数控转塔冲床送料加速度的智能调节技术探讨

王 亮，卞正其

（江苏扬力数控机床有限公司，江苏 扬州 225009）

数控转塔冲床送料加速度的智能调节技术探讨

王 亮，卞正其

（江苏扬力数控机床有限公司，江苏 扬州 225009）

随着智能制造时代的到来，客户对数控转塔冲床的效率要求越来越高，而提高送料的加速度和最大速度是最好的方式。一般常见冲床的加速度均为固定不变的，导致机床在运行过程中无法完全发挥其应有的特性。本文通过循序渐进的方式对加速度的智能调节技术进行了分析研究。

数控转塔冲床；加速度；智能调节；动态响应

1988年国内研制出第一台机械式数控转塔冲床，1997年研制出第一台液压式数控转塔冲床，2005年国内研制出全电伺服数控转塔冲床，从中可清晰地看到数控转塔冲床的发展趋势与脉络。全电伺服数控转塔冲床的出货量表明其已明显吞噬了液压式数控转塔冲床的市场。

数控转塔冲床的冲压速度一直在提升，且变得更加节能。而当冲压速度提升到一定阶段后，送料速度的提升就变得更加重要。对于客户来说，其效率主要体现在送料的加速度上。

数控转塔冲床的送料轴一般由X、Y两个轴组成，这两个轴组成一个平面轴。机床横梁上的夹钳夹持着板料沿X、Y方向运动，通常机床调试完成后，电机运行相关参数即固定下来。由于板料尺寸及材质不同，且整料在加工过程中会变得越来越轻，这就导致了平面轴电机的负载时刻变化。当板料在整个负载的占比较大时，现有固定的电机参数将不可能时刻处在最佳调试状态。为此，通过系统对电机的动态控制来充分调整当前的平面轴电机特性，使电机处于高效、稳定运行状态。

1 基本数据分析

如果夹钳夹持板材的重量不同，则电机的工作特性不同，加减速效果也就不同。此种智能调节可分成两部分解决：其一通过子程序进行整板重量的计算，从而解决因板材大小、厚度、材料不同而导致的负载变化特性；其二通过系统二次开发或者外部软件实时计算剩余板料的重量，在机床运行过程中快速实时地对负载变化进行响应，实时更改加速度。

1.1 上料板料重量计算

确定板材的材质，查看密度表，可知板材密度。系统根据编程板材尺寸计算整个板材的重量，根据长（l）、宽（w）、高（h）及材料密度（t），计算出加工前板材的重量W=l×w×h×t。材料密度重量参见表1。

表1 材料密度重量表

1.2 剩余加工板料重量计算

如表2所示，列出常用模具加工面积的简易计算公式，这些数据可在用户操作页面输入系统，系统可通过X、Y尺寸自动计算出模具的加工面积。对于特殊的模具，用户可自行计算后输入系统。常用冲模尺寸计算如表2所示。

表2 常用冲模尺寸面积计算

由此，可实时计算剩余板料的重量，即夹持的板材的实际重量sW=W-w1-w2-……，w1、w2……表示冲切下的废料重量。

1.3 加速度分段

通过计算各关节的惯量得出总惯量。丝杠J1、联轴器J2、横梁或者拖板的重量J3以及板材的重量J4，计算出转动惯量J=J1+J2+J3+J4。常见数控转塔冲床的横梁重量区间为 400～1000kg，拖板重量区间为60～300kg，板材的重量区间为 11～300kg，再考虑实际板材的利用率并不能达到100%，冲裁率一般不会超过50%，可计算得出剩余板料的重量大约区间为5～300kg之间。

板材重量+板材摩擦力在整个负载变化中所处的比重不算太大，这为加速度的参数调整分段处理提供了依据。经过对板材重量的统计与测试得出，50kg作为一个单位进行分段比较合理，这样就可以把重量分段成300（最大重量）/50+1=7段，能有效保证机床冲压运行的稳定性，又能让加速特性充分发挥出来。

2 实现分析

2.1 冲压前调节

上料板材的重量可通过子程序计算得到，然后对重量进行判断后，把设定好的加速度参数通过指令赋值给相应的加速度参数。对于冲床上常用的SIEMENS840D SL系统，可以通过子程序对ACC[X]、ACC[Y]参数实时写入，进行加速度的赋值。对于冲床上常用的FANUC0iPD系统，可以通过子程序使用G10L52指令对各分段参数进行实时修正。加速度相关的分段参数有：时间常数T1，时间常数T2。T1的分段参数是 6171～6177，T2的时间常数是 6191～6197。

