摘 要：全自動沖壓設(shè)備安全可靠，應用越來越廣泛，為了更好的發(fā)揮設(shè)備的運行效率，本文以一臺全自動沖壓設(shè)備為例，把變頻電機控制的上、下料機構(gòu)，步進電機控制的轉(zhuǎn)塔機構(gòu)，伺服電機控制的運料機構(gòu)等分別進行系統(tǒng)的優(yōu)化，給出了提升設(shè)備運行效率的具體措施。

關(guān)鍵詞：自動沖壓機；效率提升；優(yōu)化措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.198

1 引言

傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備很多采用手工操作，手工送料、取料，工人勞動強度較高，容易疲勞和產(chǎn)生安全事故，工人因操作不當導致身體損傷的情況時有發(fā)生，且工作效率不高。全自動沖壓設(shè)備由于安全可靠，效率較高，應用越來越廣泛，各種各樣的自動沖壓設(shè)備被研制出來。為了更好的發(fā)揮這些自動設(shè)備的運行效率，進行連續(xù)、高效生產(chǎn)活動，我們對一臺全自動沖壓設(shè)備進行仔細研究和試驗，在保證安全可靠的情況下，這臺設(shè)備的運行效率提升明顯。

2 自動上下料機構(gòu)原理分析及效率提升

（1）自動上下料機構(gòu)動作原理。這臺全自動沖壓設(shè)備的自動上下料機構(gòu)，就是設(shè)備的原材料倉庫和成品庫，與二維送料機構(gòu)配合，實現(xiàn)原材料的出庫和加工后成品的入庫。主要運動部件是物料盤，物料盤采用三相交流異步電機帶動，交流異步電機采用了三菱變頻器驅(qū)動，物料盤由交流電動機帶動鏈輪、鏈條一起上下運行，具體位置由磁性傳感器無接觸感應控制，對于物料的取放，則采用了真空吸盤，實現(xiàn)了柔性抓取。

（2）自動上下料機構(gòu)運行效率提升。對于采用變頻器驅(qū)動交流電機的機構(gòu)，我們重點對變頻器進行了研究和試驗，這款設(shè)備三菱變頻器采用FR-D720S-0.4K-CHT型號，與三菱PLC配合，可以輕松實現(xiàn)三相交流電機正反轉(zhuǎn)和多段速控制。這臺設(shè)備變頻器初始的設(shè)置是低速運行，采用10HZ的低速頻率，PLC控制也只采用了一種速度，以保證取、放料的可靠性。我們在效率優(yōu)化改進時，變頻器采用高、中、低3速設(shè)置，對應PLC也增加了兩路通信線。具體是，物料盤的空運行采用高速運行，變頻器輸出45HZ的頻率，物料盤快速到達取料位置，在真空吸盤抓取物料以后，采用20HZ頻率中速運行，保證物料盤吸住原材料穩(wěn)速到達放料位置，而在加工后成品入庫的位置微調(diào)過程中，采用10HZ低速運行，保證物料精準入庫。在以上效率提升改進中，充分發(fā)揮了PLC控制優(yōu)勢和變頻器的變頻調(diào)速優(yōu)勢，通過改進和調(diào)試，自動上下料機構(gòu)運行效率提升了一倍，取放料時間縮短為原來的一半。

3 二維送料機構(gòu)原理分析及效率提升

（1）二維送料機構(gòu)原理。這臺全自動沖壓設(shè)備的的二維送料機構(gòu)有上下兩層，主要由滾珠絲桿螺母副、工作臺、直線導軌副等組成，下一層實現(xiàn)X軸方向的直線往復運動，上一層實現(xiàn)Y軸方向的直線往復運動，上下兩層均采用伺服電機控制，以實現(xiàn)平面位置的精確控制。同時，為保證安全，兩層工作臺均安裝有極限位置傳感器，為實現(xiàn)工作臺快速回原點，兩層工作臺還設(shè)置了原點位置傳感器。這個二維送料機構(gòu)就是通過伺服電動機帶動工作臺在平面空間里自由移動，實現(xiàn)了物料精準移動，也實現(xiàn)了精確位置沖孔。

（2）二維送料機構(gòu)運行效率提升。這臺設(shè)備的二維送料機構(gòu)采用了交流伺服驅(qū)動，主要選用臺灣東元TSTE交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)及其配套電機。在交流伺服驅(qū)動初始設(shè)置中，其電子齒輪比為3：1，PLC輸出的脈沖速率為20000PPS/S，二維送料機構(gòu)運行平穩(wěn)，其運動速度可達30mm/S，但用時較長，效率低下。我們在效率優(yōu)化改進時，把電子齒輪比從3：1改為2：1，在PLC編程控制中，把二維送料機構(gòu)的PLC輸出脈沖速率設(shè)置為100000 PPS /S，這樣工作臺就能最快的速度到達指定位置，其運動速度可達100mm/S，同時，把脈沖輸出的加減速時間由100ms調(diào)整為300ms， 減少了二維工作臺的瞬時沖擊，保證了物料在夾鉗上的穩(wěn)定性，同時也保證了沖孔的精準度，使加工出來的產(chǎn)品合格率更高。通過以上改進，二維送料機構(gòu)的運行效率提升很多，用時為原來的三分之一。

