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：濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司 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，同時為讀者進一步了解當(dāng)前數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的技術(shù)動態(tài)與進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，濟南鑄造鍛壓機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、雙排模位、互換轉(zhuǎn)模、多子模等發(fā)明專利技術(shù)，配套進口整體一體化數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)，具有技術(shù)領(lǐng)先、高速度、高精度、高效率、低能耗以及性價比高、可靠性強等優(yōu)勢。
最新研發(fā)成功并于CIMT2015中國國際機床展推出的SPE21250一OS型數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床(圖1)，率先在國內(nèi)實現(xiàn)基于德國力士樂MTX型數(shù)控系統(tǒng)，實現(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發(fā)明專利技術(shù)特點，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、國際先進水平；主伺服電機功率僅為同類產(chǎn)品力矩電機的1，3，平均能耗低70％，同時實現(xiàn)了ACN連續(xù)沖、自動降噪、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
(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，包括開發(fā)發(fā)揮專利技術(shù)優(yōu)勢的伺服沖控制系統(tǒng)、交互式人機界面操作系統(tǒng)、一體化自動編程軟件系統(tǒng)等，實現(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、控制器、操作面板、多軸驅(qū)動器以及伺服電機等組成。其中，工控機用于機床信息的顯示、錄入，以及工件加工程序的存放、修改，控制器用于執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，驅(qū)動器控制伺服電機完成指令動作。工控機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)動器之間通過工業(yè)以太網(wǎng)SERCOS—III電纜連接，并形成一個閉環(huán)控制。
該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置為5個數(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)平臺的確立，不僅使伺服主傳動核心專利技術(shù)(CN201 1 102191487)優(yōu)勢得到高性能綜合發(fā)揮，并在數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的轉(zhuǎn)盤選模系統(tǒng)、高速送進系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及軟件技術(shù)等方面，進行相應(yīng)系統(tǒng)控制程序與軟件深層設(shè)計開發(fā)，進而提升多轉(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)、伺服夾鉗送進系統(tǒng)(CN2010101913856)等多項創(chuàng)新技術(shù)的高效應(yīng)用，并通過CAM自動編程系統(tǒng)與伺服沖壓數(shù)控系統(tǒng)軟件相集成，從而進一步提升整機性能和可靠性，形成自主知識產(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、國際先進水平。系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用效果如圖3所示。
該平臺硬件系統(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、無廢料沖切等獨樹一幟的功能；同時，TRUMPF公司與BOSCH—REXROTH公司均是德國Industry 4．0計劃實施中最早加入者，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，同時保證其穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用驅(qū)動模塊配置的CPU進行沖頭驅(qū)動控制，沖壓P軸運行于獨立通道，其驅(qū)動器與系統(tǒng)直接交換信息；基于系統(tǒng)的開放性設(shè)計平臺，開發(fā)沖壓P軸專用的底層驅(qū)動程序，實現(xiàn)沖壓軸與進給軸的緊密配合與優(yōu)化控制，保證高精度下的高速沖壓，如圖4所示。
1．2．2開發(fā)獨有伺服主傳動的沖壓控制模式
伺服沖壓P軸控制指令可分別對沖壓周期內(nèi)上下死點、送料點位置與曲軸回轉(zhuǎn)的速度、加速度等特性進行參數(shù)化設(shè)定調(diào)整，單側(cè)擺、雙側(cè)擺、連續(xù)沖、變速沖等伺服沖壓模式，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，變速沖壓模式可根據(jù)每個模具沖壓負(fù)載力大小，選擇降噪模式后自動調(diào)整參數(shù)降低沖頭進入板材時的速率，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特點的可變連桿專利系統(tǒng)，在該系統(tǒng)平臺上開發(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)計更靈活，并使各項基本功能的開發(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)計專用人機界面，包括系統(tǒng)診斷、維護監(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)用高級語言編程，設(shè)計開發(fā)的專有GUl人機界面，通過開放式界面與特有功能化設(shè)計，可實現(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圖形實時模擬監(jiān)控功能也更具特色，如圖9所示。
(3)開發(fā)系統(tǒng)一體化伺服沖自動編程軟件并與開放式系統(tǒng)相集成，不僅實現(xiàn)系統(tǒng)的實時切換與編程操作，還可將系統(tǒng)開發(fā)的工藝數(shù)據(jù)應(yīng)用等功能與自動編程系統(tǒng)無縫對接，利用數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)測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技術(shù)的發(fā)展趨勢，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，濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司在積極跟蹤國際先進數(shù)控伺服沖壓技術(shù)的同時，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，進一步提升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、低能耗以及性價比優(yōu)、可靠性強等優(yōu)勢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，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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