一種行程可調壓力機上死點智能校準系統

陳春童，唐 堅，謝一偉，徐 凱

（江蘇揚力堅城鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州 225000）

一種行程可調壓力機上死點智能校準系統

陳春童，唐 堅，謝一偉，徐 凱

（江蘇揚力堅城鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州 225000）

本文針對行程可調壓力機在滑塊行程調整后，上死點會發生一定的角度漂移，需要重新標定的問題，提出一種上死點智能校準的算法，只要通過觸摸屏輸入偏心套的調整角度，就可通過PLC計算出上死點的漂移量，并與電子凸輪通信，修改相應參數，校準上死點。本文通過現場測試驗證了該算法的可行性和有效性。

壓力機；行程可調；上死點；智能校準

鍛壓機床是工業基礎裝備的重要組成部分，近年來，鍛壓生產在工業生產中的地位越來越重要，鍛壓機械在機床中所占的比重也越來越大[1]。在鍛壓機械中，又以曲柄壓力機最多，占到一半以上。用曲柄壓力機可以進行沖壓和模鍛等工藝生產，廣泛應用于汽車、農業機械、電器儀表、國防工業以及日用品等生產部門。隨著工業的發展，曲柄壓力機在機械制造工業及其他工業的鍛壓生產中的作用越來越顯著，但要求也越來越高[2，3]。

曲柄壓力機根據其行程是否變化主要分為行程固定式壓力機和行程可調式壓力機。行程固定式壓力機的行程是固定的，不可調節，因此此類壓力機的加工工藝受到很大限制，滿足不了一些特定用戶的要求[4]。為了適應不同的沖壓工藝要求，出現了行程可調式壓力機。當前，行程可調式壓力機主要是在軸頸部分裝有偏心套手動調節機構，通過在軸頸部分調節偏心量來調整壓力機的行程[5，6]。但是，滑塊行程調整后，壓力機上死點會發生一定的角度偏移。因此每次行程可調壓力機的滑塊行程調整后，都需要重新標定上死點。對于使用機械凸輪的壓力機，需要將機床運行到上死點，然后在凸輪箱中重新調整凸輪角度；使用電子凸輪的壓力機，在壓力機運行到上死點后，需要重新設定上死點。這就需要專業人員對凸輪系統進行調整，而且這些操作相當繁瑣，對不熟悉壓力機運行原理的使用者帶來了很大安全隱患和困擾。

針對上述問題，本文提出一種基于電子凸輪的行程可調壓力機上死點智能校準算法，只需將偏心套的調整角度通過觸摸屏輸入，控制核心PLC就會根據算法計算出上死點的偏移量，并將偏移角度發送給電子凸輪控制器，從而修正上死點。

1 壓力機構成及其控制系統

壓力機的基本原理如圖1所示，通過帶傳動和齒輪傳動機構將電機的運動傳遞給工作機構，再運用曲柄滑塊機構將傳動系統的旋轉運動變為滑塊的往復運動，由離合器、制動器等控制系統來保證壓力機安全、準確地運轉[7]。

圖1 機械曲柄滑塊壓力機傳動系統簡圖[8]

圖2 壓力機控制系統機構圖

本文中壓力機的控制系統如圖2所示，控制核心PLC通過按鈕站、編碼器和接近開關等收集外部信號，綜合外部信息和功能需要來控制各類電磁閥和電機動作以實現控制要求，并以指示燈的形式給出一些壓力機當前的運行狀態，輔助使用者更好地操作壓力機。通過PLC與觸摸屏的通信，使壓力機的人機交互更加友好，當壓力機出現常見故障時，觸摸屏可準確顯示當前故障，方便維修人員維修，使壓力機操作更加方便快捷。

2 上死點智能校準算法

本文中壓力機曲軸如圖3所示。為了調節壓力機行程，將偏心套裝在曲軸的曲拐部分，通過調整機構轉動偏心套，改變其偏心與曲拐軸偏心的相對位置，隨著不同角度的變化，從而得到不同的壓力機行程。設主軸中心O1與曲拐中心O2的距離為b，偏心套中心O3與曲拐中心的O2距離為a，主軸中心O1與偏心套中心O3距離為c，則當偏心套旋轉一個角度后，主軸中心O1、曲拐中心O2和偏心套中心O3在軸向上組成的三角形△O1O2O3的邊O1O3長度會發生變化，而壓力機的行程就是三角形邊O1O3長度的兩倍，即2c。由此可見當偏心套的偏心與曲拐的偏心在同一方向上時，壓力機行程最大，為2（b+a）；相應的當偏心套偏心與曲拐的偏心在徑向方向反置時壓力機行程最小，為2（b-a）。

