魏志國(guó)，王菁華，李 兵，朱 煜，張建設(shè)，張延偉

（濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東 濟(jì)南 250306）

回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)送料系統(tǒng)加速度數(shù)據(jù)采集及分析

魏志國(guó)，王菁華，李 兵，朱 煜，張建設(shè)，張延偉

（濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東 濟(jì)南 250306）

準(zhǔn)確采集回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)送料系統(tǒng)的加速度數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，是提高回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)工作穩(wěn)定性和提高送料效率的一個(gè)準(zhǔn)確可靠的支持。加速度測(cè)量可以采用加速度傳感器，通過分別在X方向和Y方向上布置加速度傳感器，可方便地對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行采集。將加速度傳感器輸出的電壓信號(hào)采集到虛擬儀中，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)；加速度；數(shù)據(jù)采集；虛擬儀

回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)的加工效率和質(zhì)量不僅取決于主傳動(dòng)系統(tǒng)、模具系統(tǒng)，而且直接與送料系統(tǒng)的送料速度、送料加速度等參數(shù)有關(guān)。準(zhǔn)確采集回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)送料系統(tǒng)的加速度數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，是對(duì)回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)工作穩(wěn)定性和送料效率的一個(gè)準(zhǔn)確可靠的支持。本文從數(shù)據(jù)采集方法以及實(shí)際采集結(jié)果對(duì)回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)的送料性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1 技術(shù)背景

回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)的送料系統(tǒng)可以分為X、Y兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，兩方向的主流送料系統(tǒng)規(guī)格分別為2500mm×1250mm和2500mm×1500mm。其傳動(dòng)形式有伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠以及伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條兩種主要形式。其中各個(gè)運(yùn)動(dòng)方向都配合有直線導(dǎo)軌滑塊作為運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)向。

本測(cè)試樣機(jī)采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠形式傳遞動(dòng)力。在X方向采用一根直線導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，在Y方向采用四根直線導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向。

送料系統(tǒng)Y方向包括固定設(shè)置在支撐底座上的Y軸導(dǎo)軌、Y軸電機(jī)座和Y軸軸承座，在Y軸導(dǎo)軌上設(shè)置有沿Y軸導(dǎo)軌滑動(dòng)的Y軸滑塊，在Y軸電機(jī)座上固定Y軸電機(jī)，橫梁座與Y軸滑塊固定連接并通過Y軸導(dǎo)軌和滑塊進(jìn)行導(dǎo)向。

送料系統(tǒng)X方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸電機(jī)，X軸絲杠通過X軸聯(lián)軸器與X軸電機(jī)連接，和X軸絲杠配合的X軸絲母；在橫梁上設(shè)置有X軸電機(jī)座和X軸軸承座。X軸絲杠兩端通過X軸電機(jī)座和X軸軸承座來固定，X軸絲母通過螺釘與聯(lián)接座聯(lián)接，聯(lián)接座帶動(dòng)溜板沿X方向運(yùn)動(dòng)，溜板通過X軸導(dǎo)軌和X軸滑塊進(jìn)行導(dǎo)向，聯(lián)接座與溜板通過螺釘聯(lián)接，夾鉗固定在溜板上并夾持板料隨著溜板沿X方向運(yùn)動(dòng)。

2 測(cè)試平臺(tái)介紹

本次加速數(shù)據(jù)均在虛擬儀中進(jìn)行采集。采集和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采用美國(guó)NI公司的PXI機(jī)箱和嵌入式PXIe控制器為系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)，選擇加速的測(cè)試采集功能模塊實(shí)現(xiàn)加速度信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)模塊化程度高，可靠性高。PXI是一種基于PC技術(shù)的平臺(tái)，是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用量身定制的模塊化儀器平臺(tái)。PXI為測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)提供了高性能、高堅(jiān)固性、低成本的配置方案。作為一種公開的標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)測(cè)控平臺(tái)，PXI已經(jīng)在電子產(chǎn)品測(cè)試、航空航天、汽車、能源電力、通信等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，并且得到了包括NI、Agilent、Pickering在內(nèi)的主流測(cè)試測(cè)量設(shè)備廠商的支持，已成為主流的模塊化儀器平臺(tái)。

本系統(tǒng)主要包括傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件等部分。系統(tǒng)使用了PXI機(jī)箱加固裝置和外掛式機(jī)箱顯示套件。系統(tǒng)的外觀效果圖如圖1所示。

通過LabVIEW對(duì)各個(gè)測(cè)量項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示。

3 加速度測(cè)量

加速度測(cè)量采用加速度傳感器進(jìn)行，通過在X方向和Y方向上布置加速度傳感器，可方便地對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行采集。將加速度傳感器輸出的電壓信號(hào)采集到虛擬儀中，可方便地進(jìn)行加速度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

