張永軍

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710300）

一種小型薄鋁板三軸軋輥卷板機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制

張永軍

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710300）

本文根據(jù)一種薄鋁板的卷彎成形工藝設(shè)計(jì)了一種小型三軸軋輥卷板機(jī)，在保證加工精度、材料性能和工藝強(qiáng)度等要求的前提下，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)和傳感檢測(cè)技術(shù)，利用PLC對(duì)設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)化改進(jìn)，并遵循操作簡(jiǎn)便、控制穩(wěn)定的原則，優(yōu)化軟硬件結(jié)構(gòu)，具有一定的價(jià)值。

卷板機(jī)；薄鋁板；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；PLC；卷彎成形

卷板機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中常見的一種鍛壓加工設(shè)備，在壓力管道、輥軸加工、工業(yè)容器、表面成形加工以及船舶、航空、汽車和軍工等領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)一種薄鋁板的卷曲成形工藝設(shè)計(jì)了一種小型三軸軋輥卷板機(jī)，在保證加工精度、材料性能和工藝強(qiáng)度等要求的前提下，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)和傳感檢測(cè)技術(shù)，利用PLC對(duì)設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)化改進(jìn)，并遵循操作簡(jiǎn)便、控制穩(wěn)定的原則，優(yōu)化軟硬件結(jié)構(gòu)，具有一定的價(jià)值。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

卷板機(jī)是將金屬板材彎卷成弧形或圓筒形工件的通用設(shè)備，利用三點(diǎn)定圓的原則對(duì)零件進(jìn)行壓彎或卷彎的一種工藝，通過(guò)輔助裝置卷制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)卷板機(jī)控制系統(tǒng)也必須遵循這一原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)卷板機(jī)的各工作輥進(jìn)行靈活、精確、有效的控制[1]。

本文對(duì)一種薄鋁板卷曲成形工藝設(shè)計(jì)了一種小型三軸輥卷板機(jī)，鋁板主要技術(shù)參數(shù)：最大卷板規(guī)格6mm×850mm，設(shè)備調(diào)平精度0.2/1000，兩下輥橫向水平度0.2/1000，兩下輥對(duì)上輥的等距度3mm，制板材縱向接縫寬度均勻，無(wú)明顯凸起和褶皺，利用PLC控制。

如圖1所示，具體工作過(guò)程為：設(shè)備通電，按下控制臺(tái)1上的啟動(dòng)按鈕和自動(dòng)按鈕后，設(shè)備開始運(yùn)行，當(dāng)來(lái)料鋁板送入到上下輥之間，由關(guān)電開關(guān)2檢測(cè)后，將信息傳送給PLC，三相電機(jī)12啟動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器11、減速器10，將電機(jī)12輸出的低轉(zhuǎn)矩量轉(zhuǎn)化為大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)下輥齒輪，經(jīng)過(guò)嚙合運(yùn)動(dòng)傳遞至上輥齒輪如圖2、3所示，上下軸輥5、6同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成對(duì)薄鋁材的卷彎成形工藝。

圖1 薄鋁板卷板機(jī)總成

圖2 B向視圖

圖3 A－A剖視圖

2 控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖4所示為控制面板結(jié)構(gòu)，整個(gè)功能分區(qū)為三個(gè)部分，分別為顯示區(qū)、工作狀態(tài)指示區(qū)和工作區(qū)。其中顯示區(qū)通過(guò)計(jì)數(shù)器指令對(duì)當(dāng)前加工板材進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)SET指令在顯示器上通過(guò)8段碼直觀顯示；工作指示區(qū)通過(guò)三種顏色的指示燈表明當(dāng)前的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如果出現(xiàn)卡板、過(guò)載等現(xiàn)象，紅色的故障狀態(tài)指示燈亮，正常運(yùn)行時(shí)白色和綠色的指示燈亮；工作區(qū)分別有5個(gè)按鈕，用于控制設(shè)備運(yùn)行，具體分工為：①啟動(dòng)按鈕—設(shè)備通電后，按下啟動(dòng)按鈕，此時(shí)設(shè)備處于通電待工作狀態(tài)；②自動(dòng)按鈕—對(duì)來(lái)料進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)后，啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)軸輥完成自動(dòng)卷彎的工作；③手動(dòng)按鈕—完成自動(dòng)/手動(dòng)的切換，整個(gè)卷彎的過(guò)程，通過(guò)手動(dòng)控制方式完成；④停止按鈕—停止設(shè)備運(yùn)行；⑤急停按鈕—對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的未可知故障及時(shí)停止，以備檢查調(diào)試。