2.2 冲压后调节研究

通过冲压模具尺寸及冲压位置来计算冲下废料的重量。可通过两种途径处理：其一，通过编程软件计算，每减少一个单位的重量，输出一行数据赋值给系统变量；其二，系统开发实时计算板材的剩余重量。

通过软件计算剩余板材重量，采用去料的方式进行冲切剩余计算。这种方法相对比较简单，只要根据冲切下的废料就能计算出剩余的板材重量，但缺点是手动修改程序困难，亦即不适合手动编写程序或者修改程序。使用这种编程软件的方式去计算剩余加工板料的重量必须要与软件公司合作完成。

如果通过系统计算剩余板料的重量，需要对常用的FANUC、SIEMENS系统做二次开发，二者均不开放源代码，故在系统上做深入的二次开发比较困难，而机床制造商仅能够做些简单的二次开发。此时，使用工控机系统进行控制的优势就体现出来。工控机的开放性好，可根据需要编写自己特有的程序。通过系统计算板料剩余重量就不会对程序有影响，不需要编程软件输出一行数据赋值给系统变量，但系统需要记忆板材的冲切状态。如果机床设计了程序同步模拟功能，则这个状态可以调用它进行计算数据，无需单独编写程序。

3 智能调节的优点分析

由转动惯量定理，扭转力矩

式中：J——转动惯量；

β——角加速度。

电机负载惯量大，则启动加速度就很小，负载惯量小则加速度可以调很大。如图1所示，常规非智能调节加速度的变化曲线在轻负载运动过程中，始终按照固定设定加速度运行，不能充分发挥电机的加速特性。而对加速度智能调节后，在轻负载运行中充分发挥了电机的特性。

图1 负载-加速度曲线

如果对每一种分段进行电机优化与参数设定，则设计后的调试工作将耗时较多。但一旦优化、调整、固化后，批量调试将得到很好的保证。当总重量与某分段匹配后，实时载入匹配的电机参数，直接把加速度调整到最佳状态。

4 总结

智能调节加速度的研究与实施拓展了功能应用空间。可以对数控转塔冲床的加工模式拆分成两种：一种是高精度加工模式，可给客户加工产品提供最好的精度，该模式下可稍微牺牲速度或者加速度；另一种是极速模式，精度可放宽至±20s，牺牲精度，保证机床能够最快运行。

[1]吕明明，王平江.高速转塔冲床专用数控系统的研究及开发[J].组合机床与自动化加工技术，2011，（5）：45-46.

[2]宋丽丽，左国磊，俞炅宇，等.冲裁速度对电机定转子铁芯冲裁断面质量影响规律研究 [J].锻压装备与制造技术，2016，51（6）：90-94.

[3]杨玉杰.基于FM352的数控模锻锤速度位置测量系统[J].锻压装备与制造技术，2016，51（3）：74-75.

[4]李 磊，黄梓瑜，李 刚.Simulink PLC Coder在贝加莱运动控制系统中的应用[J].仪表技术，2011，（6）：59-61.

Discussion about intelligent control technology of feeding acceleration for CNC punch press

WANG Liang,BIAN Zhengqi
（Jiangsu Yangli CNC Machine Tool Co.,Ltd.,Yangzhou 225009,Jiangsu China）

With the advent of the intelligence era,the efficiency demand for CNC turret punch press by customer is getting higher and higher.The increase of feeding acceleration and maximum speed is the best way to improve the efficiency.Normally,the common acceleration of the punch press is fixed and constant,which causes the machine can't fully exert its characteristics.The gradual approach has been adopted to analyze and study the intelligent control technology for the acceleration in the text.

CNC punch press;Acceleration;Intelligent control of acceleration;Dynamic response

TG385.1

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.04.004

1672-0121（2017）04-0016-03

2017-02-14；

2017-04-25

2015年扬州市科技成果转化项目资助（YZ2015128）

王 亮（1980-），男，电气工程师，从事数控钣金加工设备研究设计。E-mail：110888088@qq.com