臺達機電產品上輥萬能卷板機解決方案

本文詳細分析基于DELTA自動化產品在上輥式萬能卷板機上的應用技術。具體的應用包括一段弧線和N（9）段弧線的應用，9段弧線主要是油罐車罐體的加工一次成型。
關鍵詞：DELTA自動化 上輥萬能卷板機 油罐車

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

（1）卷板機技術參數參見表1。

表1 卷板機技術參數

（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。

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。

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

4.2 PLC的地址分配

5 結束語

根據國家十一五規劃預測市場前景，隨著天然氣管道、油罐車的基本建設投入計劃，傳統的卷板成型生產工藝已經滿足不了市場的需求量增速，需要全自動化的機器裝備。南通海安是全國卷板機機械廠的集中產地，地區的市場量在500套左右。在電氣自動化領域具有一體化電氣自動化平臺能力的臺達產業優勢比較突出，觸摸屏——PLC集成方案配置在經濟性與控制技術先進性的平衡方面可以為客戶的投資提供更好的回報