王桂龍，王征，伊延吉

( 長(zhǎng)春工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130012)

摘要: 為了提高沖壓加工生產(chǎn)效率，改進(jìn)壓力機(jī)與送料機(jī)之間靜態(tài)配合的局限性，提出一種壓力機(jī)與送料機(jī)工作周期相互重疊協(xié)調(diào)控制的解決方案。

多工位傳遞模送料機(jī)的水平軸和垂直軸均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用基于 PC 的控制器實(shí)現(xiàn)送料機(jī)的多軸運(yùn)動(dòng)控制; 在送料機(jī)和壓力機(jī)之間采用 EtherCAT 總線進(jìn)行通信，并在兩者之間進(jìn)行協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)工作周期的重疊; 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)控制實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 與靜態(tài)配合相比，采用工作周期重疊協(xié)調(diào)控制后，單個(gè)送料沖壓工作周期從 6. 23 s 縮短到 5. 76 s，生產(chǎn)效率提高了 8. 2%。關(guān)鍵詞: 壓力機(jī); 送料機(jī); 協(xié)調(diào)控制

中圖分類號(hào): TG305 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B 文章編號(hào): 1001－3881 ( 2018) 20－178－3

前言

為壓力機(jī)配備送料機(jī)可有效提高沖壓加工的生產(chǎn)效率，降低人工成本，減少安全隱患^［1］。由于壓力機(jī)與送料機(jī)一般由不同的制造廠商開發(fā)，在控制硬件、程序軟件以及接口信息等方面存在較大差異，難以實(shí)現(xiàn)各種信息的深度交互

壓力機(jī)的沖壓運(yùn)動(dòng)與送料機(jī)的送料運(yùn)動(dòng)一般都是非重疊地獨(dú)立完成，協(xié)調(diào)關(guān)系采用互鎖控制的靜態(tài)配合方式，即在壓力機(jī)完全開模后，送料機(jī)才啟動(dòng)送料，在送料機(jī)完全退出后，壓力機(jī) 才 啟 動(dòng) 壓 制， 相互之間存在等待時(shí)間過長(zhǎng)問題［2－3］。

提高帶送料機(jī)的壓力機(jī)沖壓加工生產(chǎn)效率最直接的途徑有兩種: 一是盡量提高壓力機(jī)在單個(gè)工作周期的沖壓速度; 二是盡量提高送料機(jī)在單個(gè)工作周期的送料速度。但前者受壓力機(jī)工作性能或沖壓材料塑性極限的限制，后者也受到取送料可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性的影響［4－6］。

為了克服靜態(tài)配合送料的局限性，人們開始嘗試動(dòng)態(tài)配合送料方式，例如，周玉林等^［7］提出 “時(shí)間等分一動(dòng)作匹配”法，按時(shí)間均分壓力機(jī)與機(jī)器人動(dòng)作; 王明等人^［8］通過檢測(cè)送料機(jī)器人與壓力機(jī)之間的距離決定動(dòng)作時(shí)間。

文中在對(duì)送料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、送料運(yùn)動(dòng)以及壓力機(jī)的模具高度以及沖壓運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采取送料機(jī)與壓力機(jī)工作周期重疊協(xié)調(diào)控制方案，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、送料運(yùn)動(dòng)和控制硬件等進(jìn)行改進(jìn)，在保證安全運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)兩者之間的動(dòng)態(tài)配合送料，以縮短整體工作周期，提高生產(chǎn)效率。

1 機(jī)械系統(tǒng)

1. 1 送料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

圖 1 所示為送料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，主要包括水平定位軸、垂直定位軸以及端拾取裝置。其中水平定位軸的傳動(dòng)鏈由水平軸伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠和水平滑臺(tái)組成; 垂直定位軸由垂直軸伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、同步帶和垂直滑臺(tái)組成; 端拾裝置由橫梁、4 根懸臂以及 8 個(gè)真空吸盤組成。

垂直軸固定安裝在水平滑臺(tái)上，端拾裝置固定安裝在垂直滑臺(tái)上，通過對(duì)水平軸和垂直軸的協(xié)同控制可實(shí)現(xiàn)端拾裝置在二維垂直平面內(nèi)的任意位置控制。

1. 2 送料機(jī)的送料運(yùn)動(dòng)

圖 2 所示為送料機(jī)的送料運(yùn)動(dòng)與壓力機(jī)的沖壓運(yùn)動(dòng)示意圖。圖中，凹模 A、B 和 C 安裝在上模板上，對(duì)應(yīng)的凸模安裝在下模板上，下模板固定在壓力機(jī)工作臺(tái)上，上模板固定在壓力機(jī)滑塊上，受主電機(jī)驅(qū)動(dòng)并與送料機(jī)配合作如箭頭 ( 1) 所示的下行壓制運(yùn)動(dòng)和如箭頭 ( 2) 所示的上行開模運(yùn)動(dòng)。

送料機(jī)的送料運(yùn)動(dòng)步驟: ①垂直軸帶動(dòng)橫梁從隱埋點(diǎn)上行到送料高度; ②水平軸帶動(dòng)吸盤到凸模 A 位置; ③垂直軸帶動(dòng)橫梁下行取料; ④垂直軸帶動(dòng)橫梁返回到送料高度; ⑤水平軸帶動(dòng)吸盤到凸模 B 位置; ⑥垂直軸帶動(dòng)橫梁下行放料; ⑦垂直軸帶動(dòng)橫梁返回到送料高度; ⑧水平軸帶動(dòng)橫梁回到隱埋點(diǎn)上方; ⑨垂直軸帶動(dòng)橫梁下降到隱埋點(diǎn)。

1. 3 工作周期重疊協(xié)調(diào)配合送料方式

傳統(tǒng)的靜態(tài)配合送料方式: 當(dāng)壓力機(jī)上模上行到上死點(diǎn)后，送料機(jī)執(zhí)行步驟如①—⑨所示的送料運(yùn)動(dòng)，當(dāng)送料機(jī)完成第⑨送料動(dòng)作后，壓力機(jī)才執(zhí)行下行壓制動(dòng)作，壓力機(jī)與送料機(jī)完全獨(dú)立各自完成工作周期，未能壓縮在非干涉區(qū)域的等待時(shí)間。

工作周期重疊協(xié)調(diào)配合送料方式的送料過程如圖 3 所示。圖中 T₁為壓力機(jī)沖壓周期，T₂為送料機(jī)送料周期，t₁為壓力機(jī)返回到上死點(diǎn)之前、送料機(jī)在非干涉區(qū)域開始離開隱埋點(diǎn)而與沖壓運(yùn)動(dòng)重疊的時(shí)間，t₂ 為送料機(jī)返回到隱埋點(diǎn)之前、壓力機(jī)在非干涉區(qū)域開始離開上死點(diǎn)而與送料運(yùn)動(dòng)重疊的時(shí)間。

對(duì)整個(gè)送料－沖壓運(yùn)動(dòng)而言，完整工作周期可縮短 s，生產(chǎn)效率可提高 e，分別如式 ( 1) 和式 ( 2) 所示。

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