BWS-BB伺服在自動鋼筋矯直定尺剪切機(jī)項目運(yùn)用的解決方案

1、引言

鋼筋矯直定尺剪切機(jī)作為鋼材加工機(jī)械的一種，也屬于低技術(shù)含量的機(jī)械設(shè)備、靠產(chǎn)量獲取利潤的行業(yè)。但隨著市場競爭的日趨激烈，也開始由拼成本、價格，向拼質(zhì)量、技術(shù)含量、加工能力過渡。時光科技應(yīng)成都某金屬加工機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的要求，共同就該企業(yè)的鋼筋矯直定尺剪切機(jī)進(jìn)行了設(shè)備改進(jìn)。

改進(jìn)的設(shè)備為F4～F14mm帶肋鋼筋的矯直定尺切斷和F4～F14mm的光圓鋼筋矯直定尺切斷設(shè)備，主要由送料、矯直和切斷三部分組成。對于剪切部分主要為追剪（氣動垂直剪切）、直接啟制動型盤刀、剪切兩種剪切方式。

2、解決方案

出于穩(wěn)妥、降低設(shè)備改進(jìn)風(fēng)險的考慮，此次設(shè)備改進(jìn)項目采取了循序漸進(jìn)的方式，經(jīng)歷了四個改進(jìn)階段。

階段一：舊設(shè)備改造

采取在原有的直接啟制動型盤刀剪切機(jī)的剪切電機(jī)加上時光IMS系列伺服控制器的方法實現(xiàn)就設(shè)備改造。改造設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）改造原理

通過直接上下電控制30KW送料電機(jī)帶動幾組整形輥將鋼筋送入矯直部分矯直后，送入剪切部分進(jìn)行定尺切斷；切斷部分保持原有7.5KW普通異步電機(jī)，連接減速比11的減速機(jī)，帶動分矩箱和盤刀進(jìn)行切斷。

由于BWS-BB伺服控制器具有加減速控制和位置控制功能，所以只要能保證切刀在同一位置啟動，通過良好的加減速控制功能，保持每一次接到撞塊上接近開關(guān)給出剪切信號后刀盤從啟動到停止的動作時間一致，就能在送料速度穩(wěn)定的情況下獲得較好的剪切精度。同時配于IMS伺服控制器獨(dú)有的Qmcl語言進(jìn)行軟件編程，可方便、靈活的實現(xiàn)以上功能。

（2）改造效果

以剪切F12mm的帶肋鋼筋剪切效果為例。

Ø 剪切精度：20～30毫米（改造前精度為500～700毫米）；

Ø 最快送料速度：1.4～1.6 米／分；

Ø 電機(jī)溫度明顯下降，機(jī)械沖擊減小；

Ø 提高了加工質(zhì)量、加工效率。

（3）項目改造分析

Ø 剪切精度、送料速度有所提高，但仍存在提高空間。原因在于：

① 采取“電機(jī)＋減速機(jī)＋分矩箱＋刀盤”的機(jī)械結(jié)構(gòu)，造成剪切部分慣量很大，電

機(jī)速度調(diào)整范圍較大，再加上減速機(jī)傳動，在動作反應(yīng)時間上性能較差。

② 普通異步電機(jī)性能較差，加減速能力不足；直接上下電控制的30KW送料電機(jī)送

料速度波動較大。

Ø 通過撞塊上接近開關(guān)給出剪切信號的方式，由于接觸位置不同會帶來一定誤差，

而其改變鋼筋長度十分不方便。

階段二：升級控制方式——碼盤測長發(fā)出剪切信號

在第一階段改造基礎(chǔ)上，在矯正輥后外加測長輥，測長棍后端連接編碼器，測長棍隨鋼筋旋轉(zhuǎn)發(fā)出長度脈沖，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定脈沖數(shù)（長度）后，采用第一階段相同的方式進(jìn)行剪切。測長棍安裝如圖2所示。

（1）改進(jìn)效果

仍以剪切F12mm的帶肋鋼筋剪切效果為例，與第一階段改造效果比較，具有如下改進(jìn)：

Ø 剪切精度：小于20毫米；

Ø 可方便改變剪切長度；

Ø 避免了撞塊方式的接觸誤差。

（2）項目改進(jìn)分析

剪切精度得到進(jìn)一步提高，但無法排除送料速度波動帶來的誤差，且電機(jī)性能較差，故仍存在精度提高的空間。

階段三：控制理論的進(jìn)一步完善——同步控制剪切

進(jìn)一步改進(jìn)測長（測速）裝置和減振裝置；將直接啟制動送料電機(jī)加裝電磁調(diào)速裝置，進(jìn)一步提高送料的速度和速度的穩(wěn)定性。

