陈震
摘  要：


1 引言   

    卷板机是锻压加工设备。卷板机主要用于工业容器罐、压力管成型加工等机械冷加工领域，要求成型一致性好，弧线规范，焊接缝口连接好。传统上工业容器罐由人工逐段的凭经验操作压辊成型。由于天然气管道、油罐车的需求量增加，传统的生产已经满足不了市场的要求，需要全自动化的机器实现规模化工业生产。

2 工艺分析

    卷板工艺是利用卷板机对板料进行连续3点弯曲的成型过程，如图1所示，卷板工艺过程由预弯――对中――卷圆――矫圆过程组成。卷圆工艺过程分析:上辊万能式卷板机的下辊为固定间距，上辊为万能式，可实现升降及前后移动，上辊升降由液压缸驱动，前后位移由电机驱动，下辊由主电机经减速器后驱动，因此具备数字控制的整机条件。

图1 卷板成型工艺过程

2.1 预弯

    板料卷制时，平板两端各有一段长度,由于没有接触上辊不发生弯曲，称为剩余直边。为了避免板料从工作辊间脱出，实际剩余直边常比理论值大。对称弯曲时为(6～20)￡(￡一板厚)，非对称弯曲时为对称弯曲的1／6~1／10。由于剩余直边在矫圆时难以消除，并造成较大的焊缝应力及设备负荷，容易产生质量和设备事故，故卷制前必须对板料进行板边预弯，使剩余直边接近理论值。本机是非对称弯曲，具有预弯边的能力。

2.2 对正

对正的目的是使工件母线与辊轴线平行，防止产生扭斜。

2.3 卷圆

卷圆的方式分为一次进给与多次进给。冷卷回弹量显著，需加一定的过卷量。

2.4 矫圆

轿圆一般分为三个步骤。

（1）加载。根据经验或计算将辊筒调到所需的最大矫正曲率位置；

（2）滚圆。将滚筒在矫正曲率下滚卷l～2圈(着重滚卷近焊缝区)，使整圆曲率均匀一致；

（3）卸载。逐渐卸除载荷，使工件在逐渐减少的矫正载荷下多次滚卷。

2.5 技术参数和自动化要求

表1 卷板机技术参数：

规格型号 上　辊 加压力 (Tons) 最大板厚 板幅 (mm) 上辊直径 (mm) 下辊直径 (mm) 中心距 (mm) 电动机(kw) 端曲 (mm) 中央 (mm) 驱动用 油压用 移动用 W11SNC-14×3000 130 10 14 3000 360 180 300 15 7.5 4 W11SNC-8×6500 190 8 10 6500 460 220 400 37 11 7.5

（1）卷板机技术参数参见表1。

（2）自动化要求

?独特的弯曲工艺，高精度端部预弯，连续弯曲无后角，弯曲过程数字控制。

?人机对话控制界面，高效智能操作。

?物理弯曲工艺软件，人机对话窗口，弯曲过程自动补偿。

?丰富的弯曲形状。

?具有卷制Ｏ型、Ｕ型、多段Ｒ等不同的形状。

3 电气自动化解决方案

3.1 自动化功能设计

从整个卷板工艺过程可以看出，需要电气控制完成的功能包括：

    （1）位移量控制。根据操作人员输入的卷板弧线长度、弧线半径、板材材质参数，控制器自动计算卷板机各个运动部件在不同卷制阶段的理论位移量，例如一款机器是专为油罐车的罐壳的，那么只要把状态打到自动，找好开始原点，按下启动，一次自动成型，做好后

下料结束后机器会自动复位到原点开始下一个产品，参见图2。

图2 卷板位移量控制

    （2）上辊（卷板辊）升降位置控制。根据理论计算，控制下辊旋转驱动电机（恒速度）、上辊横向移动电机（在压直边时用）和升降液压缸控制阀协调工作，自动完成预弯、对中、卷圆、矫圆全过程。对于油罐车的罐体由于采用了对称式三辊控制，只要控制上辊的升降位置就可以了。

图3 卷板尺寸设计参考

3.2 卷板辊运动控制原理设计

卷板尺寸设计参考参见图3。

    (1)设计条件（mm）。需要卷取材料的弧线半径为R；下辊的半径为r=95；两下辊的中心距的一半为S=180；板材的压下量为h;上辊原点距离下辊上平面的高度为L

    (2)几何数学推导。

根据图3：

     (R+r)²=s²+(R-h+r⁾²

得到：
    
    上辊每次在做产品之前处于原点，我们只要控制上辊在二维平面的坐标就可以了，即控制y= h+L就可以了。
其中R为工艺设定值、L、D2为已知恒定值，带入就可以得到h的值，在做不同的弧度的罐体时我们只要根据h=f(R)就可以控制上辊升降的切换，每段孤线的长度可以由装在下辊同心轴上的编码器来控制，根据反馈的脉冲来控制每段弧的起始和结束。

3.4系统框图设计

根据控制要求再选用电气产品，主要控制框图如图4所示。

4 台达机电解决方案

4.1 设备选型

基于台达机电产品的系统解决方案主控平台设备选型参见表2。

表2 台达机电产品设备选型

4.2 PLC的地址分配