D53K系列径轴向数控碾环机生产线及其控制系统研究

刘利华

摘要：D53K系列径轴向数控碾环机主要用于生产加工大中型法兰、回转支承等。该系列碾环机是我国自主开发研制，能够很好适应国内需求，经过多年发展，产品不断更新完善，大大提高了该系列产品的国内国际竞争力。主要介绍了D53K系列径轴向数控碾环机生产线的组成部分，并且详细说明了该系列碾环机控制系统的特点，并简单阐述了该产品发展前景。

关键词：数控碾环机；控制系统

引言

D53K系列径轴向数控碾环机是应用于环锻行业的高技术设备，主要用于加工齿轮、法兰、回转支承等。目前，我国环件产品应用范围非常广泛，工程机械、汽车、船舶、航空航天等行业都离不开环件产品，而碾环机加工质量的好坏直接影响环件产品使用的可靠性。因此，碾环机是我国工业生产不可或缺的设备。环件的材料主要有合金钢、铜合金、铝合金、钛合金、碳钢等金属材料，针对不同材料的环件，在加工过程中，碾环机会有相应的调整，从而更准确可靠的加工生产所需的各种环件产品。环件轧制是一种塑性成形，碾环机将环件壁厚压薄，使直径增大，环件的生产工艺流程主要为裁料、烧料、自由锻、冲孔等，工步中各个环节衔接紧密。该生产工艺可以大幅降低设备吨位、节能节材、生产成本低等优点。全自动碾环机的工艺模型已经建立，并且在不断的更新完善，可以为环锻行业带来新的助力。

1.D53K系列径轴向数控碾环机生产线主要组成

实际应用过程中，D53K系列径轴向数控碾环机生产线包括很多部分，下面介绍几个主要的生产线部分。

1.1径向轧制部分：径向轧制部分包括径向轧制机架、直流电机、减速箱、工作台、芯辊、径向轧制液压缸等；

1.2轴向轧制部分：轴向轧制部分包括轴向机架、轴向轧制液压缸、锥辊电机、锥辊等；1.3床身机座：床身机座关键包括导轨和床身等；

1.4电气系统：电气系统包括主操作台、液压系统控制柜、电气控制柜等部分；

1.5液压系统：液压系统为碾环机的执行元件提供主要动力；

1.6润滑系统：碾环机的关键部分需要及时进行润滑，避免关键部件磨损过度；

1.7冷却系统：冷却系统可以及时为热轧的模具等提供冷却，避免过热产生变形误差。D53K系列径轴向数控碾环机生产线个组成部分布局合理，工作衔接紧密，电气、液压部分重要元气件是采用国际知名的进口件，工作准确可靠，可以满足生产需求。控制系统时效性强，控制可靠、准确。该系列碾环机的控制软件是我国自主研发的，为碾环机提供核心大脑，提高生产效率，实现智能化。

2.D53K系列径轴向数控碾环机电气控制系统特点

传统的数控机床液压系统的工作原理是，当控制系统发出操作指令，电磁铁通电驱动电磁阀动作，实现机床液压系统工作；工作的同时反馈检测装置信号，通过与初始命令相比较，进行误差修正。所以，液压系统只起到传动作用，驱动执行部分完成加工工艺，而不能自己独立工作。因此，碾环机的电气及控制系统就尤为重要。D53K系列径轴向数控碾环机的控制系统采用PLC输入输出电路设计，智能化程度高，提高通信速度。该系列碾环机采用中央集中控制的电气控制系统，主站和从站之间用电缆连接，布线简单清晰。电气控制系统主要包括以下几个方面：

2.1生产线采用S7-300系列的PLC作为核心控制单元，该处理器存储量大，处理速度快，运行可靠性高，输入和输出采用ET200S模块可以增加控制模块。并且可以用互联网进行数据传输与反馈，提高处理速率。该生产线采用STEP7编程语言，使生产工艺的控制更加灵活；输入与输出点采用梯形图表达方式，更加明了易懂，进行调试时更加方便。控制系统有多个DB数据块、FB和FC功能块，所有的编程命令都恰当的应用到了该控制系统中。

2.2上位机控制软件是我国独立研发的，操作简单，运行可靠性强；该软件是利用CP5611用OPC通过Profibus与细微机进行数据传输；有一部分处理运输是在上位机中完成的，很大程度减小了下位机的运行压力；上位机软件还为用户提供了历史数据查看、参数设置、模拟运行等模块，在内存允许条件下可以存储很多碾环机所需的多种工艺参数。上位机软件有特定的数据库，建立了历史生产数据库、材料规格数据库等多种库。利用这些数据库便于操作人员进行生产参数设定，并且开发人员可以通过数据库了解碾环机实际加工过程中存在的问题，从而对其进行改进更新。上位机软件可以根据成品尺寸自动生成加工模拟曲线以供操作人员参考，并且在生产过程中与模拟曲线进行对比，以便在今后的轧制工艺中进行优化。该软安装简单，界面友好，操作人员可以实时掌握碾环机的工作情况。

2.3D53K系列径轴向数控碾环机的生产线采用MTS液压油缸，并且采用多种先进传感器等检测元件，计入Profibus总线，可以对油缸的行程进行准确控制。液压站的液压表和油温检测都是采用数字式检测装置，可以将检测信息及时可靠的反馈给控制系统，保证设备运行准确、安全。

2.4采用直流控制各个轧制电机，能够更可靠的控制轧制电机，两台主轧辊电机和两台轴向轧辊电机都是采用直流电机，用Siemens的直流调速装置进行控制，将各个分系统通过主线接入总系统，利用总线控制，使控制更加可靠，并且还能够把生产时出现的数据进行保存和读取，用于以后的分析优化。

3.结语

D53K系列径轴向数控碾环机是我国自主研发的碾环机，经过多年更新发展，已经吸引了更多国内外企业的关注。该系列碾环机的生产线可以满足不同材料、不同规格环件产品的生产要求，D53K系列径轴向数控碾环机的应用大大缩短了企业产品开发的生产周期，摆脱了环锻件依赖进口的格局，节省了设备投资资金，有良好的社会经济效益。

参考文献：

[1]杨光，朱震中.深入浅出西门子S7-300PLC.西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.

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