电机定转子冲压控制系统的设计

汤世松，仲太生，王寅飞，詹俊勇，封 峰

（江苏扬力集团有限公司，江苏 扬州 225127）

0 引言

随着生产规模的扩大和科学技术的发展，三相异步电机在各行各业得到大规模应用，电机定转子生产也从而获得快速发展。以前的电机定转子生产过程费工费时费力，基本上是用普通冲床单工位模具冲制出定、转子冲片（散片），经过齐片，再用铆接、扣片等工艺制成铁芯。而现有的定转子冲压自动化生产线，在电机定转子冲压生产工艺上实现生产过程自动化控制，并已广泛采用高速冲压多工位级进模制造自动叠片结构的铁芯，根据需要定转子还可带回转和扭斜叠斜槽角度。为此，在高速精密压力机冲压电机定转子时，需要一种装置与冲压过程同步，以扭转电机定转子冲压角度，以实现自动叠铆冲片。该生产工艺可促进工程技术进步，提高定转子领域的自动化水平[1]。

1 电机定转子冲压控制系统的组成

1.1 系统设计目的与任务

本系统以扬力公司P2H-500大吨位高速精密压力机为主体开发一条全自动冲压生产线。通过该生产线的总体布局，包括铭诚开卷机、P2H-500高速精密压力机、电机定转子多工位级进模具、定转子带回转和扭斜角度冲压控制装置等组成模块的设计，以掌握电机硅钢片定转子带回转和扭斜角度冲压全自动生产的核心技术。该生产线整条线单人操作即可，与传统的单人单机生产需要6-8人相比，大大提高劳动生产率，年生产能力可达500万件。

本系统开发设计任务包括：①P2H-500高速精密压力机；②电机定转子带回转和扭斜控制装置；③控制系统设计。我们设计的电机定转子冲压自动化生产线占地面积小，生产效率高，4～6台相同类型不同吨位的P2H系列高速精密压力机生产线生产能力足以满足电机生产厂家的需要。图1为电机定转子自动化生产线现场布置简图。

图1 电机定转子自动化生产线现场布置图

1.2 P2H-500高速精密压力机

P2H-500型闭式双点高速精密压力机具有高精度、高强度和高刚度的特点，适用于冲裁、冲孔、落料等工作，特别适合于大尺寸或多排高精密定转子等高强度薄板类连续冲压工作，可大大提高生产效率[2]。P2H-500高速精密压力机滑块行程250mm，行程次数20～60SPM，工作台板尺寸3200mmx1550mm，主电机功率为90kW。

P2H-500型高速精密压力机整体机身刚度达1/8000，并确保压力机在长期运转中各项精度的稳定性[3]。整机采用齿轮驱动，传动轴左右方向布置，传动结构紧凑，运转平稳，耐冲击磨损，运转噪声低。齿轮采用高强度齿轮传递，高强度齿轮具有齿轮精度高、齿面硬度大，齿面淬火后经磨齿处理、承受载荷大等优点，且重量轻、转动惯量小、外形美观[4]。

整机执行机构采用大功率变频调速电机，机械特性软，允许飞轮有较大的转速降而电机不会过载。如图2为P2H-500型闭式双点高速精密压力机简图。

图2 P2H-500高速精密压力机简介图

1.3 电机定转子带回转和扭斜控制装置

高速精密压力机准备运行，自动送料装置和出料装置同步运行，选择模具并设定步进电机脉冲数，汇川PLC输出控制信号给步进驱动器，步进驱动器提供动力输出给步进电机。高速精密压力机每冲压一次，控制步进电机转一次，步进电机的具体角度数由脉冲数决定。控制定转子扭斜的步进电机动力输出由步进驱动器提供，步进电机的输出轴与模具内定转子冲片回转机构硬性连接。图3所示为电机定转子冲压控制装置原理图。

图3 电机定转子冲压控制装置原理图

1.4 电机定转子多工位级进模具

随着新产品、新工艺的不断涌现，国外冲压模具已经从常规的单副级进模向多功能组合模具、生产线的配套组合模具工装、特大型级进模以及微细零件冲压成型模具等方面发展，而国内企业则急需掌握特种高精尖模具技术，如特大型高精模、超高速冲压、超薄、超强和微细型零件成形冲压模具的关键技术，等。此次电机定转子冲压多工位级进模具是由与公司合作的某国内知名模具企业提供[5]。

