复合冲压模具的运动控制研究

魏圣坤

（泸州职业技术学院，四川 泸州646005）

1 冲压模具

（1）冲压。冲压，简单来说就是模板对金属或非金属的板材材料进行压迫和拉伸，按照模具的样式对板材材料塑性并最终成形。为了满足不同的要求，有时也需要对板材材料进行剪切和分离而获得希望得到的尺寸和形状。因为冲压时所使用的原材料大多是板材和带材，所以冲压又被称为板材冲压。在冲压中，最重要的两个部分就是冲压技术和模具。冲压技术作为一种工业工艺一般分为成形和分离两道工序。分离就是指原材料按照模具的轮廓进行剪切并获得最终需要的形状和尺寸，这种冲压叫做冲裁件；成形简单就是让分离后的材料在不被损坏的前提下进行塑性和变形，最后形成按照条件需要所规定的标准冲压件。在分离过程中，主要由下料、钻孔、切割、裁边和分切等工艺工序；成形包括了卷曲、扭拉、拉伸、打薄、翻边、膨胀、扩口、矫形等工艺手段。在经历了这些工艺过程之后，一个完整的冲压件就基本形成了。

（2）我国冲压模具技术的现状。由于高科技的不断发展，目前的冲压模具技术已经融入并实现了计算机化。最有代表的就是计算机辅助设计（CAD）,计算机辅助自造（CAM）和计算机辅助工程（CAE）。它们的应用主要是帮助人们在设计时可以通过计算机来完成而不是传统的绘图板和手工绘图。一般比较常用的就是美国的AutoCAD软件，主要用来进行模具二维装配和零件图的绘制作业。从1984年由我国华中工学院和武汉733厂共同完成的第一个自主研发的精神模CAM/CAD系统到现在，我国在模具CAM/CAD的技术发展上已经有20多年的历史了。在这段发展过程中，冷冲压模具技术和汽车飞机模具等等也先后走上了工业生产的舞台，推动了我国汽车和飞机制造行业的发展。

2 复合冲压模具的运动和控制分析以及PLC系

（1）复合冲压模具的结构。复合冲压模具的基本结构包括工作仓，它主要是为了实现左右零件进行同步的加工工作；夹紧定位缸、转位缸、推料缸组成。每个工作缸都安装了传感器开关。在复合冲压模具运动时，具有定位夹紧冲孔工位、转位工位、冲压工位、切边推料工位等四道工序。

（2）复合冲压模具的运动要求。在复合冲压模具运动时，一般保持夹紧定位缸处于松开状态，左右两个边缸在夹紧缸松开的限位开关处。转位缸在左边的限位开关处，而推出缸则在后边的后退限位开关处。当气源连接完好后，夹紧缸的电磁阀1得到供电，零件处于夹紧状态，冲床可以开始冲压，完成冲压工作。当电磁阀2得到电力时，零件就会松开并被推入下一道工序。而转位气缸电磁阀1得电后零件就可以进行旋转，电磁阀2得电后转位缸会回到原位。推料缸也是如此，电磁阀1得电后加工的零件推出，电磁阀2得电后则推料气缸再次回到原位。

（3）复合冲压模型系统的控制分析。复合冲压模具的控制系统信号显示应该符合冲压机床的控制逻辑。为了能够实现机床控制系统与模具控制系统在复合冲压模具过程中不会相互受到约束却并不脱开，实现机床的互换性，所以控制系统应该具备解锁的功能。而在冲压机床控制系统中，为了让模块与控制系统联系在一起，有效地控制冲床上滑块的运动轨迹，所以设置了闭锁功能，闭锁功能可以让滑块在得到冲压请求的指令后才会滑落。

为了提高冲压模型系统的“自动化”，应该设置一个自动模式。它能够自动控制整个系列工作的连续运行，例如自动完成物料夹紧定位、转位等工序。但是在自动运行过程中没有专人进行看管，所以当设备发生故障或事故时，应该紧急断电停止机床运行,起到自我保护的功能。而在故障解除后可以故障复位，自动让工作程序继续正常开始运行。

当模具进料仓后，夹紧定位气缸就会夹紧到位，这时如果能够显示冲压，就可以让模具冲压系统开始冲压。而当发生特殊情况时，机械设备可以根据加工条件来判断是否允许冲压，如果不可以，就会显示停止，所以这里需要一个冲压闭锁的功能。

一般来说有两种控制方法来实现符合冲压模具的冲压过程。第一种就是继电器控制系统，它是一种根据电流和电压等电气量或压力、温度、转速、时间等非电气量的变化来判断和控制电路的自动切换电器。它通过继电器确定控制及执行元件来绘制电气原理图，并且根据原理图来绘制接线图最后成功配线接线。第二种控制方法就是单片机控制，它也是一种计算机化的控制系统。采用了更为高科技的芯片技术。它体积虽小却结合了存储器和计算机运算等各种功能，可以完美的控制整个冲压模具过程，并且具有很高的可靠性，而对于强磁场环境的屏蔽也有很好的效果，这是目前相对最为先进的系统控制方式之一。

（4）关于PLC。PLC技术就是可编程控制器。它是一种先进的计算机自动化控制系统。它通过数字化的可编程系统来控制各种类型机械的生产过程。具有实时通讯、实时监控和自动诊断故障、中断处理等功能，这是一种相对比较先进的系统控制方式。①PLC的工作原理。PLC是以循环扫描方式工作的。在PLC运行时，会严格按照程序逐条完成存储器中的命令。PLC可以连续多小时不间断的反复接受命令并进行扫描。它首先进行系统的初始化恢复电路到起始状态并进行自我诊断，目的是为了检测电路是否运行正常。然后对系统的通信接口以及外围设备进行扫描。在此期间，程序会进行控制信号的输出，PLC就负责对程序输出进行刷新。PLC一般有两个工作状态，停止和运行。当PLC停止时，系统就停止执行用户程序。在程序修改或者编制的过程中一般不执行PLC。而PLC在运行状态下系统就会完整的执行整个任务过程。②利用PLC进行系统控制。PLC是相当关键的冲压模具控制系统。它有许多种类而且性能各异，所以在进行系统控制运行时应该从PLC控制系统的性能上进行综合考虑才能设计运行流程。首先要根据输入输出系统进行I/O端子的合理分配，绘制出I/O模块连接图后，对主电路和PLC的输入或者输出进行关联控制电路的分析。分析后就要编写PLC控制程序。程序需要根据主控的要求进行编写，目的是为了实现各控制功能或各子系统的任务程序并逐渐完善系统指定的功能。在程序编写完成后会对程序进行模拟调试以得知设计是否已达到程序控制的要求。根据现场信号的不同，PLC会模拟调试信号进行相应的控制。

所以，PLC在整个模具冲压控制系统中起着至关重要的作用，它是整个控制系统的大脑，承担和分配着控制系统中的各项技术工作，是复合冲压模具工艺发展到现在比较关键的一种智能化控制技术。

3 结语

复合冲压模具工艺是一项广为应用的工业技术，它已经被广泛的运用于大大小小的模具零件制造产业中，所以它也是一项并不简单的跨学科工程。文章只是简要介绍了复合冲压模具的发展和现状，以及其控制系统的主要构成和分类。在我国，复合冲压模具生产技术的前路还很漫长，认真研究其控制系统的延展性和技术并努力进行开发有助于我国冲压模具工业的大力发展。