1、摘要I本科毕业论文（20 届）全自动板簧卷耳机控制系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要II摘 要卷耳机是用于钢板弹簧端部切边（角）和耳部成形的专用设备。该设备为模块化结构，将计算机、可编程控制器、电气、液压技术相结合，PLC 作为设备的核心控制器，实现板簧卷耳工序的流水线作业。论文首先分析了卷耳机的研究现状及工作原理，并从实际出发，根据卷耳要求，分析并选择了卷耳控制方案。然后，根据卷耳的工作流程，选择上料机械手、炉取出装置、切边机构、卷耳装置及成品堆积装置，并对相应的工艺流程进行了详细的设计。此外，还选择了控制卷耳所需的变频电机和变频器，以
2、及控制液压装置的液压阀。最后，根据控制要求，完成了对位置传感器的位置设置和型号选择，配置了 PLC 的输入输出端口，并绘制了 PLC 接线图。全自动板簧卷耳机普及将实现板簧生产的现代化，有利于提高设备利用率和生产效率，并降低工人的劳动强度。关键字：板簧，卷耳机，PLCAbstractIIIAbstractEye spring machine is the equipment for leaf spring end cutting edge (angle) and ear forming. The device is a modular structure, computer, programm
3、able controllers, electric and hydraulic technology combines，take PLC as the core of the device controller, to realize the pipeline operations on the ear roiling process. At first the thesis analyzed the present situation of study on eye spring machine and how it works, and proceeding from the reali
4、ty, analysis and select the ear roiling control scheme according to the ear roiling requirements. Then, devices to load and take out leaf spring from furnace, cutting edge devices, and eye roiling and stacked devices were selected according to the eye forming processes, and appropriate design proces
5、s in detail. In addition, variable frequency electric motor and inverter, hydraulic and control device of hydraulic valves were selected to control the process of eye forming. Finally, the location and model of position sensor were selected and the PLC input/output ports were configured, and the PLC
6、 wiring diagram was draw according to the requirements.The popularization of automatic eye spring machine will realize of modern-ization of production of leaf spring and increase equipment utilization as well as productivity, and reduce the labor intensity of workers.Key words: Leaf spring, Eye spri
