摘要-鈑金沖壓工藝是各行業的重要組成部分。在小型工業中，通常采用手工操作的鈑金沖床。所采用的設計涉及到機械和自動化等特性，這些特性采用微控制器。本計畫設計氣動控制沖孔機，對鋁塑等不同材質的1-2mm薄板進行沖孔作業。減少沖頭力是本計畫的主要目標，是通過修改沖頭工具設計來實現的。從而降低了對沖孔力的要求，研制了氣動數控機床。該項目的第二個目標是減少設置。在沖孔過程中改變兩孔之間的節距時，為新節距設計而設置機器會浪費大量時間。在這個項目中，我們通過微控制器控制機器來減少這個時間，通過微控制器我們可以自動改變節距，而無需改變機器的設置，通過計算機編程輸入節距的變化。

關鍵詞：鈑金沖壓，自動沖孔機，聚氨酯管，數控沖床。

1導言

當今世界越來越注重實際，越來越重視降低成本，因此，鈑金沖壓工藝必須以經濟的操作方式進行，更容易實現批量生產，并對其他技術參數進行更大的控制。在大多數鈑金工序中，沖壓是工序中的主要工序。將此操作自動化可以縮短時間，也可以減少人力。自動化是機械工作與電子工作相結合的過程。利用計算機和指揮軟件操作和控制生產的自動化系統。自動化這一過程的原因可能是為了減少制造提前期、提高勞動生產率或提高工人的安全。在這些裝置中，高壓空氣用于以所需的壓力移動活塞，活塞由改進設計的沖頭組成，以將金屬板沖壓成所需的形狀和尺寸。然后得到薄而平的金屬片。它是金屬加工中使用的基本形式之一，可以切割和彎曲成各種不同的形狀。金屬板可以是扁平的，也可以是卷曲的。金屬板材在汽車車身、飛機機翼、醫療桌、建筑物屋頂和許多其他方面有著廣泛的應用。

1.1 問題陳述

 

在傳統的氣動沖孔機中，所有的操作都是手動控制的，因此降低了生產率，并因此降低了產品的精度。在傳統的氣動沖孔機中，為了適應新的節距，往往要花費大量的時間來改變機床的設定值。為了克服上述問題，解決的辦法是使用數控沖床，但是數控沖床的成本很高，小型工業負擔不起數控沖床的成本。

1.1 目標

 

1.       使系統用戶友好。

2.       盡量縮短機器的設定時間。

3.       開發一種需要較少勞力且易于非熟練工人操作的機器。

4.       以最低成本開發機器。

2甲烷學

 

最初，我們傾向于通過考慮標準沖床的所有參數以及商品的生產需要（如板材厚度和要沖孔的直徑）來設計機器。一經取得商品信息，按規定的壓力和計算出的壓力從目錄中指定氣瓶。一旦選擇了氣瓶，就要選擇相反的氣體元件，如DV閥和氣體軟管。一旦選擇了所有的氣體元素和處理元素，我們往往會選擇替代電氣和電子元件，如直流電機和微控制器，傳感器。一旦完成的元素和風格的機器，我們傾向于創建三維cad模型。

 

2.1材料選擇

 

2.1.1框架

 

這個框架是用鋼制成的。因為，鋼材在市場上很容易買到，而且使用經濟。它具有高塑性和高韌性等明顯的力學性能。鋼的含碳量從0.15%到0.25%不等。在碳含量范圍內，這種鋼的最終強度和抗壓強度隨碳含量的增加而增加。

 

2.1.2剪刃

 

切割刀片由熱加工鋼材料制成。刀片需要經得起高切削力，這將通過將高速鋼作為刀片材料來實現。高速鋼提供可靠的韌性，并保持明顯的耐磨性。一個典型的成分是：十八種金屬元素，四維金屬元素，一種是V，0.7%的碳，其余的是鐵。

 

2.2 設計計算書

 

