大型高速沖壓機床滑塊運行導軌溫度監測

范 勇，陽帆莊，王 鑫，周 岑

（上汽大眾汽車有限公司長沙分公司，湖南長沙 410132）

0 引言

沖壓機床作為金屬和機械冷加工的關鍵設備，是裝備制造業的加工母機，機床的復雜性、精度、運行效率和柔性也反映了一個國家的制造工業水平。

近年來，隨著市場需求的改變，各機械裝備也在持續地突破升級，步入定制化、智能化、節能高效等產業格局。汽車作為國家制造工業的重要組成部分，為沖壓機床更新迭代、技術革新等提供了強大動力。從普遍流行的液壓機到智能化，高柔性的機械壓機，再到快速、節能環保型的伺服壓力機，機械結構及驅動方式都發生了質的變化，使用范圍更加廣泛。

本文將針對目前流行的沖壓機床滑塊運行導軌板異常損壞的問題進行探究，并提出一種實時、快速的溫度在線監測方法。

1 壓機滑塊運行導軌的兩種常見結構

目前市場比較受歡迎的壓力機主要有機械式壓力機和伺服壓力機：機械式壓力機適用于8～15 SPM（Strokes Per Minute，每分鐘沖程數）的高沖次要求，價格相對低廉；伺服壓力機沖程速度更高，速度一般在15 SPM 以上，更加節能高效且成型過程可編程、柔性更強，但價格比較昂貴。

機械式壓力機通過主電機帶動帶有離合器—制動器組合的飛輪轉動，再通過傳動軸、多連桿變速傳動機構和偏心輪等，將旋轉運動轉變為滑塊在垂直方向的線性運動，從而使滑塊帶動模具做功。伺服壓力機通過多臺伺服電機直接同步連接驅動齒輪，通過中間過渡齒輪軸驅動偏心齒輪帶動滑塊進行線性運行。

滑塊需配有黃銅制八面直角導軌并帶有潤滑，在整個滑塊行程期中滑塊完全靠立柱上的導軌進行導向。導軌的間隙可以通過每條導軌上的螺栓進行調整，但為了零件質量的穩定，則要求滑塊運行必須要有較理想的垂直度，精確的導軌間隙也是有利于合理的進行沖壓（圖1）。

圖1 滑塊結構

圖2 標注出滑塊與立柱接觸的8 個面，即從編號1-1 至4-2。這8 個面安裝有帶溝槽的銅導板，與它們對應的立柱面上相應地裝有銅導板。需要特別說明的是，為了保證滑塊運行具有良好的直線度，必須保證任意接觸面間隙與對面接觸面間隙之和在0.1～0.5 mm。例如，滑塊1-1 的垂直端面與立柱間間隙，疊加上2-1 這個垂直端面與立柱間間隙之和，需控制在0.1～0.5 mm。因此，只有既保證滑塊的垂直度又保證導軌的間隙，才能使導軌得到充分潤滑。

圖2 壓機滑塊俯視圖

為保證充足的潤滑，往往銅導板板面設計U 形的導油槽，從圖3 中可以清楚看到滑塊運行銅導軌板及導油槽結構。

圖3 壓機滑塊導軌板

上述滑塊銅導軌結構適用于滑塊長行程運行的設備，而短行程高速伺服壓機則采用滾輪式滑動，導軌面無需安裝銅導板，僅在滑塊的8 個端面安裝輥輪，這種結構簡單、維護簡單。

2 壓力機滑塊導軌板常見問題探究

壓機滑塊在實際運行中可能會受到多種因素的影響，嚴重情況下會導致銅導板的拉毛、燒毀，而且從出現異常到損壞持續時間非常短，極端情況1～2 個沖程就會出現致命性的損傷。下面將針對滑塊運行銅導板結構進行深入分析和研究。

滑塊運行異常狀況下，銅導板損壞常見的原因有：①銅導板自身材料有問題，有雜質摻雜；②產品品質問題，立柱不垂直引起導軌間隙不均勻；③滑塊帶動長拉伸模具成型過程嚴重偏載；④潤滑回路潤滑供給不足或銅導板U 形槽設計不合理，導致銅導板潤滑不足；⑤導軌安裝精度誤差，調整間隙過小；⑥導軌面有異物進入，如金屬雜質等。

上述原因中，目前隨著國內機床品質的提升，極少出現原因1、原因2 的類似缺陷；原因3 對于滑塊運行長行程可能性也較低，板料成型中即使存在沖壓行程很大的板件但幾乎不存在燒毀整個導板的可能；原因5、原因6是技術人員在使用維護中需要定期檢查維護的，一旦出現將會致命性的損傷。

圖4 是滑塊導軌燒毀及拉毛后銅粉脫落的情況。針對滑塊導軌板損壞燒毀的問題，本文提出設計一套可行性方案，實施動態監測導軌運行狀態，輔助設備使用或維護人員能夠及時發現停機檢修、減少損失。

圖4 滑塊銅導軌板異常

3 滑塊導軌溫度實時在線監測

通過設備長期運行跟蹤進行數據采集發現，正常運行時導軌溫度維持在30～35 ℃，而發生故障時導軌溫度均已接近140 ℃，前后溫差范圍非常大，并不會因為溫度過于敏感而無法監測，因此可通過溫度實時監測進行預警，當溫度升高后立即觸發設備停機。為此，在滑塊導軌板預埋了溫度傳感器。本方案采用歐姆龍E52-P10AEY 型溫度傳感器，其測溫范圍為0～250 ℃，直出型導線可用于導軌板的溫度監測。

為了真實反映滑塊導軌板的狀態，分別在滑塊全行程運行的銅導板固定導軌上、中、下三處位置打孔預埋入溫度傳感器，并通過PLC 實時采集溫度信號。

為驗證本文所提出滑塊導軌板溫度監測方案的有效性，在PLC 中配置了相關故障點，監測溫度不僅在壓機主控HMI 同步顯示（圖5），同時WICC 也配置了相應的故障報警信息，根據壓機正常運行溫度將系統報警溫度設置為50 ℃，一旦監測溫度出現異常將立即觸發設備停機并通過故障報警燈通知設備進行檢查處理（圖6）。

圖5 滑塊導軌板溫度實時在線監測

圖6 壓機主控HMI 報警信息配置

4 結論

本文所提出的方法，不用改變原有的設備結構，經濟便宜，可實施性強，不但能實現滑塊銅導軌板的運行溫度的監測，而且也提升了設備自主監測的智能化水平，具有一定的參考意義和推廣價值。