王桂龙，王征，伊延吉

( 长春工程学院机电工程学院，吉林长春 130012)

摘要: 为了提高冲压加工生产效率，改进压力机与送料机之间静态配合的局限性，提出一种压力机与送料机工作周期相互重叠协调控制的解决方案。

多工位传递模送料机的水平轴和垂直轴均采用伺服电机驱动，并采用基于 PC 的控制器实现送料机的多轴运动控制; 在送料机和压力机之间采用 EtherCAT 总线进行通信，并在两者之间进行协调控制实现工作周期的重叠; 构建实验装置进行协调控制实验。

实验结果表明: 与静态配合相比，采用工作周期重叠协调控制后，单个送料冲压工作周期从 6. 23 s 缩短到 5. 76 s，生产效率提高了 8. 2%。关键词: 压力机; 送料机; 协调控制

中图分类号: TG305 文献标志码: B 文章编号: 1001－3881 ( 2018) 20－178－3

前言

为压力机配备送料机可有效提高冲压加工的生产效率，降低人工成本，减少安全隐患^［1］。由于压力机与送料机一般由不同的制造厂商开发，在控制硬件、程序软件以及接口信息等方面存在较大差异，难以实现各种信息的深度交互

压力机的冲压运动与送料机的送料运动一般都是非重叠地独立完成，协调关系采用互锁控制的静态配合方式，即在压力机完全开模后，送料机才启动送料，在送料机完全退出后，压力机 才 启 动 压 制， 相互之间存在等待时间过长问题［2－3］。

提高带送料机的压力机冲压加工生产效率最直接的途径有两种: 一是尽量提高压力机在单个工作周期的冲压速度; 二是尽量提高送料机在单个工作周期的送料速度。但前者受压力机工作性能或冲压材料塑性极限的限制，后者也受到取送料可靠性和运行稳定性的影响［4－6］。

为了克服静态配合送料的局限性，人们开始尝试动态配合送料方式，例如，周玉林等^［7］提出 “时间等分一动作匹配”法，按时间均分压力机与机器人动作; 王明等人^［8］通过检测送料机器人与压力机之间的距离决定动作时间。

文中在对送料机的机械结构、送料运动以及压力机的模具高度以及冲压运动进行分析的基础上，采取送料机与压力机工作周期重叠协调控制方案，对机械结构、送料运动和控制硬件等进行改进，在保证安全运行的前提下，实现两者之间的动态配合送料，以缩短整体工作周期，提高生产效率。

1 机械系统

1. 1 送料机的机械结构

图 1 所示为送料机的机械结构图，主要包括水平定位轴、垂直定位轴以及端拾取装置。其中水平定位轴的传动链由水平轴伺服电机、联轴器、滚珠丝杠和水平滑台组成; 垂直定位轴由垂直轴伺服电机、联轴器、同步带和垂直滑台组成; 端拾装置由横梁、4 根悬臂以及 8 个真空吸盘组成。

垂直轴固定安装在水平滑台上，端拾装置固定安装在垂直滑台上，通过对水平轴和垂直轴的协同控制可实现端拾装置在二维垂直平面内的任意位置控制。

1. 2 送料机的送料运动

图 2 所示为送料机的送料运动与压力机的冲压运动示意图。图中，凹模 A、B 和 C 安装在上模板上，对应的凸模安装在下模板上，下模板固定在压力机工作台上，上模板固定在压力机滑块上，受主电机驱动并与送料机配合作如箭头 ( 1) 所示的下行压制运动和如箭头 ( 2) 所示的上行开模运动。

送料机的送料运动步骤: ①垂直轴带动横梁从隐埋点上行到送料高度; ②水平轴带动吸盘到凸模 A 位置; ③垂直轴带动横梁下行取料; ④垂直轴带动横梁返回到送料高度; ⑤水平轴带动吸盘到凸模 B 位置; ⑥垂直轴带动横梁下行放料; ⑦垂直轴带动横梁返回到送料高度; ⑧水平轴带动横梁回到隐埋点上方; ⑨垂直轴带动横梁下降到隐埋点。

1. 3 工作周期重叠协调配合送料方式

传统的静态配合送料方式: 当压力机上模上行到上死点后，送料机执行步骤如①—⑨所示的送料运动，当送料机完成第⑨送料动作后，压力机才执行下行压制动作，压力机与送料机完全独立各自完成工作周期，未能压缩在非干涉区域的等待时间。

工作周期重叠协调配合送料方式的送料过程如图 3 所示。图中 T₁为压力机冲压周期，T₂为送料机送料周期，t₁为压力机返回到上死点之前、送料机在非干涉区域开始离开隐埋点而与冲压运动重叠的时间，t₂ 为送料机返回到隐埋点之前、压力机在非干涉区域开始离开上死点而与送料运动重叠的时间。

对整个送料－冲压运动而言，完整工作周期可缩短 s，生产效率可提高 e，分别如式 ( 1) 和式 ( 2) 所示。

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