數(shù)控伺服多工位成形液壓機(jī)的研發(fā)

文/沈銀華，沈中偉，周凌華·湖州機(jī)床廠有限公司

目前，大多數(shù)國內(nèi)工廠生產(chǎn)沖壓零件，料片需要經(jīng)過“串聯(lián)壓機(jī)線”，經(jīng)過多臺(tái)壓機(jī)和多副模具后才能成為成品?！按?lián)壓機(jī)線”排布方式有水平成線或前后串聯(lián)成線，操作人員多，整線使用占地面積大，半成品須經(jīng)流轉(zhuǎn)、搬運(yùn)進(jìn)入下道工序，存在中間費(fèi)用，落后的設(shè)備和生產(chǎn)方式制約了規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展進(jìn)程。市場(chǎng)急需數(shù)控多工位成形壓力機(jī)，通過壓機(jī)滑塊一次沖壓行程完成多道成形，成形工序包含下料、拉深、沖孔切邊、折彎、整形等。

多工位成形壓力機(jī)，使用者主要有兩種選擇，機(jī)械壓力機(jī)和數(shù)控伺服液壓機(jī)，機(jī)械壓力機(jī)的高效率不用置疑；數(shù)控伺服多工位液壓機(jī)和模具、自動(dòng)化送料機(jī)構(gòu)完美結(jié)合，提高了生產(chǎn)效率，提升了操作安全，具體而言，數(shù)控伺服液壓機(jī)具有以下特點(diǎn)。

⑴易于實(shí)現(xiàn)公稱力和工作行程，對(duì)超大型零件、長行程成形具備不可替代的優(yōu)勢(shì)。

⑵滑塊行程能根據(jù)模具高度進(jìn)行任意調(diào)整，行程范圍內(nèi)任何位置均可實(shí)現(xiàn)最大壓力，任何位置壓制壓力、保壓時(shí)間均可設(shè)定，下極限位置具備長時(shí)間保壓功能。

⑶電氣自動(dòng)化技術(shù)，智能人機(jī)界面，操作人員入門簡單、快捷，物聯(lián)網(wǎng)模塊的加盟，使得遠(yuǎn)程維護(hù)、工廠智能化管理均能簡易實(shí)現(xiàn)。

⑷數(shù)控伺服技術(shù)，使滑塊速度調(diào)節(jié)簡便，調(diào)整精度高，沖擊振動(dòng)小，噪聲低，節(jié)能降耗，改善操作環(huán)境。

⑸液壓系統(tǒng)配置安全閥，具有安全調(diào)壓和限壓功能，有效保護(hù)模具。

⑹結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，元件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，制造周期短，造價(jià)低。

總體設(shè)計(jì)方案

該類液壓機(jī)成形工藝特殊，滑塊在一次沖壓行程內(nèi)壓制同一零件的不同工位件，由自動(dòng)化送料機(jī)構(gòu)完成相鄰工位件的傳送，最終實(shí)現(xiàn)一次成件的目的。根據(jù)市場(chǎng)需求，湖州機(jī)床廠有限公司已形成系列產(chǎn)品，數(shù)控伺服多工位成形液壓機(jī)是集機(jī)械、電氣、液壓控制和數(shù)字檢測(cè)技術(shù)于一身的專用機(jī)械成形設(shè)備，和自動(dòng)化送料機(jī)構(gòu)無縫銜接，整線智能控制，確保生產(chǎn)穩(wěn)定、高效，滿足生產(chǎn)廠家產(chǎn)能要求。

生產(chǎn)線整機(jī)布局如圖1 所示，主要包括：線首上料單元→多工位自動(dòng)機(jī)械手（三次元或二次元）→多工位成形液壓機(jī)→線尾成品皮帶輸送機(jī)，整線布局合理、生產(chǎn)有序。

圖1 生產(chǎn)線整機(jī)布局

由于多工位一次壓制成形的特點(diǎn)，不同工位壓制產(chǎn)生的偏載不可避免，滑塊受偏載會(huì)產(chǎn)生傾斜，超過一定的程度，就會(huì)造成被壓工件報(bào)廢、損壞模具，而且會(huì)嚴(yán)重影響液壓設(shè)備的使用壽命。因此，多工位成形液壓機(jī)對(duì)設(shè)備和控制系統(tǒng)提出了更高的要求。

數(shù)控伺服多工位成形技術(shù)方案

液壓機(jī)機(jī)身采用分體拉桿組合式框架，焊接大件經(jīng)三維有限元分析優(yōu)化，上梁、下梁和四根支柱通過拉桿和螺母緊固，經(jīng)液壓螺母超壓預(yù)緊，形成剛性機(jī)架，結(jié)合面設(shè)置方便，提高抗偏能力。配置前后移工作臺(tái)，驅(qū)動(dòng)方式采用減速電機(jī)加變頻器，方便更換模具。上、下工作臺(tái)面由高精數(shù)控加工機(jī)床確保平面度和平行度公差。

按制品工藝要求，將多副模具順序排列，每副模具的閉合高度必須保證相同，確定工位數(shù)、工位步距、工作臺(tái)面尺寸和側(cè)面送料窗口等主要參數(shù)，確定機(jī)械手運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

