一、簡介

輥鍛機(jī)是回轉(zhuǎn)鍛造機(jī)械的一種，屬于回旋壓縮成形類的范疇。以往的輥鍛機(jī)在鍛壓過程中，由人工夾持高溫?zé)t的工件進(jìn)行鍛壓，如圖1所示，生產(chǎn)環(huán)境惡劣、效率低下，安全防護(hù)裝置難以百分之百保障設(shè)備和人身安全。為了善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)效率，出現(xiàn)了機(jī)械式的輥鍛機(jī)送料設(shè)備，但是此種設(shè)備往往存在機(jī)械成本高、通用性差、調(diào)整不靈活、人機(jī)交互差等一系列問題。這就需要開發(fā)出更合理的輥鍛機(jī)送料機(jī)械手控制系統(tǒng)，來提高機(jī)械效率、改善安全狀況、增強(qiáng)設(shè)備通用性。近日，采用四方全套工控產(chǎn)品開發(fā)的輥鍛機(jī)送料機(jī)械手在某大型鍛壓設(shè)備廠成功應(yīng)用，完滿解決了上述問題。

圖1  輥鍛機(jī)人工送料

二、工藝分析

輥鍛是材料在一對(duì)反向旋轉(zhuǎn)模具的作用下產(chǎn)生塑性變形得到所需鍛件或鍛坯的塑性成形工藝。它是成形軋制(縱軋)的一種特殊形式。

輥鍛變形原理如圖2所示。輥鍛變形是復(fù)雜的三維變形。大部分變形材料沿著長度方向流動(dòng)使坯料長度增加，少部分材料橫向流動(dòng)使坯料寬度增加。輥鍛過程中坯料橫截面面積不斷減小。輥鍛適用于軸類件拔長，板坯輾片及沿長度方向分配材料等變形過程。

圖2 輥鍛變形原理圖

輥鍛變形的實(shí)質(zhì)是坯料的軋制延伸，坯料部分截面變小而面的幅度增加。當(dāng)截面變形較大時(shí)，需要經(jīng)多次輥軋完成。其工藝設(shè)計(jì)主要是合理的決定各工步輥鍛的壓下量、展寬量和延伸變形量。它們?nèi)Q于輥徑的大小、孔型的形狀尺寸、毛坯的溫度和冷卻潤滑等變形條件。坯料的一端用夾鉗夾緊，在扇形模的第一道孔型的輥壓下變形(初成形)并退出；然后在下道孔型的無?？臻g處送進(jìn)，再次輥壓變形(預(yù)成形)并退出；根據(jù)變形的需要，經(jīng)多道輥壓而逐漸成形，得到所需的成形工件(終成形)如圖3所示。

圖3 輥鍛成型過程

輥鍛機(jī)送料機(jī)械手的原理如圖4所示，輥鍛機(jī)的上壓輥與下壓輥按箭頭所示方向運(yùn)動(dòng)，Y軸方向進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械爪夾持的工件（虛線部分）與第一個(gè)孔型位置對(duì)齊，同時(shí)X軸方向進(jìn)行進(jìn)給動(dòng)作將工件按照設(shè)定的距離伸入到孔型位置內(nèi)部，同時(shí)旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)機(jī)械爪旋轉(zhuǎn)設(shè)定角度，此時(shí)工件到位，上下壓輥同時(shí)動(dòng)作，將工件向外擠壓塑性，鍛壓的同時(shí)X軸帶動(dòng)工件同步后退，當(dāng)鍛壓完成后，重復(fù)上述過程進(jìn)行后續(xù)孔位的鍛壓。

圖4 工藝原理圖

三、方案設(shè)計(jì)

本方案以四方EP1系列PLC為控制核心，以四方CA100伺服驅(qū)動(dòng)器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以四方EM1系列觸摸屏為人機(jī)交互設(shè)計(jì)了一套控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輥鍛機(jī)送料機(jī)械手性能的提高。

1、送料機(jī)械手的整體工藝流程如圖5所示。

圖5 工藝流程圖

2、輥鍛機(jī)送料機(jī)械手系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)進(jìn)給軸、平移軸和旋轉(zhuǎn)軸采用CA100伺服系統(tǒng)精確定位，EP1系列PLC整體調(diào)度控制時(shí)序，按照工藝流程控制各伺服軸進(jìn)行工件夾緊、進(jìn)給、旋轉(zhuǎn)、平移等操作。如圖6所示。

