機電一體化技術(shù)在自動沖床進料機構(gòu)中的應(yīng)用

王建軍

（江蘇省南通技師學院,江蘇 南通 226007）

0 引言

機電一體化技術(shù)的發(fā)展，一直是世界各國工業(yè)發(fā)展過程中的重點，其對進一步推動世界各國的工業(yè)化進程和提升工業(yè)生產(chǎn)水平具有較為重要影響。而近幾年來，由于科學技術(shù)高速發(fā)展，一些科學性和技術(shù)性較高的新產(chǎn)品和新元件也不斷推出，所以在相當大的程度上推動了工業(yè)化進程的快速發(fā)展。其中，在自動沖床的發(fā)展方面，更是對微型元件進行了重點沖制，以求能夠?qū)崿F(xiàn)沖床的小型化發(fā)展。在傳統(tǒng)的沖床中，其不僅具有精度差、速度低以及元件特性過硬等缺點，更無法滿足沖床小型化的發(fā)展原則，因此，對于自動沖床的發(fā)展而言，在其發(fā)展過程中對機電一體化技術(shù)進行有效應(yīng)用，實現(xiàn)沖床的小型化和自動化，就顯得尤為重要。當前，在小型自動沖床方面，發(fā)展速度最快的是德國，其發(fā)明的沖剪膨脹金屬網(wǎng)的小型機沖床，最高毒素可以達到每分鐘1600次，而在我國，小型沖床的沖減速度，卻僅僅能夠得到一分鐘180次，要遠遠落后德國。因此，為了能夠更好的推動自動沖床的發(fā)展，我國就應(yīng)該在充分了解自身缺點和充分借鑒國外發(fā)達國家有點的基礎(chǔ)上，對機電一體化技術(shù)進行有效應(yīng)用，最大限度縮短我國沖床與國外的差距。接下來，本文就以有效提升沖床發(fā)展水平為主要目的，對機電一體化技術(shù)在自動沖床進料機構(gòu)中的應(yīng)用進行詳細探討。

1 沖床供料方案分析

對于沖床而言，不同噸位的沖床，其在沖壓力以及運動慣性等方面都是具有較大差別的。不僅如此，由于不同沖床內(nèi)部運動部件慣量和沖量組作用的不同，其沖頻也是存在一定差距，而這些，都會在一定程度上對沖床的工作能力造成影響。在所有類型的沖床中，由于微型或者是小型元件沖制的壓力和運動慣性比較小，在作業(yè)的時候能夠幫助沖床保持更好的穩(wěn)定性，并且具有非常大的提速空間和提速潛能，因此，在對沖床進行改良和提升的過程中，相關(guān)研究人員都將精力放在小型沖床的研究上，即使在對機電一體化技術(shù)的應(yīng)用研究方面，也是如此。當前，在小型沖床的發(fā)展過程中，最大特點就是對液壓驅(qū)動式的應(yīng)用非常少，其主要原因，就是因為采用液壓進行驅(qū)動，不僅要求沖床的外圍需要配置更好的設(shè)備，還需要經(jīng)常性進行維護，不僅消耗人力，也消耗物力，費用比較高。

為了能夠有效提升沖床的加工速度，在對主作業(yè)機構(gòu)的進料機構(gòu)進行設(shè)計的過程中，當前多采用曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，并配以自動送料系統(tǒng)。除此之外，為了能夠更進一步提升沖床的工作效率，在對自動送料系統(tǒng)進行應(yīng)用的過程中，還對機電一體化技術(shù)進行了有效應(yīng)用，這也是當前小型沖床沖剪速度能夠大幅度提升的主要原因[1]。到目前為止，根據(jù)沖床本身所配置的送料機構(gòu)動力源的不同，可以將的沖床的送料方式分為四種，分別是機械式、液壓式、機電式以及氣動式四種。而在這四種不同的送料方式中，由于液壓式和氣動式對沖床外圍的配置和設(shè)備具有較高要求，并不適用于小型沖床，因此，在當前的小型沖床中，所采用的送料方式多為機械式和機電式，尤其是機電式，伴隨著近幾年來機電一體化技術(shù)水平的不斷提升，其應(yīng)用水平和工作效率也在不斷提升，逐漸成為小型沖床中應(yīng)用最為普遍的一種送料方式。

