整體橋架自動沖壓生產線控制系統調試中存在的問題研究

原保忠 王玉玲

摘 要：在一條沖壓生產線上生產整體橋架的一個產品系列，要同時滿足不同腰高的連接孔、梯式橋架橫擔沖孔、拉伸及托盤式橋架底部環形筋的拉伸加工。前期伺服送料機按送料長度值等于橋架長度值的控制方式進行步距送進生產，經過兩次大的程序控制調整，都未能保證橋架長度尺寸和腰部連接孔位置尺寸的精度；最終伺服送料機以單步距分兩次進給，每送完一個步距就清零一次，既保證了前后兩臺設備沖壓動作在橋架的位置誤差，也保證了橋架總長尺寸公差。

關鍵詞：整體電纜橋架；自動沖壓線；控制程序；橋架長度誤差；連接孔位置尺寸

中圖分類號：TM925.52；TP278 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0070-03

Analysis of the Problems Existing in the Debugging of the Control System

for the Automatic Stamping Production Line of the Integral Bridge Frame

YUAN Baozhong WANG Yuling

Abstract： In a stamping production line， a series of integral bridges will be produced， which should simultaneously meet the tension of the connecting holes of different waist height， the punching of the ladder type bridge， the drawing of the bottom ring of the bottom of the tray type bridge. According to the control mode of the length value equal to the length value of the bridge， the prophase servo feeder could be sent to the production by step distance. After two large program control adjustment， the length of the bridge was not guaranteed and the precision of the location size of the connecting hole of the waist was not guaranteed. The final servo feeder was divided into two times with one step distance， and every step was cleared once， which ensured the position error of the stamping action of the two equipment in the bridge frame， and also ensured the length tolerance of the bridge.

Keywords： integral cable bridge；automatic stamping line；control program；bridge length error； connection hole location size

為了滿足AP1000（核電標準）的高抗震要求，許昌美特橋架股份有限公司研發了一種整體高抗震橋架。為生產此橋架，公司定制了全套生產線。而沖壓生產線是整條生產線的一部分，要求其滿足整體橋架系列產品生產，方便品種更換和調試。也就說，要滿足不同腰高的連接孔和梯式橋架橫擔沖孔、拉伸和及孔托盤橋架底部環形筋的拉伸的加工；通過生產線調試，完善控制程序，優化生產流程。

1 橋架的結構

許昌美特橋架股份有限公司研發的高抗震橋架，型號有梯式和托盤式，見圖1。

橋架參數：寬度W=300/400/500/600mm，腰高H=70/90/100mm，材料厚度t=2mm，橋架長度L=2 000/3 000mm。

橋架產品的結構特點為：橋架兩側腰上中心線處各有一排連續Φ9mm×20連接孔，上部各有一排蓋板孔Φ10mm×35；梯式橋架底部是橫擔，橫擔中心線上有一排Φ7mm×25孔，每個橫擔中心距是250mm：兩側蓋板孔中心與橫擔中心對應，而托盤橋架底部每間隔200mm有一道環形加強筋，蓋板孔中心與底部環形筋中心對應。

若長度按L=3 000mm生產，梯式橋架每件需要12工步，步距250mm；托盤橋架每件需要15工步，步距200mm。

2 沖壓生產線工序流程

梯式橋架：開卷—校平—伺服送料—沖腰間連接孔—沖兩邊蓋板孔—切口—沖橫擔Φ7mm×25排孔—橫擔拉伸—切斷。

盤式橋架：開卷—校平—伺服送料—沖腰間連接孔—沖兩邊蓋板孔—沖環形筋—切斷。

需要注意的是：63t液壓機加工兩側腰間連接孔Φ9mm×20，每步5孔和沖蓋板孔Φ10mm×35，每步1孔；200t液壓機加工梯式橋架底部的橫擔的切口、沖n-Φ7×25排孔、拉伸加工或托盤式橋架底部環形筋加工。

3 生產線工作原理

開卷機是被動開卷，校平機自帶動力；伺服送料機將帶鋼按設定長度循序送進，帶鋼先送進63t液壓機，沖兩側腰間連接孔2-5×Φ9×20送進一個歩距沖兩側蓋板孔2×Φ10×35，繼續按步距長度逐步送進，材料進入200t液壓機，梯式橋架按切口、沖橫擔n-Φ7×25排孔、橫擔拉伸需要三個工步完成加工；每次送進步距250mm；或托盤橋架壓環形筋，送進步距200mm；接著進入切斷機，從切斷機處開始計長，3 000mm切斷一次，伺服送料機清零；然后繼續送進，重新計長（要求前后兩個液壓機上的模具安裝距離及與切斷刀口處的距離都是進料步距的整倍數）。