圖4 控制面板結(jié)構(gòu)

3 PLC軟硬件控制結(jié)構(gòu)分析

本結(jié)構(gòu)為小型卷板機(jī)，驅(qū)動(dòng)方式為單輥驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求一般，不需要更多的位置檢測(cè)、偏移量檢測(cè)和頻敏電阻設(shè)定。控制系統(tǒng)硬件以Siemens公司的s7－200－CPU226－AC/DC/RLY為核心，完成對(duì)設(shè)備的管理和控制。如前所述，該設(shè)備沒(méi)有位置檢測(cè)裝置，也就不需要將各工作輥的實(shí)際工作位置反饋回CPU。但是在程序編制時(shí)需編寫計(jì)數(shù)器指令，對(duì)已加工板材數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)反饋，控制系統(tǒng)所有的功能按鈕集中安裝在控制臺(tái)上，通過(guò)控制面板上的按鈕即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、終端操作及報(bào)警信號(hào)的顯示。具體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和布置分配如圖5所示[2]。

圖5 卷板機(jī)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

基于Siemens公司的s7－200－CPU226－AC/DC/ RLY三輥卷板機(jī)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）準(zhǔn)確性及可靠性。準(zhǔn)確可靠是系統(tǒng)的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用了PLC控制方式，該型號(hào)PLC配置高性能的工業(yè)級(jí)處理器，可使卷板機(jī)保護(hù)邏輯程序準(zhǔn)確、快速執(zhí)行，從硬件及其技術(shù)上保證了系統(tǒng)的高可靠性[3]。

（2）手/自切換自如?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)需要完成自動(dòng)卷彎過(guò)程，也可通過(guò)手動(dòng)按鈕完成手動(dòng)進(jìn)料壓板卷彎的過(guò)程，對(duì)于小批量生產(chǎn)和R型卷彎過(guò)程有很好的應(yīng)用。

（3）顯示功能強(qiáng)。用戶可根據(jù)自身工作需求設(shè)置計(jì)數(shù)器預(yù)置值，更改非常方便，同時(shí)也可直觀顯示當(dāng)前加工數(shù)，數(shù)據(jù)反映直觀方便。

（4）故障診斷方便。整套程序中含有狀態(tài)報(bào)警、折斷停機(jī)等功能，提高整套裝置的自身安全系數(shù)，幫助運(yùn)行人員在第一時(shí)間知道停機(jī)的第一起因。避免了以往顯示面板上有多項(xiàng)報(bào)警指示，使第一起因分析困難；或者隨現(xiàn)場(chǎng)情況的瞬息變換，指示燈熄滅，難以找到第一起因情況的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合鋁板材質(zhì)軟、受壓面積小的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種卷板機(jī)結(jié)構(gòu)，相比鋼材卷板機(jī)其結(jié)構(gòu)體積小，也不需要加裝更多的位置精度檢測(cè)裝置和壓力反饋裝置等，所以其控制也相對(duì)比較簡(jiǎn)單。但是其應(yīng)用場(chǎng)合卻非常廣泛，除了鋁材，還可以對(duì)塑料、橡膠等材料進(jìn)行壓彎或卷彎操作，具有一定的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫洪江，蘇 發(fā)，胡金平.三輥卷板機(jī)卷制任意錐筒的調(diào)整計(jì)算及卷制過(guò)程[J].煤礦機(jī)械，2005，（8）：8－9.

[2]楊樹平.PLC在卷板機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2009，（4）：194－196.

[3]葛歆揚(yáng).伺服壓力機(jī)對(duì)稱直動(dòng)肘桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2015，50（1）：37－39.

Structure design and control of a small three-roll bending machine for thin aluminum sheet

ZHANG Yongjun
（Shaanxi Institute of Technology,Xi'an 710300,Shaanxi China）

A small three-roll bending machine for thin aluminum sheethas been designed in the text according to the bending forming process.Underthe premise of ensuring the processing precision,material properties and process strength requirements,by combining with the modern control technology and sensor technology, systemic improvement has been conducted to the equipment by use of PLC.Thestructures of software and hardware have been optimized by following the principle of simple operation and stability control,which has a certain value.

Bending machine;Thin aluminum sheet;Structure design;PLC;Roll bending forming

TG333.2+4

B

10.16316/j.issn.1672－0121.2016.04.011

1672－0121（2016）04－0034－02

2015－12－15；

2016－02－24

張永軍（1970－），男，教授，高級(jí)工程師，從事機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)、教育管理等教研。E－mail：jdwxjx＠163.com