電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

湯世松，仲太生，王寅飛，詹俊勇，封 峰

（江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引言

隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三相異步電機(jī)在各行各業(yè)得到大規(guī)模應(yīng)用，電機(jī)定轉(zhuǎn)子生產(chǎn)也從而獲得快速發(fā)展。以前的電機(jī)定轉(zhuǎn)子生產(chǎn)過程費(fèi)工費(fèi)時(shí)費(fèi)力，基本上是用普通沖床單工位模具沖制出定、轉(zhuǎn)子沖片（散片），經(jīng)過齊片，再用鉚接、扣片等工藝制成鐵芯。而現(xiàn)有的定轉(zhuǎn)子沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線，在電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓生產(chǎn)工藝上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制，并已廣泛采用高速?zèng)_壓多工位級(jí)進(jìn)模制造自動(dòng)疊片結(jié)構(gòu)的鐵芯，根據(jù)需要定轉(zhuǎn)子還可帶回轉(zhuǎn)和扭斜疊斜槽角度。為此，在高速精密壓力機(jī)沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子時(shí)，需要一種裝置與沖壓過程同步，以扭轉(zhuǎn)電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓角度，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)疊鉚沖片。該生產(chǎn)工藝可促進(jìn)工程技術(shù)進(jìn)步，提高定轉(zhuǎn)子領(lǐng)域的自動(dòng)化水平[1]。

1 電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓控制系統(tǒng)的組成

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的與任務(wù)

本系統(tǒng)以揚(yáng)力公司P2H-500大噸位高速精密壓力機(jī)為主體開發(fā)一條全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。通過該生產(chǎn)線的總體布局，包括銘誠開卷機(jī)、P2H-500高速精密壓力機(jī)、電機(jī)定轉(zhuǎn)子多工位級(jí)進(jìn)模具、定轉(zhuǎn)子帶回轉(zhuǎn)和扭斜角度沖壓控制裝置等組成模塊的設(shè)計(jì)，以掌握電機(jī)硅鋼片定轉(zhuǎn)子帶回轉(zhuǎn)和扭斜角度沖壓全自動(dòng)生產(chǎn)的核心技術(shù)。該生產(chǎn)線整條線單人操作即可，與傳統(tǒng)的單人單機(jī)生產(chǎn)需要6-8人相比，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，年生產(chǎn)能力可達(dá)500萬件。

本系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)包括：①P2H-500高速精密壓力機(jī)；②電機(jī)定轉(zhuǎn)子帶回轉(zhuǎn)和扭斜控制裝置；③控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。我們?cè)O(shè)計(jì)的電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線占地面積小，生產(chǎn)效率高，4～6臺(tái)相同類型不同噸位的P2H系列高速精密壓力機(jī)生產(chǎn)線生產(chǎn)能力足以滿足電機(jī)生產(chǎn)廠家的需要。圖1為電機(jī)定轉(zhuǎn)子自動(dòng)化生產(chǎn)線現(xiàn)場布置簡圖。

圖1 電機(jī)定轉(zhuǎn)子自動(dòng)化生產(chǎn)線現(xiàn)場布置圖

1.2 P2H-500高速精密壓力機(jī)

P2H-500型閉式雙點(diǎn)高速精密壓力機(jī)具有高精度、高強(qiáng)度和高剛度的特點(diǎn)，適用于沖裁、沖孔、落料等工作，特別適合于大尺寸或多排高精密定轉(zhuǎn)子等高強(qiáng)度薄板類連續(xù)沖壓工作，可大大提高生產(chǎn)效率[2]。P2H-500高速精密壓力機(jī)滑塊行程250mm，行程次數(shù)20～60SPM，工作臺(tái)板尺寸3200mmx1550mm，主電機(jī)功率為90kW。

P2H-500型高速精密壓力機(jī)整體機(jī)身剛度達(dá)1/8000，并確保壓力機(jī)在長期運(yùn)轉(zhuǎn)中各項(xiàng)精度的穩(wěn)定性[3]。整機(jī)采用齒輪驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)軸左右方向布置，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，耐沖擊磨損，運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低。齒輪采用高強(qiáng)度齒輪傳遞，高強(qiáng)度齒輪具有齒輪精度高、齒面硬度大，齒面淬火后經(jīng)磨齒處理、承受載荷大等優(yōu)點(diǎn)，且重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、外形美觀[4]。

整機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用大功率變頻調(diào)速電機(jī)，機(jī)械特性軟，允許飛輪有較大的轉(zhuǎn)速降而電機(jī)不會(huì)過載。如圖2為P2H-500型閉式雙點(diǎn)高速精密壓力機(jī)簡圖。

圖2 P2H-500高速精密壓力機(jī)簡介圖

1.3 電機(jī)定轉(zhuǎn)子帶回轉(zhuǎn)和扭斜控制裝置

高速精密壓力機(jī)準(zhǔn)備運(yùn)行，自動(dòng)送料裝置和出料裝置同步運(yùn)行，選擇模具并設(shè)定步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)，匯川PLC輸出控制信號(hào)給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力輸出給步進(jìn)電機(jī)。高速精密壓力機(jī)每沖壓一次，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一次，步進(jìn)電機(jī)的具體角度數(shù)由脈沖數(shù)決定?？刂贫ㄞD(zhuǎn)子扭斜的步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力輸出由步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器提供，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與模具內(nèi)定轉(zhuǎn)子沖片回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)硬性連接。圖3所示為電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓控制裝置原理圖。

