深圳壯盈自動(dòng)化機(jī)電設(shè)備有限公司 張金波

三菱FA產(chǎn)品在曲柄壓力機(jī)搬運(yùn)中的應(yīng)用

深圳壯盈自動(dòng)化機(jī)電設(shè)備有限公司 張金波

本文介紹了三菱電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制器、伺服、QPLC、變頻在曲柄壓力機(jī)工件搬運(yùn)中的應(yīng)用。

Q172DCPU；QPLC；伺服；變頻器

1 引言

某客戶主要從事沖壓外圍送料及矯直設(shè)備的制造與加工，設(shè)備為非標(biāo)設(shè)備。曲柄壓力機(jī)是采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為工作機(jī)構(gòu)的一類鍛壓機(jī)器，這種機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各種沖壓加工工藝。它是板料沖壓生產(chǎn)中的主要設(shè)備，可由于沖孔、落料、切邊、彎曲和成形等工序。對(duì)于沖壓生產(chǎn)過(guò)程中的送料，過(guò)去采用人工送料，具有效率低、不安全等缺點(diǎn)。客戶要求設(shè)計(jì)出高效安全的全自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，在此背景下，我們給客戶提供了三菱電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制器方案，參與設(shè)計(jì)出三維立體搬運(yùn)系統(tǒng)。目前已應(yīng)用在類似壓鑄機(jī)的工件搬運(yùn)上，效果良好。

2 系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)為中軸BB蓋成型生產(chǎn)線中的搬運(yùn)，工序涉及多次壓鑄和切邊，采用三維搬運(yùn)系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了多工位同步送件取件。具有高效、安全的優(yōu)點(diǎn)。

2.1 曲柄壓力機(jī)

曲柄壓力機(jī)主要結(jié)構(gòu)由曲柄滑塊、曲柄軸、連桿、凸模（一次、二次、切邊）、離合器等組成，曲柄滑塊將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。具體動(dòng)作為：由電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)飛輪，經(jīng)過(guò)齒輪和離合器帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使滑塊和凸模直線下行。鍛壓工作完成后滑塊回程上行，離合器自動(dòng)脫開，同時(shí)曲柄軸上的制動(dòng)器接通，使滑塊停止在上死點(diǎn)附近。采用三維立體搬運(yùn)系統(tǒng)后，壓力機(jī)可在下死點(diǎn)和上死點(diǎn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，工件搬運(yùn)保持與滑塊的同步。飛輪電機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。相當(dāng)于手工送料速度的6倍。

2.2 三維搬運(yùn)系統(tǒng)

主要由上料機(jī)、三維（X，Y，Z）平移、夾具、升降搬運(yùn)結(jié)構(gòu)組成，可同時(shí)連續(xù)搬運(yùn)多個(gè)工件，以滿足不同工序的同時(shí)供料，保證工序運(yùn)作的連續(xù)性。上料機(jī)由氣缸驅(qū)動(dòng)，XYZ搬運(yùn)結(jié)構(gòu)由三菱伺服驅(qū)動(dòng)，通過(guò)Q172DCPU控制與曲柄壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)保持同步。三維系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三維結(jié)構(gòu)圖

2.3 BB蓋成型工序（如圖2所示）

3 方案實(shí)現(xiàn)

3.1 控制系統(tǒng)

本套系統(tǒng)由QPLC和Q172DCPU實(shí)現(xiàn)。滑塊運(yùn)動(dòng)由變頻器調(diào)速，滑塊電機(jī)加裝三菱絕對(duì)位置同步編碼器進(jìn)行位置速度采樣，XYZ搬運(yùn)軸通過(guò)同步編碼器做凸輪往復(fù)運(yùn)動(dòng)與滑塊保持同步?；瑝K到達(dá)下死點(diǎn)前，工件搬送到位，滑塊離開下死點(diǎn)一段位置，工件開始搬運(yùn)。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成（如圖3所示）

圖3 硬件結(jié)構(gòu)

3.3 系統(tǒng)配置

Q03UDCPU+Q172DCPU+Q61P+Q38DB+QX40-S1+QX42 +QY41P+Q62DAN+QJ71C24N+Q172DEX+Q170ENC+MR-J3-350B*1+HF-SP352*1+MR-J3-200B*2+HF-SP-152B*2+MR-J3-100B*2+HF-SP102*2+FR-A740-11K

3.4 Motion、QPLC多CPU設(shè)置

Q系列PLC多CPU系統(tǒng)可共享Q系列PLC的電源模塊、基板模塊、I/O模塊等，可對(duì)構(gòu)成多CPU系統(tǒng)的各臺(tái)CPU模塊進(jìn)行分散控制，多CPU系統(tǒng)中最多可自由選擇4臺(tái)CPU，多CPU系統(tǒng)中，每個(gè)系統(tǒng)最多可控制96個(gè)軸，本次用到5個(gè)虛擬凸輪。