2.2.1壓力計算

壓力=切削力+剝離力

鋁板樣計算

這里是一個計算不同厚度鋁板所需沖孔力的示例。

•周長，L=31.41 mm。（D=10mm時）

•如果板材厚度，t=1mm。

•鋁的最大抗拉強度，Tmax=180 N/mm2

•總切削力=L x t x Tmax

= 31.41 × 1 × 180

=5654.86牛

•剝離力=切割力的15%

=848.229牛頓

•壓力=切割力+剝離力

=5654.86牛頓+1350牛頓

=6503牛頓

2.2.2減少的沖頭力計算

所需的力減小了，可以通過公式看出，

F=Fmax.K.tK.t+1

哪里，

F=提供剪力后的折減力，單位：牛頓（N）

Fmax=沖壓厚度為t的板材所需的最大力（單位：牛頓（N））K=穿透率t=板材厚度（單位：mm）

I=工具的剪切量（以t為單位），單位：mm

鋁板

1） 對于I=t/5&K=0.6 F=0.75Fmax

2） 對于I=t/4&K=0.6 F=0.705Fmax

3） 對于I=t/3&K=0.6 F=0.643F最大值

4） 對于I=t/2&K=0.6 F=0.545Fmax

5） 對于I=t/1&K=0.6 F=0.375Fmax

我們選取經驗關系式為，F=0.375Fmax

因此，I=t/1，K=0.6，F=

最大0.375Fmax

因此，F=0.375 X 6503 N

F=2500牛

因此，在給沖頭施加剪切力后，減小的力為2500N。

我們選擇的沖孔力范圍為2000N–2500N。

2.2.3氣缸計算

•雙作用氣缸

•延伸行程（工作行程）

•F=P x A

式中，F=沖孔力

P=工作壓力

A=圓柱體面積

因此，2500=（12 x 10^5）x（π/4 x D^2）

直徑=25mm

因此，我們從目錄中選擇25mm x 40mm雙作用氣缸。

2.2.4沖頭設計修改

如果沖頭的表面是傳統的運動軸，整個周長是在同一時間削減。通過傾斜沖頭表面的角度，這一特點被稱為剪切，切削力大大降低。邊緣現在是以一種非常進步的方式切割的，幾乎像剪刀的一次嘗試。

 

 

2.2.4設計

CATIA V5R20代碼用于生成和建模。刀片樣式問題包括：

•間隙通常為織物厚度的100%至100%。

•較高的刀片成角，因為切割從一個表面加工到另一個表面加工，因此減少了所需的力。

•采用切割型切割刀片。

•方刃刀片最受歡迎，而不是刀口。

框架樣式問題包括：

•根據所用切割刀片的長度，選擇框架的尺寸。

•框架的長度是為了使機器緊湊，并結合起來，以適應切割的長度。

 

 

圖2.2.4

三。組件

3.1微控制器

•微控制器是一種緊湊的微電路，設計用于控制系統中的特定操作。典型的微控制器在一個芯片上包括處理器、存儲器和輸入/輸出（I/O）外圍設備。Atmega328是由Atmel公司生產的一種非常時尚的微控制器芯片。它是一個8位微控制器，具有32K的非易失性存儲器、1K的EEPROM和2K的內部RAM。Atmega328是所有微控制器芯片中的一個，該區域單元與受歡迎的Arduino板一起使用。

•微控制器ATmega328P

•工作電壓：5V

•數字I/O引腳

•14（其中6個提供PWM輸出）

•PWM數字I/O引腳6、模擬輸入引腳6、閃存32 KB（ATmega328P），其中0.5 KB由引導加載程序使用。

 

圖3.1微控制器

3.2 直流電動機

直流電動機由機械裝置、線圈、轉子和帶電刷的電氣開關組成。電機內部兩個磁場之間的極性相反，導致其顯示。直流電機面積單位最佳風格的電機和面積單位使用的單位電器，如電動剃須刀，并在電動車窗的汽車。直流電動機可以是一種將電能轉化為旋轉能量的機器。它的運動是由電磁的物理行為引起的。直流電動機內部有感應器，用來制造磁場以產生運動。