圖6 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

四、系統(tǒng)調(diào)試

1、系統(tǒng)配線圖

輥鍛機(jī)送料機(jī)械手主要電氣部分的電氣圖紙如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)電氣圖紙

2、伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試首先要進(jìn)行的是伺服參數(shù)調(diào)試，使伺服的功能和性能達(dá)到系統(tǒng)的要求，伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試的主要參數(shù)如下表所示：

表1  伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試參數(shù)（部分）表

3、 PLC程序調(diào)試

為了完美的完成系統(tǒng)動(dòng)作，達(dá)到系統(tǒng)要求，需要不斷的優(yōu)化PLC程序，使用四方EP1系列PLC的在線監(jiān)控功能，可以方便的監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，快速的修改寄存器參數(shù)等。由于EP1系列PLC提供了2路通訊接口，PLC在在線監(jiān)控的同時(shí)也可以同時(shí)連接人機(jī)界面，接受來自人機(jī)界面的指令，可同時(shí)觀察指令發(fā)送的正確與否。

圖 8 EP1系列PLC在線監(jiān)控圖

PLC程序調(diào)試的難點(diǎn)在于，輥鍛機(jī)在軋制坯料的同時(shí)，送料機(jī)械手需要隨著坯料的移動(dòng)同步后退，需要將按裝早軋輥上的同步編碼器信號(hào)引入到PLC中，PLC對(duì)編碼器信號(hào)進(jìn)行處理，同時(shí)輸出高速脈沖控制進(jìn)給軸的同步后退。

4、帶工件調(diào)試

帶工件調(diào)試為測試系統(tǒng)的整體性能，測試系統(tǒng)是否能滿足生產(chǎn)要求的最后一步調(diào)試。帶工件調(diào)試需要注意以下問題：

（1）軋輥的零點(diǎn)與工件需要保持一段距離，電機(jī)帶動(dòng)軋輥運(yùn)行起來需要一段距離來提高慣性，如果沒有這段距離，軋輥會(huì)被工件卡住而不能運(yùn)行。

（2）要正確設(shè)置軋輥的周長與扇形模具長度的比值，這樣才能使進(jìn)給軸回退的動(dòng)作與坯料在軋輥?zhàn)饔孟碌幕赝藙?dòng)作保持同步。

5、人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

HMI主界面如圖9所示，主界面集成了工作過程中的所有功能和狀態(tài)，可進(jìn)行鍛壓系統(tǒng)啟停、回零、急停等操作，顯示設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)等信息。

圖9 HMI主界面

HMI工件庫功能如圖10所示，可以根據(jù)生產(chǎn)的不同工件的不同工藝設(shè)置相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，將此組參數(shù)保存下來，方便下次生產(chǎn)相同工件時(shí)直接調(diào)用。

圖10 HMI工件庫界面

五、結(jié)束語

通過采用以上控制方案，較好的解決了傳統(tǒng)輥鍛機(jī)人工送料和機(jī)械式送料設(shè)備的安全隱患高、靈活性差、效率低、成本高等不足的問題，同時(shí)本文探討了輥鍛機(jī)送料機(jī)械手最新控制技術(shù)及基于四方電氣機(jī)電產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)過程。應(yīng)用四方電氣全套的工控產(chǎn)品鏈，可提供可靠的輥鍛機(jī)送料機(jī)械手控制方案，同時(shí)為客戶提供定制的程序服務(wù)，完成客戶對(duì)輥鍛機(jī)送料機(jī)械手的特殊要求。運(yùn)行實(shí)踐證明，本系統(tǒng)性能穩(wěn)定、操作簡便、可靠性高、生產(chǎn)效率高、一體化程度高、性價(jià)比高，得到最終客戶的認(rèn)可與稱許。

參考文獻(xiàn)

1、深圳市四方電氣EP1系列PLC編程手冊(cè).    深圳市四方電氣技術(shù)有限公司. 2016

2、深圳市四方電氣EM1系列HMI用戶手冊(cè).    深圳市四方電氣技術(shù)有限公司. 2016

3、深圳市四方電氣CA100系列伺服驅(qū)動(dòng)器使用說明書.    深圳市四方電氣技術(shù)有限公司. 2016