................................................................................................... 15

1.4技术发展概况 ................................................................................................................... 16

1.5实用技术开发和应用前景 ............................................................................................... 18

第二章 无模多点成形压力机PLC控制系统硬件原理及选取 ..................................................... 19

2.1 PLC原理及选取 .............................................................................................................. 19

2.1.1 PLC简介 ............................................................................................................... 19

2.1.2 PLC内部原理 ....................................................................................................... 21

2.1.3 PLC的工作原理 ................................................................................................ 25

2.1.4 PLC机型的选择方法 ........................................................................................... 29

2.1.5 无模多点成形压力机PLC选择及参数 .............................................................. 32

2.2 步进电动机驱动器基本原理及选取 .............................................................................. 35

2.2.1 步进电动机驱动器基本原理 ............................................................................... 35

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2.2.2 步进电机驱动器选取方法 ................................................................................... 42

2.2.3 步进电机驱动器选取 ........................................................................................... 43

2.3 步进电动机基本原理及选取 .......................................................................................... 52

2.3.1 步进电机简介 ....................................................................................................... 52

2.3.2 步进电动机的发展历史 ....................................................................................... 52

2.3.3 步进电动机的特色 ............................................................................................... 53

2.3.4步进电机的一些基本参数 .................................................................................... 55

2.3.4 步进电机的选择方法 ........................................................................................... 59

2.3.5 无模压力成形机步进电机的选择 ....................................................................... 66

2.4接近开关原理 ................................................................................................................... 69

2.4.1 工作原理 ............................................................................................................... 69

2.4.2 接近开关工作流程 ............................................................................................... 70

第三章 无模多点成形压力机PLC控制系统设计思路 ................................................................. 70

3.1 PLC控制系统优点 .......................................................................................................... 70

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3.2 PLC控制步进电机原理介绍 .......................................................................................... 73

3.3 无模多点成形压力机PLC控制系统原理 ..................................................................... 75

3.3.1 系统原理简介 ....................................................................................................... 75

3.3.2 PLC程序 ............................................................................................................... 77

结论 .................................................................................................................................................. 83

谢辞 .................................................................................................................................................. 84

参考文献 .......................................................................................................................................... 85

附录一 .............................................................................................................................................. 86

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第一章 基 础 知 识

本章介绍无模多点成形压力机的有关知识、技术的特点及发展概况、多点成形理论、实用技术开发和应用前景等基础理论知识，这是学习本书后续内容的必要准备。

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1.1概述

1.1.1基本概念

无模多点成形压力机是传统模具成形生产方式的重大创新。其基本原理是利用一系列规则排列、高度可调的基本体（冲头），通过对各基本体的实时控制，构造出所需形状的成形面，取代传统的模具来实现板材的三维曲面快速无模成形。使用该项产品，不需要模具，可以省去模具的设计、制造和调试工序，节约制造模具的材料、工具、能源和时间等，将生产准备时间缩短为模具成形时的几十分之一。同时，可以改善板材成形时的变形条件，提高板材成形极限，扩大加工范围；可以减少成形过程中产生的残余应力，实现无回弹成形；可以在较小的设备上成形较大尺寸的板类件，使得加工件尺寸精度高，生产效率高，表面质量好，生产工艺稳定。

该机应用范围广泛，可满足各种行业板类件的加工需要，可用于高速列车流线型车头、飞机、各种车辆、航天器、轮船舰艇和压力容器等外壳的制造，还可用于叶片类、金属雕塑类、装饰类等零部件的曲面成形。该机已用于我国高速列车流线型车头等产品的试生产之中

无模多点成形就是将多点成形技术和计算机技术结合为一体的先进制造技术。该技术利用一系列规则排列的、高度可调的基本体，通过对各基本体运动的实时控制，自由地构造出成形面，实现板材的三维曲面成形。它是对三维曲面扳类件传统生产方式的重大创新。传统成形和无模多点成形的区别如（图1-1）所

