全自动冲压机运行效率提升研究

摘 要：全自动冲压设备安全可靠，应用越来越广泛，为了更好的发挥设备的运行效率，本文以一台全自动冲压设备为例，把变频电机控制的上、下料机构，步进电机控制的转塔机构，伺服电机控制的运料机构等分别进行系统的优化，给出了提升设备运行效率的具体措施。

关键词：自动冲压机；效率提升；优化措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.198

1 引言

傳统的冲压设备很多采用手工操作，手工送料、取料，工人劳动强度较高，容易疲劳和产生安全事故，工人因操作不当导致身体损伤的情况时有发生，且工作效率不高。全自动冲压设备由于安全可靠，效率较高，应用越来越广泛，各种各样的自动冲压设备被研制出来。为了更好的发挥这些自动设备的运行效率，进行连续、高效生产活动，我们对一台全自动冲压设备进行仔细研究和试验，在保证安全可靠的情况下，这台设备的运行效率提升明显。

2 自动上下料机构原理分析及效率提升

（1）自动上下料机构动作原理。这台全自动冲压设备的自动上下料机构，就是设备的原材料仓库和成品库，与二维送料机构配合，实现原材料的出库和加工后成品的入库。主要运动部件是物料盘，物料盘采用三相交流异步电机带动，交流异步电机采用了三菱变频器驱动，物料盘由交流电动机带动链轮、链条一起上下运行，具体位置由磁性传感器无接触感应控制，对于物料的取放，则采用了真空吸盘，实现了柔性抓取。

（2）自动上下料机构运行效率提升。对于采用变频器驱动交流电机的机构，我们重点对变频器进行了研究和试验，这款设备三菱变频器采用FR-D720S-0.4K-CHT型号，与三菱PLC配合，可以轻松实现三相交流电机正反转和多段速控制。这台设备变频器初始的设置是低速运行，采用10HZ的低速频率，PLC控制也只采用了一种速度，以保证取、放料的可靠性。我们在效率优化改进时，变频器采用高、中、低3速设置，对应PLC也增加了两路通信线。具体是，物料盘的空运行采用高速运行，变频器输出45HZ的频率，物料盘快速到达取料位置，在真空吸盘抓取物料以后，采用20HZ频率中速运行，保证物料盘吸住原材料稳速到达放料位置，而在加工后成品入库的位置微调过程中，采用10HZ低速运行，保证物料精准入库。在以上效率提升改进中，充分发挥了PLC控制优势和变频器的变频调速优势，通过改进和调试，自动上下料机构运行效率提升了一倍，取放料时间缩短为原来的一半。

3 二维送料机构原理分析及效率提升

（1）二维送料机构原理。这台全自动冲压设备的的二维送料机构有上下两层，主要由滚珠丝杆螺母副、工作台、直线导轨副等组成，下一层实现X轴方向的直线往复运动，上一层实现Y轴方向的直线往复运动，上下两层均采用伺服电机控制，以实现平面位置的精确控制。同时，为保证安全，两层工作台均安装有极限位置传感器，为实现工作台快速回原点，两层工作台还设置了原点位置传感器。这个二维送料机构就是通过伺服电动机带动工作台在平面空间里自由移动，实现了物料精准移动，也实现了精确位置冲孔。

（2）二维送料机构运行效率提升。这台设备的二维送料机构采用了交流伺服驱动，主要选用台湾东元TSTE交流伺服驱动系统及其配套电机。在交流伺服驱动初始设置中，其电子齿轮比为3：1，PLC输出的脉冲速率为20000PPS/S，二维送料机构运行平稳，其运动速度可达30mm/S，但用时较长，效率低下。我们在效率优化改进时，把电子齿轮比从3：1改为2：1，在PLC编程控制中，把二维送料机构的PLC输出脉冲速率设置为100000 PPS /S，这样工作台就能最快的速度到达指定位置，其运动速度可达100mm/S，同时，把脉冲输出的加减速时间由100ms调整为300ms， 减少了二维工作台的瞬时冲击，保证了物料在夹钳上的稳定性，同时也保证了冲孔的精准度，使加工出来的产品合格率更高。通过以上改进，二维送料机构的运行效率提升很多，用时为原来的三分之一。

4 冲压机模具转塔机构的原理分析及效率提升

（1）冲压机模具转塔机构的原理。这台设备的转塔机构主要由上模盘、下模盘、链轮、链条、上下模盘定位支架、上下模盘定位销、气动定位装置等组成，上下两个模盘共有4个模具工位，可以安装4种不同的模具。上下模盘运动采用步进电机驱动，步进电机通过减速机构带动两个链轮、链条和一个轴同时运动，实现上下模盘的同步转动，同时实现了上下模盘转动角度的精确控制，可以方便的进行模具的自由调换。

（2）冲压机模具转塔机构的效率提升。这台设备转塔机构运动采用步进电机驱动，选用了深圳雷塞公司的M542步进驱动器，步进电机的型号是2GN30K，自带减速器的减速比为1：30。在初始设置中，步进驱动器的细分为8000，PLC输出控制步进驱动器脉冲速率为20000PPS/S，脉冲输出加减速时间为100ms。在实际运行时，模盘运动较稳定，但换模具的时间较长，大概需要7秒运转90度，即最少需要7秒钟换一个模具，且长时间运行时，容易出现模盘短时卡住，运动不到位的情况。我们在效率优化改进时，步进电机的细分数改为10000， 转塔机构PLC输出脉冲速率设置为60000 PPS /S，把脉冲输出的加减速时间改为500ms， 改进后达到的效果就是模盘换模效率高了，模盘3秒钟就能运转90度，即最快3秒换一个模具，效率比原来提高了一倍。在稳定性方面，由于把换模加减速时间由100ms改为500ms， 就算有短时卡盘现象，机构也能自动调整，并通过定位销重新精确复位，经过长时间试验验证，模盘再也没有出现卡盘和运动不到位情况，模盘运动稳定性有了较大提高。

5 整机联合调试及综合效率提升

在上下料机构、二维送料机构和转塔机构三大部件优化的基础上，在整机运行联合调试时，还进行了一些其它调整，以提高这台设备的综合效率。首先，这台冲压设备采用的是气液增压缸冲压，由于气液增压缸耗气量大，运动较为缓慢，所以在效率提升优化时，适当的提高了气源的压力，有初始的0.4MPa调整为0.8MPa， 冲压缸运动速度快了很多。在触摸屏控制和监控显示方面，实现了触摸屏和工作台按钮联合控制，即设备既可以用工作台的按钮启动停止，又可以用触摸屏上的虚拟按钮进行启停控制，同时还对加工物料的数量、加工时间、冲压状态等参数进行了监控，实现了方便控制，在提高工人工作效率的同时提升了设备的综合效率。

6 结语

通过这台全自动冲压设备效率优化提升，我们研究了PLC联合变频器控制三相交流电机、PLC联合伺服驱动器控制交流伺服电机、PLC联合步进驱动器控制步进电机等多方面的效率提升问题，这为其它自动化设备的效率优化提供了一些参考。同时说明，我们使用的各种自动化加工设备还有效率提升空间，需要我们不断的研究和效率优

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化，从而提高设备的加工效率，提高工人的劳动生产率。

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作者简介：官伦（1974-），男，本科，高级实习指导教师，高级技师，官伦电工首席技能大师工作室主持人，从事电气自动化领域的研究。