3.1 X運(yùn)動(dòng)方向加速度測(cè)試

X軸加速度的測(cè)試對(duì)象為X軸溜板。測(cè)量時(shí)Y軸保持靜止，分別對(duì)倍率、步距進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄如表1（見下頁(yè)）所示。

圖1 系統(tǒng)外觀效果圖

圖2 LabVIEW界面

圖3 X方向加速度測(cè)量

結(jié)果分析：

（1）對(duì)比A1、A2、A3一組，A4、A5、B3一組，A6、B4一組，以及A7、B5共四組數(shù)據(jù)可直觀地看到，倍率提高后，加減速的加速度最大值均變大；兩組數(shù)據(jù)之間橫向?qū)Ρ?，亦可看出步距增加后，倍率的改變?duì)加速度幅值的影響更為明顯。

（2）對(duì)比B1～B5可直觀看到，步距增加后，加減速的加速度最大值逐步增加，當(dāng)步距為200mm時(shí)，加減速的加速度最大值反而減小，這是因?yàn)椴骄噍^大，運(yùn)行時(shí)間跨距長(zhǎng)。

（3）A6、A7的波形中均可看到，一個(gè)步距周期中，加速度有兩段為0的時(shí)間段，其中前一段為加速后勻速運(yùn)行的時(shí)間段，后一段為X軸停止，沖壓的時(shí)間段；出現(xiàn)這樣的波形是因?yàn)椴骄噍^大，倍率25%最小，工作頻率小，因而出現(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)的波段。

3.2 Y運(yùn)動(dòng)方向加速度測(cè)試

Y軸加速度的測(cè)試對(duì)象為橫梁，測(cè)量時(shí)，X軸保持靜止，分別對(duì)倍率、步距進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄如表2（見后頁(yè)）所示。

結(jié)果分析：

（1）對(duì)比A1、A2、A3一組，A4、A5、B3一組，A6、B4一組，以及A7、B5共四組數(shù)據(jù)可直觀地看到：第一組的倍率提高后，加速度加減速的幅值變化很小，其他三組的加速度加減速的幅值均隨著倍率的增大而變大。兩組數(shù)據(jù)之間橫向?qū)Ρ?，亦可看出步距增加后，倍率的改變?duì)加速度幅值的影響更為明顯（200步距的數(shù)據(jù)對(duì)比不具有參考性，因?yàn)椴骄噍^大，倍率的影響因時(shí)間長(zhǎng)而相應(yīng)減弱）。

（2）對(duì)比B1～B5可直觀看到，步距增加后，加減速的加速度最大值逐步增加，當(dāng)步距為200mm時(shí)，加減速的加速度最大值反而減小，這是因?yàn)椴骄噍^大，運(yùn)行時(shí)間跨距長(zhǎng)。

（3）A6、A7的波形中均可看到，一個(gè)步距周期中，加速度有兩段為0的時(shí)間段，其中前一段為加速后勻速運(yùn)行時(shí)間段，后一段為X軸停止，沖壓的時(shí)間段；出現(xiàn)這樣的波形是因?yàn)椴骄噍^大，倍率25%最小，電機(jī)功率小，因而出現(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)的波段。

圖4 Y方向加速度測(cè)量

4 結(jié)論

依托加速度傳感器的數(shù)據(jù)收集功能以及虛擬儀的數(shù)據(jù)采集以及分析功能，對(duì)回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)送料系統(tǒng)進(jìn)行加速試驗(yàn)，分別對(duì)X軸、Y軸的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)通過DAQ on Demand數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行分析，可明確地了解到回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)工作時(shí)送料軸的加速性能，對(duì)于提高回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)的送料速度和送料穩(wěn)定性有很重要的意義。

[1]蒲良貴，紀(jì)明剛，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2008.

[3]王 珺，等.基于ABAQUS的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床送進(jìn)橫梁模態(tài)分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，48（3）.

Collection and analysis of acceleration data for feeding system in the CNC turret punch press

WEI Zhiguo,WANG Jinghua,LI Bing,ZHU Yu,ZHANG Jianshe,ZHANG Yanwei
（Jinan Foundry and Metalforming Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Jinan 250306,Shandong China）

The accurate collection and analysis of acceleration data for feeding system in CNC turret punch press can help improve its working stability and feeding efficiency.The acceleration has been measured by use of acceleration sensor.The acceleration sensors have been placed in X and Y axes in order to collect the acceleration signal conveniently.The output voltage signal from the sensor has been collected into visual instrument,thus in this way,the acceleration data have been collected conveniently.

CNC turret punch press;Acceleration;Data collection;Visual instrument

表1 X軸測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)/（m/s2）

表2 Y軸測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)/（m/s2）

TG385.1

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.01.021

1672-0121（2016）01-0072-04

2015－11－21；

2015－12－26

魏志國(guó)（1986-），男，工程師，從事數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床設(shè)計(jì)研發(fā)。E-mail：15066153054@163.com