滑塊由油缸驅(qū)動(dòng)，通過安裝于支柱上的斜楔式四角八面導(dǎo)軌導(dǎo)向作上下運(yùn)動(dòng)?；瑝K動(dòng)態(tài)平行度是保證制品質(zhì)量、保護(hù)模具和設(shè)備的關(guān)鍵。滑塊行程檢測(cè)采用進(jìn)口高分辨率位移傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)滑塊左右方向的壓制位移偏差，作為系統(tǒng)判斷是否進(jìn)行調(diào)平的依據(jù)。位移傳感器選型時(shí)保證精度高，誤差小。

全閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)泵控液壓系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制器、油泵、壓力傳感器和位移傳感器組成，可以進(jìn)行壓力閉環(huán)和位移閉環(huán)控制。該系統(tǒng)響應(yīng)迅速，減少了動(dòng)作切換時(shí)間，加快了節(jié)拍。在閉環(huán)控制模式下，由壓力傳感器或位移傳感器采集相關(guān)信號(hào)并傳遞給運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行運(yùn)算，然后控制伺服驅(qū)動(dòng)器改變伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將實(shí)際發(fā)生值與設(shè)定值不斷比對(duì)，直至達(dá)到目標(biāo)值，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，過沖小。該系統(tǒng)在滿足制品壓制工藝要求的前提下，有效降低了能耗，降低了噪聲，改善了工作環(huán)境。液壓系統(tǒng)閥組采用二通插裝閥系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、工作可靠。

電氣控制采用PLC 可編程序控制器，配置工控機(jī)或觸摸式工業(yè)顯示屏作為人機(jī)界面，顯示和設(shè)置滑塊壓力、行程等壓制參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)是滑塊動(dòng)態(tài)糾偏調(diào)平的核心部分（圖2），通過編程軟件控制執(zhí)行元件動(dòng)作，保證滑塊動(dòng)態(tài)平行度。液壓機(jī)配置有物聯(lián)網(wǎng)模塊，模塊支持WIFI、4G、以太網(wǎng)連接，支持遠(yuǎn)程協(xié)助。用戶可通過終端，如PC、手機(jī)隨時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、產(chǎn)量、能耗狀態(tài)等信息，同時(shí)可以將數(shù)據(jù)與用戶MES 系統(tǒng)進(jìn)行交換，形成智能化工廠模式。

圖2 調(diào)平系統(tǒng)閉環(huán)控制原理圖

多工位自動(dòng)化技術(shù)方案

多工位自動(dòng)化技術(shù)方案包括線首上料單元、多工位機(jī)械手、線尾成品皮帶輸送機(jī)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成，具體內(nèi)容如下。

⑴線首上料單元。本方案提及料片為垛料上料方式 ，卷料暫且不論。垛料小車上料→磁性分張、機(jī)械手或機(jī)器人拆垛（雙料檢測(cè)）→磁性皮帶機(jī)輸送→料片定位（零位等待）。

⑵多工位機(jī)械手以三次元為例，采用3 個(gè)可編程軸（X 軸、Y 軸、Z 軸），由三個(gè)伺服電機(jī)各自驅(qū)動(dòng)，單獨(dú)控制，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，三軸行程均可按產(chǎn)品定制。伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器選擇日本三菱品牌，接桿采用鋁合金高強(qiáng)度型材，以提升穩(wěn)定性，提高節(jié)拍為宗旨，自然節(jié)拍約12 ～20 次/分，配合油壓機(jī)的1 個(gè)工作周期的時(shí)間≤4 秒（含平緊、提升、平移、下降、松開全套動(dòng)作）。更換產(chǎn)品后，僅需更換對(duì)應(yīng)夾爪或端拾器即可。

⑶線尾成品皮帶輸送機(jī)，皮帶機(jī)由機(jī)架、電機(jī)減速機(jī)、傳送帶、滾筒等部分組成。

⑷自動(dòng)化控制系統(tǒng)，采用集成中央CPU控制結(jié)構(gòu)，選用三菱的CPU，控制系統(tǒng)具備存儲(chǔ)999 套模具相應(yīng)參數(shù)功能。自動(dòng)化PLC 與壓機(jī)PLC 之間的互鎖信號(hào)通過Profibus/Devicenet/CC-LINK 總線的方式進(jìn)行連接，通過總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)機(jī)械手控制系統(tǒng)配置標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)口，供監(jiān)控系統(tǒng)使用。不具備總線連接的特殊設(shè)備將采用硬接線方式實(shí)現(xiàn)信息交換和聯(lián)鎖控制，整線安全聯(lián)鎖采用硬接線的方式實(shí)現(xiàn)信息交換。

結(jié)束語

多工位自動(dòng)化與數(shù)控伺服多工位成形液壓機(jī)相互配合，能滿足多工位模具偏載工藝的生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化及遠(yuǎn)程控制，同步控制精度高，響應(yīng)頻率快；生產(chǎn)效率遠(yuǎn)超過多臺(tái)成線的工作效率，減少了操作員工；降低綜合能耗，縮短制造周期；減少輔助時(shí)間、輔助場(chǎng)地；我公司產(chǎn)品在客戶處生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，獲得了客戶的一致認(rèn)可。