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示：

板材无模多点成形系统是以计算机辅助设计与辅助制造技术为主要手段的柔性成形设备，其工作原理是把传统的冲压实体模具分解为很多离散的小模具单元（亦称基本体），利用一系列规则排列的高度可调的基本体，通过对各个基本体运动的实时控制，自由地构造出成形曲面，代替模具实现板材三维曲面的快速无模成形。这种成形方式是对三维曲面板类件传统生产方式的重大创新。无模多点压力成形的多点成形原理如（图1-2）所示：

图1-1 传统成形和无模多点成形的区别

图1-2 多点成形原理

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1.1.2技术特点

实现无模成形：取代传统的整体模具，节省模具设计、制造、调试和保存所需人力、物力和财力，显著地缩短产品生产周期，降低生产成本，提高产品的竞争力。与模具成形法相比，不但节省巨额加工、制造模具的费用，而且节省大量的修模与调模时间：与手工成形方法相比，成形的产品精度高、质量好，并且显著提高生产效率。

优化变形路径：通过基本体调整，实时控制变形曲面，随意改变板材的变形路径和受力状态，提高材料成形极限，实现难加工材料的塑性变形，扩大加工范围。

实现无回弹成形：可采用反复成形新技术，消除材料内部的残余应力，并实现少无回弹成形／保证工件的成形精度。

小设备成形大型件：采用分段成形新技术，连续逐次成形超过设备工作台尺寸数倍的大型工件。

易于实现自动化：曲面造型、工艺计算。压力机控制、工件测试等整个过程全部采用计算机技术，实现CAD/CAM/CAT一体化生产，工作效率高，劳动强度小，极大地改善劳动者作业环境。

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1.1.3技术基础与水平

由吉林工业大学承担的国家重点科技攻关项目“大型板材三维曲面的自动无模成形设备”已经通过验收鉴定，验收鉴定专家组对该项成果的总的评价是“多点成形技术是传统的板类件三维曲面成形生产方式的重大刨新，具有良好的市场前景。该项目在多点成形设备、多点成形理论与实用技术的研究成果已达到了国际领先水平，已具备工业应用条件。

在多点成形设备方面： 吉林工业大学开发的集CAD/CAE/CAM/CAT于一体、具有自主知识产权的板材无模多点成形设备总体构成如图：所示。计算机软件系统主要进行曲面几何造型、工艺计算、成形过程有限元模拟等。自动控制系统用于调整基本体群形状，控制液压加载系统成形出所需形状的工件；三维曲面测量检测成形后的工件形状，并将测量结果反馈到计算机软件系统进行修正，实现闭环控制。

1.2多点成形理论

多点成形理论研究取得了一系列新进展，主要创新点有：

1．多点成形基本理论，提出了四种成形原理不同的、具有代表性的多点成形基本方式，即多点模具成形、多点压机成形、半多点模具成形及半多点压机成形。

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2．缺陷产生机理：研究了多点成形中典型不良现象（压痕、皱纹、回弹、直边效应）的产生机理，并研制出这些缺陷的抑制方法。

3．工艺设计理论：提出了抑制压痕的工艺方法、消除直边效应的分段成形工艺方法、改变变形路径的工艺方法和无回弹的反复成形工艺方法。

4．设备设计理论：提出了基本体与基本体群设计方法。多点成形设备关键结构的设计方法和优化设计方法。

1.3技术的特点

在当今世界，随着生产力水平的提高，制造业需要成千上万各类模具以生产出形状各异的产品及零部件。尤其是在飞机、轮船、汽车等产品的覆盖件制造上，更需要大量的模具，其制造和调试除要花费巨额资金外，加工周期也往往需要几个月甚至十几个月。而且产品一旦换型，模具也必须随之更换，从而严重制约了制造业的发展。而无模成形技术就是要造出万能板材成形机，不用模具就能生产出形状各异的覆盖件。

实现无模成形：取代传统的整体模具，节省模具设计、制造、调试和保存所需人力、物力和财力，显着地缩短产品生产周期，降低生产成本，提高产品的竞争力。与模具成形法相比，不但节省巨额加工、制造模具的费用，而且节省大量的修模与调模时间：与手工成形方法相比，成形的产品精度高、质量好，并且显着提高生产效率。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ol83.html