機電一體化技術在自動沖床進料機構中的應用

王建軍

（江蘇省南通技師學院,江蘇 南通 226007）

0 引言

機電一體化技術的發展，一直是世界各國工業發展過程中的重點，其對進一步推動世界各國的工業化進程和提升工業生產水平具有較為重要影響。而近幾年來，由于科學技術高速發展，一些科學性和技術性較高的新產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化進程的快速發展。其中，在自動沖床的發展方面，更是對微型元件進行了重點沖制，以求能夠實現沖床的小型化發展。在傳統的沖床中，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展原則，因此，對于自動沖床的發展而言，在其發展過程中對機電一體化技術進行有效應用，實現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，發展速度最快的是德國，其發明的沖剪膨脹金屬網的小型機沖床，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展，我國就應該在充分了解自身缺點和充分借鑒國外發達國家有點的基礎上，對機電一體化技術進行有效應用，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展水平為主要目的，對機電一體化技術在自動沖床進料機構中的應用進行詳細探討。

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，在作業的時候能夠幫助沖床保持更好的穩定性，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的應用研究方面，也是如此。當前，在小型沖床的發展過程中，最大特點就是對液壓驅動式的應用非常少，其主要原因，就是因為采用液壓進行驅動，不僅要求沖床的外圍需要配置更好的設備，還需要經常性進行維護，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，在對主作業機構的進料機構進行設計的過程中，當前多采用曲柄滑塊結構，并配以自動送料系統。除此之外，為了能夠更進一步提升沖床的工作效率，在對自動送料系統進行應用的過程中，還對機電一體化技術進行了有效應用，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，根據沖床本身所配置的送料機構動力源的不同，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水平的不斷提升，其應用水平和工作效率也在不斷提升，逐漸成為小型沖床中應用最為普遍的一種送料方式。

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

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構與機電一體化技術進行更好的結合，更有效的提升機電一體化的應用效率；第二，通過對所有供料方式進行對比總結發現，采用機電式供料方案，沖床系統的穩定性、加工精度、作業效率以及系統本身的性價比都比較高，并為沖床的更好發展提供了更大可能。當前，在沖床的機電系統中，根據執行機構的不同，可以將機電式系統分為步進電機驅動送料系統以及伺服電機驅動系統兩種。在這兩種不同系統機構中，伺服電機驅動系統所具有的優勢在于，該系統的加速度和承載力比較大，同時系統具有比較快的響應速度和能夠實現低速無爬行等。但是，該系統最大的弊端，則在于系統成本比較高，不適用于發展潛能更好的小型沖床。而步進電機驅動系統，雖然在整體性能上無法與電機驅動系統相比，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，應用該系統，還能夠有效降低系統的構建成本。

基于以上特點，在當前的小型沖床中，步進電機驅動系統應用的非常廣泛，同時，經過過去一段時間的努力，相關研究人員還將其與機電一體化技術進行了很好的結合。當前，在小型沖床中，步進電機驅動系統的應用，不僅能夠實現送料的斷線傳送和確保送料的精度，還能夠通過系統數控的實現，來實現系統運行的自動化[2]。除此之外，由于當前送料結構中機電一體化技術得到了有效應用，其還有效實現了系統控制，比如沖頻和步距的自動化控制，在原有基礎上，更進一步縮小了沖床的體積。其工作原理，如圖1所示。

該系統運行過程中，第一步，系統會ont通過主傳動曲柄出軸上的接近開關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行送料任務，當沖頭再次落下時，系統會在開始沖制之前完成送料。第三步，當送料系統將進料送到位之后，送料電機就會停止運轉，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，在不斷的循環過程中，系統就能夠確保沖床的高效運行。不僅如此，在對該系統進行應用的過程中，當沖床沖頻不太高，并且步進電機不會出現失步時，控制人員還可以主動去掉系認同反饋補償的控制部分，以此來使系統變得更加簡單化，同時，更進一步降低系統運行的成本。

圖1 送料系統工作方案流程圖

3 機電一體化技術應用的系統軟硬件設計

3.1 系統硬件設計

在沖床中，為了能夠確保在進料機構中對機電一體化技術進行有效應用，就必須對沖床系統進行全面完善，而在對系統進行全面完善的過程中，最重要的，就是對系統的硬件進行有效完善。當前，在沖床系統中，系統硬件主要包括單片機主控電路、步進電機及其驅動電路、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，該單片機內部含有Flash存儲器，其能夠對系統開發和應用中的相關數據進行有效記錄，如此一來，通過這些數據，在系統運行中，操作人員就能夠輕松的對系統程序進行相應修改，確保系統運行的高效性[3]。而單片機的看門狗電路，多采用集成的X25045，接線比較簡單。系統顯示部分，通常由6位LED數碼管組成，在這當中，作為功能和狀態指示符的為最高兩位，而低4位，則用來對系統數據進行顯示。顯示驅動器選用的是帶有串行接口的8位LED控制驅動器PS7219，它可同時、直接驅動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。

3.2 系統軟件設計

在對步進機系統進行設計的過程中，在軟件方面，其采用的是結構比較清晰，方便后期進行修改和調試的模塊化設計方式。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，在系統設計過程中，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，系統就會自動進入中斷子程度，對系統的運行進行控制。

在對系統軟件進行設計的過程中，初始化程序的主要任務，就是對狀態標志、用戶數據存儲區以及置初始值進行設置，并對系統中的定時器、PS7219以及中斷子程序進行初始化。

系統中，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、二步的結果，即可確定按鍵所在的行和列。另外，為了確保系統運行的穩定性和可靠性，在程序中還對數據冗余、程序陷阱以及模塊令牌等措施進行了有效應用。

4 結束語

相對于國外發達國家，在沖床的研究和發展方面，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效率，也在一定程度上限制了我國工業化進程的快速發展。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的掌握來有效改變現狀，快速縮小與發達國家之間的距離。當前，在沖床發展方面，機電一體化技術的應用成為發展的重點，因此，我國也應該加強對該方面的研究，盡快提升自動沖床進料機構中機電一體化技術的應用水平，以此來有效提升我國沖床發展水平，為推動我國工業化進程的快速發展貢獻一份力量。

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

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

[3]王禮智.機電一體化技術的應用與發展前景[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).