1 引言
卷板機(jī)是鍛壓加工設(shè)備。卷板機(jī)主要用于工業(yè)容器罐、壓力管成型加工等機(jī)械冷加工領(lǐng)域，要求成型一致性好，弧線規(guī)范，焊接縫口連接好。傳統(tǒng)上工業(yè)容器罐由人工逐段的憑經(jīng)驗(yàn)操作壓輥成型。由于天然氣管道、油罐車(chē)的需求量增加，傳統(tǒng)的生產(chǎn)已經(jīng)滿(mǎn)足不了市場(chǎng)的要求，需要全自動(dòng)化的機(jī)器實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。
2 工藝分析
卷板工藝是利用卷板機(jī)對(duì)板料進(jìn)行連續(xù)3點(diǎn)彎曲的成型過(guò)程，如圖1所示，卷板工藝過(guò)程由預(yù)彎——對(duì)中——卷圓——矯圓過(guò)程組成。卷圓工藝過(guò)程分析:上輥萬(wàn)能式卷板機(jī)的下輥為固定間距，上輥為萬(wàn)能式，可實(shí)現(xiàn)升降及前后移動(dòng)，上輥升降由液壓缸驅(qū)動(dòng)，前后位移由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，下輥由主電機(jī)經(jīng)減速器后驅(qū)動(dòng)，因此具備數(shù)字控制的整機(jī)條件。
2.1 預(yù)彎
板料卷制時(shí)，平板兩端各有一段長(zhǎng)度,由于沒(méi)有接觸上輥不發(fā)生彎曲，稱(chēng)為剩余直邊。為了避免板料從工作輥間脫出，實(shí)際剩余直邊常比理論值大。對(duì)稱(chēng)彎曲時(shí)為（6～20）￡（￡一板厚），非對(duì)稱(chēng)彎曲時(shí)為對(duì)稱(chēng)彎曲的1／6～1／10。由于剩余直邊在矯圓時(shí)難以消除，并造成較大的焊縫應(yīng)力及設(shè)備負(fù)荷，容易產(chǎn)生質(zhì)量和設(shè)備事故，故卷制前必須對(duì)板料進(jìn)行板邊預(yù)彎，使剩余直邊接近理論值。本機(jī)是非對(duì)稱(chēng)彎曲，具有預(yù)彎邊的能力。
2.2 對(duì)正
對(duì)正的目的是使工件母線與輥軸線平行，防止產(chǎn)生扭斜。
2.3 卷圓
卷圓的方式分為一次進(jìn)給與多次進(jìn)給。冷卷回彈量顯著，需加一定的過(guò)卷量。
2.4 矯圓
轎圓一般分為三個(gè)步驟。
（1）加載。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或計(jì)算將輥筒調(diào)到所需的最大矯正曲率位置；
（2）滾圓。將滾筒在矯正曲率下滾卷l～2圈（著重滾卷近焊縫區(qū)），使整圓曲率均勻一致；
（3）卸載。逐漸卸除載荷，使工件在逐漸減少的矯正載荷下多次滾卷。
2.5 技術(shù)參數(shù)和自動(dòng)化要求
（1）卷板機(jī)技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)表1。
（2）自動(dòng)化要求
•獨(dú)特的彎曲工藝，高精度端部預(yù)彎，連續(xù)彎曲無(wú)后角，彎曲過(guò)程數(shù)字控制。
•人機(jī)對(duì)話(huà)控制界面，高效智能操作。
•物理彎曲工藝軟件，人機(jī)對(duì)話(huà)窗口，彎曲過(guò)程自動(dòng)補(bǔ)償。
•豐富的彎曲形狀。
•具有卷制Ｏ型、Ｕ型、多段Ｒ等不同的形狀。
3 電氣自動(dòng)化解決方案
3.1 自動(dòng)化功能設(shè)計(jì)
從整個(gè)卷板工藝過(guò)程可以看出，需要電氣控制完成的功能包括：
（1）位移量控制。根據(jù)操作人員輸入的卷板弧線長(zhǎng)度、弧線半徑、板材材質(zhì)參數(shù)，控制器自動(dòng)計(jì)算卷板機(jī)各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件在不同卷制階段的理論位移量，例如一款機(jī)器是專(zhuān)為油罐車(chē)的罐殼的，那么只要把狀態(tài)打到自動(dòng)，找好開(kāi)始原點(diǎn)，按下啟動(dòng)，一次自動(dòng)成型，做好后
下料結(jié)束后機(jī)器會(huì)自動(dòng)復(fù)位到原點(diǎn)開(kāi)始下一個(gè)產(chǎn)品，參見(jiàn)圖2。
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（2）上輥（卷板輥）升降位置控制。根據(jù)理論計(jì)算，控制下輥旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（恒速度）、上輥橫向移動(dòng)電機(jī)（在壓直邊時(shí)用）和升降液壓缸控制閥協(xié)調(diào)工作，自動(dòng)完成預(yù)彎、對(duì)中、卷圓、矯圓全過(guò)程。對(duì)于油罐車(chē)的罐體由于采用了對(duì)稱(chēng)式三輥控制，只要控制上輥的升降位置就可以了。
3.2 卷板輥運(yùn)動(dòng)控制原理設(shè)計(jì)
卷板尺寸設(shè)計(jì)參考參見(jiàn)圖3。
（1）設(shè)計(jì)條件（mm）。需要卷取材料的弧線半徑為R；下輥的半徑為r=95；兩下輥的中心距的一半為S=180；板材的壓下量為h;上輥原點(diǎn)距離下輥上平面的高度為L(zhǎng)
（2）幾何數(shù)學(xué)推導(dǎo)。
根據(jù)圖3：
上輥每次在做產(chǎn)品之前處于原點(diǎn)，我們只要控制上輥在二維平面的坐標(biāo)就可以了，即控制y= h+L就可以了。
其中R為工藝設(shè)定值、L、D2為已知恒定值，帶入就可以得到h的值，在做不同的弧度的罐體時(shí)我們只要根據(jù)h=f（R）就可以控制上輥升降的切換，每段孤線的長(zhǎng)度可以由裝在下輥同心軸上的編碼器來(lái)控制，根據(jù)反饋的脈沖來(lái)控制每段弧的起始和結(jié)束。
3.4系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)
根據(jù)控制要求再選用電氣產(chǎn)品，主要控制框圖如圖4所示。
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4 臺(tái)達(dá)機(jī)電解決方案
4.1 設(shè)備選型
基于臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品的系統(tǒng)解決方案主控平臺(tái)設(shè)備選型參見(jiàn)表2。
5 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)國(guó)家十一五規(guī)劃預(yù)測(cè)市場(chǎng)前景，隨著天然氣管道、油罐車(chē)的基本建設(shè)投入計(jì)劃，傳統(tǒng)的卷板成型生產(chǎn)工藝已經(jīng)滿(mǎn)足不了市場(chǎng)的需求量增速，需要全自動(dòng)化的機(jī)器裝備。南通海安是全國(guó)卷板機(jī)機(jī)械廠的集中產(chǎn)地，地區(qū)的市場(chǎng)量在500套左右。在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域具有一體化電氣自動(dòng)化平臺(tái)能力的臺(tái)達(dá)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)比較突出，觸摸屏——PLC集成方案配置在經(jīng)濟(jì)性與控制技術(shù)先進(jìn)性的平衡方面可以為客戶(hù)的投資提供更好的回報(bào)。
