数控伺服多工位成形液压机的研发

  目前，大多数国内工厂生产冲压部件，材料片需要通过串联压缩机线，通过多个压缩机和多个模具才能成为成品。串联压缩机线的布置方式为水平线或前后线，操作人员多，整条线占地面积大。半成品必须通过转移和处理进入下一个过程，存在中间成本。落后的设备和生产模式限制了大规模生产的发展过程。市场迫切需要数控多站成型压力机，通过压缩机滑块完成多个成型，成型过程包括材料、深度、冲孔边缘、弯曲、整形手术等。

  用户主要有两种选择：机械压力机和数控伺服液压机。毫无疑问，机械压力机的高效率；数控伺服多站液压机与模具和自动送料机构完美结合，提高了生产效率和操作安全性。具体来说，数控伺服液压机具有以下特点。

  ⑴易于实现公称力和工作行程，对超大型零件、长行程成形具备不可替代的优势。

  ⑵滑块行程可根据模具高度进行任意调整，行程范围内的任何位置都可以达到最大压力，可以设力保护时间可设置在任何位置，下限位置具有长期压力保护功能。

  ⑶电气自动化技术、智能人机界面、操作人员简单快捷，加入物联网模块，可以简单实现远程维护和工厂智能管理。

  ⑷数控伺服技术简单调节滑块速度，调节精度高，冲击振动小，噪音低，节能降耗，改善操作环境。

  ⑸液压系统配有安全阀，具有安全调压和限压功能，有效保护模具。

  ⑹结构相对简单，元件标准化，系列化，制造周期短，成本低。

  这种液压机具有特殊的成型工艺。滑块在冲压过程中压制同一部件的不同工位部件，相邻工位部件的传输由自动给料机构完成，最终成件的目的。根据市场需求，湖州机床厂有限公司形成了一系列产品，数控伺服多站成型液压机是集机械、电气、液压控制和数字检测技术为一体的专用机械成型设备，与自动给料机构无缝连接，智能控制，确保稳定高效的生产，满足厂家的生产能力要求。

  生产线整机布局如图1 所示，主要包括：线首给料单元→多工位自动机械手(三维或二维)→多工位成型液压机→线尾成品带式输送机布局合理，生产有序。

  图1 生产线整机布局

  由于多工位一次压制成型的特点，不同工位压制产生的偏载不可避免，滑块偏载会倾斜。在一定程度上，压力工件会报废和损坏模具，严重影响液压设备的使用寿命。因此，多工位成型液压机对设备和控制系统提出了更高的要求。

  数控伺服多工位成形技术方案

  液压机机身采用分体拉杆组合式框架，焊接大件经三维有限元分析优化，上梁、下梁和四根支柱通过拉杆和螺母紧固，经液压螺母超压预紧，形成刚性机架，结合面设置方便，提高抗偏能力。配置前后移工作台，驱动方式采用减速电机加变频器，方便更换模具。上、下工作台面由高精数控加工机床确保平面度和平行度公差。

  根据产品工艺要求，按顺序排列多个模具，每个模具的闭合高度必须相同，确定工位数、工位步距、工作台尺寸、侧给料窗等主要参数，确定机械手运动参数。

  滑块由气缸驱动，通过安装在支柱上的斜楔形四角形八面导轨上下移动。滑块的动态平行度是保证产品质量、保护模具和设备的关键。滑块行程检测采用进口高分辨率位移传感器，实时检测滑块左右方向的压制位移偏差，作为系统判断是否平整的基础。位移传感器确保精度高，误差小。

  全闭环伺服驱动泵控制液压系统由伺服电机、伺服驱动器、运动控制器、油泵、压力传感器和位移传感器组成，可进行压力闭环和位移闭环控制。该系统响应迅速，减少了动作切换时间，加快了节奏。在闭环控制模式下，压力传感器或位移传感器收集相关信号并传输给运动控制器，然后控制伺服驱动器改变伺服电机的速度，将实际值与设定值进行比较，直到达到目标值，系统性能稳定，过小。在满足产品抑制工艺要求的前提下，系统有效降低能耗、噪声，改善工作环境。液压系统阀组采用结构紧凑、动作灵敏、工作可靠的二通插入阀系统。

  采用电气控制PLC 可编程控制器配备工业控制器或触摸工业显示屏作为人机界面，显示和设置滑块压力、行程等抑制参数。控制系统是滑块动态偏差调平的核心部分（图2），通过编程软件控制执行器动作，以确保滑块动态平行。液压机配备物联网模块，模块支持WIFI、4G、支持远程协助的以太网连接。用户可以通过终端，如PC、手机可以随时查看设备的运行状态、产量、能耗状态等信息，并将数据与用户联系起来MES 系统进行交换，形成智能化工厂模式。

  图2 调平系统闭环控制原理图

  多工位自动化技术方案包括线首给料单元、多工位机械手、线尾成品带式输送机、自动化控制系统。具体内容如下。

  ⑴线首给料单元。本方案提到，料片为堆料给料方式 ，卷料暂时不论。堆垛车上料。→磁分张、机械手或机器人拆卸(双料检测)→磁带机输送→料片定位(零位等待)。

  ⑵以三维为例，多工位机械手采用3 个可编程轴（X 轴、Y 轴、Z 轴)由三三个伺服电机驱动，独立控制，独立运动，三轴行程可根据产品定制。伺服电机和驱动选择日本三菱品牌，杆采用铝合金高强度型材，提高稳定性，提高节拍，自然节拍约12 ～20 次/分，1 油压机工作周期的时间≤4 秒(包括平紧、提升、平移、下降、松开全套动作)。更换产品后，只需更换相应的爪或端拾器即可。

  ⑶线尾成品带式输送机由机架、电机减速器、传送带、滚筒等组成。

  ⑷集成中央控制系统采用自动控制系统CPU控制结构，选择三菱CPU，控制系统具有存储999 套模具相应参数的功能。PLC 与压机PLC 之间的互锁信号通过Profibus/Devicenet/CC-LINK 连接总线，通过总线进行数据交换。同时，机械手控制系统配置标准的以太网口供监控系统使用。没有总线连接的特殊设备将通过硬接线实现信息交换和联锁控制，整线安全联锁将通过硬接线实现信息交换。

  多工位自动化与数控伺服多工位成型液压机相互配合，满足多工位模具偏载工艺的生产要求，实现自动化、智能化、远程控制，同步控制精度高，响应频率快；生产效率远远超过多条生产线的工作效率，降低操作人员；降低综合能耗，缩短制造周期；减少辅助时间和场地；我们的产品在客户生产线上运行稳定，得到了客户的一致认可。

  工程师沈银华主要从事方案设计和新产品开发，根据客户需求制定具体技术方案和预算，进行现场技术沟通和技术支持；设计图纸具体方案评审；标准化工作评审。获得砂轮压制液压机等多项发明专利和科技成果。

  —— 来源:2019年第18期锻造冲压