7、ng machine, PLC目录IV目 录摘 要 . IABSTRACT. II目 录 . III第一章 绪论 . 11.1 课题研究的目的和意义 . 11.2 板簧卷耳机的研究现状 . 21.3 设计任务与设计指标 . 2第二章 全自动板簧卷耳机的总体设计方案 . 42.1 板簧卷耳机的组成原理 . 42.2 控制方案的选择 . 52.2.1 控 制 要 求 . 52.2.2 PLC 与 继 电 器 控 制 的 比 较 . 52.2.3 总 体 设 计 方 案 . 7第三章 卷耳机控制系统的设计 . 83.1 上料机械手的选择与设计 . 83.1.1 上 料 机 械 手 的 选 择 与 设
8、 计 . 83.1.2 上料流程的设计 . 103.2 炉取出装置的选择与设计 . 103.2.1 炉 取 出 装 置的选择 . 103.2.2 炉 取 出 流 程 的 设计 . 113.3 切边角机构的选择与设计 . 113.3.1 切 边 角 机 构 的 选 择 . 113.3.2 切 边 角 流 程 的 设 计 . 143.4 卷耳装置的选择与设计 . 143.4.1 卷 耳 装 置 的 选 择 . 143.4.2 卷 耳 流 程 的 设计 . 16目录V3.5 产品堆积装置的选择与设计 . 183.5.1 产品堆积装置的选择. 183.5.2 产品堆积流程的设计. 193.6 液压阀的
9、选择 . 193.6.1 液 压 阀 的 应用 . 193.6.2 液 压 阀 的 比 较 与选择 . 203.7 位置传感器的选择 . 213.7.1 位置传感器的作用. 213.7.2 常 用 位 置 传 感 器. 223.7.3 位 置 传 感 器 的选择. 263.8 可编程控制器的选择与设计. 293.8.1 输入与输出端口. 293.8.2 PLC 型号的选择. 323.8.3 PLC 接线原理图. 32结 论 . 35参考文献 . 36致 谢 . 37第一章 绪论- 1 -第一章 绪论1.1 课题研究的目的和意义板簧是汽车工业的重要产品之一，其结构组成简单（如图 1-1 所示）
10、，制造、维修较为方便；其作为弹性元件主要起传递力和力矩及衰减振动的作用，因而得到了广泛应用。板簧作为汽车的主要部件之一，把车架与车轴弹性的连接起来，用以传递车轮与车架间的力和力矩，并减少由不平路面传递给车架的冲击负荷，以衰减由冲击负荷引起的承载系统的震动，达到保证汽车平稳行驶的目的。因此，汽车板簧的质量直接影响到汽车的使用质量和行驶安全，关系到汽车行驶的平顺性、舒适性和操作稳定性。车辆工业的飞速发展，汽车行业的正规化和民用化，促使板簧市场逐渐扩大，不仅对其需求日益增加，而且对其质量的要求也逐步提高。现有的生产能力和生产水平已难以满足要求，板簧生产设备的改革十分迫切。精密加工将将使板簧的优越性能
11、得以充分发挥和保证，大生产和自动化是其发展的必然趋势。由于企业对生产效益的追求，数控自动化加工必将占板簧生产的主流。数控加工综合应用了计算机、自动控制、伺服驱动等方面的技术成果，具有高度精确和高度自动化的特点，因此采用数控技术，可以提高板簧的制造水平，为社会提供高质量、高可靠性的产品。卷耳机是用于钢板弹簧端部切边（角）和耳部成形的专用设备，目前国内的板簧卷耳机设备大都是半自动的，既浪费了人力物力，又不能确保产品的精度，而且生产的安全性也难以保证。本设计提供了全自动板簧卷耳机控制系统图 1-1 板簧结构图第一章 绪论- 2 -的硬件设计部分，全自动板簧卷耳机采用模块化结构，由 PC 机与 PLC
12、 两级计算机控制，整套设备连线可以实现板簧卷耳工序的流水线作业，自动化程度高，大幅提高了产品的质量和生产率，又减轻了操作者的劳动强度，安全性也得到提高，具有较大的应用价值和广阔的市场前景。1.2 板簧卷耳机的研究现状数控加工设备的自动化程度高，尺寸精度能有效保证，在国内外广泛应用于大批量生产中，但对工作条件的要求较为严格。然而板簧的加工条件十分恶劣，不仅对设备的可靠性要求高，而且对设备的磨损非常严重，因此国内板簧生产的自动化程度不是很高。在国内，随着社会经济，特别是汽车行业的复苏，与车辆相关的产业得以迅速发展。家用汽车的普及，农业机械的推广，使得板簧的品种越来越多，应用越来越广泛，质量要求也越
