台达机电产品上辊万能卷板机解决方案1引言2工艺分析

台达机电产品上辊万能卷板机解决方案中达电通公司南京机电业务处陈震摘要：本文详细分析基于DELTA自动化产品在上辊式万能卷板机上的应用技术。具体的应用包括一段弧线和N（9）段弧线的应用，9段弧线主要是油罐车罐体的加工一次成型。关键词：DELTA自动化上辊万能卷板机油罐车1引言卷板机是锻压加工设备。卷板机主要用于工业容器罐、压力管成型加工等机械冷加工领域，要求成型一致性好，弧线规范，焊接缝口连接好。传统上工业容器罐由人工逐段的凭经验操作压辊成型。由于天然气管道、油罐车的需求量增加，传统的生产已经满足不了市场的要求，需要全自动化的机器实现规模化工业生产。2工艺分析卷板工艺是利用卷板机对板料进行连续3点弯曲的成型过程，如图1所示，卷板工艺过程由预弯——对中——卷圆——矫圆过程组成。卷圆工艺过程分析:上辊万能式卷板机的下辊为固定间距，上辊为万能式，可实现升降及前后移动，上辊升降由液压缸驱动，前后位移由电机驱动，下辊由主电机经减速器后驱动，因此具备数字控制的整机条件。图1卷板成型工艺过程2.1预弯板料卷制时，平板两端各有一段长度,由于没有接触上辊不发生弯曲，称为剩余直边。为了避免板料从工作辊间脱出，实际剩余直边常比理论值大。对称弯曲时为(6～20)￡(￡一板厚)，非对称弯曲时为对称弯曲的1／6~1／10。由于剩余直边在矫圆时难以消除，并造成较大的焊缝应力及设备负荷，容易产生质量和设备事故，故卷制前必须对板料进行板边预弯，使剩余直边接近理论值。本机是非对称弯曲，具有预弯边的能力。2.2对正对正的目的是使工件母线与辊轴线平行，防止产生扭斜。2.3卷圆卷圆的方式分为一次进给与多次进给。冷卷回弹量显著，需加一定的过卷量。2.4矫圆轿圆一般分为三个步骤。（1）加载。根据经验或计算将辊筒调到所需的最大矫正曲率位置；（2）滚圆。将滚筒在矫正曲率下滚卷l～2圈(着重滚卷近焊缝区)，使整圆曲率均匀一致；（3）卸载。逐渐卸除载荷，使工件在逐渐减少的矫正载荷下多次滚卷。2.5技术参数和自动化要求表1卷板机技术参数：最大板厚电动机(kw)规格型号上辊加压力(Tons)端曲(mm)中央(mm)板幅(mm)上辊直径(mm)下辊直径(mm)中心距(mm)驱动用油压用移动用W11SNC-14×300013010143000360180300157.54W11SNC-8×6500190810650046022040037117.5（1）卷板机技术参数参见表1。（2）自动化要求·独特的弯曲工艺，高精度端部预弯，连续弯曲无后角，弯曲过程数字控制。·人机对话控制界面，高效智能操作。·物理弯曲工艺软件，人机对话窗口，弯曲过程自动补偿。·丰富的弯曲形状。·具有卷制Ｏ型、Ｕ型、多段Ｒ等不同的形状。3电气自动化解决方案3.1自动化功能设计从整个卷板工艺过程可以看出，需要电气控制完成的功能包括：（1）位移量控制。根据操作人员输入的卷板弧线长度、弧线半径、板材材质参数，控制器自动计算卷板机各个运动部件在不同卷制阶段的理论位移量，例如一款机器是专为油罐车的罐壳的，那么只要把状态打到自动，找好开始原点，按下启动，一次自动成型，做好后下料结束后机器会自动复位到原点开始下一个产品，参见图2。C8C2C3C4C5C6C7C1C9R1R2R3R7R8R9R6R4R5图2卷板位移量控制（2）上辊（卷板辊）升降位置控制。