在將不同的工作單元整合在一起時，如果能以正確的方式將一個工序的產(chǎn)品以流水線形式向下一工序傳送，必會大幅提升金屬成形的生產(chǎn)效率。位于賓夕法尼亞州哈里斯堡的Dayton Parts 公司就證實(shí)了這一點(diǎn)。
這家公司生產(chǎn)汽車售后市場用產(chǎn)品，部分生產(chǎn)設(shè)施創(chuàng)建于上世紀(jì)20 年代。去年，公司板簧生產(chǎn)工藝進(jìn)行了更新，實(shí)現(xiàn)了自動化，并將板簧沖孔和成型工藝的，連接成順暢的流水線（如圖1）。
圖1：在這幅CAD示意圖中，擺放著成型加工臺（右）和沖壓機(jī)（左），中間為加熱爐。板簧材料從右向左，通過加熱爐進(jìn)入沖壓機(jī)，然后再從左至右，到達(dá)成型加工臺。
Dayton Part 公司的板簧，采用1?2～1-5?8英寸厚的6150牌號高碳鋼棒，在沖壓和成型加工階段，必須加熱到1800 F°。這就意味著在進(jìn)入后續(xù)工序前要對板簧加熱兩次。現(xiàn)在，有了新的緊密聯(lián)動配置，板簧只需要在沖壓和成型前加熱，因此節(jié)約了能源和時間，使生產(chǎn)效率翻番。
Dayton Parts 公司一體化的工作單元，已經(jīng)證明了其加工工序的緊密聯(lián)動性和聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢。更新的生產(chǎn)線盡可能減少了再次加熱和換批停機(jī)時間，每個部件的加工時間則降低到了17 秒。
“我們看到，機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時間為95%，”Dayton Parts公司的項目經(jīng)理Joseph Garcia 說：“為公司節(jié)省的材料處理和能源成本，在一年內(nèi)就抵得上項目投資了。”
運(yùn)動控制器對聯(lián)合工藝的關(guān)鍵
這種聯(lián)合設(shè)備要縮短生產(chǎn)時間，就需要對不同工序間運(yùn)動操作實(shí)現(xiàn)精密控制。監(jiān)控由可編程邏輯控制器（PLC）執(zhí)行，但如要控制各運(yùn)動軸，需要有能夠進(jìn)行多軸協(xié)調(diào)能力的PLC。在當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商美國賓夕法尼亞州的Penn-Air & Hydraulics 公司的推薦下，Dayton Parts 公司的工程師選擇了位于華盛頓的
DeltaComputer Systems 公司的RMC150 和RMC75 運(yùn)動控制器。
板簧加工的熱沖壓工序在RMC150 的控制下，由六個運(yùn)動軸支持（如圖2）完成。因?yàn)閱蝹€RMC150 即可控制和協(xié)調(diào)多達(dá)8 軸的同時運(yùn)動。推軸將部件推向端部定位裝置，該端部定位裝置由另一個運(yùn)動作動器定位于推軸的對面，從而設(shè)置好板端與沖壓孔中心的距離。板的寬幅方向的兩個校中心棘爪動作，準(zhǔn)確校準(zhǔn)孔中心在幅寬方向的位置。推軸和端部定位裝置軸通過定位控制移動，而校中心爪使用定位和重力控制。一個棘爪移到目標(biāo)位置，另一個棘爪使用重力控制來抓取部件。
圖2：熱沖壓詳細(xì)示意圖顯示了在此操作過程中六運(yùn)動控制軸的使用
“將不同類型的軸控制器整合到一套系統(tǒng)中非常有幫助，”Dayton Parts 公司電氣工程師Greg Shortridge 表示：“使用定位和重力控制，我們可以確保部件握持牢固，同時避免由于夾持過緊而造成損壞。”
“此前我們從未使用重力控制，”他補(bǔ)充道，“但使用Delta 進(jìn)行壓力/ 重力控制很方便。”
六軸中的最后兩根軸控制沖壓，由伺服液壓閥和卸料裝置控制一個帶10 英寸孔的液壓缸。
磁致伸縮
位移傳感器提供了控制沖孔、卸料裝置和中心校準(zhǔn)爪的液壓缸的位置反饋，而端部定位裝置則通過伺服電機(jī)進(jìn)行定位，并由絕對編碼器提供位置反饋。由液壓缸控制的推軸，同樣也采用一只絕對編碼器來指示其位置。
“新的控制器為我們提供了非常準(zhǔn)確的定位，”Shortridge 說：“每一根軸的定位都可以控制在0.001 英寸精度之內(nèi)。成型頭由兩個運(yùn)動軸控制，其中一軸夾住框架進(jìn)行折彎（如圖3），獲得所需形狀，另一軸垂直移動框架。
圖3：成型頭使板簧形成彎曲，可以從受熱發(fā)光部分看出。彎折好以后，整個成型頭下降到淬火油中，進(jìn)行硬化，然后將彎折部分放在最后的工位
夾持機(jī)構(gòu)在接觸到框架時，采用自動壓力控制方式，確保部件在一定的夾持壓力下以合適的方式向板簧折曲。這個動作由一只PLC、自動壓力調(diào)節(jié)器和比例閥一起完成。夾持部件時，通過壓力調(diào)節(jié)閥控制壓力。而在釋放夾持件時，RMC75 兩軸電壓運(yùn)動控制器使用比例閥，平穩(wěn)地打開部件，放置到需要的位置。為方便操作，工人可以對此進(jìn)行調(diào)節(jié)。