從當前沖床的發(fā)展情況來看，雖然我國沖床的沖剪速度以及整體的工作效率與西方發(fā)達國家相比具有較大差距，但是相對于我國自身發(fā)展情況而言，其進步速度還是比較快的。尤其是在近幾年來，伴隨著國內(nèi)科學技術(shù)水平的不斷提高以及工業(yè)化進程的不斷加快，我國對沖床的發(fā)展也變得越來越重視。當前，除了在通過自主研發(fā)和引進國外先進科學技術(shù)來不斷提升我國沖床的沖減速度以及工作效率之外，我國相關(guān)研究人員還在對機電一體化在進料機構(gòu)中的應(yīng)用進行研究，并取得了較為良好的應(yīng)用效果?？梢哉f，在沖床方面，我國正在快速拉近與國外發(fā)達國家之間的差距。

2 基于單片機控制的自動沖床供料方案

當前，在沖床方面，供料方案主要采用的就是機電式，其原因主要有兩點：第一，采用機電式供料方案能夠使沖床的供料結(jié)構(gòu)與機電一體化技術(shù)進行更好的結(jié)合，更有效的提升機電一體化的應(yīng)用效率；第二，通過對所有供料方式進行對比總結(jié)發(fā)現(xiàn)，采用機電式供料方案，沖床系統(tǒng)的穩(wěn)定性、加工精度、作業(yè)效率以及系統(tǒng)本身的性價比都比較高，并為沖床的更好發(fā)展提供了更大可能。當前，在沖床的機電系統(tǒng)中，根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的不同，可以將機電式系統(tǒng)分為步進電機驅(qū)動送料系統(tǒng)以及伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)兩種。在這兩種不同系統(tǒng)機構(gòu)中，伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢在于，該系統(tǒng)的加速度和承載力比較大，同時系統(tǒng)具有比較快的響應(yīng)速度和能夠?qū)崿F(xiàn)低速無爬行等。但是，該系統(tǒng)最大的弊端，則在于系統(tǒng)成本比較高，不適用于發(fā)展?jié)撃芨玫男⌒蜎_床。而步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，雖然在整體性能上無法與電機驅(qū)動系統(tǒng)相比，但其性能也足夠滿足小型沖床的性能要求，并且，更為重要的是，應(yīng)用該系統(tǒng)，還能夠有效降低系統(tǒng)的構(gòu)建成本。

基于以上特點，在當前的小型沖床中，步進電機驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用的非常廣泛，同時，經(jīng)過過去一段時間的努力，相關(guān)研究人員還將其與機電一體化技術(shù)進行了很好的結(jié)合。當前，在小型沖床中，步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)送料的斷線傳送和確保送料的精度，還能夠通過系統(tǒng)數(shù)控的實現(xiàn)，來實現(xiàn)系統(tǒng)運行的自動化[2]。除此之外，由于當前送料結(jié)構(gòu)中機電一體化技術(shù)得到了有效應(yīng)用，其還有效實現(xiàn)了系統(tǒng)控制，比如沖頻和步距的自動化控制，在原有基礎(chǔ)上，更進一步縮小了沖床的體積。其工作原理，如圖1所示。

該系統(tǒng)運行過程中，第一步，系統(tǒng)會ont通過主傳動曲柄出軸上的接近開關(guān)對沖床沖頭的下行位置進行檢測。第二步，當沖頭抬起略高于帶料運送平面時，步進電機就會按照用戶程序中的行程和速度開始執(zhí)行送料任務(wù)，當沖頭再次落下時，系統(tǒng)會在開始沖制之前完成送料。第三步，當送料系統(tǒng)將進料送到位之后，送料電機就會停止運轉(zhuǎn)，沖頭開始實施沖制。第四步，當沖頭再次抬高，高度達到帶料運動平面的時候，系統(tǒng)會再次起到送料電機，開始新一輪的送料操作。如此一來，在不斷的循環(huán)過程中，系統(tǒng)就能夠確保沖床的高效運行。不僅如此，在對該系統(tǒng)進行應(yīng)用的過程中，當沖床沖頻不太高，并且步進電機不會出現(xiàn)失步時，控制人員還可以主動去掉系認同反饋補償?shù)目刂撇糠?，以此來使系統(tǒng)變得更加簡單化，同時，更進一步降低系統(tǒng)運行的成本。

