BWS-BB伺服在自動鋼筋矯直定尺剪切機項目運用的解決方案

1、引言

鋼筋矯直定尺剪切機作為鋼材加工機械的一種，也屬于低技術含量的機械設備、靠產量獲取利潤的行業。但隨著市場競爭的日趨激烈，也開始由拼成本、價格，向拼質量、技術含量、加工能力過渡。時光科技應成都某金屬加工機械生產企業的要求，共同就該企業的鋼筋矯直定尺剪切機進行了設備改進。

改進的設備為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

出于穩妥、降低設備改進風險的考慮，此次設備改進項目采取了循序漸進的方式，經歷了四個改進階段。

階段一：舊設備改造

采取在原有的直接啟制動型盤刀剪切機的剪切電機加上時光IMS系列伺服控制器的方法實現就設備改造。改造設備的機械結構如圖1所示。

（1）改造原理

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

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伺服控制器獨有的Qmcl語言進行軟件編程，可方便、靈活的實現以上功能。

（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 電機溫度明顯下降，機械沖擊減?。?/P>

Ø 提高了加工質量、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＋減速機＋分矩箱＋刀盤”的機械結構，造成剪切部分慣量很大，電

機速度調整范圍較大，再加上減速機傳動，在動作反應時間上性能較差。

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

料速度波動較大。

Ø 通過撞塊上接近開關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——碼盤測長發出剪切信號

在第一階段改造基礎上，在矯正輥后外加測長輥，測長棍后端連接編碼器，測長棍隨鋼筋旋轉發出長度脈沖，當到達設定脈沖數（長度）后，采用第一階段相同的方式進行剪切。測長棍安裝如圖2所示。

（1）改進效果

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：

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）項目改進分析

剪切精度得到進一步提高，但無法排除送料速度波動帶來的誤差，且電機性能較差，故仍存在精度提高的空間。

階段三：控制理論的進一步完善——同步控制剪切

進一步改進測長（測速）裝置和減振裝置；將直接啟制動送料電機加裝電磁調速裝置，進一步提高送料的速度和速度的穩定性。

（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，當編碼器測到計長脈沖（鋼筋設定長度）到達后開始剪切；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，會相應進行很高輸出頻率的調整，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整超過了電機的承受能力，就會導致電機過流，通古限制控制器頻率輸出可以保護電機，但會影響剪切精度；受“電機＋減速機＋分矩箱＋刀盤”剪切結構的影響，送料速度提高有限，頻繁加減速會影響減速機壽命。

階段四：新型剪切機定型——直驅式剪切機

（1）改進原理

Ø 鑒于“電機＋減速機＋分矩箱＋刀盤”機械結構的缺點，采用一種低

頻電機，去除減速機。通過降低電機的工作基頻到13Hz，電機極數升高到8極，保證了電機的輸出扭矩加大到基頻以下為450N.m。這樣，電機直接驅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，并加裝人機界面（觸摸屏）。

Ø 增加自動校正功能，使設定長度盡可能與實際長度保持一致。

（2）改進效果

Ø 剪切精度：2～3毫米；；

Ø 最快送料速度：2.3～2.5 米／分；

Ø 可方便的設定剪切鋼筋的長度、剪切根數，并顯示出當前剪切根數和

剪切速度。

（3）項目改進分析

Ø 不經過減速機直接驅動的方式，不僅簡化了設備構造，減少了中間環

節和故障點，更提高了電機的反應時間（只須加速到250rpm，而加減速機則要加速到1500rpm）,消除了傳動間隙誤差；送料電機改為變頻器控制，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、加工效率得到進一步提高。

Ø 產品檔次得到提高，設備成本也相應升高。

3、設備定型

經過四個階段的設備改進，確定兩種剪切部分機械結構、三種剪切形式的剪切機：

Ø 兩種剪切機械結構

機型一：電機＋減速機＋分矩箱＋刀盤；

機型二：電機＋分矩箱＋刀盤。

硬件配置如下表:

兩種機型相比，第二種機型精度和送料速度較高，結構簡單故障率低，使用更加方便；但成本相對較高。

Ø 通過軟件編程方式實現三種剪切方式

方式一：撞開關方式；

方式二： 測長碼盤計長方式；

方式三：同步剪切方式。

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

4、結論

通過此成都金屬加工機械生產企業實際應用檢測及半年多時間的考核試驗，兩種機型均超過了同類型產品的技術水平，在提供生產效率（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勢。尤其在現有簡單的機械結構下（成本較低），能夠達到如此精度，已具備了一定市場上競爭的能力。