4 沖壓機模具轉(zhuǎn)塔機構(gòu)的原理分析及效率提升

（1）沖壓機模具轉(zhuǎn)塔機構(gòu)的原理。這臺設(shè)備的轉(zhuǎn)塔機構(gòu)主要由上模盤、下模盤、鏈輪、鏈條、上下模盤定位支架、上下模盤定位銷、氣動定位裝置等組成，上下兩個模盤共有4個模具工位，可以安裝4種不同的模具。上下模盤運動采用步進電機驅(qū)動，步進電機通過減速機構(gòu)帶動兩個鏈輪、鏈條和一個軸同時運動，實現(xiàn)上下模盤的同步轉(zhuǎn)動，同時實現(xiàn)了上下模盤轉(zhuǎn)動角度的精確控制，可以方便的進行模具的自由調(diào)換。

（2）沖壓機模具轉(zhuǎn)塔機構(gòu)的效率提升。這臺設(shè)備轉(zhuǎn)塔機構(gòu)運動采用步進電機驅(qū)動，選用了深圳雷塞公司的M542步進驅(qū)動器，步進電機的型號是2GN30K，自帶減速器的減速比為1：30。在初始設(shè)置中，步進驅(qū)動器的細分為8000，PLC輸出控制步進驅(qū)動器脈沖速率為20000PPS/S，脈沖輸出加減速時間為100ms。在實際運行時，模盤運動較穩(wěn)定，但換模具的時間較長，大概需要7秒運轉(zhuǎn)90度，即最少需要7秒鐘換一個模具，且長時間運行時，容易出現(xiàn)模盤短時卡住，運動不到位的情況。我們在效率優(yōu)化改進時，步進電機的細分數(shù)改為10000， 轉(zhuǎn)塔機構(gòu)PLC輸出脈沖速率設(shè)置為60000 PPS /S，把脈沖輸出的加減速時間改為500ms， 改進后達到的效果就是模盤換模效率高了，模盤3秒鐘就能運轉(zhuǎn)90度，即最快3秒換一個模具，效率比原來提高了一倍。在穩(wěn)定性方面，由于把換模加減速時間由100ms改為500ms， 就算有短時卡盤現(xiàn)象，機構(gòu)也能自動調(diào)整，并通過定位銷重新精確復位，經(jīng)過長時間試驗驗證，模盤再也沒有出現(xiàn)卡盤和運動不到位情況，模盤運動穩(wěn)定性有了較大提高。

5 整機聯(lián)合調(diào)試及綜合效率提升

在上下料機構(gòu)、二維送料機構(gòu)和轉(zhuǎn)塔機構(gòu)三大部件優(yōu)化的基礎(chǔ)上，在整機運行聯(lián)合調(diào)試時，還進行了一些其它調(diào)整，以提高這臺設(shè)備的綜合效率。首先，這臺沖壓設(shè)備采用的是氣液增壓缸沖壓，由于氣液增壓缸耗氣量大，運動較為緩慢，所以在效率提升優(yōu)化時，適當?shù)奶岣吡藲庠吹膲毫?，有初始?.4MPa調(diào)整為0.8MPa， 沖壓缸運動速度快了很多。在觸摸屏控制和監(jiān)控顯示方面，實現(xiàn)了觸摸屏和工作臺按鈕聯(lián)合控制，即設(shè)備既可以用工作臺的按鈕啟動停止，又可以用觸摸屏上的虛擬按鈕進行啟停控制，同時還對加工物料的數(shù)量、加工時間、沖壓狀態(tài)等參數(shù)進行了監(jiān)控，實現(xiàn)了方便控制，在提高工人工作效率的同時提升了設(shè)備的綜合效率。

6 結(jié)語

通過這臺全自動沖壓設(shè)備效率優(yōu)化提升，我們研究了PLC聯(lián)合變頻器控制三相交流電機、PLC聯(lián)合伺服驅(qū)動器控制交流伺服電機、PLC聯(lián)合步進驅(qū)動器控制步進電機等多方面的效率提升問題，這為其它自動化設(shè)備的效率優(yōu)化提供了一些參考。同時說明，我們使用的各種自動化加工設(shè)備還有效率提升空間，需要我們不斷的研究和效率優(yōu)

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（上接第218頁）

化，從而提高設(shè)備的加工效率，提高工人的勞動生產(chǎn)率。

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作者簡介：官倫（1974-），男，本科，高級實習指導教師，高級技師，官倫電工首席技能大師工作室主持人，從事電氣自動化領(lǐng)域的研究。