沖壓是汽車整車生產(chǎn)的四大工藝之一，在沖壓工藝中最主要的設(shè)備是壓力機(jī)，另外還有開卷線翻轉(zhuǎn)機(jī)等其它輔助設(shè)備。壓力機(jī)有人工上下料和自動化上下料兩種方式，自動化上下料設(shè)備專業(yè)性較強(qiáng)，造價較高。隨著現(xiàn)代工廠對生產(chǎn)效率的要求不斷提高以及電氣控制技術(shù)的不斷提高，沖壓自動化技術(shù)在近十幾年也得到了飛速發(fā)展，從早期的依靠壓力機(jī)與機(jī)械手之間依靠順序控制實(shí)現(xiàn)上下料，發(fā)展到現(xiàn)在的同步壓機(jī)與快速送料機(jī)構(gòu)之間的主從控制，因而生產(chǎn)效率也得到大幅度地提高。

同步運(yùn)動控制是由伺服驅(qū)動技術(shù)延伸發(fā)展而來的。伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機(jī)并采集反饋信號到驅(qū)動器的核心控制單元實(shí)現(xiàn)高動態(tài)響應(yīng)的運(yùn)動控制。在數(shù)控加工中心和機(jī)器人的多個伺服軸依靠控制單元的插補(bǔ)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)兩個軸以上的插補(bǔ)運(yùn)動軌跡曲線，而在一些對運(yùn)動控制要求更高的設(shè)備上，要求各個運(yùn)動軸之間實(shí)現(xiàn)主從的同步關(guān)系，從而進(jìn)一步發(fā)展出了同步運(yùn)動控制技術(shù)。同步運(yùn)動控制可以實(shí)現(xiàn)兩個機(jī)器人之間的協(xié)同運(yùn)動。在沖壓自動化設(shè)備中，同步控制可以實(shí)現(xiàn)壓機(jī)之間的同步，壓機(jī)與快速送料機(jī)構(gòu)之間的同步，使整個沖壓生產(chǎn)線達(dá)到最大生產(chǎn)效率。

目前很多工業(yè)控制集成商都開發(fā)出了同步運(yùn)動控制功能，應(yīng)用較多的是西門子的SIMOTION運(yùn)動控制系統(tǒng)，力士樂的INDRAWORKS運(yùn)動控制。前者在食品加工、印刷、汽車制造等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，后者在汽車制造，輪胎方面有較多應(yīng)用。在沖壓自動化行業(yè)，能夠提供同步控制解決方案的有德國西門子、力士樂、日本的瑞恩。

目前，在國際上，能夠使用同步控制集成技術(shù)在高檔沖壓生產(chǎn)線上的廠家有德國的舒勒萬家頓、日本的小松、瑞士的古德等。在國際上，這些設(shè)備制造商制造的已經(jīng)投產(chǎn)的同步快速沖壓線有很多，主要集中在日本和歐美。在中國也有一些已經(jīng)投產(chǎn)或正在安裝調(diào)試，其中比較具有代表性的是用于一汽轎車的舒勒沖壓線，上海通用的萬家頓沖壓線，北京現(xiàn)代的GUDEL沖壓線，起亞汽車的GUDEL沖壓線等，他們都是使用了同步技術(shù)并于近幾年投產(chǎn)的沖壓線。

從電氣控制上講，舒勒萬家頓和古德都是使用帶有同步控制功能的工控機(jī)作為控制核心，使用力士樂的伺服驅(qū)動器作為驅(qū)動元件，使用力士樂的伺服電機(jī)作為執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制的。而壓機(jī)是如何作為主軸的呢？這信號來源于安裝在壓機(jī)凸輪上的編碼器，在整個同步控制中這個編碼器就作為主軸，其它從軸隨這個主軸按照編輯的同步曲線運(yùn)動。

如上圖所示，RM代表壓機(jī)主軸，是一個實(shí)軸。VM是虛擬主軸，當(dāng)與壓機(jī)同步運(yùn)行時，RM與VM耦合；當(dāng)送料機(jī)構(gòu)單獨(dú)運(yùn)行時，RM與VM解耦合。VX,VY,VZ等代表送料伺服機(jī)構(gòu)的送進(jìn)，提升等運(yùn)動方向的虛擬軸，當(dāng)自動或單次循環(huán)運(yùn)行時，VX與VM按照事先編制的凸輪曲線同步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)送料機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)動；當(dāng)手動送料機(jī)構(gòu)的各個軸時，VX等與VM解耦合。X1，X2等與VX始終保持線性同步，保證多個電機(jī)在同一個運(yùn)動方向上的同步性。

圖1

圖2

圖3
上圖所示為通過軟件制作的運(yùn)動曲線，曲線中的橫坐標(biāo)為主軸角度，縱坐標(biāo)為從軸位置，通過不同的同步曲線實(shí)現(xiàn)了送料機(jī)構(gòu)各個運(yùn)動方向與壓力機(jī)的可編程運(yùn)動控制。上圖1為一條從軸不跟隨主軸運(yùn)動的同步曲線，圖2為一條從軸跟隨主軸做先加速后勻速再減速的五次方運(yùn)動曲線，圖1與圖2的可編程組合實(shí)現(xiàn)了圖3所示完整的同步運(yùn)動。這條曲線就是VX，VY等與VM之間同步運(yùn)動所需要的曲線，為VX，VY，VZ,VA,VB分別編制的同步曲線如下圖所示。

同步運(yùn)動技術(shù)在沖壓線上的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率，引發(fā)了沖壓行業(yè)的一場革命，大型沖壓線的整線速度由原來的每分鐘6到8件提升到了10到15件，自動化生產(chǎn)線的高效率得到了最大的體現(xiàn)。這種快速送料線的成本比原來機(jī)械手機(jī)器人式的自動線整線成本高出30%—40%，而生產(chǎn)效率提高了近一倍。對于沖壓設(shè)備廠商來說，這也是個壞消息，因為這意味著用戶不再需要那么多壓力機(jī)了，但提高生產(chǎn)率是現(xiàn)代工業(yè)的必然發(fā)展趨勢，其他沖壓設(shè)備生產(chǎn)廠商也都在研制自己的同步快速沖壓線，相信隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，同步運(yùn)動控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。(end)