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案例頻道 陳震
摘 要：
1 引言
卷板機是鍛壓加工設備。卷板機主要用于工業容器罐、壓力管成型加工等機械冷加工領域，要求成型一致性好，弧線規范，焊接縫口連接好。傳統上工業容器罐由人工逐段的憑經驗操作壓輥成型。由于天然氣管道、油罐車的需求量增加，傳統的生產已經滿足不了市場的要求，需要全自動化的機器實現規模化工業生產。
2 工藝分析
卷板工藝是利用卷板機對板料進行連續3點彎曲的成型過程，如圖1所示，卷板工藝過程由預彎――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，可實現升降及前后移動，上輥升降由液壓缸驅動，前后位移由電機驅動，下輥由主電機經減速器后驅動，因此具備數字控制的整機條件。
圖1 卷板成型工藝過程
2.1 預彎
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力及設備負荷，容易產生質量和設備事故，故卷制前必須對板料進行板邊預彎，使剩余直邊接近理論值。本機是非對稱彎曲，具有預彎邊的能力。
2.2 對正
對正的目的是使工件母線與輥軸線平行，防止產生扭斜。
2.3 卷圓
卷圓的方式分為一次進給與多次進給。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。根據經驗或計算將輥筒調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)，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 技術參數和自動化要求
表1 卷板機技術參數： 規格型號 上 輥 最大板厚 板幅 上輥直徑 下輥直徑 中心距 電動機(kw) 端曲 中央 驅動用 油壓用 移動用 W11SNC-14×3000 130 10 14 3000 360 180 300 15 7.5 4 W11SNC-8×6500 190 8 10 6500 460 220 400 37 11 7.5
加壓力
(Tons)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
（1）卷板機技術參數參見表1。
（2）自動化要求
?獨特的彎曲工藝，高精度端部預彎，連續彎曲無后角，彎曲過程數字控制。
?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。根據操作人員輸入的卷板弧線長度、弧線半徑、板材材質參數，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
下料結束后機器會自動復位到原點開始下一個產品，參見圖2。
圖2 卷板位移量控制
（2）上輥（卷板輥）升降位置控制。根據理論計算，控制下輥旋轉驅動電機（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調工作，自動完成預彎、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。
圖3 卷板尺寸設計參考
3.2 卷板輥運動控制原理設計
卷板尺寸設計參考參見圖3。
(1)設計條件（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)幾何數學推導。
根據圖3：
(R+r)2=s2+(R-h+r)2
得到：
上輥每次在做產品之前處于原點，我們只要控制上輥在二維平面的坐標就可以了，即控制y= h+L就可以了。
其中R為工藝設定值、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，根據反饋的脈沖來控制每段弧的起始和結束。
3.4系統框圖設計
根據控制要求再選用電氣產品，主要控制框圖如圖4所示。
圖4 卷板機自動化系統框圖
4 臺達機電解決方案
4.1 設備選型
基于臺達機電產品的系統解決方案主控平臺設備選型參見表2。
表2 臺達機電產品設備選型
|
序號 |
名稱 |
型號 |
數目 |
品牌 |
|
1 |
觸摸屏 |
DOP-A10TCTD |
1 |
臺達 |
|
2 |
PLC |
DVP-64EH00R |
1 |
臺達 |
|
3 |
編碼器 |
ES3-10CN8941 |
1 |
臺達 |
|
4 |
光柵 |
|
3 |
國產 |
4.2 PLC的地址分配
|
序號 |
輸入 |
說明 |
| 1 | x0 |
測長A相 |
| 2 | x1 |
測長B相 |
| 3 | y0 |
翻倒架翻倒 |
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號