數控伺服工藝在真空成型機自控系統中的應用

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tags:    時間:2014-03-12 02:14:30
數控伺服工藝在真空成型機自控系統中的應用簡介
    引言   真空成型機是一種採用熱成型工藝對冰箱內膽進行加工生產的大型設備。成型機的設計和製造在它的生產涉及了控制理論、熱成型工藝學、材料學、紅外輻射、熱……
數控伺服工藝在真空成型機自控系統中的應用正文
    

引言


真空成型機是一種採用熱成型工藝對冰箱內膽進行加工生產的大型設備。成型機的設計和製造在它的生產涉及了控制理論、熱成型工藝學、材料學、紅外輻射、熱傳導、匯流排通信、氣壓液壓傳動以及機械傳動等多學科的知識,成型機是多學科知識交叉和融合的集中體現。長期以來,我國塑料加工成型機的技術水平一直落後於日本、美國、德國等國家。雖然我國也能進行成型機的設計和生產,但是在設備的自動化程度、安全性、穩定性和速度等指標上還遠達不到歐美日等國家的水平,這使得國內高端成型機的市場長期被幾大國外品牌所佔據,造成了大量的外匯開支。


針對當前我國各行各業雖然比較齊全,但是設計水平還不是很高的現狀,國家提出了建設創新型社會的號召,鼓勵對於國外先進技術的消化吸收和再創新,以改變我國各行業大而不強的面貌。本項目的實施和本文的最終完成就是在這種大環境下進行的。本文重點並詳細介紹了真空成型機控制系統中傳動部分的控制方法。


第二章工藝流程及控制要求


真空成型機是對薄軟非金屬材料(主要是熱塑性塑料)用模具進行熱成型加工的大型設備。在電冰箱生產線,主要用於生產電冰箱和半導體電子冰箱的內膽(冷藏室和冷凍室箱體),是冰箱生產線上的重要設備。由於真空成型機體型龐大、工藝複雜,並且涉及到電氣、機械、氣壓與液壓傳動等多學科的知識,使得成型機具有投資大、控制難度高、維護要求高等特點。目前高質量的真空成型機主要依賴進口。


如圖1所示為四工位真空成型機。


四工位真空成型機,「四工位」我們可以理解為四個工段,即一張片材要先後經過四個工段的加工后才能得到製品,也就是冰箱內膽。這四個工段分別是


下面我將分別介紹一下這四個工段,以使讀者對四工位真空成型機有一個大概的了解。


圖1四工位真空成型機圖樣


上料工位


上料工位用於存放設備進行生產所用的片材(主要是ABS和HIPS兩種熱塑性材料,加工尺寸最大為1860*900mm,最小為1100*535mm),並按照一定的生產工序要求,將片材送到下一工位:預加熱工位。上料工位主要包括兩部分,一是移載車,二是供給車。移載車做橫向運動,用於將分佈在設備兩側的片材放置到供給車上;供給車做縱向運動,用於將片材送到下一工位:預加熱工位。


預加熱工位


預加熱工位用來對從上料工位運來的,待加工成型的片材進行預加熱,以使片材能得到初步軟化,並節省最終加熱時間,見圖2(a)。對片材加熱所用加熱器為淺野研究所開發出的快速反應加熱器(PAT),這種加熱器以紅外加熱瓦為基本單位,採取了遠紅外線輻射的方式對塑料進行加熱,不需熱傳介質傳遞,熱效率良好,並可以根據加熱狀況和控制條件隨時調整發熱量,節約電能。


在預加熱工位,加熱是由上、下加熱器共同作用的,上、下加熱器各有98塊加熱瓦(0.4kw),功率分別為39.2kw。加熱工位片材在預加熱工位得到了初步的加熱,並有所軟化,在經過一定的加熱時間后,片材進入加熱工位。在這裡,片材在上、下兩塊加熱器的共同作用下,得到更進一步的、深度的加熱。通過這種深度的加熱,可以使片材最終的軟化程度達到成型的要求,這時,片材的中間部位軟化最為嚴重,這個區域會向下彎曲,使得片材形狀呈碗形,參見圖2(b)。


