復合沖壓模具的運動控制研究

魏圣坤

（瀘州職業技術學院，四川 瀘州646005）

1 沖壓模具

（1）沖壓。沖壓，簡單來說就是模板對金屬或非金屬的板材材料進行壓迫和拉伸，按照模具的樣式對板材材料塑性并最終成形。為了滿足不同的要求，有時也需要對板材材料進行剪切和分離而獲得希望得到的尺寸和形狀。因為沖壓時所使用的原材料大多是板材和帶材，所以沖壓又被稱為板材沖壓。在沖壓中，最重要的兩個部分就是沖壓技術和模具。沖壓技術作為一種工業工藝一般分為成形和分離兩道工序。分離就是指原材料按照模具的輪廓進行剪切并獲得最終需要的形狀和尺寸，這種沖壓叫做沖裁件；成形簡單就是讓分離后的材料在不被損壞的前提下進行塑性和變形，最后形成按照條件需要所規定的標準沖壓件。在分離過程中，主要由下料、鉆孔、切割、裁邊和分切等工藝工序；成形包括了卷曲、扭拉、拉伸、打薄、翻邊、膨脹、擴口、矯形等工藝手段。在經歷了這些工藝過程之后，一個完整的沖壓件就基本形成了。

（2）我國沖壓模具技術的現狀。由于高科技的不斷發展，目前的沖壓模具技術已經融入并實現了計算機化。最有代表的就是計算機輔助設計（CAD）,計算機輔助自造（CAM）和計算機輔助工程（CAE）。它們的應用主要是幫助人們在設計時可以通過計算機來完成而不是傳統的繪圖板和手工繪圖。一般比較常用的就是美國的AutoCAD軟件，主要用來進行模具二維裝配和零件圖的繪制作業。從1984年由我國華中工學院和武漢733廠共同完成的第一個自主研發的精神模CAM/CAD系統到現在，我國在模具CAM/CAD的技術發展上已經有20多年的歷史了。在這段發展過程中，冷沖壓模具技術和汽車飛機模具等等也先后走上了工業生產的舞臺，推動了我國汽車和飛機制造行業的發展。

2 復合沖壓模具的運動和控制分析以及PLC系

（1）復合沖壓模具的結構。復合沖壓模具的基本結構包括工作倉，它主要是為了實現左右零件進行同步的加工工作；夾緊定位缸、轉位缸、推料缸組成。每個工作缸都安裝了傳感器開關。在復合沖壓模具運動時，具有定位夾緊沖孔工位、轉位工位、沖壓工位、切邊推料工位等四道工序。

（2）復合沖壓模具的運動要求。在復合沖壓模具運動時，一般保持夾緊定位缸處于松開狀態，左右兩個邊缸在夾緊缸松開的限位開關處。轉位缸在左邊的限位開關處，而推出缸則在后邊的后退限位開關處。當氣源連接完好后，夾緊缸的電磁閥1得到供電，零件處于夾緊狀態，沖床可以開始沖壓，完成沖壓工作。當電磁閥2得到電力時，零件就會松開并被推入下一道工序。而轉位氣缸電磁閥1得電后零件就可以進行旋轉，電磁閥2得電后轉位缸會回到原位。推料缸也是如此，電磁閥1得電后加工的零件推出，電磁閥2得電后則推料氣缸再次回到原位。

（3）復合沖壓模型系統的控制分析。復合沖壓模具的控制系統信號顯示應該符合沖壓機床的控制邏輯。為了能夠實現機床控制系統與模具控制系統在復合沖壓模具過程中不會相互受到約束卻并不脫開，實現機床的互換性，所以控制系統應該具備解鎖的功能。而在沖壓機床控制系統中，為了讓模塊與控制系統聯系在一起，有效地控制沖床上滑塊的運動軌跡，所以設置了閉鎖功能，閉鎖功能可以讓滑塊在得到沖壓請求的指令后才會滑落。

