旋壓中的靈魂--力的控制

2020-04-05

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旋壓技術是無屑加工的典型代表工藝☁↟·••，在軍工₪•◕│✘、航空航天₪•◕│✘、風電₪•◕│✘、石油化工等領域具有很廣泛的應用✘◕│。目前☁↟·••，軍工方面導彈彈體₪•◕│✘、炮彈彈體₪•◕│✘、彈頭₪•◕│✘、彈殼等成型₪•◕│✘、航空方面發動機蒙皮₪•◕│✘、槳帽₪•◕│✘、噴口等₪•◕│✘、醫藥化工等的大型罐體₪•◕│✘、醫藥料筒等零件成型方面都具有很廣闊的應用前進✘◕│。但是☁↟·••，歐美等國家對於我們在旋壓成型裝置進口中限制很多☁↟·••，而我們國家在這方面的研究近幾年才有一定的初步發展✘◕│。

國內目前傳統的數控旋壓成型裝置基本上採用電氣和液壓成型兩種方法☁↟·••，控制方式均為位置控制☁↟·••，即旋壓輪壓著材料在旋轉中根據預設軌跡進行執行☁↟·••，來使材料完成旋壓成型✘◕│。但是對於眾多形狀變化複雜₪•◕│✘、或者成型道次多的旋壓工藝中☁↟·••，由於材料厚度變化很難預計而且各處壁厚均有不同☁↟·••，從而產生的預設軌跡與實際軌跡有區別☁↟·••，如果旋壓輪僅以預設軌跡作位置控制執行☁↟·••，間隙大於零件壁厚會行成產品表面不光滑₪•◕│✘、間隙小於零件壁厚則容易造成機床振動同樣表面質量不良甚至材料拉斷✘◕│。

如上圖☁↟·••，為某型號發動機噴口剪下旋壓成型☁↟·••，材料為不鏽鋼☁↟·••，厚度12mm☁↟·••，每處的產品厚度為材料厚度*該處切線方形的SIN值☁↟·••，由於弧線每處的切線角度一直在連續變化☁↟·••，因此☁↟·••，預設估計需要在弧面上取相當數量的點來預設每處間隙☁↟·••，工作量大☁↟·••，且很難控制✘◕│。

A=C*sin(B)

產品厚度A ；原料厚度C ； O點切線單邊夾角 B

另外☁↟·••，對於下邊這種多道次旋壓成形☁↟·••，由於材料旋壓道次比較多☁↟·••，成型後材料從D點到E點旋壓次數不同☁↟·••，材料厚度也不同☁↟·••，一般當旋壓成型後需要從D到E點還需要一次連續軌跡整形以獲得良好的產品表面☁↟·••，同樣由於各處厚度不同☁↟·••，預設間隙也很難預計✘◕│。

對於已成型產品☁↟·••，如果再次進行整形時間隙控制過大☁↟·••，旋壓輪無法對產品壁厚進行有效的施壓壓力而無法起到整形目的☁↟·••，如果間隙控制過小☁↟·••，則容易試產品壁厚減薄造成面積過大而形成鼓包☁↟·••，如下圖✘◕│。

為解決上述旋壓中間隙控制的難題☁↟·••，我們推出旋壓過程中力的控制☁↟·••，我們根據不同材料強度☁↟·••，在旋壓過程中給與旋壓輪施加一定量的旋壓力☁↟·••，在剪下旋壓時可以使材料剛好能達到理論厚度₪•◕│✘、普旋整形時使材料能在厚度減薄的情況下能緊貼模具✘◕│。經過我們大量試驗☁↟·••，同樣材料旋壓力範圍區間相對比較寬☁↟·••，遠簡單于旋壓中間隙的控制✘◕│。

解決防法₪◕₪：

1. 基於力的控制☁↟·••，我們在旋壓時☁↟·••，對於Z後一個道次的旋壓程式設計☁↟·••，使旋壓輪與模具的間隙控制為0☁↟·••，開啟旋壓機位置與力控制雙重模式☁↟·••，旋壓輪理論上會沿著模具表面執行☁↟·••，當力達到預設壓力時☁↟·••，即使旋壓輪未到達預設位置☁↟·••，也將沿著預設路徑偏移執行☁↟·••，這樣☁↟·••，旋壓輪始終在產品表面施加著一定的壓力✘◕│。

2. 實現辦法☁↟·••，

一☁↟·••，伺服電機電流開環控制旋壓力☁↟·••，由於我們旋壓機大多采用絲桿傳動☁↟·••，間隙小精度高☁↟·••，我們可以控制伺服電機電流的方式來對於旋壓輪壓力進行控制☁↟·••，但是由於滾珠絲桿與直線導軌有輕預壓₪•◕│✘、中預壓₪•◕│✘、重預壓以及絲桿預緊等因素☁↟·••，這種控制方法適合推力在10KN以上的旋壓場合應用☁↟·••，絲桿₪•◕│✘、導軌以及其他因素對於旋壓力影響佔比很小☁↟·••，不到2%☁↟·••，可以忽略不計✘◕│。

二☁↟·••，電流開環+氣液伺服控制☁↟·••，我們旋壓機在大於10KN的旋壓中☁↟·••，我們採用電流開環控制☁↟·••，對於0.5KN-10KN之間的旋壓壓力☁↟·••，我們採用感測器+氣液伺服閉環控制☁↟·••，壓力控制範圍20mm☁↟·••，在這20mm範圍內☁↟·••，旋壓輪處於預設壓力控制☁↟·••，20mm以外☁↟·••，旋壓輪處於位置控制✘◕│。

如上圖示☁↟·••，伺服電機1和伺服電機2進行曲線插補☁↟·••，用於產品形狀的準確控制☁↟·••，而旋壓輪透過伺服電機1然後再透過伺服油缸驅動☁↟·••，當旋壓輪工作於已經貼膜的區域1時☁↟·••，伺服電機透過絲桿螺母驅動旋壓輪插補母線軌跡☁↟·••，間隙控制可適當小於產品壁厚☁↟·••，此時啟動液壓伺服壓力閥透過伺服油缸將設定推力作用於旋壓輪上✘◕│。

電氣硬體框圖如下