3.5 Motion CPU端設(shè)置

（1）高速刷新設(shè)置（如圖4所示）

圖4 刷新設(shè)置

（2）伺服數(shù)據(jù)設(shè)置（如圖5所示）

采用絕對(duì)位置系統(tǒng)，數(shù)據(jù)回零方式1。伺服參數(shù)可通過(guò)MR Configurator 進(jìn)行在線設(shè)置。機(jī)械結(jié)構(gòu)采用導(dǎo)程為20mm的絲桿傳動(dòng)。

圖5 伺服數(shù)據(jù)設(shè)置

（3）同步編碼器設(shè)定（如圖6所示）

系統(tǒng)使用一個(gè)絕對(duì)位置同步編碼器Q170ENC，分辨率為262144PLS/rev。安裝于飛輪上，反饋同步脈沖。

圖6 同步編碼器設(shè)置

3.6 夾具、平移、升降機(jī)凸輪曲線（如圖7所示）

夾具由2臺(tái)1kW電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，升降機(jī)由2臺(tái)1.5kW帶抱閘電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，平移由1臺(tái)3.5kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)；

圖7 凸輪曲線

3.7 虛擬機(jī)械程序（如圖8所示）

凸輪軸1、2為夾具凸輪，3、4為升降凸輪，5為平移凸輪；凸輪號(hào)、行程上限、行程下限通過(guò)D寄存器進(jìn)行指定。凸輪參數(shù)設(shè)置如圖9所示。

圖8 機(jī)械程序

圖9 凸輪參數(shù)設(shè)置

3.8 順控CPU端設(shè)置

（1）多CPU設(shè)置、I/O分配（如圖10所示）

圖10 多CPU設(shè)置、I/O分配

（2）刷新設(shè)置（如圖11所示）

圖11 刷新設(shè)置

4 調(diào)試中的問(wèn)題與難點(diǎn)

（1）凸輪曲線的確定

同步編碼器Q170ENC的分辨率為262144PLS/rev，滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)反饋脈沖值為0-262144，對(duì)應(yīng)凸輪周期0~360度。如何確定滑塊的0度位置，是構(gòu)建凸輪曲線的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，最終將滑塊從上死點(diǎn)往下移動(dòng)時(shí)的位置設(shè)為0度位置，下死點(diǎn)位置（成型位置）為180度，從下死點(diǎn)向上返回上死點(diǎn)位置為360度?；瑝K從0~180度過(guò)程中，XYZ搬運(yùn)結(jié)構(gòu)從取件位置移動(dòng)到下料位置并完成工件擺放?；瑝K從180~360度過(guò)程中，搬運(yùn)結(jié)構(gòu)返回取件位置取件。為防止夾具在180度附近與模具碰撞，夾具需提前打開。最后形成凸輪曲線如圖7所示。

（2）原點(diǎn)確定

方案采用絕對(duì)位置系統(tǒng)，客戶要求不使用硬件原點(diǎn)，同時(shí)原點(diǎn)位置可隨意設(shè)置。最終選擇Data Set Type 1原點(diǎn)設(shè)定方式，通過(guò)實(shí)模式下JOG程序?qū)⑺欧苿?dòng)目標(biāo)，執(zhí)行ORG（ZERO）程序，則當(dāng)前點(diǎn)被設(shè)為機(jī)械原點(diǎn)位置。

5 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)與總結(jié)

（1） 控制器與伺服放大器通過(guò)光纖輕松連接，簡(jiǎn)化接線，抗干擾性能更佳、可遠(yuǎn)距離布線。

（2）使用支持機(jī)械的語(yǔ)言可進(jìn)行簡(jiǎn)易的可視化編程，通過(guò)各種軟元件機(jī)械模塊和凸輪曲線的組合使用，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的同步控制，工件的取放與壓機(jī)動(dòng)作完全同步，不受滑塊速度及行程影響。

（3）替代人工，高效安全，可適用多種工件搬運(yùn)，應(yīng)用于汽車、五金等行業(yè)。

[1] MITSUISHI. QCPU/QnACPU編程手冊(cè)公共指令篇（上下冊(cè)）[Z].

[2] MITSUISHI. FR-A700-CHT使用手冊(cè)（詳細(xì)篇）[Z].

[3] MITSUISHI. 三菱運(yùn)動(dòng)控制器 SV13/SV22實(shí)模式篇[Z].

[4] MITSUISHI. 三菱運(yùn)動(dòng)控制器 SV13/SV22虛模式篇[Z].

[5] MITSUISHI. 三菱運(yùn)動(dòng)控制器 用戶手冊(cè)[Z].

[6] MITSUISHI. 三菱運(yùn)動(dòng)控制器 SV13/SV22 SFC篇[Z].

Application of Mitsubishi FA Products in the Handling of Crank Press

This paper introduces application of Mitsubishi motion controller, servo, QPLC, inverter in the work piece handling of crank press.

Q172DCPU; QPLC; Servo; Inverter

張金波（1978-），男，湖北人，電氣工程師，本科，現(xiàn)就職于深圳市壯盈自動(dòng)化機(jī)電設(shè)備有限公司，主要從事自動(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)用方面的工作。