中達電通股份有限公司 馮爭選

摘 要：在介紹沖床加工應(yīng)用的基礎(chǔ)上論述了沖床自動化問題和曲軸式自動化沖床工作原理。最后重點討論臺達數(shù)控沖床設(shè)計技術(shù)，包括重要的臺達伺服參數(shù)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：沖壓加工數(shù)控沖床 伺服 PLC

沖壓雖然是高效的生產(chǎn)方法，但是手工單模具沖床沖壓生產(chǎn)加工量大，在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，需要在短暫時間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，手工單模具沖床沖壓生產(chǎn)既滿足不了其高速生產(chǎn)要求，又大量發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。沖壓中的安全高效生產(chǎn)是一個非常大的現(xiàn)實矛盾問題。

曲軸式?jīng)_床是最常見的沖床結(jié)構(gòu)。曲軸式?jīng)_床工作原理是控制離合器的吸合動作來控制滑塊也即上模的單次或連續(xù)往復(fù)運動，實現(xiàn)對板料的沖壓加工，控制制動器實現(xiàn)壓力機工作機構(gòu)的停止。送料動作一般是由手工或間隙式機械機構(gòu)完成。數(shù)控沖床的曲軸式壓力機的沖壓原理不變。不同的是利用PLC控制滑塊的往復(fù)，即上沖模往復(fù)動作的起停和被加工板料的規(guī)則X、Y向進給送料運動，并能使這兩個動作協(xié)調(diào)，即實現(xiàn)沖壓與送料動作的同步控制。 全自動沖壓加工中，兩坐標工作臺是關(guān)鍵的機械部件之一，工作臺的慣性限制著工作臺的送料速度和加速度。為提高工作臺的送料速度，在設(shè)計時可能減小工作臺的慣性。在沖壓加工過程中，X軸送料比Y軸頻繁，即X軸送料次數(shù)為板料一排所沖工件個數(shù)時，Y軸才送料一次。因此設(shè)計工作臺時，采用X軸在上，Y軸在下，這樣工作臺沿X方向送料時，X方向電機只通過絲杠帶動較輕的夾鉗拖板沿上導(dǎo)軌作X向運動。Y方向送料時，Y方向電機通過絲杠帶動較重由上導(dǎo)軌、上電機、上絲杠和夾嵌拖板組成的機構(gòu)沿下導(dǎo)軌作Y向運動。故能提供快捷及安全的送料過程。

數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 為了維修和使用方便，國際上數(shù)控系統(tǒng)在輸入代碼、坐標系統(tǒng)、加工指令、輔助功能及程序格式等方面逐漸形成了兩種國際通用標準，ISO國際標準化標準及EIA美國電子工業(yè)協(xié)會標準。根據(jù)沖壓加工特點，參考國際上常用的ISO標準。因為沖壓加工中工作臺送料為大量的重復(fù)動作，為了減少用戶編程量，用戶指令中設(shè)置了內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)、跳轉(zhuǎn)指令，使用戶編程量大大減少。系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，共有五個模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)開機或復(fù)位后處于監(jiān)控狀態(tài)。這時五個功能模塊可供選擇。

基于臺達機電自動化自動化平臺配置包括：臺達觸摸屏HMI；臺達EH系列PLC；臺達ASDA-AB系列交流伺服系統(tǒng)；臺達B系列變頻器。

沖床的沖頭屬于機械凸輪結(jié)構(gòu)，電機啟動后以固定的時間周期性上下運動，在該過程中伺服的運動有兩種工藝自動化過程狀況：小步距-在該過程中伺服運動在每次沖孔是必須走到相應(yīng)的沖孔位置；大步距-由于步距太大沖頭在正常沖壓時，進給軸不能走到?jīng)_壓位置，必須等到進給到位后方可沖壓。

控制方式采用臺達伺服寄存器控制定位模式Pr模式。通過觸摸屏設(shè)置相應(yīng)的距離后經(jīng)

過運算，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)和剩余的脈沖數(shù)，同時通過通訊寫入對應(yīng)的伺服寄存器中，并通過伺服外部啟動命令進行啟動。具體控制過程：

（1）觸摸屏畫面設(shè)計：在觸摸屏畫面里，此次采取標準CNC的理念，有三種控制方

式，分別為手動方式、自動方式、參考點方式。手動方式如圖1所示，在手動方式時可以任意運轉(zhuǎn)進給軸，有利于移動滑臺，或找取裝夾點。自動方式如圖2所示，在自動方式時允許啟動加工。參考點方式如圖3所示，開機后通過執(zhí)行回參考點建立機械坐標系，確定機床零點。

（2）坐標顯示：在觸摸屏里可采用讀取伺服狀態(tài)寄存器顯示機床坐標，其宏程序忽略。

工藝畫面如圖4所示：在工藝畫面可以設(shè)置起點坐標、步距、沖壓孔數(shù)，最大步距加工速度等，對于所設(shè)步距大于最大步距時，PLC會判斷，等待進給到位信號到來后沖頭方可沖下。

（3）時鐘宏：在工藝畫面里，通過相應(yīng)的數(shù)值設(shè)定，自動轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的伺服轉(zhuǎn)數(shù)及脈沖數(shù)，并寫入伺服驅(qū)動器。

動作執(zhí)行及邏輯判斷PLC程序部分梯形圖程序如下：

（1）電機反饋參數(shù)： 0-04 = 0（回授脈沖數(shù)）；0-05 = 1（回授圈數(shù)）。

（2）定位模式Pr參數(shù)： 1－01＝1（Pr控制模式）。

（3）電子齒輪比分子：1-44 = 5 ；電子齒輪比分母1-45 = 2 。

（4）第一段參考點速度1-48 = 20；第二段參考點速度1-49 = 30。

（5）伺服使能信號：2-10 = 1（伺服直接使能）

（6）其它伺服參數(shù)：

2-11 = 108 （pr模式出發(fā)啟動信號）

2-12 = 122（反向限位）

2-13 = 137/111（jog+及pr模式寄存器選擇-通訊控制）

2-14 = 138/112（jog-及pr模式寄存器選擇-通訊控制）

2-15 = 106（反向方向信號）

2-16 = 127（參考點觸發(fā)信號）

2-17 = 124（參考點完成信號）

2-18 = 105（伺服位置到達）

2-19 = 109 （原點復(fù)歸完成）

2-20 = 107（伺服報警）

備注：2-10~2-22可參考第七章輸入輸出端子定義表

3-00 = 2/3（站號設(shè)定）

3-01 = 1（通訊傳輸率）

3-02 = 0（通訊協(xié)議）

3-05 = 2（通訊方式-485通訊）

通過案例設(shè)計討論，基于臺達機電自動化平臺的數(shù)控沖床解決方案在應(yīng)用中展示出單品牌機電一體化系統(tǒng)集成的巨大技術(shù)優(yōu)勢。應(yīng)用臺達單品牌機電技術(shù)平臺提高數(shù)控機床的基礎(chǔ)裝備能力達到性能服務(wù)成本最優(yōu)目標的綜合。