為了提高沖壓模型系統的“自動化”，應該設置一個自動模式。它能夠自動控制整個系列工作的連續運行，例如自動完成物料夾緊定位、轉位等工序。但是在自動運行過程中沒有專人進行看管，所以當設備發生故障或事故時，應該緊急斷電停止機床運行,起到自我保護的功能。而在故障解除后可以故障復位，自動讓工作程序繼續正常開始運行。

當模具進料倉后，夾緊定位氣缸就會夾緊到位，這時如果能夠顯示沖壓，就可以讓模具沖壓系統開始沖壓。而當發生特殊情況時，機械設備可以根據加工條件來判斷是否允許沖壓，如果不可以，就會顯示停止，所以這里需要一個沖壓閉鎖的功能。

一般來說有兩種控制方法來實現符合沖壓模具的沖壓過程。第一種就是繼電器控制系統，它是一種根據電流和電壓等電氣量或壓力、溫度、轉速、時間等非電氣量的變化來判斷和控制電路的自動切換電器。它通過繼電器確定控制及執行元件來繪制電氣原理圖，并且根據原理圖來繪制接線圖最后成功配線接線。第二種控制方法就是單片機控制，它也是一種計算機化的控制系統。采用了更為高科技的芯片技術。它體積雖小卻結合了存儲器和計算機運算等各種功能，可以完美的控制整個沖壓模具過程，并且具有很高的可靠性，而對于強磁場環境的屏蔽也有很好的效果，這是目前相對最為先進的系統控制方式之一。

（4）關于PLC。PLC技術就是可編程控制器。它是一種先進的計算機自動化控制系統。它通過數字化的可編程系統來控制各種類型機械的生產過程。具有實時通訊、實時監控和自動診斷故障、中斷處理等功能，這是一種相對比較先進的系統控制方式。①PLC的工作原理。PLC是以循環掃描方式工作的。在PLC運行時，會嚴格按照程序逐條完成存儲器中的命令。PLC可以連續多小時不間斷的反復接受命令并進行掃描。它首先進行系統的初始化恢復電路到起始狀態并進行自我診斷，目的是為了檢測電路是否運行正常。然后對系統的通信接口以及外圍設備進行掃描。在此期間，程序會進行控制信號的輸出，PLC就負責對程序輸出進行刷新。PLC一般有兩個工作狀態，停止和運行。當PLC停止時，系統就停止執行用戶程序。在程序修改或者編制的過程中一般不執行PLC。而PLC在運行狀態下系統就會完整的執行整個任務過程。②利用PLC進行系統控制。PLC是相當關鍵的沖壓模具控制系統。它有許多種類而且性能各異，所以在進行系統控制運行時應該從PLC控制系統的性能上進行綜合考慮才能設計運行流程。首先要根據輸入輸出系統進行I/O端子的合理分配，繪制出I/O模塊連接圖后，對主電路和PLC的輸入或者輸出進行關聯控制電路的分析。分析后就要編寫PLC控制程序。程序需要根據主控的要求進行編寫，目的是為了實現各控制功能或各子系統的任務程序并逐漸完善系統指定的功能。在程序編寫完成后會對程序進行模擬調試以得知設計是否已達到程序控制的要求。根據現場信號的不同，PLC會模擬調試信號進行相應的控制。

所以，PLC在整個模具沖壓控制系統中起著至關重要的作用，它是整個控制系統的大腦，承擔和分配著控制系統中的各項技術工作，是復合沖壓模具工藝發展到現在比較關鍵的一種智能化控制技術。

3 結語

復合沖壓模具工藝是一項廣為應用的工業技術，它已經被廣泛的運用于大大小小的模具零件制造產業中，所以它也是一項并不簡單的跨學科工程。文章只是簡要介紹了復合沖壓模具的發展和現狀，以及其控制系統的主要構成和分類。在我國，復合沖壓模具生產技術的前路還很漫長，認真研究其控制系統的延展性和技術并努力進行開發有助于我國沖壓模具工業的大力發展。