机电一体化技术在自动冲床进料机构中的应用

王建军

（江苏省南通技师学院,江苏 南通 226007）

0 引言

机电一体化技术的发展，一直是世界各国工业发展过程中的重点，其对进一步推动世界各国的工业化进程和提升工业生产水平具有较为重要影响。而近几年来，由于科学技术高速发展，一些科学性和技术性较高的新产品和新元件也不断推出，所以在相当大的程度上推动了工业化进程的快速发展。其中，在自动冲床的发展方面，更是对微型元件进行了重点冲制，以求能够实现冲床的小型化发展。在传统的冲床中，其不仅具有精度差、速度低以及元件特性过硬等缺点，更无法满足冲床小型化的发展原则，因此，对于自动冲床的发展而言，在其发展过程中对机电一体化技术进行有效应用，实现冲床的小型化和自动化，就显得尤为重要。当前，在小型自动冲床方面，发展速度最快的是德国，其发明的冲剪膨胀金属网的小型机冲床，最高毒素可以达到每分钟1600次，而在我国，小型冲床的冲减速度，却仅仅能够得到一分钟180次，要远远落后德国。因此，为了能够更好的推动自动冲床的发展，我国就应该在充分了解自身缺点和充分借鉴国外发达国家有点的基础上，对机电一体化技术进行有效应用，最大限度缩短我国冲床与国外的差距。接下来，本文就以有效提升冲床发展水平为主要目的，对机电一体化技术在自动冲床进料机构中的应用进行详细探讨。

1 冲床供料方案分析

对于冲床而言，不同吨位的冲床，其在冲压力以及运动惯性等方面都是具有较大差别的。不仅如此，由于不同冲床内部运动部件惯量和冲量组作用的不同，其冲频也是存在一定差距，而这些，都会在一定程度上对冲床的工作能力造成影响。在所有类型的冲床中，由于微型或者是小型元件冲制的压力和运动惯性比较小，在作业的时候能够帮助冲床保持更好的稳定性，并且具有非常大的提速空间和提速潜能，因此，在对冲床进行改良和提升的过程中，相关研究人员都将精力放在小型冲床的研究上，即使在对机电一体化技术的应用研究方面，也是如此。当前，在小型冲床的发展过程中，最大特点就是对液压驱动式的应用非常少，其主要原因，就是因为采用液压进行驱动，不仅要求冲床的外围需要配置更好的设备，还需要经常性进行维护，不仅消耗人力，也消耗物力，费用比较高。

为了能够有效提升冲床的加工速度，在对主作业机构的进料机构进行设计的过程中，当前多采用曲柄滑块结构，并配以自动送料系统。除此之外，为了能够更进一步提升冲床的工作效率，在对自动送料系统进行应用的过程中，还对机电一体化技术进行了有效应用，这也是当前小型冲床冲剪速度能够大幅度提升的主要原因[1]。到目前为止，根据冲床本身所配置的送料机构动力源的不同，可以将的冲床的送料方式分为四种，分别是机械式、液压式、机电式以及气动式四种。而在这四种不同的送料方式中，由于液压式和气动式对冲床外围的配置和设备具有较高要求，并不适用于小型冲床，因此，在当前的小型冲床中，所采用的送料方式多为机械式和机电式，尤其是机电式，伴随着近几年来机电一体化技术水平的不断提升，其应用水平和工作效率也在不断提升，逐渐成为小型冲床中应用最为普遍的一种送料方式。

从当前冲床的发展情况来看，虽然我国冲床的冲剪速度以及整体的工作效率与西方发达国家相比具有较大差距，但是相对于我国自身发展情况而言，其进步速度还是比较快的。尤其是在近几年来，伴随着国内科学技术水平的不断提高以及工业化进程的不断加快，我国对冲床的发展也变得越来越重视。当前，除了在通过自主研发和引进国外先进科学技术来不断提升我国冲床的冲减速度以及工作效率之外，我国相关研究人员还在对机电一体化在进料机构中的应用进行研究，并取得了较为良好的应用效果。可以说，在冲床方面，我国正在快速拉近与国外发达国家之间的差距。

2 基于单片机控制的自动冲床供料方案

当前，在冲床方面，供料方案主要采用的就是机电式，其原因主要有两点：第一，采用机电式供料方案能够使冲床的供料结构与机电一体化技术进行更好的结合，更有效的提升机电一体化的应用效率；第二，通过对所有供料方式进行对比总结发现，采用机电式供料方案，冲床系统的稳定性、加工精度、作业效率以及系统本身的性价比都比较高，并为冲床的更好发展提供了更大可能。当前，在冲床的机电系统中，根据执行机构的不同，可以将机电式系统分为步进电机驱动送料系统以及伺服电机驱动系统两种。在这两种不同系统机构中，伺服电机驱动系统所具有的优势在于，该系统的加速度和承载力比较大，同时系统具有比较快的响应速度和能够实现低速无爬行等。但是，该系统最大的弊端，则在于系统成本比较高，不适用于发展潜能更好的小型冲床。而步进电机驱动系统，虽然在整体性能上无法与电机驱动系统相比，但其性能也足够满足小型冲床的性能要求，并且，更为重要的是，应用该系统，还能够有效降低系统的构建成本。