圖1 送料系統(tǒng)工作方案流程圖

3 機電一體化技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

在沖床中，為了能夠確保在進料機構(gòu)中對機電一體化技術(shù)進行有效應(yīng)用，就必須對沖床系統(tǒng)進行全面完善，而在對系統(tǒng)進行全面完善的過程中，最重要的，就是對系統(tǒng)的硬件進行有效完善。當前，在沖床系統(tǒng)中，系統(tǒng)硬件主要包括單片機主控電路、步進電機及其驅(qū)動電路、顯示電路、檢測電路以及接口電路等，每一部分都必須謹慎選擇。通常情況下，在對單片機進行選擇的過程中，多選擇89C52單片機，該單片機內(nèi)部含有Flash存儲器，其能夠?qū)ο到y(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行有效記錄，如此一來，通過這些數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)運行中，操作人員就能夠輕松的對系統(tǒng)程序進行相應(yīng)修改，確保系統(tǒng)運行的高效性[3]。而單片機的看門狗電路，多采用集成的X25045，接線比較簡單。系統(tǒng)顯示部分，通常由6位LED數(shù)碼管組成，在這當中，作為功能和狀態(tài)指示符的為最高兩位，而低4位，則用來對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行顯示。顯示驅(qū)動器選用的是帶有串行接口的8位LED控制驅(qū)動器PS7219，它可同時、直接驅(qū)動8位LED，與單片機的接口采用簡單的3線SPI方式，因此硬件線路十分簡單。沖頭位置檢測傳感器采用電感式接近開關(guān)。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在對步進機系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，在軟件方面，其采用的是結(jié)構(gòu)比較清晰，方便后期進行修改和調(diào)試的模塊化設(shè)計方式。而在整個軟件模塊中，其子模塊主要有四部分，分別為初始化模塊、輸入處理模塊、按鍵處理模塊以及顯示模塊等四個模塊[4]。同時，在系統(tǒng)設(shè)計過程中，通過中斷子程度對步進電機的運行進行控制，在步進電機運行的過程中，當沖頭位置的信號到達指定位置后，系統(tǒng)就會自動進入中斷子程度，對系統(tǒng)的運行進行控制。

在對系統(tǒng)軟件進行設(shè)計的過程中，初始化程序的主要任務(wù)，就是對狀態(tài)標志、用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)以及置初始值進行設(shè)置，并對系統(tǒng)中的定時器、PS7219以及中斷子程序進行初始化。

系統(tǒng)中，采用查詢方式的按鍵識別程序，主要可以分為兩步：第一步，將行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并使輸出為全零電平，則行線中電平由高到低所在行為按鍵所在行；第二步，將行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出為全零電平，則列線中電平由高到低所在行為按鍵所在列;綜合一、二步的結(jié)果，即可確定按鍵所在的行和列。另外，為了確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，在程序中還對數(shù)據(jù)冗余、程序陷阱以及模塊令牌等措施進行了有效應(yīng)用。

4 結(jié)束語

相對于國外發(fā)達國家，在沖床的研究和發(fā)展方面，我國還存在較大差距。這種差距，不僅大大影響了我國沖床的作業(yè)效率，也在一定程度上限制了我國工業(yè)化進程的快速發(fā)展。因此，我國必須直視該問題，并通過加強對自身缺點的了解和對外國先進技術(shù)的掌握來有效改變現(xiàn)狀，快速縮小與發(fā)達國家之間的距離。當前，在沖床發(fā)展方面，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用成為發(fā)展的重點，因此，我國也應(yīng)該加強對該方面的研究，盡快提升自動沖床進料機構(gòu)中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用水平，以此來有效提升我國沖床發(fā)展水平，為推動我國工業(yè)化進程的快速發(fā)展貢獻一份力量。

[1]王萌.機電一體化的同顧和發(fā)展趨勢展望[J].科技資訊，2010(04).

[2]袁麗平.機電一體化的應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J].科學大眾，2010（03）.

[3]王禮智.機電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景[J].青年科學，2011（08）.

[4]高海濤，周庚生.壓力機送料裝置機電一體化改裝[J].軸承,2010(02).