13、来越高。而板簧设备的加工水平还比较落后，不能满足飞速发展的汽车行业对板簧的日益需求，并且其利润之大，促使了各种规模的生产厂家的出现，形成了目前板簧加工的混乱局面。目前国内多数厂家采用半自动板簧卷耳机，加工设备的陈旧难以适应现代化生产的需要，介于企业规模和眼前利益，设备改造速度缓慢。在国外，板簧卷耳全自动加工技术已经成熟，生产效率和生产质量高，能源环境，人力资源得到充分发挥。然而进口相关设备，其代价是相当大的，比如日本卷耳设备的进口价格不少于一千万人民币。总之，国内的板簧生产随着现代化技术的发展和车辆工程的要求，将逐步转向现代化大生产领域，这也是我国目前的主流，高质量的部件才能有高质量的产品。自
14、动化和适应性调节、多功能和高质量是自动化的加工方向，是国内经济发展的必然趋势。因此全自动板簧卷耳机将取代现有设备，以实现现代化，提高设备利用率和生产效率，降低工人的劳动强度。1.3 设计任务与设计指标1.3.1 卷耳机主要设计内容第一章 绪论- 3 -（1）阐述板簧卷耳机的工艺流程、工艺特点及其组成原理。（2）进行方案论证，确定卷耳机的控制系统总体方案。（3）合理选择 PLC 的各种配置以及各种位置传感器。（4）合理选择上料机械手、炉取出装置、切边机构、卷耳装置及成品堆积装置等。（5）设计系统各种保护环节。（6）绘制控制系统原理图和 PLC 接线原理图。1.3.2 技术参数表 1-1 主要设计
15、指标及参数板料厚度 626mm 板料宽度 50 120mm板料长度 10002500mm 最大切边长度 350mm切边宽度精度 0.5mm 切边（角）生产率 6 头/分卷（包）耳孔径 20 95mm 两孔中心距 940 2000mm卷制耳孔精度 0.3mm 装机功率 30Kw耳孔平行度 1 耳孔垂直度 1卷耳种类 切线圆耳、1/4 卷耳、3/4 包耳、弯头卷耳生产率 6 头/分第二章 全自动板簧卷耳机的总体设计方案- 4 -第二章 全自动板簧卷耳机的总体设计方案2.1 板簧卷耳机的组成原理板簧是汽车悬架系统中最为传统的弹性元件，一般是由若干片不等长的合金弹簧钢组合而成一组近似于等强度弹簧梁。除
16、了起缓冲作用而外，还可担负起传递所有各向的力和力矩，以及决定车轮运动的轨迹，即起导向的作用。在制造过程中，板簧的两个端部需经过压延、切边角、切头、卷耳等多道工序，形成耳部，以便与车架联接。对于厚度大于 10mm 的板簧，一般先进行加热处理，从而减少成型阻抗。其工艺流程见图 2-1。在板簧的生产流程中，压延、切边角、切头等工序一般由一组垂直方向的液压缸来完成，由行程开关控制其进程。而卷耳动作需由变频电机进行驱动，并由传感器进行反馈控制。具体动作为：板簧到卷耳位置后，触动变频电机带动卷臂动作，由角位移传感器检测卷臂行程，当达到预设角度时，传感器输出信号，使电机停止。根据设计要求，卷耳部分提供了四种
17、选择，通过操作可选择所要卷耳的类型，包括：圆耳、1/4 卷耳、3/4 包耳、弯头。切边角、切头、卷耳效果如表 2-1 所示。图 2-1 板簧卷耳机工艺流程机械手上料 加热炉加热 炉取出装置 压延 切边 ( 角 ）成品堆积 检测卷耳动作翻片 切头废料输出角度反馈第二章 全自动板簧卷耳机的总体设计方案- 5 -表 2-1 成型类型和种类种类 形状 备注切边 切头 1#圆卷耳 2#3/4 卷头 偏心 3/4 卷头2#1/4 卷头 卷耳角度 200o 以下2#弯头 头部弯曲2.2 控制方案的选择2.2.1 控制要求（1）要求实现板簧的上料加热，炉取出，切边（角） ，切头卷耳以及成品的堆积等一系列工序的
18、自动完成。（2）接收机械系统电路及油路的安全监测信号，完成对系统运行状态的实时监测，一旦系统处于不良运行状态，系统应发出报警信号并进行紧急停车，从而最大限度的降低系统损坏和工件的不合格率，同时降低经济损失。2.2.2 PLC 与继电器控制的比较在工业控制领域，可编程控制器（PLC）能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，已成为大多数自动化系统的设备基础。可编程控制器件及其有关外围设备都以易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计的，并且现已成为工厂自动化的有力工具，广受用户欢迎。已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC 最常使用的编程语言是梯形图，由于大致上沿用了继电器控制的电路符号和术语，其电路符号和表达方式与继电器原理图较为相似。并且，它们有基本相同的输入输出形式和基本功能，但这两种控制又有根本上的不同，表现
