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王国强 摘要：本文介绍了四辊卷板柔性加工单元的组成与结构，简单叙述了四辊卷板柔性加工单元的卷板工艺流程，并在此基础上阐述了控制系统设计、硬件选型及软件编程。 关键词：柔性加工单元；卷板机；机械手；智能化 国内卷板设备经历了从机械到液压再到数控的发展过程。目前，其液压和自动化控制技术已取得长足进展并日趋成熟，目前已由单机自动化发展到柔性制造单元。为了应对快速、精密、批量化生产的需求，研发高效、高精、安全、复合、环保、自动化、柔性化、智能化的弯曲校正设备势在必行。 1 结构组成数控四辊卷板柔性加工单元为一台数控卷板机配置前段板料预处理和后段成品输送等设备，由一台计算机组成的控制系统控制，组成卷板自动加工单元。该单元将信息流和物资流集成于CNC卷板机系统，可实现批量加工自动化，是较理想的高精度、高效率、高柔性的制造系统。卷板柔性加工单元主要由上料机械手、板料对正装置、进料辊道、数控卷板机、工件托料机械手、卸料机械手、出料辊道、液压部分、电器部分等组成。数控四辊卷板柔性加工单元结构如图1所示。 2 工艺流程数控四辊卷板柔性加工单元实现了板材的上料、卷圆、下料完全自动化，即从上料吸盘、送料辊道、卷板机、托料、推料、出料辊道整个柔性加工单元完整工艺的一键式操作，具体工艺过程如图2所示。  图1 数控四辊卷板柔性加工单元结构示意图 1、上料机械手 2、板料对正装置 3、进料辊道4、数控卷板机 5、工件托料机械手 6、卸料机械手7、出料辊道 8、液压部分 9、电器部分 在实际卷制过程中，数控卷制的工件应尽量控制在一个道次内完成，这样板材的弹性变形对工件的卷制过程影响最小。也就是说，数控卷板的能力应尽量控制在机器卷板能力的50%~60%以下。 3 控制系统组成数控四辊卷板柔性加工单元采用十轴闭环控制系统，有效实现了工件制造过程的智能化、柔性化。本控制系统主要由平板电脑（PPC-6152A）、PLC （S7200）、直线位移传感器、增量式光编、变频调速器等元件组成，上位机为全功能工业级平板电脑PPC-6152A。下位机为德国西门子公司高性能 PLC （S7200）。它们之间通过以太网线连接实现上、下位机的数据传输。直线位移传感器为卷板机前、后、下辊、托料装置位置反馈元件，将各工作轴的实时绝对位置反馈回PLC，PLC在对数据进行处理后对位置进行控制，并将数据传给上位机显示。  图2 数控四辊卷板柔性加工单元工艺流程图 如图3所示为卷板机两侧辊、下工作辊、主传动旋转及托料工作轴位置环结构示意图[1]。PLC将给定信号Ug与反馈信号Uf比较，得出输入信号ΔU，将ΔU进行D/A（数字量/模拟量）转换，然后用转换后的模拟量数据控制各工作轴的比例阀，各工作轴的位置通过光电编码器（主传动轴）或直线位移传感器（卷板机侧辊、下工作辊及托料）反馈到PLC，当ΔU→0（趋近于0）时工作轴到达设置位置，形成各工作轴的全闭环。  图3 各工作轴闭环结构图 4 软件设计上位工业平板电脑开发软件选择工业组态软件，组态软件是数据采集与过程控制的专用软件，以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法。可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。 如图4所示为柔性加工单元的手动操作界面。 图中的B辊、C辊、D辊代表卷板机前辊、后辊和下辊。B辊、C辊下面的数据分别表示B辊、C辊左右两端的数值，B、C、D辊与上辊相切的位置记为0，数值表示从零位置到当前位置的位移。D辊左右两端数据分别表示D辊左右两端数值；上辊右侧数值为主传动转过的距离。旋转速度根据要求输入数值，数值范围为0~100。屏幕右侧棒图为托料架实时位置显示。图的最下部为报警信息显示。 如图5所示为柔性加工单元的自动操作界面。按下自动开始按钮，机器将按照屏幕左侧显示的步骤和参数开始运行。当程序运行到步骤W（等待）时，需要再次按下操作面板中自动开始按钮，机器才继续下一步骤；程序运行到步骤E（END结束）或其他字母显示时，机器将自动停止，屏幕显示步骤返回到程序第一步。  图4 柔性加工单元手动操作界面  图5 柔性加工单元自动操作界面 如果在运行过程中需要暂停，则在操作面板中按下暂停按钮。再次按下自动开始按钮，卷板机将接着上面步骤继续下一步骤的运行。 如图6所示为柔性加工单元的程序编辑界面。在编辑模式中，首先在文件名后的方框内输入文件路径及文件名，再分别输入钢板厚度、钢板宽度、钢板长度、屈服极限、卷筒直径等进行计算，然后根据实际卷制试验，再对参数进行修改。程序编辑完成后，将程序存储并下载到PLC内存。  图6 柔性加工单元程序编辑界面 5 市场展望随着家电、新能源等行业的快速发展，数控卷板机柔性加工单元的市场也将得到进一步扩大。该柔性加工单元也可作为核心单元，前端连接开卷-校平-剪切生产线，后端连接自动焊接、喷涂生产线，组成全自动板材加工生产车间，从钢材卷料到成品筒体实现集中式管理，无人化操作。 参考文献： [1]戴忠达.自动控制理论基础[M].北京：清华大学出版社，1991. Development of control system for flexible manufacturing unit in four-roll plate bending machine WANG Guoqiang Abstract：The composition and structure of flexible manufacturing unit for four-roll plate bending machine have been introduced in the text.The technical process of the flexible manufacturing unit has been simply put forward.The design of control system,hardware selection and the software programming have been expounded. Keywords：Flexible manufacturing unit；Plate bending machine;Manipulator;Intelligent |
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