圖3 壓力機行程可調機械結構示意圖

將圖3所示的結構抽象成數學模型，如圖 4所示，可看出當偏心套角度旋轉∠O3O2O3′時，壓力機行程由2（b+a）變為了2c，實現了上死點調節功能，上死點由O3變為了O3′，上死點角度漂移為∠O2O1O3′。

設角度∠O3O2O3′為，角度∠O2O1O3′為，對三角形△O2O1O3′運用余弦定理可求出滑塊行程：

圖4 數學模型

式中：a——偏心套中心O3與曲拐中心的O2距離；

b——主軸中心O1與曲拐中心O2的距離；

c——主軸中心O1與旋轉后偏心套中心O3′的距離。

由于本文中偏心套的調節范圍為0°～180°，因此α∈[0，π]，則上式可簡化為：

通過式（2）可求出主軸中心O1與旋轉后偏心套中心O3′的距離c的值，由距離a、b和c的值可求出上死點從O3變化到O3′的偏移角度β：

因此，只要使用者通過觸摸屏輸入偏心套的調整角度α，觸摸屏將輸入的偏心套調整角度發送給PLC，PLC根據上文所述算法計算出上死點偏移角度，并將該角度值存入電子凸輪控制器的“可變行程角度修正值”地址中，電子凸輪控制器結合上死點偏移角度與當前上死點信息，重新標定上死點，然后綜合新的上死點信息和編碼器采集的當前角度信息計算出當前滑塊位置，最后將當前滑塊信息發送給電子凸輪顯示器，修改當前電子凸輪角度，使機床實際上死點位置與電子凸輪顯示器的0°位置相一致，以實現行程調整后，上死點智能校準功能。

3 試驗調試

根據上述算法原理進行編程，部分程序如下所示：

將上述程序下載到PLC，通過現場測試，當通過觸摸屏輸入偏心套調整的角度后，能夠自動調整上死點偏移角度，大大簡化壓力機行程調整后上死點調整過程，使使用者能夠更加方便、舒適地使用行程可調壓力機，提高生產效率。

4 結論

本文針對行程可調壓力機在行程調整后上死點發生漂移、校準上死點比較麻煩的問題，借助當前PLC越來越強大的計算功能，給出一種上死點智能校準算法。通過輸入的偏心套調整角度計算出上死點的偏移角度，并運用電子凸輪控制器校準該偏移量，在不增加硬件的條件下，完成上死點的智能校準，大大減小了行程可調壓力機上死點校準的復雜程度。同時，通過實際測試驗證了該方法的有效性和可行性。

[1]高 峰，郭為忠，宋清玉，等.重型制造裝備國內外研究與發展[J].機械工程學報，2010，46（19）：92-107.

[2]師后龍，何光軍，鹿新建，等.曲柄壓力機的傳動系統及發展趨勢[J].鍛壓裝備與制造技術，2010，45（4）：14-17.

[3]李淑紅，童 放.淺談曲軸自由鍛造的下料計算[J].鍛壓技術，2005，30（4）：1-2.

[4]田洪中，榮 虔，夏 偉.手動調節行程的壓力機氣墊[J].鍛壓裝備與制造技術，2009，44（6）：37-38.

[5]邵中魁，趙升噸，劉 辰，等.機械壓力機行程調節方式合理性探討[J].鍛壓裝備與制造技術，2012，47（4）：8-12.

[6]梅碧舟，郭萬川，劉茂銀.采用作圖法準確調整壓力機行程[J].鍛壓技術，2007，12：120-121.

[7]何彥忠，陳文家，黃建民，等.一種新型壓力機行程調節機構設計[J].鍛壓技術，2010，，6：118-121.

[8]何彥忠.行程可控壓力機傳動系統構型設計及其工作性能研究[D].揚州：揚州大學，2011：10-16.

The intelligent calibration system of top dead center for stroke-adjustablepress

CHEN Chuntong,TANG Jian,XIE Yiwei,XU Kai
（Jiangsu Yangli Jiancheng Metalforming Co.,Ltd.,Yangzhou 225000,Jiangsu China）

Aiming at the problems that the top dead center would shift in a certain angle after adjusting the stroke in the stroke-adjustable press which need re-calibrating work,a new intelligent calibration algorithm of top dead center has been presented in the text.As long as the adjusting angle ofeccentric sleeve has been input via touch screen,the shifting amount of top dead center can be calculated through the programmable logic controller(PLC). By communicating with electronic CAM and changing related parameters,the top dead center has been calibrated. The effectiveness and feasibility of the algorithm have been verified through site testing.

Press;Adjustable stroke;Top dead center

TG315.5

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.01.023

1672-0121（2016）01-0080-03

2015－06－01

陳春童（1974-），男，高級工程師，從事鍛壓機械電控系統研發設計。E-mail：yljscct@163.com