圖3 電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓控制裝置原理圖

1.4 電機(jī)定轉(zhuǎn)子多工位級(jí)進(jìn)模具

隨著新產(chǎn)品、新工藝的不斷涌現(xiàn)，國外沖壓模具已經(jīng)從常規(guī)的單副級(jí)進(jìn)模向多功能組合模具、生產(chǎn)線的配套組合模具工裝、特大型級(jí)進(jìn)模以及微細(xì)零件沖壓成型模具等方面發(fā)展，而國內(nèi)企業(yè)則急需掌握特種高精尖模具技術(shù)，如特大型高精模、超高速?zèng)_壓、超薄、超強(qiáng)和微細(xì)型零件成形沖壓模具的關(guān)鍵技術(shù)，等。此次電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓多工位級(jí)進(jìn)模具是由與公司合作的某國內(nèi)知名模具企業(yè)提供[5]。

定轉(zhuǎn)子材料為卷料硅鋼片，料厚為0.4mm～0.6 mm不等，大批量生產(chǎn)。電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子片在電機(jī)中的使用數(shù)量是相同的，其外徑尺寸相差1mm，具備一起套沖的條件，若制成單工序?；驈?fù)合模則均不能同時(shí)完成兩工件的沖裁。另外，零件的精度要求較高，工件的工序均為落料和沖孔，異形孔多，形狀也比較復(fù)雜，適宜采用多工位級(jí)進(jìn)模進(jìn)行生產(chǎn)[6]。

模具結(jié)構(gòu)采用四導(dǎo)柱滾珠導(dǎo)向模架。上模具部分由上模座、凸模固定板、墊板、卸料板、卸料板基體和各個(gè)凸模組成，上模板與卸料板之間安裝有滾珠導(dǎo)向小導(dǎo)柱、導(dǎo)套。下模具部分由下模座、凹?；w以及各凹模鑲塊組成[7]。如圖4所示為電機(jī)定轉(zhuǎn)子多工位級(jí)進(jìn)模具圖。

圖4 電機(jī)定轉(zhuǎn)子多工位級(jí)進(jìn)模具圖

2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

該電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓控制系統(tǒng)包括P2H-500高速精密壓力機(jī)控制系統(tǒng)和電機(jī)定轉(zhuǎn)子帶回轉(zhuǎn)和扭斜控制裝置子系統(tǒng)兩部分。P2H-500高速精密壓力機(jī)控制系統(tǒng)包括變頻器、主電機(jī)、擴(kuò)展基板、CPU模塊、總線DeviceNet模塊、Omron觸摸屏、本地I/O模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、電子凸輪CAM335。

變頻器電源輸出端口與主電機(jī)連接，Omron觸摸屏通過RS485專用高速通訊電纜與變頻器進(jìn)行高速串行通訊。CPU模塊、總線DeviceNet模塊、本地I/O模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊安裝在擴(kuò)展基板上，遠(yuǎn)程I/O模塊通過總線DeviceNet專用電纜與CPU模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，Omron觸摸屏通過專用工業(yè)以太網(wǎng)直接連接在CPU模塊上，進(jìn)行實(shí)時(shí)高速通訊。角度編碼器安裝在壓力機(jī)曲軸端部，其信號(hào)線接入電子凸輪CAM335，并將曲軸轉(zhuǎn)過的角度信號(hào)提供給電子凸輪CAM335。

遠(yuǎn)程I/O模塊通過總線DeviceNet專用電纜與DeviceNet模塊進(jìn)行通訊連接，壓力機(jī)控制所需的所有遠(yuǎn)程輸入輸出信號(hào)直接連接在遠(yuǎn)程I/O模塊上。所有從PLC控制單元到壓力機(jī)控制臺(tái)部分信號(hào)線，也由遠(yuǎn)程I/O模塊通過總線DeviceNet專用電纜和CPU通信，而且因DeviceNet專用電纜采用高速雙絞屏蔽纏繞方式，其抗干擾能力大大提高。該線生產(chǎn)后運(yùn)行良好，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)場沖壓的電機(jī)帶回轉(zhuǎn)和扭斜定轉(zhuǎn)子實(shí)物圖如圖5所示。

圖5 電機(jī)帶回轉(zhuǎn)和扭斜定轉(zhuǎn)子實(shí)物圖

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一條電機(jī)帶回轉(zhuǎn)和扭斜定轉(zhuǎn)子全自動(dòng)生產(chǎn)線，以P2H-500閉式雙點(diǎn)高速精密壓力機(jī)為主體，配套電機(jī)定轉(zhuǎn)子帶回轉(zhuǎn)和扭斜控制裝置和定轉(zhuǎn)子多工位級(jí)進(jìn)模具，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)定轉(zhuǎn)子自動(dòng)化生產(chǎn)，使客戶生產(chǎn)各型號(hào)電機(jī)能力大大提高。用精密加工機(jī)床作保證，以先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)為后盾，公司開發(fā)制造的全自動(dòng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子生產(chǎn)線，可使不同型號(hào)電機(jī)的制造水平得到大幅提高，不僅保證了電機(jī)的高穩(wěn)定技術(shù)性能，而且滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。

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