简议三菱FA产品在曲柄压力机搬运中的应用论文

简议三菱FA产品在曲柄压力机搬运中的应用论文

　　1 引言

　　某客户主要从事冲压外围送料及矫直设备的制造与加工，设备为非标设备。曲柄压力机是采用曲柄滑块机构作为工作机构的一类锻压机器，这种机构将旋转运动变为往复直线运动，实现各种冲压加工工艺。它是板料冲压生产中的主要设备，可由于冲孔、落料、切边、弯曲和成形等工序。对于冲压生产过程中的送料，过去采用人工送料，具有效率低、不安全等缺点。客户要求设计出高效安全的全自动送料机构，在此背景下，我们给客户提供了三菱电机的运动控制器方案，参与设计出三维立体搬运系统。目前已应用在类似压铸机的工件搬运上，效果良好。

　　2 系统介绍

　　本系统为中轴BB盖成型生产线中的搬运，工序涉及多次压铸和切边，采用三维搬运系统后，实现了多工位同步送件取件。具有高效、安全的优点。

　　2.1 曲柄压力机

　　曲柄压力机主要结构由曲柄滑块、曲柄轴、连杆、凸模(一次、二次、切边)、离合器等组成，曲柄滑块将旋转运动转换为上下直线往复运动。具体动作为：由电动机通过皮带驱动飞轮，经过齿轮和离合器带动曲柄滑块机构，使滑块和凸模直线下行。锻压工作完成后滑块回程上行，离合器自动脱开，同时曲柄轴上的制动器接通，使滑块停止在上死点附近。采用三维立体搬运系统后，压力机可在下死点和上死点往复直线运动，工件搬运保持与滑块的同步。飞轮电机由变频器驱动，可实现无级调速。相当于手工送料速度的6倍。

　　2.2 三维搬运系统

　　主要由上料机、三维(X，Y，Z)平移、夹具、升降搬运结构组成，可同时连续搬运多个工件，以满足不同工序的同时供料，保证工序运作的连续性。上料机由气缸驱动，XYZ搬运结构由三菱伺服驱动，通过Q172DCPU控制与曲柄压力机滑块运动保持同步。

　　3 方案实现

　　3.1 控制系统

　　本套系统由QPLC和Q172DCPU实现。滑块运动由变频器调速，滑块电机加装三菱绝对位置同步编码器进行位置速度采样，XYZ搬运轴通过同步编码器做凸轮往复运动与滑块保持同步。滑块到达下死点前，工件搬送到位，滑块离开下死点一段位置，工件开始搬运。

　　3.2 系统构成

　　3.3 系统配置

　　Q03UDCPU+Q172DCPU+Q61P+Q38DB+QX40-S1+QX42+QY41P+Q62DAN+QJ71C24N+Q172DEX+Q170ENC+MR-J3-350B*1+HF-SP352*1+MR-J3-200B*2+HF-SP-152B*2+MR-J3-100B*2+HF-SP102*2+FR-A740-11K

　　3.4 Motion、QPLC多CPU设置

　　Q系列PLC多CPU系统可共享Q系列PLC的电源模块、基板模块、I/O模块等，可对构成多CPU系统的各台CPU模块进行分散控制，多CPU系统中最多可自由选择4台CPU，多CPU系统中，每个系统最多可控制96个轴，本次用到5个虚拟凸轮。

　　3.5 Motion CPU端设置

　　(1)高速刷新设置

　　(2)伺服数据设置

　　采用绝对位置系统，数据回零方式1。伺服参数可通过MR Configurator 进行在线设置。机械结构采用导程为20mm的丝杆传动。

　　(3)同步编码器设定

　　系统使用一个绝对位置同步编码器Q170ENC，分辨率为262144PLS/rev。安装于飞轮上，反馈同步脉冲。

　　3.6 夹具、平移、升降机凸轮曲线

　　夹具由2台1kW电机同步驱动，升降机由2台1.5kW带抱闸电机同步驱动，平移由1台3.5kW电机驱动;

　　3.7 虚拟机械程序

　　凸轮轴1、2为夹具凸轮，3、4为升降凸轮，5为平移凸轮;凸轮号、行程上限、行程下限通过D寄存器进行指定。

　　3.8 顺控CPU端设置

　　(1)多CPU设置、I/O分配

　　(2)刷新设置

　　4 调试中的问题与难点

　　(1)凸轮曲线的确定

　　同步编码器Q170ENC的分辨率为262144PLS/rev，滑块的往复直线运动反馈脉冲值为0-262144，对应凸轮周期0~360度。如何确定滑块的0度位置，是构建凸轮曲线的关键。经过多次试验，最终将滑块从上死点往下移动时的位置设为0度位置，下死点位置(成型位置)为180度，从下死点向上返回上死点位置为360度。滑块从0~180度过程中，XYZ搬运结构从取件位置移动到下料位置并完成工件摆放。滑块从180~360度过程中，搬运结构返回取件位置取件。为防止夹具在180度附近与模具碰撞，夹具需提前打开。

　　(2)原点确定

　　方案采用绝对位置系统，客户要求不使用硬件原点，同时原点位置可随意设置。最终选择Data Set Type 1原点设定方式，通过实模式下JOG程序将伺服移动目标，执行ORG(ZERO)程序，则当前点被设为机械原点位置。

　　5 系统优点与总结

　　(1) 控制器与伺服放大器通过光纤轻松连接，简化接线， 抗干扰性能更佳、可远距离布线。

　　(2)使用支持机械的语言可进行简易的可视化编程，通过各种软元件机械模块和凸轮曲线的组合使用，可以实现复杂的同步控制，工件的取放与压机动作完全同步，不受滑块速度及行程影响。

　　(3)替代人工，高效安全，可适用多种工件搬运，应用于汽车、五金等行业。

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