1 引言
卷板機是鍛壓加工設(shè)備。卷板機主要用于工業(yè)容器罐、壓力管成型加工等機械冷加工領(lǐng)域,要求成型一致性好,弧線規(guī)范,焊接縫口連接好。傳統(tǒng)上工業(yè)容器罐由人工逐段的憑經(jīng)驗操作壓輥成型。由于天然氣管道、油罐車的需求量增加,傳統(tǒng)的生產(chǎn)已經(jīng)滿足不了市場的要求,需要全自動化的機器實現(xiàn)規(guī)?;I(yè)生產(chǎn)。
2 工藝分析
卷板工藝是利用卷板機對板料進(jìn)行連續(xù)3點彎曲的成型過程,如圖1所示,卷板工藝過程由預(yù)彎——對中——卷圓——矯圓過程組成。卷圓工藝過程分析:上輥萬能式卷板機的下輥為固定間距,上輥為萬能式,可實現(xiàn)升降及前后移動,上輥升降由液壓缸驅(qū)動,前后位移由電機驅(qū)動,下輥由主電機經(jīng)減速器后驅(qū)動,因此具備數(shù)字控制的整機條件。
2.1 預(yù)彎
板料卷制時,平板兩端各有一段長度,由于沒有接觸上輥不發(fā)生彎曲,稱為剩余直邊。為了避免板料從工作輥間脫出,實際剩余直邊常比理論值大。對稱彎曲時為(6~20)£(£一板厚),非對稱彎曲時為對稱彎曲的1/6~1/10。由于剩余直邊在矯圓時難以消除,并造成較大的焊縫應(yīng)力及設(shè)備負(fù)荷,容易產(chǎn)生質(zhì)量和設(shè)備事故,故卷制前必須對板料進(jìn)行板邊預(yù)彎,使剩余直邊接近理論值。本機是非對稱彎曲,具有預(yù)彎邊的能力。
2.2 對正
對正的目的是使工件母線與輥軸線平行,防止產(chǎn)生扭斜。
2.3 卷圓
卷圓的方式分為一次進(jìn)給與多次進(jìn)給。冷卷回彈量顯著,需加一定的過卷量。
2.4 矯圓
轎圓一般分為三個步驟。
(1)加載。根據(jù)經(jīng)驗或計算將輥筒調(diào)到所需的最大矯正曲率位置;
(2)滾圓。將滾筒在矯正曲率下滾卷l~2圈(著重滾卷近焊縫區(qū)),使整圓曲率均勻一致;
(3)卸載。逐漸卸除載荷,使工件在逐漸減少的矯正載荷下多次滾卷。
2.5 技術(shù)參數(shù)和自動化要求
(1)卷板機技術(shù)參數(shù)參見表1。
(2)自動化要求
•獨特的彎曲工藝,高精度端部預(yù)彎,連續(xù)彎曲無后角,彎曲過程數(shù)字控制。
•人機對話控制界面,高效智能操作。
•物理彎曲工藝軟件,人機對話窗口,彎曲過程自動補償。
•豐富的彎曲形狀。
•具有卷制O型、U型、多段R等不同的形狀。
3 電氣自動化解決方案
3.1 自動化功能設(shè)計
從整個卷板工藝過程可以看出,需要電氣控制完成的功能包括:
(1)位移量控制。根據(jù)操作人員輸入的卷板弧線長度、弧線半徑、板材材質(zhì)參數(shù),控制器自動計算卷板機各個運動部件在不同卷制階段的理論位移量,例如一款機器是專為油罐車的罐殼的,那么只要把狀態(tài)打到自動,找好開始原點,按下啟動,一次自動成型,做好后
下料結(jié)束后機器會自動復(fù)位到原點開始下一個產(chǎn)品,參見圖2。
(2)上輥(卷板輥)升降位置控制。根據(jù)理論計算,控制下輥旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(恒速度)、上輥橫向移動電機(在壓直邊時用)和升降液壓缸控制閥協(xié)調(diào)工作,自動完成預(yù)彎、對中、卷圓、矯圓全過程。對于油罐車的罐體由于采用了對稱式三輥控制,只要控制上輥的升降位置就可以了。
3.2 卷板輥運動控制原理設(shè)計
卷板尺寸設(shè)計參考參見圖3。
(1)設(shè)計條件(mm)。需要卷取材料的弧線半徑為R;下輥的半徑為r=95;兩下輥的中心距的一半為S=180;板材的壓下量為h;上輥原點距離下輥上平面的高度為L
(2)幾何數(shù)學(xué)推導(dǎo)。
根據(jù)圖3:
上輥每次在做產(chǎn)品之前處于原點,我們只要控制上輥在二維平面的坐標(biāo)就可以了,即控制y= h+L就可以了。
其中R為工藝設(shè)定值、L、D2為已知恒定值,帶入就可以得到h的值,在做不同的弧度的罐體時我們只要根據(jù)h=f(R)就可以控制上輥升降的切換,每段孤線的長度可以由裝在下輥同心軸上的編碼器來控制,根據(jù)反饋的脈沖來控制每段弧的起始和結(jié)束。
3.4系統(tǒng)框圖設(shè)計
根據(jù)控制要求再選用電氣產(chǎn)品,主要控制框圖如圖4所示。
4 臺達(dá)機電解決方案
4.1 設(shè)備選型
基于臺達(dá)機電產(chǎn)品的系統(tǒng)解決方案主控平臺設(shè)備選型參見表2。
5 結(jié)束語
根據(jù)國家十一五規(guī)劃預(yù)測市場前景,隨著天然氣管道、油罐車的基本建設(shè)投入計劃,傳統(tǒng)的卷板成型生產(chǎn)工藝已經(jīng)滿足不了市場的需求量增速,需要全自動化的機器裝備。南通海安是全國卷板機機械廠的集中產(chǎn)地,地區(qū)的市場量在500套左右。在電氣自動化領(lǐng)域具有一體化電氣自動化平臺能力的臺達(dá)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢比較突出,觸摸屏——PLC集成方案配置在經(jīng)濟(jì)性與控制技術(shù)先進(jìn)性的平衡方面可以為客戶的投資提供更好的回報。