时光伺服系统在自动钢筋矫直定尺剪切机的应用

1、引言
钢筋矫直定尺剪切机作为钢材加工机械的一种，也属于低技术含量的机械设备、靠产量获取利润的行业。但随着市场竞争的日趋激烈，也开始由拼成本、价格，向拼质量、技术含量、加工能力过渡。时光科技应成都某金属加工机械生产企业的要求，共同就该企业的钢筋矫直定尺剪切机进行了设备改进。
改进的设备为F4～F14mm带肋钢筋的矫直定尺切断和F4～F14mm的光圆钢筋矫直定尺切断设备，主要由送料、矫直和切断三部分组成。对于剪切部分主要为追剪（气动垂直剪切）、直接启制动型盘刀剪切两种剪切方式。

2、解决方案
出于稳妥、降低设备改进风险的考虑，此次设备改进项目采取了循序渐进的方式，经历了四个改进阶段。

阶段一：旧设备改造
采取在原有的直接启制动型盘刀剪切机的剪切电机加上时光IMS系列伺服控制器的方法实现就设备改造。改造设备的机械结构如图1所示。


图2
（1）改进效果
仍以剪切F12mm的带肋钢筋剪切效果为例，与第一阶段改造效果比较，具有如下改进：
·剪切精度：小于20毫米；
·可方便改变剪切长度；
·避免了撞块方式的接触误差。
（2）项目改进分析
剪切精度得到进一步提高，但无法排除送料速度波动带来的误差，且电机性能较差，故仍存在精度提高的空间。

阶段三：控制理论的进一步完善——同步控制剪切
进一步改进测长（测速）装置和减振装置；将直接启制动送料电机加装电磁调速装置，进一步提高送料的速度和速度的稳定性。
（1）剪切原理：测长编码器既可以测出钢筋长度同时又可以测出钢筋移动的速度，当编码器测到计长脉冲（钢筋设定长度）到达后开始剪切；剪切的过程中，利用IMS伺服控制器保持速度和位置同步的性能，保持切刀和钢筋的移动距离和速度一致（同步），就可以排除由于钢筋移动速度波动带来的误差。
（2） 改进效果
以剪切F10mm的光圆钢筋为例。
剪切精度：2～5毫米
最快送料速度：2.0～2.3 米／分
（3）项目改进分析
·送料速度和剪切精度明显提高，操作简单，使用方便。
·由于时光伺服控制器的同步控制方式，是一种精度很高的控制方式，在同步过程中为了保持速度和位置的同步，会相应进行很高输出频率的调整，一旦速度波动很大或测长装置振动打滑，如果此时控制器的频率调整超过了电机的承受能力，就会导致电机过流，通古限制控制器频率输出可以保护电机，但会影响剪切精度； 受“电机＋减速机＋分矩箱＋刀盘”剪切结构的影响，送料速度提高有限，频繁加减速会影响减速机寿命。

阶段四：新型剪切机定型——直驱式剪切机
（1）改进原理
·鉴于“电机＋减速机＋分矩箱＋刀盘”机械结构的缺点，采用一种低频电机，去除减速机。通过降低电机的工作基频到13Hz，电机极数升高到8极，保证了电机的输出扭矩加大到基频以下为450N.m。这样，电机直接驱动分矩箱便保证了剪切力度和剪切速度。
·将送料部分和剪切部分连接为系统，并加装人机界面（触摸屏）。
·增加自动校正功能，使设定长度尽可能与实际长度保持一致。
（2）改进效果
·剪切精度：2～3毫米；；
·最快送料速度：2.3～2.5 米／分；
·可方便的设定剪切钢筋的长度、剪切根数，并显示出当前剪切根数和剪切速度。
（3）项目改进分析
·不经过减速机直接驱动的方式，不仅简化了设备构造，减少了中间环节和故障点，更提高了电机的反应时间（只须加速到250rpm，而加减速机则要加速到1500rpm）,消除了传动间隙误差；送料电机改为变频器控制，更提高了送料速度和速度控制精度，有利于同步剪切控制。
·加工精度、加工效率得到进一步提高。
·产品档次得到提高，设备成本也相应升高。
3、设备定型
经过四个阶段的设备改进，确定两种剪切部分机械结构、三种剪切形式的剪切机：
·两种剪切机械结构
机型一：电机＋减速机＋分矩箱＋刀盘；
机型二：电机＋分矩箱＋刀盘。
硬件配置如下表:



两种机型相比，第二种机型精度和送料速度较高，结构简单故障率低，使用更加方便；但成本相对较高。
·通过软件编程方式实现三种剪切方式
方式一：撞开关方式；
方式二： 测长码盘计长方式；
方式三：同步剪切方式。
两种机型均保留了三种剪切方式，根据上述的优缺点可以选择使用，也可以作为备选方式，在测长装置故障的情况下备用。

4、结论
通过此成都金属加工机械生产企业实际应用检测及半年多时间的考核试验，两种机型均超过了同类型产品的技术水平，在提供生产效率（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优势。尤其在现有简单的机械结构下（成本较低），能够达到如此精度，已具备了一定市场上竞争的能力。