硬质合金模修模机电气设计研究

2020-03-05郝振华张俊力

中国金属通报 2020年6期

郝振华，张俊力

（宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏石嘴山 753000）

拉丝模修制设备经历了二代，第一代为美国进口卧式修模机它采用了开关延时控制方式，全部人工操作，效率低；第二代是我公司2005 年从德国斯考伯公司进口的ZPM 定径修模机，采用了继电器电路板控制方式，实现自动上模修模下模，生产效率大幅提高，是我公司拉丝模具的主要修制设备。由于长期使用电子元器件老化，电气故障率高，常出现控制失灵，损坏设备，模具修制精度差问题，因控制板无图纸和厂家设备更新无备件，长期停用。考虑到这台设备的机械运转部件状况良好，研究模具自动修制原理和工作步骤，重新对修模机自控电气线路设计和PLC 编程，实现全自动修模功能[1]。

1 技术改造设计方案

图1 合金模具修制实物图和结构图

1.1 定径区修模机自动修制原理和工作步骤分析

拉丝模由两个部分组成：模芯和模套。模芯由碳化钨硬质合金制成，模套由工具钢制成。模芯分为5 个区间：入口锥、润滑锥、变形锥、定径带和出口锥。修模机机头夹持角度钢针或塞规配金刚石研磨膏，在可调微压力下对拉丝毛坯变形区锥和定径区研磨修制，达到模具设计尺寸精度。

图2 ZPM 修模机结构图

1.2 设备主要结构和状况分析

结构主要由送模机构、模座升降旋转机构、机头主轴旋转及振动电机，下模、夹模电磁铁等部件组成。

电气控制主要：送模电机、模座升降旋转电机、主轴电机、振动电机各功能的模座上下行程限位开关、接近开关、电源开关（带欠压脱扣）、按钮等组成。对设备的工作原理深入分析，设计控制系统进行以下改造[2,3]。

1.3 原设备问题分析及对策

表1 问题分析及对策

（1）改造方案。①用可编程序控制器（PLC）代替原电路板继电器顺序控制。②使用原机的多个微动限位开关和无触点接近开关检测。③原多抽头铁芯变压器改为直流开关电源。④升降电机采用脉宽直流调速器，研磨电机采用数显直流调压板。

（2）器件选择。目前市场上PLC 有多种品牌，选择满足设备改造的需求，编程方便，价格便宜，选用三菱FX2N-36MR 型PLC 为控制核心，对整个电气系统作控制；输入、输出点留有扩展余量，便于以后改进。

①整机功率约250W，选用的开关电源为S-350W-24V，350W，24VDC。②模座升降电机为直流电机，工作状态：高速，低速，点动及正反转；驱动器选择国产脉宽直流驱动器DC 24DP 10BL，用于直流电机的无极调速及正反转控制；价格便宜，该调速器还具有a.电流限制调整（IR COMP）b.转矩补偿调整（TORQUE）c.加速时间调整（ACCEL）。③研磨电机电源采用0-24V 调压板XH-M403 数字电压电流调压模块。

（3）根据设备布局和原理功能，设计出PLC 接线图和电气原理图。

（4）根据修制模具的工艺要求程序流程图。

（5）自动修制工作原理说明。

图3 ZPM 修模机电气原理图

图4 ZPM 修模机自动修模原理流程图

①改造后PLC 接线如图3 所示所示。面板设急停按钮控制，紧急故障时，按下电源开关欠压脱扣动作，整机断电。当按下自动运行按钮时，按程序对模具进行修制，完成后自动开始一个模具自动修制，不停循环修制；当按下自动停止按钮时，完成以后回到起始位；当按下停止按钮时，设备立即停止在当前位置，按下降按钮到起始位才能启动自动运行。②上升按钮和下降按钮一般情况下是在自动故障或调试时使用，尤其是在模座压力调整时需要使用上下按钮操作，模座工作时是旋转状态，同时模座带有弹性，行程约5mm，当工作时模座上升，模具与针接触时，针会将模座向下压，当接近开关检测的模座时就停止上升，这时就是修制状态，模座压力是否调整合适是能否修好模具的主要因素之一。③自动修制模具过程：a、当按下自动运行按钮SB2，下模电磁铁吸合，滑道放下一个模具；b、摆臂电机把模具推到模座上方，并返回起始位停止；c、碰半圈限位使夹模电磁铁得电，模具落入模座，延时0.5s 进入下一步，模座夹紧模具快速上升，d、碰上升慢速限位X007 时，变为慢速上升，同时夹模电磁铁释放；e、主电机、研磨电机得电运转，当模具上升到与针接触时，接近开关X014 检测到模座，这时就停止上升，对模具进行研磨，f、当检测到X014 下降沿时，模座慢速下降，延时1s 慢速上升，重复模具研磨过程，当再次检测到X014 下降沿时，模座慢速下降，延时慢速上升超过2s 时就认为模具已经修好，就进入下一步；g、模具修制完成，模座快速下降，碰到下限位后模座停在原点；h、延时2s 后自动开始修制第二个模具。当模座无模具时，模座上升触发最高限位后，模座返回原点，自动修模过程结束。根据以上原理编制PLC 顺序控制程序，实现上述功能。