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王桂龍，王征，伊延吉

( 長春工程學院機電工程學院，吉林長春 130012)

摘要: 為了提高沖壓加工生產效率，改進壓力機與送料機之間靜態配合的局限性，提出一種壓力機與送料機工作周期相互重疊協調控制的解決方案。

多工位傳遞模送料機的水平軸和垂直軸均采用伺服電機驅動，并采用基于 PC 的控制器實現送料機的多軸運動控制; 在送料機和壓力機之間采用 EtherCAT 總線進行通信，并在兩者之間進行協調控制實現工作周期的重疊; 構建實驗裝置進行協調控制實驗。

實驗結果表明: 與靜態配合相比，采用工作周期重疊協調控制后，單個送料沖壓工作周期從 6. 23 s 縮短到 5. 76 s，生產效率提高了 8. 2%。關鍵詞: 壓力機; 送料機; 協調控制

中圖分類號: TG305 文獻標志碼: B 文章編號: 1001－3881 ( 2018) 20－178－3

前言

為壓力機配備送料機可有效提高沖壓加工的生產效率，降低人工成本，減少安全隱患^［1］。由于壓力機與送料機一般由不同的制造廠商開發，在控制硬件、程序軟件以及接口信息等方面存在較大差異，難以實現各種信息的深度交互

壓力機的沖壓運動與送料機的送料運動一般都是非重疊地獨立完成，協調關系采用互鎖控制的靜態配合方式，即在壓力機完全開模后，送料機才啟動送料，在送料機完全退出后，壓力機 才 啟 動 壓 制， 相互之間存在等待時間過長問題［2－3］。

提高帶送料機的壓力機沖壓加工生產效率最直接的途徑有兩種: 一是盡量提高壓力機在單個工作周期的沖壓速度; 二是盡量提高送料機在單個工作周期的送料速度。但前者受壓力機工作性能或沖壓材料塑性極限的限制，后者也受到取送料可靠性和運行穩定性的影響［4－6］。

為了克服靜態配合送料的局限性，人們開始嘗試動態配合送料方式，例如，周玉林等^［7］提出 “時間等分一動作匹配”法，按時間均分壓力機與機器人動作; 王明等人^［8］通過檢測送料機器人與壓力機之間的距離決定動作時間。

文中在對送料機的機械結構、送料運動以及壓力機的模具高度以及沖壓運動進行分析的基礎上，采取送料機與壓力機工作周期重疊協調控制方案，對機械結構、送料運動和控制硬件等進行改進，在保證安全運行的前提下，實現兩者之間的動態配合送料，以縮短整體工作周期，提高生產效率。

1 機械系統

1. 1 送料機的機械結構

圖 1 所示為送料機的機械結構圖，主要包括水平定位軸、垂直定位軸以及端拾取裝置。其中水平定位軸的傳動鏈由水平軸伺服電機、聯軸器、滾珠絲杠和水平滑臺組成; 垂直定位軸由垂直軸伺服電機、聯軸器、同步帶和垂直滑臺組成; 端拾裝置由橫梁、4 根懸臂以及 8 個真空吸盤組成。

垂直軸固定安裝在水平滑臺上，端拾裝置固定安裝在垂直滑臺上，通過對水平軸和垂直軸的協同控制可實現端拾裝置在二維垂直平面內的任意位置控制。

1. 2 送料機的送料運動

圖 2 所示為送料機的送料運動與壓力機的沖壓運動示意圖。圖中，凹模 A、B 和 C 安裝在上模板上，對應的凸模安裝在下模板上，下模板固定在壓力機工作臺上，上模板固定在壓力機滑塊上，受主電機驅動并與送料機配合作如箭頭 ( 1) 所示的下行壓制運動和如箭頭 ( 2) 所示的上行開模運動。

送料機的送料運動步驟: ①垂直軸帶動橫梁從隱埋點上行到送料高度; ②水平軸帶動吸盤到凸模 A 位置; ③垂直軸帶動橫梁下行取料; ④垂直軸帶動橫梁返回到送料高度; ⑤水平軸帶動吸盤到凸模 B 位置; ⑥垂直軸帶動橫梁下行放料; ⑦垂直軸帶動橫梁返回到送料高度; ⑧水平軸帶動橫梁回到隱埋點上方; ⑨垂直軸帶動橫梁下降到隱埋點。

1. 3 工作周期重疊協調配合送料方式

傳統的靜態配合送料方式: 當壓力機上模上行到上死點后，送料機執行步驟如①—⑨所示的送料運動，當送料機完成第⑨送料動作后，壓力機才執行下行壓制動作，壓力機與送料機完全獨立各自完成工作周期，未能壓縮在非干涉區域的等待時間。

工作周期重疊協調配合送料方式的送料過程如圖 3 所示。圖中 T₁為壓力機沖壓周期，T₂為送料機送料周期，t₁為壓力機返回到上死點之前、送料機在非干涉區域開始離開隱埋點而與沖壓運動重疊的時間，t₂ 為送料機返回到隱埋點之前、壓力機在非干涉區域開始離開上死點而與送料運動重疊的時間。

對整個送料－沖壓運動而言，完整工作周期可縮短 s，生產效率可提高 e，分別如式 ( 1) 和式 ( 2) 所示。

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