陸迺田宋 偉陸 洋崔東靜

（1.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 沈陽 2.中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所有限公司 沈陽）

一、引言

鐵芯片剪切生產(chǎn)線是變壓器鐵芯剪切專用設(shè)備，可將一定寬度的矽鋼卷料按照預(yù)先編制的程序剪切成各種形狀的矽鋼片。剪切線是通過一個刀片相對另一刀片作往復(fù)直線運動剪切板材的機(jī)器。是借于運動的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸斷裂分離。剪切線在運動過程中，對剪切長度的精確控制是至關(guān)重要的，直接決定著剪切的生產(chǎn)速度和生產(chǎn)精度，該設(shè)備在傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)的基礎(chǔ)上增加的一個測長編碼器，實現(xiàn)剪切長度的精確控制。本文設(shè)計的剪切線可對80～800 mm寬度的矽鋼片進(jìn)行剪切，可用于生產(chǎn)多種規(guī)格的變壓器。

二、剪切線設(shè)備簡介

剪切線具體結(jié)構(gòu)單元包括：雙頭氣壓開卷機(jī)構(gòu)；緩沖地槽機(jī)構(gòu)；編碼器測長機(jī)構(gòu)與交流伺服送料機(jī)構(gòu)；O沖沖床；V沖沖床；45°剪床；-45°剪床；皮帶輸送料機(jī)構(gòu)；自動理料機(jī)構(gòu)（包括龍門架）以及放料車。

（1）雙頭氣壓開卷機(jī)構(gòu)：剪切線的開卷機(jī)為雙頭開卷機(jī)，這樣可以減少了吊料放料時間，提高工作效率。2個開卷機(jī)分別設(shè)置了手動脹緊按鈕，可以分別控制2個開卷頭的脹緊，開卷機(jī)的電機(jī)由變頻器控制，開卷機(jī)的啟停由手動按鈕控制。

（2）緩沖地槽機(jī)構(gòu)是為了暫時性的存儲一部分料，剪切較長的片形時，由于送料速度較快，開卷機(jī)來不及放那么多料，這是緩沖區(qū)域的料就被送進(jìn)軌道，緩沖地槽機(jī)構(gòu)中有2個對射傳感器，地槽中料的多少由傳感器反映到開卷機(jī)的變頻器的速度控制端，變頻器預(yù)設(shè)了3段速度，所以緩沖地槽中料的多少就控制了開卷機(jī)運行的快慢。

（3）編碼器測長機(jī)構(gòu)與交流伺服送料機(jī)構(gòu)。交流伺服送料機(jī)構(gòu)是為送料提供前進(jìn)動力的部分，伺服電機(jī)在開環(huán)狀態(tài)下，采用自身的編碼器進(jìn)行長度測量，精度方面可能誤差較大，因此在送料棍的前面放置了精度較高的測量輪，全閉環(huán)模式下，對電機(jī)編碼器得到的脈沖數(shù)進(jìn)行補(bǔ)給，假設(shè)送料棍與料發(fā)生輕微的相對滑動，測量輪會將信號反饋給伺服電機(jī)讓送料棍將發(fā)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)充送料從而達(dá)到較高的精度。

（4）O沖沖床、V沖沖床、45°剪床、和-45°剪床為剪切線的 2沖2剪刀具。根據(jù)工藝要求，剪切線需要沖剪出不同的矽鋼片形狀，如圖1所示，矽鋼片由送料機(jī)構(gòu)送到指定的位置，再由指定的刀具進(jìn)行沖剪得到用戶自定的片形狀。

（5）皮帶輸送料機(jī)構(gòu)。用來輸送沖剪后的完成品，機(jī)構(gòu)中部有一個光電傳感器，用來計算已經(jīng)沖剪的矽鋼片數(shù)和提供分料信號。

圖1 不同的矽鋼片形狀

（6）自動理料機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)前端安裝一個分料機(jī)構(gòu)，由PLC進(jìn)行控制，分料機(jī)構(gòu)可以使矽鋼片向上或向下堆疊。在沖剪某些片形時可以同時加工出兩種不同的片形依次通過皮帶送料機(jī)構(gòu)，每當(dāng)矽鋼片通過皮帶送料機(jī)構(gòu)上的光電開關(guān)時，分料機(jī)構(gòu)動作，這樣就使一種片形都在上方堆疊，而另一種片形在下堆疊。

