數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床伺服控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用
2016-8-30 來源：濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司 作者：李兵
摘要：本公司基于SVR伺服主傳動(dòng)專利技術(shù)研制的SP21250一OS型數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床，在國內(nèi)率先開發(fā)應(yīng)用了MTX型開放式數(shù)控系統(tǒng)控制技術(shù)。通過對(duì)有關(guān)技術(shù)方案與內(nèi)容的介紹，表明開放式數(shù)控系統(tǒng)在伺服沖專利技術(shù)深度開發(fā)以及系統(tǒng)性能提升方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)為讀者進(jìn)一步了解當(dāng)前數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的技術(shù)動(dòng)態(tài)與進(jìn)展提供一些有益參考。
關(guān)鍵詞：數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床；SVR伺服主傳動(dòng)專利技術(shù)；MTX開放式數(shù)控系統(tǒng)；伺服沖壓控制技術(shù)
近年來，濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司成功研發(fā)的SP數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床，應(yīng)用SVR可變連桿伺服主傳動(dòng)、雙排模位、互換轉(zhuǎn)模、多子模等發(fā)明專利技術(shù)，配套進(jìn)口整體一體化數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有技術(shù)領(lǐng)先、高速度、高精度、高效率、低能耗以及性價(jià)比高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。
最新研發(fā)成功并于CIMT2015中國國際機(jī)床展推出的SPE21250一OS型數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床(圖1)，率先在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)基于德國力士樂MTX型數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，不僅發(fā)揮出SVR可變連桿伺服主傳動(dòng)發(fā)明專利技術(shù)特點(diǎn)，刻印1800次／分，lOmm沖程、lmm步距1000次／分等主要指標(biāo)居國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平；主伺服電機(jī)功率僅為同類產(chǎn)品力矩電機(jī)的1，3，平均能耗低70％，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了ACN連續(xù)沖、自動(dòng)降噪、GUI界面、CAM軟件、NC模具庫、模式優(yōu)化、3D仿真等“智能化”技術(shù)應(yīng)用。
1、主要技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用內(nèi)容
1．1確立基于專利技術(shù)的伺服沖智能化技術(shù)平臺(tái)
(1)為滿足SP系列伺服沖專利技術(shù)的深層次開發(fā)需求并進(jìn)一步提升智能化技術(shù)水平，突破以往專用控制系統(tǒng)開發(fā)局限，以更為開放型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)建立新的技術(shù)平臺(tái)，包括開發(fā)發(fā)揮專利技術(shù)優(yōu)勢(shì)的伺服沖控制系統(tǒng)、交互式人機(jī)界面操作系統(tǒng)、一體化自動(dòng)編程軟件系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)加工過程自適應(yīng)、加工參數(shù)的優(yōu)化選擇、故障自診斷與自修復(fù)、故障回放與仿真、伺服驅(qū)動(dòng)能量優(yōu)化等智能化功能，提升綜合性能與技術(shù)附加值。
本系統(tǒng)硬件部分主要由工控機(jī)、控制器、操作面板、多軸驅(qū)動(dòng)器以及伺服電機(jī)等組成。其中，工控機(jī)用于機(jī)床信息的顯示、錄入，以及工件加工程序的存放、修改，控制器用于執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)完成指令動(dòng)作。工控機(jī)與控制器之間通過工以太網(wǎng)Ethernet電纜連接，控制器、操作面板、驅(qū)動(dòng)器之間通過工業(yè)以太網(wǎng)SERCOS—III電纜連接，并形成一個(gè)閉環(huán)控制。
該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置為5個(gè)數(shù)控軸，分別為P、X、Y、丁、C。其中，P軸為伺服沖壓軸，x、l，為板材送進(jìn)定位軸，丁軸為轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)選模軸，C軸為模具旋轉(zhuǎn)分度軸。在此基礎(chǔ)上可增配y1軸或X1、X2軸，擴(kuò)展為同步雙y軸或三伺服夾鉗送料軸等配置。數(shù)控系統(tǒng)總體方案如圖2所示。
(2)基于專利技術(shù)的伺服沖智能化技術(shù)平臺(tái)的確立，不僅使伺服主傳動(dòng)核心專利技術(shù)(CN201 1 102191487)優(yōu)勢(shì)得到高性能綜合發(fā)揮，并在數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的轉(zhuǎn)盤選模系統(tǒng)、高速送進(jìn)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及軟件技術(shù)等方面，進(jìn)行相應(yīng)系統(tǒng)控制程序與軟件深層設(shè)計(jì)開發(fā)，進(jìn)而提升多轉(zhuǎn)模或雙排模具轉(zhuǎn)盤(CN201 1203063451)、多重模具互換型轉(zhuǎn)模(CN201 I 102413950)及多子模(CN201 1203063447)、伺服夾鉗送進(jìn)系統(tǒng)(CN2010101913856)等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的高效應(yīng)用，并通過CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)與伺服沖壓數(shù)控系統(tǒng)軟件相集成，從而進(jìn)一步提升整機(jī)性能和可靠性，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列新產(chǎn)品，綜合技術(shù)性能指標(biāo)保持國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用效果如圖3所示。
