数控伺服多工位成形液压机的研发

文/沈银华，沈中伟，周凌华·湖州机床厂有限公司

目前，大多数国内工厂生产冲压零件，料片需要经过“串联压机线”，经过多台压机和多副模具后才能成为成品。“串联压机线”排布方式有水平成线或前后串联成线，操作人员多，整线使用占地面积大，半成品须经流转、搬运进入下道工序，存在中间费用，落后的设备和生产方式制约了规模化生产的发展进程。市场急需数控多工位成形压力机，通过压机滑块一次冲压行程完成多道成形，成形工序包含下料、拉深、冲孔切边、折弯、整形等。

多工位成形压力机，使用者主要有两种选择，机械压力机和数控伺服液压机，机械压力机的高效率不用置疑；数控伺服多工位液压机和模具、自动化送料机构完美结合，提高了生产效率，提升了操作安全，具体而言，数控伺服液压机具有以下特点。

⑴易于实现公称力和工作行程，对超大型零件、长行程成形具备不可替代的优势。

⑵滑块行程能根据模具高度进行任意调整，行程范围内任何位置均可实现最大压力，任何位置压制压力、保压时间均可设定，下极限位置具备长时间保压功能。

⑶电气自动化技术，智能人机界面，操作人员入门简单、快捷，物联网模块的加盟，使得远程维护、工厂智能化管理均能简易实现。

⑷数控伺服技术，使滑块速度调节简便，调整精度高，冲击振动小，噪声低，节能降耗，改善操作环境。

⑸液压系统配置安全阀，具有安全调压和限压功能，有效保护模具。

⑹结构相对简单，元件标准化、系列化，制造周期短，造价低。

总体设计方案

该类液压机成形工艺特殊，滑块在一次冲压行程内压制同一零件的不同工位件，由自动化送料机构完成相邻工位件的传送，最终实现一次成件的目的。根据市场需求，湖州机床厂有限公司已形成系列产品，数控伺服多工位成形液压机是集机械、电气、液压控制和数字检测技术于一身的专用机械成形设备，和自动化送料机构无缝衔接，整线智能控制，确保生产稳定、高效，满足生产厂家产能要求。

生产线整机布局如图1 所示，主要包括：线首上料单元→多工位自动机械手（三次元或二次元）→多工位成形液压机→线尾成品皮带输送机，整线布局合理、生产有序。

图1 生产线整机布局

由于多工位一次压制成形的特点，不同工位压制产生的偏载不可避免，滑块受偏载会产生倾斜，超过一定的程度，就会造成被压工件报废、损坏模具，而且会严重影响液压设备的使用寿命。因此，多工位成形液压机对设备和控制系统提出了更高的要求。

数控伺服多工位成形技术方案

液压机机身采用分体拉杆组合式框架，焊接大件经三维有限元分析优化，上梁、下梁和四根支柱通过拉杆和螺母紧固，经液压螺母超压预紧，形成刚性机架，结合面设置方便，提高抗偏能力。配置前后移工作台，驱动方式采用减速电机加变频器，方便更换模具。上、下工作台面由高精数控加工机床确保平面度和平行度公差。

按制品工艺要求，将多副模具顺序排列，每副模具的闭合高度必须保证相同，确定工位数、工位步距、工作台面尺寸和侧面送料窗口等主要参数，确定机械手运动参数。

滑块由油缸驱动，通过安装于支柱上的斜楔式四角八面导轨导向作上下运动。滑块动态平行度是保证制品质量、保护模具和设备的关键。滑块行程检测采用进口高分辨率位移传感器，实时检测滑块左右方向的压制位移偏差，作为系统判断是否进行调平的依据。位移传感器选型时保证精度高，误差小。

全闭环伺服驱动泵控液压系统由伺服电机、伺服驱动器、运动控制器、油泵、压力传感器和位移传感器组成，可以进行压力闭环和位移闭环控制。该系统响应迅速，减少了动作切换时间，加快了节拍。在闭环控制模式下，由压力传感器或位移传感器采集相关信号并传递给运动控制器进行运算，然后控制伺服驱动器改变伺服电机转速，并将实际发生值与设定值不断比对，直至达到目标值，系统性能稳定，过冲小。该系统在满足制品压制工艺要求的前提下，有效降低了能耗，降低了噪声，改善了工作环境。液压系统阀组采用二通插装阀系统，结构紧凑、动作灵敏、工作可靠。

电气控制采用PLC 可编程序控制器，配置工控机或触摸式工业显示屏作为人机界面，显示和设置滑块压力、行程等压制参数。控制系统是滑块动态纠偏调平的核心部分（图2），通过编程软件控制执行元件动作，保证滑块动态平行度。液压机配置有物联网模块，模块支持WIFI、4G、以太网连接，支持远程协助。用户可通过终端，如PC、手机随时查看设备的运行状态、产量、能耗状态等信息，同时可以将数据与用户MES 系统进行交换，形成智能化工厂模式。

图2 调平系统闭环控制原理图

多工位自动化技术方案

多工位自动化技术方案包括线首上料单元、多工位机械手、线尾成品皮带输送机、自动化控制系统组成，具体内容如下。

⑴线首上料单元。本方案提及料片为垛料上料方式 ，卷料暂且不论。垛料小车上料→磁性分张、机械手或机器人拆垛（双料检测）→磁性皮带机输送→料片定位（零位等待）。

⑵多工位机械手以三次元为例，采用3 个可编程轴（X 轴、Y 轴、Z 轴），由三个伺服电机各自驱动，单独控制，独立运动，三轴行程均可按产品定制。伺服电机和驱动器选择日本三菱品牌，接杆采用铝合金高强度型材，以提升稳定性，提高节拍为宗旨，自然节拍约12 ～20 次/分，配合油压机的1 个工作周期的时间≤4 秒（含平紧、提升、平移、下降、松开全套动作）。更换产品后，仅需更换对应夹爪或端拾器即可。

⑶线尾成品皮带输送机，皮带机由机架、电机减速机、传送带、滚筒等部分组成。

⑷自动化控制系统，采用集成中央CPU控制结构，选用三菱的CPU，控制系统具备存储999 套模具相应参数功能。自动化PLC 与压机PLC 之间的互锁信号通过Profibus/Devicenet/CC-LINK 总线的方式进行连接，通过总线进行数据交换。同时机械手控制系统配置标准的以太网口，供监控系统使用。不具备总线连接的特殊设备将采用硬接线方式实现信息交换和联锁控制，整线安全联锁采用硬接线的方式实现信息交换。

结束语

多工位自动化与数控伺服多工位成形液压机相互配合，能满足多工位模具偏载工艺的生产要求，实现自动化、智能化及远程控制，同步控制精度高，响应频率快；生产效率远超过多台成线的工作效率，减少了操作员工；降低综合能耗，缩短制造周期；减少辅助时间、辅助场地；我公司产品在客户处生产线运行稳定，获得了客户的一致认可。