定转子材料为卷料硅钢片，料厚为0.4mm～0.6 mm不等，大批量生产。电机的定子、转子片在电机中的使用数量是相同的，其外径尺寸相差1mm，具备一起套冲的条件，若制成单工序模或复合模则均不能同时完成两工件的冲裁。另外，零件的精度要求较高，工件的工序均为落料和冲孔，异形孔多，形状也比较复杂，适宜采用多工位级进模进行生产[6]。

模具结构采用四导柱滚珠导向模架。上模具部分由上模座、凸模固定板、垫板、卸料板、卸料板基体和各个凸模组成，上模板与卸料板之间安装有滚珠导向小导柱、导套。下模具部分由下模座、凹模基体以及各凹模镶块组成[7]。如图4所示为电机定转子多工位级进模具图。

图4 电机定转子多工位级进模具图

2 系统程序设计

该电机定转子冲压控制系统包括P2H-500高速精密压力机控制系统和电机定转子带回转和扭斜控制装置子系统两部分。P2H-500高速精密压力机控制系统包括变频器、主电机、扩展基板、CPU模块、总线DeviceNet模块、Omron触摸屏、本地I/O模块、远程I/O模块、电子凸轮CAM335。

变频器电源输出端口与主电机连接，Omron触摸屏通过RS485专用高速通讯电缆与变频器进行高速串行通讯。CPU模块、总线DeviceNet模块、本地I/O模块、远程I/O模块安装在扩展基板上，远程I/O模块通过总线DeviceNet专用电缆与CPU模块进行实时通讯，Omron触摸屏通过专用工业以太网直接连接在CPU模块上，进行实时高速通讯。角度编码器安装在压力机曲轴端部，其信号线接入电子凸轮CAM335，并将曲轴转过的角度信号提供给电子凸轮CAM335。

远程I/O模块通过总线DeviceNet专用电缆与DeviceNet模块进行通讯连接，压力机控制所需的所有远程输入输出信号直接连接在远程I/O模块上。所有从PLC控制单元到压力机控制台部分信号线，也由远程I/O模块通过总线DeviceNet专用电缆和CPU通信，而且因DeviceNet专用电缆采用高速双绞屏蔽缠绕方式，其抗干扰能力大大提高。该线生产后运行良好，取得了很好的经济效益。现场冲压的电机带回转和扭斜定转子实物图如图5所示。

图5 电机带回转和扭斜定转子实物图

3 结束语

本文设计开发了一条电机带回转和扭斜定转子全自动生产线，以P2H-500闭式双点高速精密压力机为主体，配套电机定转子带回转和扭斜控制装置和定转子多工位级进模具，实现了电机定转子自动化生产，使客户生产各型号电机能力大大提高。用精密加工机床作保证，以先进的自动控制技术为后盾，公司开发制造的全自动电机定转子生产线，可使不同型号电机的制造水平得到大幅提高，不仅保证了电机的高稳定技术性能，而且满足大规模生产的需要。

[1] 邓卫国.电机定转子铁芯零件的现代冲压技术[J].电加工与模具，2009，（2）：66-70.

[2] 陈泉剑，陈汝昌，陈孝海.闭式高速精密压力机刚度测量方法探讨[J].锻压装备与制造技术，2013，48（1）：13-15.

[3] 赵升吨，张学来，高长宇，等.高速压力机的现状及其发展趋势[J].锻压装备与制造技术，2005，40（1）：27-30.

[4] 郭 成，储家佑.现代冲压技术手册[M].北京：中国标准出版社，2005：59-63.

[5] 陈炎嗣.多工位级进模具设计与制造[M].北京：机械工业出版社，2006.

[6] 赵战峰，康俊远，关余杰.电机转子、定子冲压工艺分析及级进模具设计[J].锻压技术，2010，（2）.

[7] 刘 云，王 蕾.旋切机构在级进模具中的应用[J].锻压装备与制造技术，2009，44（6）：83-86