（1）剪切原理：測長編碼器既可以測出鋼筋長度同時又可以測出鋼筋移動的速度，當(dāng)編碼器測到計長脈沖（鋼筋設(shè)定長度）到達(dá)后開始剪切；剪切的過程中，利用IMS伺服控制器保持速度和位置同步的性能，保持切刀和鋼筋的移動距離和速度一致（同步），就可以排除由于鋼筋移動速度波動帶來的誤差。

（2） 改進(jìn)效果

以剪切F10mm的光圓鋼筋為例。

剪切精度：2～5毫米

最快送料速度：2.0～2.3 米／秒

（3）項目改進(jìn)分析

Ø 送料速度和剪切精度明顯提高，操作簡單，使用方便。

Ø 由于BWS伺服控制器的同步控制方式，是一種精度很高的控制方式，在

同步過程中為了保持速度和位置的同步，會相應(yīng)進(jìn)行很高輸出頻率的調(diào)整，一旦速度波動很大或測長裝置振動打滑，如果此時控制器的頻率調(diào)整超過了電機(jī)的承受能力，就會導(dǎo)致電機(jī)過流，通古限制控制器頻率輸出可以保護(hù)電機(jī)，但會影響剪切精度；受“電機(jī)＋減速機(jī)＋分矩箱＋刀盤”剪切結(jié)構(gòu)的影響，送料速度提高有限，頻繁加減速會影響減速機(jī)壽命。

階段四：新型剪切機(jī)定型——直驅(qū)式剪切機(jī)

（1）改進(jìn)原理

Ø 鑒于“電機(jī)＋減速機(jī)＋分矩箱＋刀盤”機(jī)械結(jié)構(gòu)的缺點，采用一種低

頻電機(jī)，去除減速機(jī)。通過降低電機(jī)的工作基頻到13Hz，電機(jī)極數(shù)升高到8極，保證了電機(jī)的輸出扭矩加大到基頻以下為450N.m。這樣，電機(jī)直接驅(qū)動分矩箱便保證了剪切力度和剪切速度。

Ø 將送料部分和剪切部分連接為系統(tǒng)，并加裝人機(jī)界面（觸摸屏）。

Ø 增加自動校正功能，使設(shè)定長度盡可能與實際長度保持一致。

（2）改進(jìn)效果

Ø 剪切精度：2～3毫米；；

Ø 最快送料速度：2.3～2.5 米／分；

Ø 可方便的設(shè)定剪切鋼筋的長度、剪切根數(shù)，并顯示出當(dāng)前剪切根數(shù)和

剪切速度。

（3）項目改進(jìn)分析

Ø 不經(jīng)過減速機(jī)直接驅(qū)動的方式，不僅簡化了設(shè)備構(gòu)造，減少了中間環(huán)

節(jié)和故障點，更提高了電機(jī)的反應(yīng)時間（只須加速到250rpm，而加減速機(jī)則要加速到1500rpm）,消除了傳動間隙誤差；送料電機(jī)改為變頻器控制，更提高了送料速度和速度控制精度，有利于同步剪切控制。

Ø 加工精度、加工效率得到進(jìn)一步提高。

Ø 產(chǎn)品檔次得到提高，設(shè)備成本也相應(yīng)升高。

3、設(shè)備定型

經(jīng)過四個階段的設(shè)備改進(jìn)，確定兩種剪切部分機(jī)械結(jié)構(gòu)、三種剪切形式的剪切機(jī)：

Ø 兩種剪切機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)型一：電機(jī)＋減速機(jī)＋分矩箱＋刀盤；

機(jī)型二：電機(jī)＋分矩箱＋刀盤。

硬件配置如下表:

兩種機(jī)型相比，第二種機(jī)型精度和送料速度較高，結(jié)構(gòu)簡單故障率低，使用更加方便；但成本相對較高。

Ø 通過軟件編程方式實現(xiàn)三種剪切方式

方式一：撞開關(guān)方式；

方式二： 測長碼盤計長方式；

方式三：同步剪切方式。

兩種機(jī)型均保留了三種剪切方式，根據(jù)上述的優(yōu)缺點可以選擇使用，也可以作為備選方式，在測長裝置故障的情況下備用。

4、結(jié)論

通過此成都金屬加工機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)實際應(yīng)用檢測及半年多時間的考核試驗，兩種機(jī)型均超過了同類型產(chǎn)品的技術(shù)水平，在提供生產(chǎn)效率（加工能力提高了近2倍）、加工精度和方便使用方面均有一定優(yōu)勢。尤其在現(xiàn)有簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)下（成本較低），能夠達(dá)到如此精度，已具備了一定市場上競爭的能力。