根据理论计算，控制下辊旋转驱动电机（恒速度）、上辊横向移动电机（在压直边时用）和升降液压缸控制阀协调工作，自动完成预弯、对中、卷圆、矫圆全过程。对于油罐车的罐体由于采用了对称式三辊控制，只要控制上辊的升降位置就可以了。hyR-h90SrRx0L图3卷板尺寸设计参考3.2卷板辊运动控制原理设计卷板尺寸设计参考参见图3。（1）设计条件（mm）。需要卷取材料的弧线半径为R；下辊的半径为r=95；两下辊的中心距的一半为S=180；板材的压下量为h;上辊原点距离下辊上平面的高度为L(2)几何数学推导。根据图3：(R+r)2=s2+(R-h+r)2得到：2h=95+R-(95+R)-1802上辊每次在做产品之前处于原点，我们只要控制上辊在二维平面的坐标就可以了，即控制y=h+L就可以了。其中R为工艺设定值、L、D2为已知恒定值，带入就可以得到h的值，在做不同的弧度的罐体时我们只要根据h=f(R)就可以控制上辊升降的切换，每段孤线的长度可以由装在下辊同心轴上的编码器来控制，根据反馈的脉冲来控制每段弧的起始和结束。3.4系统框图设计根据控制要求再选用电气产品，主要控制框图如图4所示。PLC触摸屏上辊左光栅上辊右光栅上辊水平光栅下辊测长编码伺服阀上辊左油缸上辊右油缸油泵电机主传动电机图4卷板机自动化系统框图4台达机电解决方案4.1设备选型基于台达机电产品的系统解决方案主控平台设备选型参见表2。表2台达机电产品设备选型序号名称型号数目品牌1触摸屏DOP-A10TCTD1台达2PLCDVP-64EH00R1台达3编码器ES3-10CN89411台达4光栅3国产4.2PLC的地址分配序号输入说明序号输入说明1X0测长A相1Y0翻倒架翻倒2X1测长B相2Y1翻倒架复位3X2联上按钮3Y2固定侧上升4X3联下按钮4Y3翻倒侧下降5X4水平侧光栅尺A相5Y4翻倒侧上升6X5水平侧光栅尺B相6Y5固定侧下降7X67Y6下驱正驱8X7手动／自动8Y7下驱反驱9X10翻倒侧光栅尺A相9Y10故障指示10X11翻倒侧光栅尺B相10Y1111X12翻倒侧降11Y1212X13固定侧降12Y1313X14固定侧光栅尺A相13Y14上辊前移14X15固定侧光栅尺B相14Y15上辊后移15X16下辊正驱15Y16翻倒架复位指示灯16X17下辊反驱16Y17翻倒到位指示灯17X20翻倒架翻倒17Y20上辊上中央18X21翻倒架复位18Y21Y/△启动19X22翻倒架停止19Y2220X23上辊上中央限位20Y2321X24上辊前移限位21Y2422X25上辊后移限位22Y2523X26翻倒架翻倒限位23Y2624X27翻倒架复位限位24Y2725X30压力限位25Y30左托料工作26X31主电机热保护26Y31右托料工作27X32移动电机热保护27Y32左托料上升28X33上辊前移28Y33左托料下降29X34上辊后移29Y34右托料上升30X35卷板启动30Y35右托料下降31X3631Y36压架上升32X3732Y37压架下降5结束语根据国家十一五规划预测市场前景，随着天然气管道、油罐车的基本建设投入计划，传统的卷板成型生产工艺已经满足不了市场的需求量增速，需要全自动化的机器装备。南通海安是全国卷板机机械厂的集中产地，地区的市场量在500套左右。在电气自动化领域具有一体化电气自动化平台能力的台达产业优势比较突出，触摸屏——PLC集成方案配置在经济性与控制技术先进性的平衡方面可以为客户的投资提供更好的回报。