圖1  西門子Sinamics S120驅(qū)動(dòng)模塊動(dòng)態(tài)控制著復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)

裁剪出最好的板材——從字面意義上來講，它表達(dá)了自動(dòng)化剪板機(jī)研發(fā)者的內(nèi)心愿望。研發(fā)出來的偏心式剪板機(jī)由兩臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而可以變量調(diào)節(jié)裁板刀具的運(yùn)動(dòng)過程。

誰想銷售現(xiàn)成的機(jī)床設(shè)備，誰就必須接受機(jī)床設(shè)備所包括的一切，包括所具有的功能。Hagen市的精密板材技術(shù)公司（HFS）則希望為用戶提供更多，因此他們決定利用不同機(jī)床零部件供應(yīng)商提供的零部件研發(fā)生產(chǎn)一種準(zhǔn)確滿足用戶特殊要求的剪板機(jī)。

提高生產(chǎn)靈活性

為了鞏固和加強(qiáng)靈活地為用戶提高服務(wù)的性能，HFS公司不斷向機(jī)床設(shè)備投資，增加自己的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)靈活性。例如，他們考慮到今后會(huì)有更多的高強(qiáng)度鋼板和超高強(qiáng)度鋼板的需求，例如汽車工業(yè)對(duì)這類鋼板的需求，就投資購置了新的設(shè)備。目的是：把板材生產(chǎn)的技術(shù)水平和生產(chǎn)過程的可靠性提高到符合未來發(fā)展要求的水平，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)很好的經(jīng)濟(jì)效益。

為了能夠在精確、具有很高重復(fù)精度的情況下完成不同寬度、長度和厚度的板材裁剪，必須要有非常靈活和快速的剪板機(jī)。這一剪板機(jī)應(yīng)安裝在高速、高性能矯正機(jī)之后，矯正機(jī)是由高動(dòng)態(tài)性能卷材進(jìn)給送料裝置上料的。裁剪出來的鐵板應(yīng)快速、整齊地疊放在一起，做好供貨運(yùn)輸準(zhǔn)備，及時(shí)運(yùn)出。在理想情況下，所有這一切都應(yīng)該是自動(dòng)化的，只需按一下按鍵就可以改變板材裁剪的尺寸規(guī)格和形狀了。

Hagen市周圍的許多中小型企業(yè)都參與了精軋板材專業(yè)生產(chǎn)廠新設(shè)備的研發(fā)；Huttenlocher & Sch?fer公司（HSK）的剪板機(jī)技術(shù)得到了好評(píng)，使用的控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)是西門子的產(chǎn)品。

高性能矯正機(jī)的速度決定了整個(gè)板材生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度，是整個(gè)板材生產(chǎn)線的龍頭。除此以外，對(duì)剪板生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率有重要影響的是板材在壓板下精確定位的速度、壓緊速度、裁板速度和隨后的運(yùn)出疊放速度。而這一切也都與板材坯料的長度有關(guān)：根據(jù)用戶的希望和要求，板材的長度在150～9000mm、寬度在400～2050mm、厚度在0.3～4mm之間。機(jī)床設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定：長度公差為十分之幾毫米，整個(gè)寬度上的（長）方形偏差不得大于0.5mm。在保證剪板機(jī)達(dá)到所要求的靈活性方面，可以精確調(diào)節(jié)的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是非常合適的；因此，剪板機(jī)生產(chǎn)廠在合作伙伴的密切合作下，開發(fā)出了新一代伺服驅(qū)動(dòng)的偏心式剪板機(jī)。

圖2  最新研發(fā)生產(chǎn)的Bi-Servo剪板機(jī)在整個(gè)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了很短的裁剪加工循環(huán)