加熱工位所用加熱器與預加熱工位相同,只是加熱瓦數量比預加熱工位更多,功率也比預加熱工位更大。在加熱工位,上、下加熱器分別有144塊加熱瓦,功率分別為57.6kw。


3.成型定位


加熱工位的下一個工段是成型工位。片材在經過預加熱工位和加熱工位的加熱,並且片材的軟化程度達到成型規定的要求后,將會在成型工位處得到加工,並最終得到冰箱內膽製品。


成型工位部分主要包括上、下平台,凸、凹模具,以及配套的真空、壓空、冷卻系統等。其中,凸、凹模具能互相吻合,凸模具固定在上平台,凹模具固定在下平台上,平台的移動靠液壓系統來控制,模具隨著平台的運動而運動。當軟化后的片材移動到成型工位並固定后,上、下平台相向運動,下平台首先與片材接觸並形成一個密閉的空間,並抽真空,使得片材進一步彎曲,對片材起到預拉伸的作用,當上平台也與片材接觸並形成密閉空間后,抽真空,同時下平台改為充入壓縮氣體,使片材緊貼在模具上,最後冷卻,脫模,得到內膽製品。具體成型過程可參見圖2(c)(d)(e)。


2.3控制要求


1.設備具有手動和自動兩種狀態。


手動狀態下,操作人員可以通過按鈕來控制成型機的動作,如移載車前進、


圖2片材成型過程示意圖


後退;供給車前進、後退;平台上升、下降等,手動按鈕用於設備的調試,以及某些緊急情況下的應急處理。


自動狀態是成型機控制系統的主要運行方式,在自動狀態下,片材的吸取、加熱、成型完全依靠控制器按照設定的程序來運行,不需要人工干預,即一種完全自動化流水線的生產狀態,操作人員只需在成型工位處將不斷成型的製品取出便可。


2.設備具有正常停止和緊急停止功能


因為成型機在運行期間採用循環工作方式,只有在工作結束時才能停止,這時,設備要能根據控制器的命令自動停止系統運行;而緊急停止則用於緊急情況的處理,當這一功能生效時,加熱器、平台等成型機所有部件立即停止運行。


3.設備要有報警功能,當設備發生聯鎖故障或是其它嚴重錯誤時,系統要具有聲光報警,提醒操作人員發生故障,並能用一定的故障碼來表示一定的故障。


4.通訊系統應該滿足如下要求:


數字量採集周期<0.1s;


模擬量採集周期<0.2s;


控制命令響應時間:①控制命令回答響應時間


②接受執行命令到執行控制的響應時間<1s;


③報警或事件產生到畫面顯示和發出的響應時間<0.5s。


第三章數控伺服系統設計


真空成型機包括四個工位,即上料、預加熱、加熱、成型。每一工位片材或成品的移動是靠橫貫於這四個工位的兩條鏈條帶動來實現的,當需要片材往前移動時,由鏈條的鏈齒夾住片材向前運動。在生產中,鏈條的移動需要滿足一定的控制要求,如鏈條的控制設備起動及低速運行時要具有較大轉矩,過載能力強,具有較寬的調速範圍,而且要響應速度快,能急起急停,準確定位等。一般通用型的變頻器,即使加編碼器構成閉環控制,也不能完全滿足上述要求。在這種情況下,採用伺服控制是最佳的選擇,由於伺服電機的材料、結構和加工工藝要遠遠高於一般的交流非同步電機,伺服控制系統輸出轉矩大,過載能力強,穩定性好,控制精度高,響應快,伺服系統能較好地滿足系統控制要求。在本系統中選擇的伺服系統是FANUCPowerMate-A-20S,其中,PowerMate-A指的是伺服控制器型號,20S指的是伺服電機型號,即FANUC公司S系列交流伺服電機中的20S子系列。


嚴格意義上來說,在本系統中,鏈條的控制是靠數控系統來完成的,伺服系統只是數控系統的一部分,它負責將數控系統與機床(指鏈條)連接起來,並準確地執行CNC系統發來的運動命令,按照要求驅動機床(鏈條)。因此,如果說CNC系統是數控系統的「大腦」,那麼,伺服驅動部分便是數控系統的「四肢」,執行機構。下面我將結合實際系統簡要介紹數控和伺服方面的知識。

 

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