4 整體橋架自動沖壓生產線控制系統調試中存在的問題及解決方案

4.1 生產線初次調試存在的問題

首先模具安裝保證同生產線中心線重合[2]，確保模具間距調整到對應橋架工序步距的整倍數。然后啟動設備開始工作：伺服送料250mm→63t/200t沖孔依次動作→送料250mm→……連續工作，當通過切斷機橋架長度達3 000mm時，切斷機動作切斷橋架，伺服送料機清零一次；此控制程序剛開始生產的幾件橋架尺寸雖有誤差，但整體尺寸誤差在圖紙要求范圍內；隨著生產繼續，尺寸誤差不斷變大，63t沖孔與200t沖孔的位置產生的偏差也越來越大。調整送步電子參數，修正誤差后保證了切段總長，但切口與橋架腰間連接孔位置發生偏差，有大有小，后經多次調整程序參數，仍沒有達到要求尺寸，總是出現橋架的總長尺寸和連接孔的位置尺寸不能兼顧的情況，誤差最大能達±20mm。切斷位置距前端橫擔中心的距離誤差最大達±10mm，每次參數調整完后只能生產出3～4件符合圖紙要求的橋架。總結初次自動沖壓線調試，對生產線控制系統存在的問題歸納如下：①橋架蓋板孔與橫擔中心不對應；②橋架腰間連接孔與切斷口的位置尺寸超差；③橋架總長尺寸超差。

4.2 調整控制程序，改變送進方式

經研究分析，發現前后模具安裝的誤差使得前后模具間距不成步距的整倍數，存在誤差，雖然檢測誤差很小，僅0.1mm，但從整個施工來看，誤差較大。單件橋架長L=3 000mm，步距250mm，每生產一件橋架需要動作12步，則誤差累積1.2mm，每生產10件就會積累12mm。而橋架長度公差為±3mm，已經超出公差范圍。

為了保證腰上連接孔與橫擔的位置，將控制送進的每個工步分兩次進給；若步距為p，則送料可采取先送長度a再送長度b，使得p=a+b，而先送進的a為前后模具距離除以步距所得的余數。模具安裝時保證前后模具中心線與生產線中心重合[2]。其在設備上固定后，實測前后模具間距，然后除以步距p得到余數a（為初定），則二次送料距離b=p-a，當設備工作若干步后測量實際零件位置偏差再對a、b參數進行二次修正。這樣一來模具安裝間距隨意，不必再保證整數步距值。

4.3 調整設備動作工作順序

開卷—校平—送料機送進料長b—63t動作—送料a=236mm—200t動作—送料長b—63t動作—送料a—200t動作—……如此循環，伺服送料長度累計L=3 000mm時，切斷機動作，然后繼續以上動作循環。

4.4 試驗調試新程序，分析問題產生根源

使用該控制方式開始生產的零件誤差滿足圖紙要求，但生產5～6件合格零件后，會繼續產生切斷橋架總長和連接孔位置就超差的現象[1]，斷口處與安裝孔位置出現偏差，橋架長度尺寸開始為負差，調整步距參數p值后偏差就會小一些，但之后，切口距安裝孔距會越來越大，通過多次調整控制程序的參數，以上問題沒有絲毫好轉，始終重復產生。

第二次對源程序進行調整時沒有問題，此程序能滿足不同產品步距和不同的模具安裝距離，只要對第一次送進距b和第二次送進距a的值進行調整，可以保證連接孔的位置尺寸，且使得a+b兩次送進距之和等于步距p即可保證總長尺寸。

生產過程中存在的不確定因素很多，如帶鋼的延伸率每次有偏差，伺服送料每次送進距離雖然比較精確，但總會有偏差存在，且會一直累計，伺服每送進一次，就會累積一次，送料總長3 000mm切斷執行一次；每個零件生產過程需要24次送進，就有24次的誤差積累；200t與切斷機之間間距是4m，63t與200t的間距是1.5m，伺服送料機構與63t的間距是1m，則伺服送料機構與切斷機之間的距離就是6.5m，也就是說，伺服與切斷之間有50次送進誤差積累，伺服送料參數修正一次，送料長度夠3 000mm切斷機切斷一次，但仍有26次誤差繼續存在。問題產生的主要原因是步距誤差和位置誤差每次調整不能相互兼顧，總會出現橋架長度尺寸符合要求，切斷位置與連接孔距離就會超差；若連接孔位置符合圖紙要求，橋架總長又會出現超差。

經過反復推敲，確定仍用后改的控制源程序，認為產生問題的主要原因是伺服送進與切斷之間的距離遠，誤差累計造成的，伺服送進累計3 000mm即24次切斷機切斷動作一次，然后伺服送料機清零一次；連續生產時，伺服送料和切斷之間已有50次誤差積累經存在，很難從參數修正來兼顧連接孔位和總長。因此，筆者提出別的控制方案：后邊切斷機的動作按200t液壓機動作次數參數進行控制，200t沖完12次切斷機切斷執行一次動作，并且伺服送料以200t每動作一次就清零一次。依此方案修改了控制程序，經過調試生產效果滿意[1]。

5 結語

最終的控制程序通過一段時間的運行，生產出的橋架尺寸穩定，符合圖紙要求。伺服送料機單步距分次送料，保證了前后設備沖孔的位置，單步清零避開了每步分次送進的誤差累計；后續橋架切斷就可以通過調節步距系數方便控制切口位置和總長尺寸。此控制程序可操作性強，不足之處是設備生產效率不高，有待繼續改進。

參考文獻：

[1]喬治·哈姆斯.冷彎成型技術手冊[M].劉繼英，艾正青，譯.北京：化學工業出版社，2009.

[2]陳炎嗣.沖壓模具設計手冊（多工位級進模）[M].北京：化學工業出版社，2013.