同樣由RMC75 控制的成型頭中的第二根運(yùn)動軸，將框架下放到淬火油浴，硬化部件，并使形成的曲線形狀固定下來。運(yùn)動控制器使用定位控制，抬起和降下框架，通過比例閥控制液壓缸。
“我們曾使用B-B 閥來觸發(fā)液壓缸，下放框架，但由此產(chǎn)生的沖擊是一個問題，” Shortridge 說道，“通過RMC 運(yùn)動控制器實(shí)行閉環(huán)控制來操作比例閥，可以使成型頭運(yùn)動實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的加速、減速。”
快速安裝控制停機(jī)時間
Dayton Parts 分三步升級了板簧操作，加熱爐、熱沖壓，然后是成型頭。每一階段都需要包括周末在內(nèi)的4 天工作時間，以盡可能減少停機(jī)。
“圍繞故障排除PLC 編程軟件，我們對維護(hù)人員進(jìn)行了一周的現(xiàn)場培訓(xùn)，” Shortridge 在描述了公司的計劃，“為了培訓(xùn)操作員工，我們?yōu)樾略O(shè)備制定了工作指導(dǎo)，包括安全信息、設(shè)置、操作規(guī)程、產(chǎn)品質(zhì)量控制要求和故障排除信息。”
整個公司不同設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通訊，確保生產(chǎn)效率最大化
Dayton Parts 沖壓及成型聯(lián)合單元，為機(jī)器間通訊如何改進(jìn)工藝提供了示范。監(jiān)控PLC 通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接，與兩個運(yùn)動控制器和多臺人機(jī)界面終端形成界面，并通過基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線EtherCat 連接到一系列輸入/ 輸出槽( 如圖4)。通過網(wǎng)絡(luò)的通訊，PLC調(diào)整加熱爐的循環(huán)時間，設(shè)定生產(chǎn)線后續(xù)工序的速度。為了最大化生產(chǎn)率，同時為確保從加熱部件穿過系統(tǒng)傳導(dǎo)的熱量不會影響敏感的系統(tǒng)元件，必須確保工序盡可能平穩(wěn)而快速地進(jìn)行。
圖4：該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)屏幕顯示了主PLC、遠(yuǎn)程I/O 面板及三個15英寸的操作人員觸摸屏，網(wǎng)絡(luò)開關(guān)和路由器，一級兩個新的運(yùn)動控制器。可以從這三個觸摸屏中的任一個獲得所有的信息屏幕和操作人員功能
本地機(jī)器網(wǎng)絡(luò)同時也連接到工廠LAN，這樣公司SPC和質(zhì)量分析軟件就可以獲得生產(chǎn)信息，從而有助于優(yōu)化績效，并在問題升級前，得到確定并進(jìn)行維護(hù)。
任務(wù)要求加快換批速度
PLC 連接到包含著Dayton Parts 所有板簧加工參數(shù)的微軟Access數(shù)據(jù)庫。操作人員通過觸摸屏界面選擇接下來要加工的板簧， PLC 將合適的加工參數(shù)下載到溫度/
壓力控制器，并將運(yùn)動步驟下載到Delta運(yùn)動控制器。
“系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)單（如圖5）自動進(jìn)行加工，以加快生產(chǎn)速度，獲得重現(xiàn)性，這在以前，是做不到的，” Shortridge 表示：“我們常會有相對較小的批量生產(chǎn)，那種情況下，板簧可能包含多達(dá)12 個葉片。以前，在更換加工零件時，我們不得不手工調(diào)整新的爐溫，成型壓力和淬火定時裝置的設(shè)置。這很費(fèi)時間，并容易導(dǎo)致錯誤，會造成我們不能承受的停機(jī)時間。”
圖5 ： Dayton Parts系統(tǒng)使用工藝任務(wù)單，有選擇性地使用觸摸屏，加快生產(chǎn)換批，確保板簧生產(chǎn)工藝的重現(xiàn)性
為了使運(yùn)動更加精確，Shortridge 以前會采用Delta Computer Systems 公司提供的整套工具。其中之一是Plot Manager，設(shè)計人員可以通過視覺查看軸的運(yùn)動，并將測試運(yùn)轉(zhuǎn)中所希望的軸的運(yùn)動軌跡與實(shí)際運(yùn)動曲線進(jìn)行數(shù)字化對比。
有了這種可視化功能，可以微調(diào)控制回路的參數(shù)獲得，再次運(yùn)行系統(tǒng)，直到測試中的目標(biāo)位置和實(shí)際位置重合，顯示出系統(tǒng)調(diào)整非常完美。
“沒有他們提供的新型運(yùn)動控制器和精確的液壓比率控制，”Garcia 強(qiáng)調(diào)說：“這一項目的實(shí)施可能會碰到諸多困難。”
