1、文章编号：1672-0121(2008)06005205电子凸轮控制器在机械压力机上的应用杨祥根-。韦勇2(1金丰(中国)机械工业有限公司，浙江宁波315221：2南京埃斯顿数字技术有限公司，江苏南京211too)摘要：凸轮控制器是机械压力机上重要的功能部件之一，结构发展由机械武已经过渡到电子式。本文主要介绍电子凸轮的应用。电子凸轮解决了机械凸轮在应用的过程中很多不足的地方；电子凸轮的功能强大能满足加工复杂工艺产品的要求；电子凸轮能实现压力机上死点的精确控制；电子凸轮能提高机床的安全性，对离合器的性能实现全过程监控。关键词：机械制造自动化；电子凸轮；机械压力机；控制中图分类号：TG3155 文
2、献标识码：Bl引言凸轮控制器是机械压力机电气控制系统的重要收稿日期：2008-0912作者简介：扬祥根(1982一)，男，从事机械压力机的设计研究组成部分。在机械压力机的一个工作循环中，主机和辅机各工作机构的动作有严格的逻辑关系，包括动作的顺序和动作所占用的时间。处理工作机构逻辑关系是由凸轮控制器来实现。凸轮控制器对曲轴旋转角度进行分配，发出相应信号，电控系统接收信号-卜-+-卜卜-_-卜-H卜卜+卜-+-卜-_-卜-+-卜-+-+-+一+-卜-+-卜+-+-+-4-根据以上分析，可以得出以下结论：(1)该有限元模型可用来模拟双层缩套式缸筒的预紧及工作状态，从而获取其合成状态的参数，用作缸筒的
3、进一步受力分析。其模拟结果(包括各层筒体的危险情况)与实际情形吻合，为双层缸筒的设计与优化提供了合理的依据。(2)通过分析，原双层缸筒的设计满足最高工作内压450MPa的使用要求，通过使用高强度材料CHGl25作为外筒体。为内筒体的预紧及缸筒内壁受压450MPa提供了有力的支持。但原设计过盈量偏大不利于缩套作业的进行而且材料性能也不能得到充分利用。(3)经过修改后。在内筒受压性能没有明显减弱的情况下。大大降低了外简体的应力值(预紧状态和工作状态)。从而使应用强度及价格低于CHGl25的材料(如40Cr)成为可能。同时，过盈量减少为02ram，更易于缩套的加工装配操作，大大降低了生产成本，提高了
4、经济效益。【参考文献】【l】邵国华，魏兆灿。等超高压容器北京：化学工业出版社，2002【2】帅长红液压机设计、制造新工艺新技术及质量检验标准规范实务全书北方工业出版社，2006【3】颜永年。俞新陆机械设计中的预应力结构北京：机械工业出版社1989【4】陈火红，于军泉，席源山MSCMARCMENTAT 2003基础与应用实例北京：科学出版社2004【5】陆萍，宋可总，刘军红ANSYS通用软件包在液压缸结构设计中的应用锻压装备与制造技术，2002，37(6)：5859【6】翟富刚，张庆，王建军，孙彩丽20MN快锻液压机关键部件有限元分析锻压装备与制造技术，2007。42(6)：2829China)
5、which is developed bycut down the COSt and万方数据后对各工作机构发出指令予以控制。凸轮控制器有两类：一类是机械式；另一类是电子式。机械凸轮控制器出现较早，但是在应用过程中。发现了诸多不足：效率低。这是因为机械连接的安装需要的步骤多，复杂程度高，并且完成后还需要一直进行维护；操作过程噪声大；适应性差，无法适应不同的模板；无论是在安装设计阶段还是机器最终完成后，机器性能的可量测性很差，无法预测机器的性能；机床运行速度快凸轮输出响应滞后，不适合冲压行业生产高质量产品的要求，因为它很难提供达到工艺要求的各种精确角度；机械凸轮一般安装在机床顶部。调整角度非常麻烦
6、，费时费力，还容易误调整造成机床不安全。为了改变机械凸轮的不足，随着电子技术的发展。市场上出现了电子凸轮。在国外，电子凸轮控制器早已广泛地使用在机械压力机上。随着国内制造业的发展，国内机械压力机市场对电子凸轮的需求量也日趋增大，目前在机械压力机上电子凸轮替代机械凸轮已成为一种趋势。2电子凸轮的应用21 电子凸轮的基本功能电子凸轮如果只是用来代替原来的机械凸轮，应用起来非常简单。具体操作是将压力机上的机械凸轮及传动机构拆掉，将电子凸轮安装在压力机的操作面板上，然后将编码器与压力机的曲轴通过联轴器紧密相联，注意曲轴与编码器之间减速比要为1：1，编码器引出的电缆线连到电子凸轮背后的插座上(图1)；编