該平臺(tái)硬件系統(tǒng)采用德國BOSCH承EXROTH公司IndraMotionMTX型開放式數(shù)控系統(tǒng)及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；而本行業(yè)國際技術(shù)領(lǐng)先的德國通快TRUMPF公司，也正是基于此系統(tǒng)自主開發(fā)出專有控制模式與軟件，實(shí)現(xiàn)了其沖床單旋轉(zhuǎn)沖頭、直列式模具庫、無廢料沖切等獨(dú)樹一幟的功能；同時(shí)，TRUMPF公司與BOSCH—REXROTH公司均是德國Industry 4．0計(jì)劃實(shí)施中最早加入者，其各自代表的行業(yè)領(lǐng)先技術(shù)也正是今后“智能生產(chǎn)”技術(shù)發(fā)展的方向。
1．2開發(fā)專利主傳動(dòng)的伺服沖壓控制技術(shù)
1．2．1確立專用的系統(tǒng)伺服沖壓控制方式
為保證伺服沖的高沖壓速度，同時(shí)保證其穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用驅(qū)動(dòng)模塊配置的CPU進(jìn)行沖頭驅(qū)動(dòng)控制，沖壓P軸運(yùn)行于獨(dú)立通道，其驅(qū)動(dòng)器與系統(tǒng)直接交換信息；基于系統(tǒng)的開放性設(shè)計(jì)平臺(tái)，開發(fā)沖壓P軸專用的底層驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)沖壓軸與進(jìn)給軸的緊密配合與優(yōu)化控制，保證高精度下的高速?zèng)_壓，如圖4所示。
1．2．2開發(fā)獨(dú)有伺服主傳動(dòng)的沖壓控制模式
伺服沖壓P軸控制指令可分別對(duì)沖壓周期內(nèi)上下死點(diǎn)、送料點(diǎn)位置與曲軸回轉(zhuǎn)的速度、加速度等特性進(jìn)行參數(shù)化設(shè)定調(diào)整，單側(cè)擺、雙側(cè)擺、連續(xù)沖、變速?zèng)_等伺服沖壓模式，分別適應(yīng)于打標(biāo)、刻印、單沖步?jīng)_、成型滾壓及降噪沖壓等工藝要求。其中，變速?zèng)_壓模式可根據(jù)每個(gè)模具沖壓負(fù)載力大小，選擇降噪模式后自動(dòng)調(diào)整參數(shù)降低沖頭進(jìn)入板材時(shí)的速率，從而有效降低沖壓噪聲5分貝以上。
連續(xù)沖壓模式是基于應(yīng)用高速小慣量伺服電機(jī)特點(diǎn)的可變連桿專利系統(tǒng)，在該系統(tǒng)平臺(tái)上開發(fā)的
1．2．3專用于伺服沖床的各種功能開發(fā)
基于力士樂系統(tǒng)的高度開放性，使系統(tǒng)底層程序的設(shè)計(jì)更靈活，并使各項(xiàng)基本功能的開發(fā)能夠更好地發(fā)揮特色、提升技術(shù)性能。例如，r軸轉(zhuǎn)塔模具系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)模、轉(zhuǎn)模、多子模、轉(zhuǎn)盤鎖定、手動(dòng)換模等控制功能；C軸模具分度系統(tǒng)包
StudioLite軟件開發(fā)設(shè)計(jì)專用人機(jī)界面，包括系統(tǒng)診斷、維護(hù)監(jiān)控、狀態(tài)顯示、操作指導(dǎo)和圖標(biāo)顯示等功能；文本信息和日志界面可提供系統(tǒng)信息及用于故障排除的提示幫助等；監(jiān)控維護(hù)界面用于日常工況管理、模具狀態(tài)監(jiān)控、故障記錄等。人機(jī)界面示意圖如圖8所示。
(2)采用標(biāo)準(zhǔn)OPC服務(wù)器并應(yīng)用高級(jí)語言編程，設(shè)計(jì)開發(fā)的專有GUl人機(jī)界面，通過開放式界面與特有功能化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)加工模式自適應(yīng)、工藝數(shù)據(jù)采集與加工參數(shù)優(yōu)選、加工過程仿真與故障診斷與自檢等深層次應(yīng)用，其中的3D圖形實(shí)時(shí)模擬監(jiān)控功能也更具特色，如圖9所示。
(3)開發(fā)系統(tǒng)一體化伺服沖自動(dòng)編程軟件并與開放式系統(tǒng)相集成，不僅實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)切換與編程操作，還可將系統(tǒng)開發(fā)的工藝數(shù)據(jù)應(yīng)用等功能與自動(dòng)編程系統(tǒng)無縫對(duì)接，利用數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能跟蹤采集沖壓數(shù)據(jù)，建立沖壓速度、板料特征、沖壓圖形等參數(shù)的優(yōu)化匹配模型，開發(fā)相應(yīng)的控制模式及程序軟件，使從圖紙到工件的過程更直接，提升了伺服沖加工效率與“智能化”水平，如圖10所示。
2、結(jié)束語
當(dāng)前數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床伺服沖壓主傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，主要特征體現(xiàn)為高速、高效、節(jié)能、高可靠性、復(fù)合化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化等。近年來，濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司在積極跟蹤國際先進(jìn)數(shù)控伺服沖壓技術(shù)的同時(shí)，著力于提高關(guān)鍵技術(shù)與核心技術(shù)的自主研發(fā)能力、提升產(chǎn)品的技術(shù)水平、加強(qiáng)創(chuàng)新和前瞻性技術(shù)的研究與應(yīng)用。
SPE21250一OS型數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床的成功研制，突破現(xiàn)有傳統(tǒng)控制系統(tǒng)開發(fā)局限，以更為開放型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)建立新的技術(shù)平臺(tái)，進(jìn)一步提升SP系列伺服沖“智能化”技術(shù)水平，使該系列產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)先、高速度、高精度、高效率、低能耗以及性價(jià)比優(yōu)、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)得到更加充分的體現(xiàn)，在滿足相關(guān)行業(yè)用戶高效精密沖壓加工的需要的同時(shí)，為企業(yè)開拓了新的產(chǎn)品市場，并將成為未來發(fā)展的主導(dǎo)系列產(chǎn)品，也對(duì)提升我國此類數(shù)控板金加工技術(shù)與裝備的水平起到積極的作用。
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