全自動(dòng)沖壓機(jī)運(yùn)行效率提升研究

摘 要：全自動(dòng)沖壓設(shè)備安全可靠，應(yīng)用越來越廣泛，為了更好的發(fā)揮設(shè)備的運(yùn)行效率，本文以一臺(tái)全自動(dòng)沖壓設(shè)備為例，把變頻電機(jī)控制的上、下料機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)控制的轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)控制的運(yùn)料機(jī)構(gòu)等分別進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，給出了提升設(shè)備運(yùn)行效率的具體措施。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)沖壓機(jī)；效率提升；優(yōu)化措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.198

1 引言

傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備很多采用手工操作，手工送料、取料，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較高，容易疲勞和產(chǎn)生安全事故，工人因操作不當(dāng)導(dǎo)致身體損傷的情況時(shí)有發(fā)生，且工作效率不高。全自動(dòng)沖壓設(shè)備由于安全可靠，效率較高，應(yīng)用越來越廣泛，各種各樣的自動(dòng)沖壓設(shè)備被研制出來。為了更好的發(fā)揮這些自動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行效率，進(jìn)行連續(xù)、高效生產(chǎn)活動(dòng)，我們對(duì)一臺(tái)全自動(dòng)沖壓設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)研究和試驗(yàn)，在保證安全可靠的情況下，這臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行效率提升明顯。

2 自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)原理分析及效率提升

（1）自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理。這臺(tái)全自動(dòng)沖壓設(shè)備的自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)，就是設(shè)備的原材料倉庫和成品庫，與二維送料機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)原材料的出庫和加工后成品的入庫。主要運(yùn)動(dòng)部件是物料盤，物料盤采用三相交流異步電機(jī)帶動(dòng)，交流異步電機(jī)采用了三菱變頻器驅(qū)動(dòng)，物料盤由交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鏈輪、鏈條一起上下運(yùn)行，具體位置由磁性傳感器無接觸感應(yīng)控制，對(duì)于物料的取放，則采用了真空吸盤，實(shí)現(xiàn)了柔性抓取。

（2）自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)運(yùn)行效率提升。對(duì)于采用變頻器驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)的機(jī)構(gòu)，我們重點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行了研究和試驗(yàn)，這款設(shè)備三菱變頻器采用FR-D720S-0.4K-CHT型號(hào)，與三菱PLC配合，可以輕松實(shí)現(xiàn)三相交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)和多段速控制。這臺(tái)設(shè)備變頻器初始的設(shè)置是低速運(yùn)行，采用10HZ的低速頻率，PLC控制也只采用了一種速度，以保證取、放料的可靠性。我們?cè)谛蕛?yōu)化改進(jìn)時(shí)，變頻器采用高、中、低3速設(shè)置，對(duì)應(yīng)PLC也增加了兩路通信線。具體是，物料盤的空運(yùn)行采用高速運(yùn)行，變頻器輸出45HZ的頻率，物料盤快速到達(dá)取料位置，在真空吸盤抓取物料以后，采用20HZ頻率中速運(yùn)行，保證物料盤吸住原材料穩(wěn)速到達(dá)放料位置，而在加工后成品入庫的位置微調(diào)過程中，采用10HZ低速運(yùn)行，保證物料精準(zhǔn)入庫。在以上效率提升改進(jìn)中，充分發(fā)揮了PLC控制優(yōu)勢(shì)和變頻器的變頻調(diào)速優(yōu)勢(shì)，通過改進(jìn)和調(diào)試，自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)運(yùn)行效率提升了一倍，取放料時(shí)間縮短為原來的一半。

3 二維送料機(jī)構(gòu)原理分析及效率提升

（1）二維送料機(jī)構(gòu)原理。這臺(tái)全自動(dòng)沖壓設(shè)備的的二維送料機(jī)構(gòu)有上下兩層，主要由滾珠絲桿螺母副、工作臺(tái)、直線導(dǎo)軌副等組成，下一層實(shí)現(xiàn)X軸方向的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，上一層實(shí)現(xiàn)Y軸方向的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，上下兩層均采用伺服電機(jī)控制，以實(shí)現(xiàn)平面位置的精確控制。同時(shí)，為保證安全，兩層工作臺(tái)均安裝有極限位置傳感器，為實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)快速回原點(diǎn)，兩層工作臺(tái)還設(shè)置了原點(diǎn)位置傳感器。這個(gè)二維送料機(jī)構(gòu)就是通過伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)在平面空間里自由移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了物料精準(zhǔn)移動(dòng)，也實(shí)現(xiàn)了精確位置沖孔。