7、码器随曲轴的旋转而转动，电子凸轮将接受到的编码器脉冲信号转换成角度或冲程速度在面板上显示，压力机所需的凸轮角度范围可在凸轮面板上进行任意的设置。本文举例的电子凸轮是南京埃斯顿PACl0电子凸轮，它能提供十组独立的凸图1电子凸轮背面插座缆氟-PME时田iEQUIPMENT l：l轮，每组凸轮通过系统的输出端子输出(接线见图2)，输出的形式既有晶体管输出也有继电器输出，根据需要可将信号直接接人PLC或中间继电器。糈I 嵩沁I广FG竹2_c-，xI 12 13“15 恤Hcod*r IhPcl嘴战目C_T Tl T2 T3 fT5T12 CTI|IW I0PLcIN图2凸轮输出接线图3凸轮面板电子凸
8、轮显示比较直观，角度和冲程速度用数码管直接显示；角度设定也非常方便和安全，直接用按键在面板上设定(电子凸轮面板见图3)。机械凸轮去掉后，机床上原先设计的凸轮传动机构去掉了，简化了机床结构，便于机床日常检修。电子凸轮实现了模具和送料机构的高精度控制，PACl0的角度分辨率能做到025度。22 电子凸轮能实现压力机滑块准停上死点(上死点自动补偿功能)机械压力机分为定速压力机和调速压力机，顾名思义定速压力机速度是固定的，调速压力机的冲压速度是可调节的。为了让压力机的滑块能停在上死点，使用机械凸轮的定速压力机，通常是采用其中一组凸轮角度来对离合器进行刹车。采用机械凸轮刹车停上死点方式，压力机使用的时间
9、长的话，摩擦片出现磨损，刹车性能就变差，滑块停上死点就会出现偏差。因此，用户需要经常调整用来刹车的凸轮角度，这给用户带来很大麻烦。而调速压力机滑块停上死点据马有办确停也有凸轮万方数据停上死点不准的问题，它不再区分定速和调速，实现停上死点的原理是一样的。在滑块每次冲压过程中，电子凸轮通过检测装置检测每次工作的工作速度，从而计算出每一次的刹车位置(即刹车角度)。电子凸轮有一组专门控制离合器刹车的控制信号，在刹车位置输出信号进行刹车。用来进行计算刹车位置的速度参数，既不是平均速度也不是刹车位置的即时速度，这两种速度计算出的刹车位置都不准确。这个速度参数是刹车位置之前每个点的即时速度和平均速度，再经过
10、一定算法得出的参数。因lit，电子凸轮能保证滑块每次都能准确停上死点。下面举例说明。压力机一般有3种工作模式，寸动、单次、连续，并不是每一种工作模式都要停上死点。寸动模式时不需要停上死点，滑块在任意位置可停；单次模式滑块在完成一次冲压后要停上死点；连续模式时机床滑块启动一直运行，当连续停止按钮有效时，滑块就停上死点。电-y-凸轮要和PLC配合使用，电-y凸轮从PLC那里得到压力机在不同工作模式下的信号，然后判断如何实现停机。图4为PACIO电-y-凸轮的I0端口接线图，输入口X2、X3的信号来自PLC，电子凸轮通过这两个信号的高低电平变化的逻辑关寸 启动顶点补偿 (X3)J动 (x2)、弋弋_
11、(_kj_模式 醮寿紫出一垂室氢垂逗售量鲁三一茁 启动( 裹补偿l 1待i ：运： 铲机X3次 篓惹(x2)l；模式 瞧擀(Y1)一顶点定位角度到LJ连 竺黧!等麓呈：r_续 竺：(X) 2羔。二Ii户。堂qI模式 瞧擀(Y1)啧点定位角度到L_J图5 X2、X3、Y1的逻辑关系系，知道压力机的工作模式，然后通过输出信号Y1来实现停机。X2、X3、Y1的逻辑关系见图5。电子凸轮和PLC配合控制离合器制动器，如图lS。29VDc Ic|裂沁寸茭电叠IOV2,IVFG w 24V CWX xl X2 X3 X4 X5 IEncoder IhPACt0接线图C_Y Yl Y2 Y3 Y4 Y5Y12