在一些具有技術(shù)可比性的壓力機(jī)制造中已經(jīng)采用了伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在剪板機(jī)制造中也可以應(yīng)用。伺服驅(qū)動(dòng)最大的優(yōu)點(diǎn)是：剪板刀具的運(yùn)動(dòng)可以根據(jù)偏心軸的轉(zhuǎn)速變量化地調(diào)節(jié)，上料時(shí)間和下料時(shí)間的比例可以根據(jù)被裁剪的產(chǎn)品進(jìn)行確定。這樣一來，通過驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速的無級(jí)調(diào)節(jié)和匹配，即在裁刀切入時(shí)轉(zhuǎn)速較快、其余行程運(yùn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速較低，一方面在板材寬度較小時(shí)可以連續(xù)裁剪，提高板材的裁剪數(shù)量；另一方面，又可以經(jīng)濟(jì)地裁剪長度為9000mm的板材。當(dāng)被裁剪的板材長度較大時(shí)，也就是板材毛坯輸送的行程較大時(shí)，則裁刀運(yùn)動(dòng)的行程也就相應(yīng)地增大。

同步伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)著裁刀運(yùn)動(dòng)

為了能夠裁剪較軟、韌性較高的板材，HSK公司在裁刀左右兩側(cè)都安裝了西門子的1FT6型伺服同步電動(dòng)機(jī)。這兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的綜合作用，經(jīng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)偏心軸。利用西門子Simatic Microbox 420-T、一種嵌入式自動(dòng)化控制系統(tǒng)和西門子Simatic技術(shù)的微處理器S7 317 T 2 DP，對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置和裁刀的耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算和監(jiān)控。這一結(jié)構(gòu)緊湊、電路板式、無需通風(fēng)散熱的嵌入式PC還能夠經(jīng)集成的Profibus DP現(xiàn)場總線接口與西門子Sinamics S120下一級(jí)驅(qū)動(dòng)組件建立起同步通信（圖1）。準(zhǔn)確地說，它是與調(diào)節(jié)組件進(jìn)行通信的；而各個(gè)調(diào)節(jié)組件是由模塊化的驅(qū)動(dòng)組件構(gòu)成的。通過專門的功率部件，即所謂單軸或者雙軸的電動(dòng)機(jī)模塊，最終對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)供電；并將電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)回收的能量饋送到兩個(gè)中間電路中。

新型Bi-Servo剪板機(jī)創(chuàng)新性的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)方案以及創(chuàng)新性的控制調(diào)節(jié)方案，縮短了板材裁剪過程的時(shí)間（圖2）。第一臺(tái)設(shè)備的使用效果非常理想，致使HFS公司在第一臺(tái)設(shè)備驗(yàn)收時(shí)就決定：馬上應(yīng)用原計(jì)劃稍后才考慮的下料清理設(shè)備，以解決成品件運(yùn)輸造成的瓶頸。

減少維護(hù)保養(yǎng)工作量和成本

剪板機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)；這樣一來，也就減少了生產(chǎn)過程中的維修工作量，從而也減少了維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用。對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)有利的伺服控制也對(duì)延長裁刀的使用壽命有著積極的影響。同時(shí)，它還能實(shí)現(xiàn)精密、自動(dòng)化的裁剪縫隙的調(diào)整和設(shè)置。整個(gè)剪板生產(chǎn)線的調(diào)整也非常簡單、快捷，操作者只需輸入所加工板材的長度、寬度和厚度尺寸，西門子公司生產(chǎn)的大約50個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)地控制著各個(gè)調(diào)整機(jī)構(gòu)完成參數(shù)的匹配，到達(dá)合適的位置。

出于場地和費(fèi)用的考慮，在上料工位和下料處，板材疊放裝置都由具有實(shí)時(shí)控制能力的嵌入式監(jiān)控器Simatic Microbox PC 427B進(jìn)行控制。矯正機(jī)和疊放叉車的運(yùn)動(dòng)由具有現(xiàn)場總線通信能力的Simatic控制器和工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成的整體系統(tǒng)進(jìn)行控制。這樣，就可以由一個(gè)指揮員控制整個(gè)系統(tǒng)了。

在需要的時(shí)候，可以快速地得到配件支持和技術(shù)支持。在需要以最快的速度排除故障、解決問題的時(shí)候，可以利用通信處理器和Win CC軟件中的Smart Access登陸剪板機(jī)的控制系統(tǒng)，直達(dá)各個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置層次。