（2）二維送料機(jī)構(gòu)運(yùn)行效率提升。這臺(tái)設(shè)備的二維送料機(jī)構(gòu)采用了交流伺服驅(qū)動(dòng)，主要選用臺(tái)灣東元TSTE交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其配套電機(jī)。在交流伺服驅(qū)動(dòng)初始設(shè)置中，其電子齒輪比為3：1，PLC輸出的脈沖速率為20000PPS/S，二維送料機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，其運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)30mm/S，但用時(shí)較長(zhǎng)，效率低下。我們?cè)谛蕛?yōu)化改進(jìn)時(shí)，把電子齒輪比從3：1改為2：1，在PLC編程控制中，把二維送料機(jī)構(gòu)的PLC輸出脈沖速率設(shè)置為100000 PPS /S，這樣工作臺(tái)就能最快的速度到達(dá)指定位置，其運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)100mm/S，同時(shí)，把脈沖輸出的加減速時(shí)間由100ms調(diào)整為300ms， 減少了二維工作臺(tái)的瞬時(shí)沖擊，保證了物料在夾鉗上的穩(wěn)定性，同時(shí)也保證了沖孔的精準(zhǔn)度，使加工出來的產(chǎn)品合格率更高。通過以上改進(jìn)，二維送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)行效率提升很多，用時(shí)為原來的三分之一。

4 沖壓機(jī)模具轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)的原理分析及效率提升

（1）沖壓機(jī)模具轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)的原理。這臺(tái)設(shè)備的轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)主要由上模盤、下模盤、鏈輪、鏈條、上下模盤定位支架、上下模盤定位銷、氣動(dòng)定位裝置等組成，上下兩個(gè)模盤共有4個(gè)模具工位，可以安裝4種不同的模具。上下模盤運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩個(gè)鏈輪、鏈條和一個(gè)軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上下模盤的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了上下模盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度的精確控制，可以方便的進(jìn)行模具的自由調(diào)換。

（2）沖壓機(jī)模具轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)的效率提升。這臺(tái)設(shè)備轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用了深圳雷塞公司的M542步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)是2GN30K，自帶減速器的減速比為1：30。在初始設(shè)置中，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分為8000，PLC輸出控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器脈沖速率為20000PPS/S，脈沖輸出加減速時(shí)間為100ms。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，模盤運(yùn)動(dòng)較穩(wěn)定，但換模具的時(shí)間較長(zhǎng)，大概需要7秒運(yùn)轉(zhuǎn)90度，即最少需要7秒鐘換一個(gè)模具，且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，容易出現(xiàn)模盤短時(shí)卡住，運(yùn)動(dòng)不到位的情況。我們?cè)谛蕛?yōu)化改進(jìn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)改為10000， 轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)PLC輸出脈沖速率設(shè)置為60000 PPS /S，把脈沖輸出的加減速時(shí)間改為500ms， 改進(jìn)后達(dá)到的效果就是模盤換模效率高了，模盤3秒鐘就能運(yùn)轉(zhuǎn)90度，即最快3秒換一個(gè)模具，效率比原來提高了一倍。在穩(wěn)定性方面，由于把換模加減速時(shí)間由100ms改為500ms， 就算有短時(shí)卡盤現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)也能自動(dòng)調(diào)整，并通過定位銷重新精確復(fù)位，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)驗(yàn)證，模盤再也沒有出現(xiàn)卡盤和運(yùn)動(dòng)不到位情況，模盤運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性有了較大提高。

5 整機(jī)聯(lián)合調(diào)試及綜合效率提升

在上下料機(jī)構(gòu)、二維送料機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)三大部件優(yōu)化的基礎(chǔ)上，在整機(jī)運(yùn)行聯(lián)合調(diào)試時(shí)，還進(jìn)行了一些其它調(diào)整，以提高這臺(tái)設(shè)備的綜合效率。首先，這臺(tái)沖壓設(shè)備采用的是氣液增壓缸沖壓，由于氣液增壓缸耗氣量大，運(yùn)動(dòng)較為緩慢，所以在效率提升優(yōu)化時(shí)，適當(dāng)?shù)奶岣吡藲庠吹膲毫?，有初始?.4MPa調(diào)整為0.8MPa， 沖壓缸運(yùn)動(dòng)速度快了很多。在觸摸屏控制和監(jiān)控顯示方面，實(shí)現(xiàn)了觸摸屏和工作臺(tái)按鈕聯(lián)合控制，即設(shè)備既可以用工作臺(tái)的按鈕啟動(dòng)停止，又可以用觸摸屏上的虛擬按鈕進(jìn)行啟停控制，同時(shí)還對(duì)加工物料的數(shù)量、加工時(shí)間、沖壓狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行了監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了方便控制，在提高工人工作效率的同時(shí)提升了設(shè)備的綜合效率。

6 結(jié)語

通過這臺(tái)全自動(dòng)沖壓設(shè)備效率優(yōu)化提升，我們研究了PLC聯(lián)合變頻器控制三相交流電機(jī)、PLC聯(lián)合伺服驅(qū)動(dòng)器控制交流伺服電機(jī)、PLC聯(lián)合步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)等多方面的效率提升問題，這為其它自動(dòng)化設(shè)備的效率優(yōu)化提供了一些參考。同時(shí)說明，我們使用的各種自動(dòng)化加工設(shè)備還有效率提升空間，需要我們不斷的研究和效率優(yōu)

（下轉(zhuǎn)第220頁）

（上接第218頁）

化，從而提高設(shè)備的加工效率，提高工人的勞動(dòng)生產(chǎn)率。

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作者簡(jiǎn)介：官倫（1974-），男，本科，高級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，高級(jí)技師，官倫電工首席技能大師工作室主持人，從事電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的研究。