12、 ci, Y卓主(虻Ov) 0007l凳i警l 一一裂江一l+“2lFt w I_CMI gl X2 13 X4 Is lEncoder率PACl041代日 uCidY T1 T2 T3 14 T5T12 CIfY州 I 、(畦ov Z图6控制离合器接线图PACl0的X2、X3输入端口是由PLC的输出1003、1001信号给定。PLC的简易梯形图见图7。寸动模式时，YI一直为高电平，KA0常开触点一直闭合，离合器的通断只由KAl的状态决定。当按住启动按钮SBl，PLCl003输出，KAl得电，常开图7 PLC简易梯形图防二次启动运行连续上死点辅助启动顶点定位万方数据触头闭合，离合器得电，压力机
13、滑块运行；当松开SBl，PLCl003停止输出，KAl失电，常开触头复位，断开离合器控制回路，离合器失电，压力机滑块停止运行。压力机滑块寸动时，可反复操作。单次模式时，经过PLC程序的逻辑处理，在按下启动按钮SBl后，PACl0的X2、X3输入信号变化实现单次时序(见图5)，此时Y1为高电平，KAl得电触点闭合，KAO常开触点开始也处于闭合状态，压力机滑块开始运行；回程时PACIO计算出停机角度，并在此角度自动让Y1变为低电平，KA0常开触点复位，断开离合器控制回路，离合器失电，滑块准确的停止在上死点。通过PACl0的监控页面，能够查看到离合器的刹车角度和刹车惯量。连续模式时，在按下启动按钮S
14、Bl后，PACl0的X2、X3输入信号变化实现连续时序(见图5)，此时Y1一直为高电平，KAO常开触点一直闭合，KAl也一直得电触点闭合，压力机滑块连续运行；在此种模式下，设置了一个连续停止按钮SB2，当按下此按钮后，X3变为低电平，此时PACIO系统开始知道需要停机，立刻计算出停机角度，并在此角度让Y1变为低电平，KAO常开触点复位，断开离合器控制回路，离合器失电，滑块精确的停止在上死点。在单次、连续模式下，任意调整压力机滑块的运行速度，PACl0都可以根据此时速度计算出合适的停机角度，Y1在停机角度输出信号控制离合器。23 电子凸轮能完成预制计数和复杂工艺要求电子凸轮设置了2组预制剪切控制
15、，见图8。图8中的Y12信号是用来停机的信号。两组剪切即可完成单独剪切，也可以完成关联剪切，因此，可以完成一些复杂工件的加工控制。下面举2个例子。从一圈金属带状板材上切割相同长度50段板材，每段上冲压10个孔，加工完成后停机。这个加工过程可以用剪切1或剪切2来独立控制完成。参数设定见图9。加工电机的定子产品，每一件定子产品要求50片铆合而成，其中有大d,：fL，第40片到第50片为大孔，并且一共要生产2000件定子，完成后停机。这个加工过程需要剪切1和剪切2配合来完成。参数设定见图10。剪切l信号输出的开关角度：开启90。；关闭220。剪切2信号输出的开关角度：开启80。；关闭2700。生产此
16、产品考虑需要二个模具控制阀(其他阀EQUIPMENT参名称 数 名称及功能说明 备 注号1：打开11l 剪切1功能开关0：关闭设定多少次冲压后输出 到达此冲压次数后，剪切1信Shln2一次 号输出端(Y10端口)输出一次剪切1设定剪切l信号多少次 剪切1输出次数到达此值时，n3输出后，Y12端口输出 Y12端口输出信号实时显示当前N2的冲压次数，n4 N2的当前冲压次数并可修改l：打开nl 剪切2功能开关0：关闭设定多少次冲压后输出 到达此冲压次数后，剪切2信n2一次 号输出端(Y11端口)输出一次设定剪切2信号多少次 剪切2输出次数到达此值时，n3输出后Y12端口输出 Y12端口输出信号Sh
17、2 实时显示当前N2的冲压次数，剪切2 n4 N2的当前冲压次数 并可修改剪切l和剪切2配合时， 冲压次数到达此数值，剪切2n5 剪切1的N2冲压多少在开启角度输出次后剪切2打开剪切l和剪切2配合 冲压次数到达此数值，剪切2n6 时剪切1的N2冲压多在关闭角度停止输出少次后剪切2关闭图8预制剪切控制名称 参数号 名称及功能说明 设定值n1 剪切1功能开关 1Shl剪切1 n2 设定多少次冲压后输出一次 10n3 设定剪切l信号多少次输出后Y12端口输出 50图9参数设定在此不考虑)，1号阀和2号阀。每一个定子的加工过程，机床开始冲压后，冲压到40次，剪切2在800输出并保持(即2号阀得点动作并
