臥式雙動(dòng)短行程鋁擠壓機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)及工藝流程

文/郭爽爽·太重（天津）濱海重型機(jī)械有限公司

臥式雙動(dòng)短行程鋁擠壓機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)及工藝流程

文/郭爽爽·太重（天津）濱海重型機(jī)械有限公司

郭爽爽，碩士，畢業(yè)于太原科技大學(xué)，從事鍛壓設(shè)備電氣設(shè)計(jì)和自動(dòng)化控制工作，參與了55MN、75MN、90MN等多型號(hào)單雙動(dòng)擠壓機(jī)的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作。

臥式雙動(dòng)短行程鋁擠壓機(jī)采用短行程前上料正向擠壓方式，可以適用于鋁合金管材、型材和棒材的正向擠壓加工；有助于減少鋁錠外部摩擦，提高變形效率。擠壓機(jī)的電控系統(tǒng)采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)。臥式雙動(dòng)正向短行程鋁擠壓機(jī)采用的主要技術(shù)集中體現(xiàn)了當(dāng)代雙動(dòng)擠壓機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和先進(jìn)技術(shù)水平，其輔助機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)的改進(jìn)通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，該擠壓機(jī)不僅適用于生產(chǎn)制造和利于操作維護(hù)，而且生產(chǎn)效率高、節(jié)能。

臥式雙動(dòng)短行程鋁擠壓機(jī)（圖1）主要適用于鋁及鋁合金管材、型材和棒材的正向擠壓加工。它采用了短行程前上料的方式，擠壓行程比常規(guī)的擠壓機(jī)縮短了1/3，機(jī)架開(kāi)檔減少1/6，使受力框架具有更高的剛度。采用獨(dú)特的墊片供給、接收機(jī)械手代替以往的墊片循環(huán)系統(tǒng)，減少無(wú)功作業(yè)時(shí)間，降低生產(chǎn)線(xiàn)的功率消耗，縮短了非擠壓輔助時(shí)間。穿孔針可以實(shí)現(xiàn)液壓和手動(dòng)兩種旋轉(zhuǎn)安裝方式，其系統(tǒng)采用內(nèi)置式，可實(shí)現(xiàn)固定針和隨動(dòng)針的擠壓方式，較高的穿孔力和穿孔回程力可防止在擠壓過(guò)程中由于摩擦力和其他外力的變化引起的穿孔針的竄動(dòng)。

系統(tǒng)控制組成

電氣控制系統(tǒng)由上位工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和工業(yè)可編程序控制器兩級(jí)控制。通過(guò)計(jì)算機(jī)和PLC系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)擠壓機(jī)工作過(guò)程的在線(xiàn)智能管理和控制。操作臺(tái)上設(shè)有操作按鈕，上位計(jì)算機(jī)設(shè)觸摸開(kāi)關(guān)，主要有信號(hào)的采集和輸出、工藝的制作、各機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息的傳輸、通訊聯(lián)絡(luò)等功能。

系統(tǒng)控制由西門(mén)子S7-400系列PLC和各分布式I/O所組成PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制通訊總線(xiàn)），用來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)和輔助機(jī)構(gòu)所提出的動(dòng)作運(yùn)行控制和各機(jī)構(gòu)之間的參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸交換。擠壓機(jī)和附屬設(shè)備及其他設(shè)備之間建立Profibus和Ethernet通訊，可以保證建立良好的通訊。

圖1 臥式雙動(dòng)短行程鋁擠壓機(jī)

程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STEP7編程軟件，根據(jù)工藝要求控制設(shè)備的壓力、位置、速度、擠壓筒溫度等控制系統(tǒng)，分別為每個(gè)控制系統(tǒng)編寫(xiě)相應(yīng)的OB（組織塊organization block）、FC（功能 function）、FB(功能塊 function block)、DB（背景數(shù)據(jù)塊 data block）等。本臺(tái)設(shè)備的控制方式與以往的控制方式相比有了較大的改進(jìn)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，由于擠壓筒作為擠壓機(jī)的關(guān)鍵部件，承受著在擠壓時(shí)與金屬之間所產(chǎn)生的摩擦力，由于在鋁合金高溫?cái)D壓時(shí)摩擦力的不同，產(chǎn)生的金屬流動(dòng)不均勻，在擠壓時(shí)通常擠壓筒的溫度要保持在420～430℃，擠壓筒在升溫時(shí)，為了防止外套開(kāi)裂等現(xiàn)象發(fā)生，其溫升斜率必須嚴(yán)格控制，采用平緩的升溫曲線(xiàn)。在這里擠壓筒加熱采用了閉環(huán)控制分區(qū)分段加熱的控制方式，這樣就可以使擠壓筒各區(qū)之間的溫度基本同步，使擠壓筒均勻加熱，這樣既保證了產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了擠壓筒的壽命。

