Simotion D在制基礎(chǔ)蓋設(shè)備上的應(yīng)用研究

 引言

現(xiàn)時國內(nèi)企業(yè)中使用的易拉蓋設(shè)備大部分都是從國外引進(jìn)，核心技術(shù)一直由歐美控制，而且不能擁有自己的技術(shù)圖紙和參數(shù)，在軟硬件維護(hù)上十分困難，需要依賴原設(shè)備廠家的技術(shù)支持，無論在時間響應(yīng)上還是維護(hù)費(fèi)用上都要付出不菲的代價。

如上所說，國內(nèi)某制蓋企業(yè)的基礎(chǔ)蓋harr沖床生產(chǎn)線，由于生產(chǎn)線已使用十多年，故障點非常多，維修費(fèi)用十分昂貴，客戶要求將其升級，以便延長使用壽命并方便維護(hù)。

項目的工藝

原工藝：片材由真空吸盤一張一張吸起，通過輸送帶輸送到工作區(qū)域，由機(jī)械手抓取片材送入沖壓模具下，沖頭落下沖壓片材完成一次沖壓，等沖頭抬起一定角度，兩排模具中間的高壓氣嘴吹氣，使基礎(chǔ)蓋飛入出蓋盒，再由嵌入其內(nèi)部的輸送帶送入下一個工位。同時機(jī)械手將片材送入一個步距等待下一次沖壓，直到一張片沖完再取另一張片。

由機(jī)械手取片材的效率并不高，并且機(jī)械手的檢測點很多，使整個系統(tǒng)的故障頻發(fā)，如果使用伺服系統(tǒng)送片，其優(yōu)越的精度控制和動態(tài)特性必然能將設(shè)備效率提升，并大大減少了中間環(huán)節(jié)的故障點。

送片工藝改成：片材有輸送帶送到工作區(qū)域，由精定位電機(jī)精確定位到距離沖頭的某個位置，前壓輥壓下，定位電機(jī)退回等待下一張片材。前送料輥將片材安一定步距逐步送到模具下方完成前部分的沖壓，到達(dá)中間由后壓輥壓下完成前后送料輥的交接，并由后送料輥完成剩下的沖壓，前送料輥繼續(xù)輸送下一張片。前后兩張片的間距1～2個沖壓步距。沖壓部分工藝示意圖如圖1所示。

控制系統(tǒng)構(gòu)成

該沖床送料速度及定位精度對沖壓效率影響極大，所以對控制系統(tǒng)的要求較高。simotion d435作為西門子新型的運(yùn)動控制器，其集成了plc和sinamics s120的功能，cpu處理速度較快，能高速處理所有軸定位及外部plc動作，是本項目的首選控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)包括，一臺d435、3個ift6伺服電機(jī)、1個1ph7主軸伺服電機(jī)、1個tm17作快速i/o、多點et200接口模塊、1個絕對式角度編碼器、1臺op170b人機(jī)界面。

在選驅(qū)動方面，我們選用sinamics ac/ac cua31與pm340的組合，可節(jié)省部分硬件的成本。

simotion d435擁有便捷的連接方式也是選擇的一個因素：

(1)d435、cua31和tm17通過drive-cliq非常方便地連接。

(2)op170b通過mpi與d435連接，能時時監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況。

(3)沖頭角度編碼器通過profibus與d435連接，將沖頭的角度同步傳輸給控制器，使控制器較快的讀取角度信息，確保了其它動作的同步。

系統(tǒng)電氣控制示意圖如圖2所示。

圖1 沖壓部分工藝示意圖

圖2 系統(tǒng)電氣控制示意圖

系統(tǒng)完成的功能

本系統(tǒng)主要部分是沖頭控制，位置編碼器檢測沖頭的位置，確保了其它輔助動作在時間上能與沖頭位置同步。

系統(tǒng)具體完成的功能如下：

(1)手/自動添原料：原料片材快使用完無需停沖床，可實現(xiàn)手動添加原料，自動調(diào)節(jié)原料高度。

(2)沖頭同步檢測：沖頭同步安裝外部絕對式編碼器，完成沖頭位置的檢測，確保停止時沖頭停在最上端(±30°)及在適當(dāng)?shù)臎_頭位置吹氣、送片，保證沖壓的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

(3)送片精準(zhǔn)快速：我們在制訂改造方案時從片材的定位速度和精度考慮，使用3個伺服電機(jī)完成片材的輸送。

初定位：第一軸(z軸)將片材精定位到?jīng)_床，保證片材進(jìn)入沖床時的定位精度。并且送片步距可參數(shù)設(shè)定。

單步送片：由第二軸(x軸)完成片材前部分的精準(zhǔn)沖壓，第三軸(y軸)完成片材后部分的精準(zhǔn)沖壓及退料。通過沖頭位置編碼器讀取沖頭已經(jīng)離開最低點，到達(dá)一個送片理想位置，此時伺服迅速以10000.0mm/s2加速到2500rpm并定位等待下一次的沖壓。ift6伺服電機(jī)的高響應(yīng)完全能滿足高速的啟停并能很好的保證精度。如圖3例狀態(tài)：

(4)沖壓速度可調(diào)：通過控制主軸伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)沖壓的速度。

(5)出蓋快速檢測：我們配置的tm17用于快速i/o檢測，其較高的靈敏度能快速的檢測出“塞蓋、失蓋”，確保設(shè)備正常安全地運(yùn)行，較好的保護(hù)模具。

(6)工藝參數(shù)可調(diào)：在人機(jī)界面hmi上可設(shè)定工藝參數(shù)。

停主軸可調(diào)下列參數(shù)：

圖3 例狀態(tài)

v模具數(shù)量：10?；?4模。

v沖壓速度：120～200次/分。

沖壓的過程中可調(diào)參數(shù)：

v片材初步精準(zhǔn)定位移動距離。

v每次沖壓步距(并且前后輥分開調(diào)節(jié)，以免前后輥由于制作誤差使送片步距前后不相等)。

v壓輥動作延時時間。

(7)自動統(tǒng)計產(chǎn)量：人機(jī)界面hmi上可顯示產(chǎn)量，并可手動清除。

(8)維護(hù)診斷簡單：hmi能顯示全部系統(tǒng)故障信息，對照診斷表可迅速判斷故障點。

(9)設(shè)備運(yùn)行安全：在液壓、氣壓壓力過低及離合器溫度較高時，系統(tǒng)將迅速停止沖床，并顯示報警信息，等待處理故障。

應(yīng)用心得

系統(tǒng)通過simotion scout能十分方便的進(jìn)行硬件配置，scout包含多種格式的編程軟件，工程師無需額外培訓(xùn)，只要擁有plc編程經(jīng)驗就能很快上手，編程十分方便。

結(jié)束語

設(shè)備正常投入生產(chǎn)以來，運(yùn)行一直很正常，無重大故障，偶爾外圍小故障都能保證現(xiàn)場操作人員在5分鐘內(nèi)排除，能做到空沖次數(shù)1-2次，大大提升了設(shè)備產(chǎn)能。也驗證了simotion d435在制易拉蓋基礎(chǔ)蓋設(shè)備上是能勝任的。