（7）放料車用來存放堆疊好的矽鋼片。

三、位置校準(zhǔn)與全閉環(huán)補(bǔ)償方法

1.工具位置檢測和校準(zhǔn)操作

剪切線在一段時間的運行之后，可能會出現(xiàn)機(jī)械上的變化。測量輥的磨損可導(dǎo)致測量輥的周長發(fā)生變化。同時送料輥在高速運轉(zhuǎn)時可能與矽鋼片打滑，導(dǎo)致送料輥轉(zhuǎn)動的位置變量與矽鋼片直線運行的長度不一致。因此每運行一段時間，就需要進(jìn)行剪切長度的精度校準(zhǔn)。

如果發(fā)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)變化，那么在精度校準(zhǔn)模塊中進(jìn)行工具位置校準(zhǔn)操作，操作界面如圖2，分別控制伺服電機(jī)進(jìn)行1/4，1/2/，1圈的慢速轉(zhuǎn)動，屏幕上會得到相應(yīng)的測量編碼器脈沖數(shù)，根據(jù)脈沖數(shù)來判斷測量輥發(fā)生了怎樣的變化。

圖2 工具位置檢測界面

如果測量輥發(fā)生了嚴(yán)重形變，需要對其進(jìn)行打磨或更換；在處理過測量輥后，還要進(jìn)行工具位置校準(zhǔn)操作，如圖3所示，通過實際測量可以獲得矽鋼片的長度，通過測長編碼器可以獲得脈沖數(shù)，將這些校準(zhǔn)參數(shù)通過觸摸屏輸入到模塊中，經(jīng)過編寫好的程序就可計算出新的校準(zhǔn)參數(shù)。以這個新的校準(zhǔn)參數(shù)為基準(zhǔn)通過閉環(huán)控制實現(xiàn)矽鋼片運動位置的準(zhǔn)確控制。

2.閉環(huán)控制

（1）半閉環(huán)控制。通過伺服電機(jī)自帶的編碼器及伺服定位模塊根據(jù)設(shè)定的加速度、運行速度、減速度和長度，在伺服控制器中，定位功能模塊自動的完成速度和位置的控制，這種控制方式的缺點是不能消除送料輥和矽鋼片之間的打滑和機(jī)械傳動間隙產(chǎn)生的長度誤差。

（2）全閉環(huán)控制。設(shè)備在傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)的基礎(chǔ)上增加的一個測長編碼器，如圖4所示，形成了全閉環(huán)控制系統(tǒng)。

圖3 工具位置檢測和校準(zhǔn)操作

圖4 全閉環(huán)框圖

理論上如果送料輥夾送矽鋼片時沒有出現(xiàn)打滑現(xiàn)象并且不考慮機(jī)械傳動產(chǎn)生的間隙，那么測量輥測得的脈沖數(shù)與伺服給伺服電機(jī)的脈沖數(shù)在一定的范圍內(nèi)是匹配的，但實際生產(chǎn)中由于伺服電機(jī)高速運轉(zhuǎn)，這種打滑現(xiàn)象可能會發(fā)生，這樣就造成了矽鋼片剪切上的誤差。設(shè)備運行中如果測量輥測得的反饋脈沖數(shù)與伺服給伺服電機(jī)的脈沖數(shù)不匹配，系統(tǒng)會將換算后兩者的差值脈沖數(shù)傳給伺服電機(jī)作為補(bǔ)償?shù)拿}沖，伺服電機(jī)繼續(xù)運行補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)，再判斷反饋的脈沖與伺服電機(jī)的脈沖數(shù)是不是匹配，如果匹配就給出切斷信號，刀做剪切運動；如果不匹配那么繼續(xù)做補(bǔ)償運動，直到匹配為止。閉環(huán)控制的流程圖如圖5。

圖5 全閉環(huán)控制流程圖

四、結(jié)束語

設(shè)計了一種工具位置校準(zhǔn)和全閉環(huán)控制的方法，有效解決了由于機(jī)械結(jié)構(gòu)變化和電機(jī)高速運轉(zhuǎn)導(dǎo)致的剪切精度不準(zhǔn)的問題，滿足了設(shè)備快速而又精確的工藝要求，設(shè)備的工作效率提高。