第二，在節(jié)能方面，通過(guò)定變量組合匹配的方式，根據(jù)擠壓速度的不同可限定投入油泵的數(shù)量實(shí)現(xiàn)控制，避免節(jié)流調(diào)速使高壓油溢流造成能量損失；在保證額定壓力的條件下，根據(jù)實(shí)際情況算出流量給定自動(dòng)變量，從而節(jié)約了超壓溢流所帶來(lái)?yè)p失的能量；輔助作業(yè)時(shí)間大大縮短，即縮短了非擠壓周期，很明顯地降低了擠壓機(jī)與后部設(shè)備的功率消耗。

第三，在泄壓方面，與以前的瞬時(shí)泄壓相比，這里的主側(cè)缸、鎖緊缸泄壓現(xiàn)在采用了一種閉環(huán)方式的階梯泄壓，這樣的泄壓在時(shí)間上與以前幾乎一樣，但過(guò)程更加柔和，可以使機(jī)構(gòu)柔性化，減小了缸體和管道振動(dòng)。

擠壓設(shè)備的組成及工藝流程

擠壓設(shè)備由錠、墊、壓余機(jī)械化處理系統(tǒng)組成。包括擠壓桿、筒、坯錠運(yùn)送小車(chē)、推錠裝置、自適應(yīng)供錠機(jī)械手、活動(dòng)墊片供給接收機(jī)械手、壓余裝置。

坯錠由加熱爐出爐裝置輸送到坯錠運(yùn)送小車(chē)上，坯錠運(yùn)送小車(chē)由變頻電機(jī)通過(guò)快慢速的方式運(yùn)送至供錠器入口一側(cè)由推錠裝置將坯錠推入供錠機(jī)械手的鉗口上。

推錠裝置由變頻電機(jī)控制，在推頭的位置由編碼器控制，可準(zhǔn)確地測(cè)出每一根坯錠的實(shí)際長(zhǎng)度（檢測(cè)精度可達(dá)到±2mm），并提供給下次循環(huán)。

供錠器為前上料夾鉗式自適應(yīng)可伸縮供錠器機(jī)械手，夾持鉗口根據(jù)坯錠的實(shí)際長(zhǎng)度采用液壓方式進(jìn)行伸縮，自動(dòng)調(diào)節(jié)移動(dòng)臂的位置，滿(mǎn)足供錠工藝要求。此時(shí)，處于回程狀態(tài)的擠壓筒套住擠壓桿且使固定擠壓墊伸出擠壓筒適當(dāng)長(zhǎng)度，在模具端面和擠壓墊之間留出一個(gè)略大于錠長(zhǎng)的間距，可將坯錠水平送至壓機(jī)的中心。

擠壓筒套料后，擠壓桿退出擠壓筒，留出一個(gè)略大于活動(dòng)墊的間距，由擠壓機(jī)上方的機(jī)械手夾持活動(dòng)擠壓墊擺入機(jī)內(nèi)，通過(guò)擠壓桿推入擠壓筒內(nèi)。穿孔針采用變量泵給定，同時(shí)對(duì)穿孔缸的前后腔壓力進(jìn)行閉環(huán)控制，從而保證穿孔針與模具之間的位置相對(duì)不變，然后開(kāi)始擠壓。擠壓結(jié)束后，穿孔針?lè)祷?，擠壓筒后退到一定距離。

機(jī)械手由伺服控制在擠壓機(jī)上方沿?cái)D壓機(jī)軸線(xiàn)方向向前移動(dòng)，靠近模具擺入擠壓中心，夾鉗將擠壓墊片夾緊，主剪下降，主剪下端的壓塊壓在夾鉗上方，向下移動(dòng)，當(dāng)墊片與壓余分離后，擺出主機(jī)外，主剪繼續(xù)下降直到壓余被主剪從?？诜蛛x，擠壓墊片則由墊片供給、接收機(jī)械手沿?cái)D壓軸線(xiàn)向后移動(dòng)到擠壓筒的后側(cè)，通過(guò)活動(dòng)墊片潤(rùn)滑裝置潤(rùn)滑后，等待下一個(gè)接收循環(huán)。壓余分離后通過(guò)下方的溜槽滑到壓余運(yùn)輸裝置上用戶(hù)自備的壓余收集箱里(待裝滿(mǎn)后運(yùn)輸?shù)降孛?。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明臥式雙動(dòng)短行程鋁擠壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋁及鋁合金型材、棒材和管材的正向擠壓加工，其電氣自動(dòng)控制運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，控制精確，自動(dòng)化程度高。通過(guò)新型的控制方式降低了能耗，更加節(jié)能，為用戶(hù)降低了成本。