18、保持，冲大孔)，冲压到50次后，剪切1从900开始输出，到220。时关闭(即l号阀得电动作1次)，同时剪切2也在270。万方数据蔫EQUIPMENT二名称 参数号 名称及功能说明 设定 说明n1 剪切1功能开关 lShl n2 设定多少次冲压后输出一次 50剪切l 设定剪切l信号多少次输出n3 2000后，Y12端IEl输出n4 N2的当前冲压次数 不用设定nl 剪切2功能开关 1配合时必n2 设定多少次冲压后输出一次 0须设定为0设定剪切2信号多少次输出n3 不用设定后，Y12端口输出Sh2 n4 N2的当前冲压次数 不用设定剪切2剪切l和剪切2配合时，剪切n5 l的N2冲压多少次后剪切2
19、40打开剪切l和剪切2配合时，剪切n6 1的N2冲压多少次后剪切2 50关闭图lO电机定子生产参数设定器的刹车角度、刹车时的速度，判断刹车稳定性、判断刹车性能；系统可以记忆离合器的离合次数，来判断离合器的使用频率高低。离合器制动器是压力机的重要功能部件，其性能的好坏决定压力机的性能和使用安全，在系统上监测到的这些数据，也是我们对机床维修、维护保养的重要参考。32采用软硬件措施防止机床滑块二度坠落电子凸轮在软件方面对防止机床滑块二度坠落作了特殊处理，压力机滑块停上死点以后，要想重新启动(即离合器吸合，滑块下行)，有个前提条件是必须松开滑块运行的启动按钮。因此，应防止按钮长时间使用后出现老化或按钮
20、质量问题造成粘结，造成机床滑块二次连冲，发生人身安全事故。不管是电子凸轮还是机械凸轮，它们和曲轴之间都要有连接装置连接，如果连接装置出问题，压力机滑块会出现连冲。不安全。电子凸轮的办法是在机床曲轴固定位置上安装一个信号检测点，把检测到的信号反馈给电子凸轮，(图11)，以便采取相应措施。检测信号反馈给PACIO背后输入端图11信号反馈曲轴每次旋转时都能在曲轴固定角度检测到信号，电子凸轮系统会将本次采集的信号和上一次采集的信号作比较。如果角度出现偏差，说明连接装置出问题，系统立刻输出停机信号，实现停机，有效保障人身安全。4结束语电子凸轮的出现最初仅仅是为了取代机械凸轮。随着电子技术高速发展，电-T
21、-凸轮逐渐集成了很多新功能，这些新功能提高了机床的性能、自动化水平和安全性。目前。电子凸轮还在向网络化、智能化、冗余控制方向发展。【参考文献】【l】中国机械工程学会锻压学会锻压手册第三卷【M】北京：机械工业出版社。2002【2】李中年控制电器与应用【M】一E京：清华大学出版社2006【31黄义萍，魏军会电子凸轮及其在自动化生产中的应用【J】淮北煤矿师院学报(自然科学版)；2001，(1)【4】蔺善举旋转角的检测及智能化电子凸轮开关控制器们仪表技术与传感器1997，(6)The Application of Programmable Limit Switch in PressYANG Xiang
22、genl，WEI Yon92has beenhas beenwhich ah make it万方数据电子凸轮控制器在机械压力机上的应用作者： 杨祥根， 韦勇， YANG Xianggen， WEI Yong作者单位： 杨祥根,YANG Xianggen(金丰(中国)机械工业有限公司,浙江,宁波,315221)， 韦勇,WEIYong(南京埃斯顿数字技术有限公司,江苏,南京,211100)刊名： 锻压装备与制造技术英文刊名： CHINA METALFORMING EQUIPMENT 魏军会 电子凸轮及其在自动化生产中的应用 2001(01)4.蔺善举 旋转角的检测及智能化电子凸轮开关控制器 19
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