基于以上特点，在当前的小型冲床中，步进电机驱动系统应用的非常广泛，同时，经过过去一段时间的努力，相关研究人员还将其与机电一体化技术进行了很好的结合。当前，在小型冲床中，步进电机驱动系统的应用，不仅能够实现送料的断线传送和确保送料的精度，还能够通过系统数控的实现，来实现系统运行的自动化[2]。除此之外，由于当前送料结构中机电一体化技术得到了有效应用，其还有效实现了系统控制，比如冲频和步距的自动化控制，在原有基础上，更进一步缩小了冲床的体积。其工作原理，如图1所示。

该系统运行过程中，第一步，系统会ont通过主传动曲柄出轴上的接近开关对冲床冲头的下行位置进行检测。第二步，当冲头抬起略高于带料运送平面时，步进电机就会按照用户程序中的行程和速度开始执行送料任务，当冲头再次落下时，系统会在开始冲制之前完成送料。第三步，当送料系统将进料送到位之后，送料电机就会停止运转，冲头开始实施冲制。第四步，当冲头再次抬高，高度达到带料运动平面的时候，系统会再次起到送料电机，开始新一轮的送料操作。如此一来，在不断的循环过程中，系统就能够确保冲床的高效运行。不仅如此，在对该系统进行应用的过程中，当冲床冲频不太高，并且步进电机不会出现失步时，控制人员还可以主动去掉系认同反馈补偿的控制部分，以此来使系统变得更加简单化，同时，更进一步降低系统运行的成本。

图1 送料系统工作方案流程图

3 机电一体化技术应用的系统软硬件设计

3.1 系统硬件设计

在冲床中，为了能够确保在进料机构中对机电一体化技术进行有效应用，就必须对冲床系统进行全面完善，而在对系统进行全面完善的过程中，最重要的，就是对系统的硬件进行有效完善。当前，在冲床系统中，系统硬件主要包括单片机主控电路、步进电机及其驱动电路、显示电路、检测电路以及接口电路等，每一部分都必须谨慎选择。通常情况下，在对单片机进行选择的过程中，多选择89C52单片机，该单片机内部含有Flash存储器，其能够对系统开发和应用中的相关数据进行有效记录，如此一来，通过这些数据，在系统运行中，操作人员就能够轻松的对系统程序进行相应修改，确保系统运行的高效性[3]。而单片机的看门狗电路，多采用集成的X25045，接线比较简单。系统显示部分，通常由6位LED数码管组成，在这当中，作为功能和状态指示符的为最高两位，而低4位，则用来对系统数据进行显示。显示驱动器选用的是带有串行接口的8位LED控制驱动器PS7219，它可同时、直接驱动8位LED，与单片机的接口采用简单的3线SPI方式，因此硬件线路十分简单。冲头位置检测传感器采用电感式接近开关。

3.2 系统软件设计

在对步进机系统进行设计的过程中，在软件方面，其采用的是结构比较清晰，方便后期进行修改和调试的模块化设计方式。而在整个软件模块中，其子模块主要有四部分，分别为初始化模块、输入处理模块、按键处理模块以及显示模块等四个模块[4]。同时，在系统设计过程中，通过中断子程度对步进电机的运行进行控制，在步进电机运行的过程中，当冲头位置的信号到达指定位置后，系统就会自动进入中断子程度，对系统的运行进行控制。

在对系统软件进行设计的过程中，初始化程序的主要任务，就是对状态标志、用户数据存储区以及置初始值进行设置，并对系统中的定时器、PS7219以及中断子程序进行初始化。

系统中，采用查询方式的按键识别程序，主要可以分为两步：第一步，将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出为全零电平，则行线中电平由高到低所在行为按键所在行；第二步，将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出为全零电平，则列线中电平由高到低所在行为按键所在列;综合一、二步的结果，即可确定按键所在的行和列。另外，为了确保系统运行的稳定性和可靠性，在程序中还对数据冗余、程序陷阱以及模块令牌等措施进行了有效应用。

4 结束语

相对于国外发达国家，在冲床的研究和发展方面，我国还存在较大差距。这种差距，不仅大大影响了我国冲床的作业效率，也在一定程度上限制了我国工业化进程的快速发展。因此，我国必须直视该问题，并通过加强对自身缺点的了解和对外国先进技术的掌握来有效改变现状，快速缩小与发达国家之间的距离。当前，在冲床发展方面，机电一体化技术的应用成为发展的重点，因此，我国也应该加强对该方面的研究，尽快提升自动冲床进料机构中机电一体化技术的应用水平，以此来有效提升我国冲床发展水平，为推动我国工业化进程的快速发展贡献一份力量。

[1]王萌.机电一体化的同顾和发展趋势展望[J].科技资讯，2010(04).

[2]袁丽平.机电一体化的应用与发展趋势[J].科学大众，2010（03）.

[3]王礼智.机电一体化技术的应用与发展前景[J].青年科学，2011（08）.

[4]高海涛，周庚生.压力机送料装置机电一体化改装[J].轴承,2010(02).