•轉速：12伏時為30轉/分

•總長：92mm

•刷子類型：貴金屬

•齒輪頭長度：21mm

•輸出軸：居中

•軸直徑：6mm

•軸長：19mm

•齒輪組件：重型金屬齒輪

•電機重量：500gms

•直流電源：4至12V

 

圖3.2直流電機 

3.3 5 X 2電磁閥

電磁閥是一種管理裝置，一旦通電或斷電，可以關閉或允許流體流動。這個機構的形狀像磁鐵。一旦通電，就會形成一個磁場，在彈簧的作用下拉動柱塞或旋轉線圈。5/2方法可以是一個5端口，2位閥，它將流體或空氣放入雙作用裝置的一個表面，同時允許另一個表面排氣口排氣。直接作用的區域單元線圈閥，該區域單元嚴格由閥內的磁引力激活，不依賴流體輔助。

  

圖3.3 5 x 2電磁閥

3.4雙作用氣缸

雙作用氣缸在每個表面都有一個端口，每個端口都配備有液壓油，用于活塞的伸縮。如果市場上沒有外力來縮回活塞，則使用雙作用氣缸，或者在每個行駛方向需要較大力的情況下使用雙作用氣缸。雙作用氣缸（DAC）利用空氣的力量在每個伸展和收縮沖程中進行操縱。他們需要兩個端口允許空氣進入，一個用于投擲，一個用于凸輪沖程。。

•型號：SC25x40

•動作類型-雙動作

•材料-鋁合金

•孔徑-25mm

•行程長度-40mm

 

 

圖3.4雙作用氣缸3.5壓縮機

壓縮機是一種機械裝置，它通過減小氣體的體積來增加氣體的壓力。空氣壓縮機是一種特殊類型的氣體壓縮機。壓縮機與泵相似：兩者都能增加流體的壓力，并且都能通過管道輸送流體。

 

圖3.5壓縮機

 

3.6聚氨酯管

 

聚氨酯管用于輸送氣動流體，即壓縮空氣。聚氨酯是塑料和橡膠中性能最好的。它提供耐磨性和撕裂性，高拉伸強度和伸長率值，并具有低壓縮。

 

 

圖3.6聚氨酯管

 

 

3.7壓路機

 

輥子用于支撐通過輥子的板材。這些輥子通過給定的送料，在自動化的幫助下使金屬板保持堅硬并向前通過。這些輥子在直流電機的幫助下以電子方式操作。

 

圖3.7滾筒

 

 4工作原理

 

紙張將通過送紙輥送紙。輥子上的齒輪裝置與供給薄板的直流電機嚙合。將使用感應接近開關/傳感器，它檢測金屬板，并同時記錄金屬板的長度，因為金屬板經過金屬板。一旦檢測到，這些信息將作為輸入發送到包含一系列繼電器的微控制器電路。微控制器執行與寫入一致的計算。來自微控制器的輸出將被發送到電控電磁閥（電磁閥）。閥門管理機構根據收到的信號啟動。與進給輥上的齒輪裝置嚙合的直流電機接收來自接近開關的輸入，從而可以啟動/停止。此方法提供了沿需要切割的所需長度輸入各種板材的方法。

 

 

圖4方框圖

 

5結論

         確定了氣動切割與液壓沖孔機相比成本極低。切削厚度的變化將通過不當的氣團機械裝置和額外的硬化刀片而膨脹。這種機器有利于小型板材切割行業，因為他們買不起昂貴的液壓切割機。隨著自動化程度的提高，它提供了輸入要切割的板材數量和所需板材長度的功能。因此，隨著操作精度的提高，大大的減少了人工成本。