“森创”交流伺服在自动三维弯管机上的应用

1. 背景

随着中国经济水平的飞速发展和不断提高，家用电器、工业设备、交通设施等需求急剧增加，许多金属管的形状要求也不断复杂化，目前，二维的弯管机由于无法满足日益复杂的工业需要而逐渐被三维弯管机所取代。并且在弯管机系统中采用高效的数控系统或可编程控制器（PLC）、高精度的伺服系统，为弯管机系统完成复杂的、高精度的动作提供了重要的技术保证。




2. 挑战

国外的一些弯管机厂商经常采用FUNAC、SIEMENS等数控系统作为上位控制，三个轴或部分或全部采用进口伺服作为传动，设备的响应速度和定位精度较高，并且可操作性好、维护简便。而国内的厂商在关注通用性能的同时，还关心两点：一是如何能满足自身加工生产的一些特殊需要，另一个就是成本如何能降低。我公司技术人员通过对客户功能需求进行分析，确定采用人机界面（HMI）和PLC实现上位控制，用交流伺服电机作为传动，完全可以完成以下性能要求：手动、半自动、全自动等多种操作方式，并可满足有芯棒和无芯棒、单角度和多角度、二维角和三维角选择等不同控制要求场合的特定需要，可存储上百种产品型号，每种型号可设定多个弯管角度参数和旋转角度参数，可满足多种复杂、多角度、不同空间的要求，并可对工作进度进行实时监控显示。

3. 方案

自动三维弯管机控制系统主要由人机界面（HMI）、可编程控制器（PLC）、三套伺服电机以及油缸和气缸等组成，如下图所示。带有配方功能的人机界面（HMI）可存储上百种工件的工艺参数，实现人机对话。PLC使用松下FP-X，可同时实现四轴定位和两组插补功能，满足了三维弯管机控制系统复杂的控制要求。而设备中的伺服电机全部采用国产的“森创”交流伺服电机，其作用是实现两个轴（折弯轴和旋转轴）的旋转角度控制以及实现一轴（进给轴）进给控制，其中进给轴和折弯轴进行直线插补完成折弯功能，两轴的位移由折弯的角度确定，旋转轴根据指令进行旋转定位。此外，电磁阀配合油缸、气缸用于实现弯管动力，如主夹、副夹、料夹、芯杆、托管等。




4. 难点

伺服电机在这个设备中起着至关重要的作用，伺服良好的性能是整个设备能够正常运行的关键，通过调整参数，使得伺服电机运行在最佳状态保证了整个设备得正常运行。由于传动机构的不同，为保证设备的速度和精度，每个轴都需要适当的调节最终输出端转一圈所需的脉冲个数，但是实现插补的两个轴需要保证该脉冲个数完全相同，通过设定伺服电机的电子齿轮比就可以很方便地解决这个问题。由于被加工工件的种类有上百种，每个工件的弯头数又可具体到20个之多，由于每个弯头的相关数据需要依次调用，为简化程序在编写时可以考虑用索引寄存器来不断的调用存储在人机界面配方中的这些数据，再经过一系列的实数运算转化为脉冲个数。由于工件型号的不同，经常在末工位加工时直线进给方向的余量很少，为防止料夹与副夹相撞，因此需要各动作按特定的组合顺序进行处理。

5. 效益

自动弯管机自成功设计以来，经多次修改完善，现已批量投入生产应用。该控制系统在各方面与以往的弯管系统相比有着很大的优势：零件参数选择达到上百种，可实现多角度的弯管，加工的产品从实心的钢条到空心的金属管，从家用电器到工业化工车船设备用金属管等；弯管长度和角度旋转控制实现自动化，在精度上有很大的提高，误差允许值控制在±0.1度范围内，一个人就可实现操作，大大节约了人工成本，也大大提高生产效率；操作系统方便，人-机对话简单易懂，通过简单培训即可实现安全操作；完善的报警系统及合理的程序设计，给系统维护和调试人员带来了很大的方便，减少了大量的调试时间。

　　通过长时间的运行验证表明，该系列的弯管机在家用电器、石油化工等行业的应用中收到了良好的经济效益和社会效益，是值得广泛推广和使用的设备。而森创交流伺服电机在其中也体现出了自身优越的性能，受到用户一致好评。事实证明，森创交流伺服电机完全可以满足弯管机行业的使用要求，在这个行业中是值得信赖和推广的。

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