釹鐵硼取向成型壓機的自動化改造

喬 鵬

(山西省自動化研究所，山西 太原 030012)

釹鐵硼磁性材料，作為稀土永磁材料發(fā)展的最新結(jié)果，由于其優(yōu)異的磁性能而被稱為“磁王”。釹鐵硼磁性材料是釹，氧化鐵等的合金，又稱磁鋼。釹鐵硼具有極高的磁能積和矯力，同時高能量密度的優(yōu)點使釹鐵硼永磁材料在現(xiàn)代工業(yè)和電子技術(shù)中獲得了廣泛應(yīng)用，從而使儀器儀表、電聲電機、磁選磁化等設(shè)備的小型化、輕量化、薄型化成為可能。

在釹鐵硼生產(chǎn)取向成型環(huán)節(jié)，現(xiàn)有釹鐵硼壓型設(shè)備具有稱重、壓制、充磁等功能，但是各環(huán)節(jié)不能聯(lián)動，而且許多動作仍需人工完成，例如料倉控制、模具潤滑、模具裝料、物料表面平整、封裝、定制存放。

本自動化改造中，上述環(huán)節(jié)將由一臺設(shè)備完成，并且多臺設(shè)備可以通過自由組合構(gòu)建壓型環(huán)節(jié)的自動化生產(chǎn)線。

1 設(shè)備整體情況

1.1 設(shè)備總體介紹

本項目所改造的釹鐵硼壓型設(shè)備，用于釹鐵硼生產(chǎn)取向成型環(huán)節(jié)，通過機電液一體化設(shè)計，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和生產(chǎn)管理的信息化。控制從功能上分為稱重控制、裝料控制、平整控制、潤滑控制、壓型控制、充磁控制、保壓控制、退磁控制、脫模控制、輸送控制等［1］?？傮w控制流程見圖1。

圖1 總體控制流程

1.2 設(shè)備各部分情況

1.2.1 初始化及原料、工況實時監(jiān)測部分

料倉儲存的工作所需原料為粉末狀固體顆粒。采用物位計檢測料倉內(nèi)原料剩余量。低位時，柱狀指示燈紅色段閃爍，提醒加料;剩余量檢測為零時，處于常亮狀態(tài)，提醒加料。

采用液位計檢測潤滑劑剩余量。低位時，柱狀指示燈的另一紅色段閃爍，提醒加潤滑劑;剩余量檢測為零時，處于常亮狀態(tài)，提醒加潤滑劑。

料倉為密封空間，加料后關(guān)閉。工作艙為另外的密封空間。充入氮氣防止氧化，并用氧分析儀檢測氧氣濃度，濃度高時加入氮氣，達(dá)到工藝要求時停止輸入。氧氣濃度高時，柱狀指示燈的黃色段閃爍，自動充氮氣;氧氣濃度達(dá)到上限值時，處于常亮狀態(tài)，自動充氮氣，此時不宜加料。

采用真空計檢測料倉和工作艙內(nèi)的真空度。由于原料具有很差的流動性，當(dāng)真空度高時，料倉內(nèi)的原料很難進(jìn)入托盤稱重。真空度高時，柱狀指示燈的綠色段閃爍，自動充氮氣;真空度達(dá)到上限值時，處于常亮狀態(tài)，自動充氮氣。

報警的柱狀指示燈安裝在電氣柜頂部。從上到下依次為:第一段紅色，物位報警;第二段黃色，料倉氧氣濃度報警;第三段綠色，料倉真空度報警;第四段紅色，潤滑劑液位報警;第五段黃色，工作艙氧氣濃度報警;第六段綠色，工作艙真空度報警。

1.2.2 稱重部分

現(xiàn)有控制模式為:按下開始按鈕，振動線圈得電，通過振動將料倉中的物料加到稱重托盤上。托盤底部有壓力傳感器，達(dá)到一定值時，調(diào)節(jié)電位計改為低速振動;達(dá)到額定值時，停止振動。其原理是通過改變串入的電阻值進(jìn)行調(diào)壓，改變振動頻率。

由于原有控制為點動控制或“半自動控制”，且振動線圈的控制方式扥本身局限性，造成控制精度不高，沒有實現(xiàn)“全自動”，還需要人工操作按鈕。

1.2.3 潤滑、裝料、平整部分

稱重后的物料要裝入模具中進(jìn)行壓制。為了減小壓制完畢脫模時物料與模具內(nèi)側(cè)的摩擦，提高合格率，裝料以前要對磨具進(jìn)行潤滑。裝料后要對模具內(nèi)物料上表面進(jìn)行平整。因為原料流動性差，表面不平進(jìn)行壓制，將會造成產(chǎn)品密度不均勻，磁場分布不均勻。

現(xiàn)在工作方式為:拿刷子將模具刷一下，除去模具內(nèi)側(cè)附著物;手持噴筒噴潤滑劑潤滑;將托盤內(nèi)物料導(dǎo)入模具;用刮板刮平上表面。全過程均為手工完成。

我們的思路是:

脫模結(jié)束或裝料開始前先打開氣閥，對模具內(nèi)側(cè)噴吹，去除雜物。延時后關(guān)閉氣閥。為防止與壓制過程干涉，噴嘴在模具外側(cè)，清潔潤滑前，先平移至模具上方，在下探至模具內(nèi);清潔潤滑后，先上升至模具上方，再退回原位。

自動裝料如果采用錐形漏斗，將會形成原料在模具內(nèi)局部區(qū)域堆積。我們采用倒梯臺形漏斗。下料口寬度略小于模具內(nèi)腔，裝料時垂直于該寬度方向水平運動;前進(jìn)到內(nèi)腔對側(cè)時，磁環(huán)開關(guān)動作;伸入模具內(nèi)側(cè)的下油缸向下運動，漏斗返回至初始裝料位;磁環(huán)開關(guān)動作，伸入模具內(nèi)側(cè)的下油缸向下運動，漏斗再向?qū)?cè)運動。如此往復(fù)運動數(shù)次，即可裝料完畢。

在模具上固定一對氣動推板，相對布置，選擇合適的入深。同樣，長度略小于模具內(nèi)側(cè)尺寸。當(dāng)一側(cè)的推板推到另一側(cè)時，磁環(huán)開關(guān)動作，返回;磁環(huán)開關(guān)動作，停止。另一側(cè)的推板往相對方向做相同動作。伸入模具內(nèi)側(cè)的下油缸向下運動至壓制位，再重復(fù)一次上述動作，平整過程即可完成［2］。

1.2.4 壓制、充磁、保壓、退磁、脫模部分

上下油缸相向運動，達(dá)到一定距離后，減小比例閥的開度，達(dá)到額定值的時候截止比例閥，這就是壓制過程。目前有公司采用高精度的磁柵尺作為位移檢測手段，但是在控制方法上不得要領(lǐng)，壓制精度不高。我們決定使用專家模糊控制的智能控制方式，對一般模糊控制的模糊規(guī)則根據(jù)要求和經(jīng)驗加以改變，這一問題就可以改進(jìn)。

壓制過程中進(jìn)行充磁。三相整流后變?yōu)橹绷麟娺M(jìn)行充磁。電路板為三相可控硅回路加一塊觸發(fā)板。

脫模采取保護(hù)性脫模方式，下油缸上升的同時，上油缸也上升，好像是上下油缸夾著產(chǎn)品從模具中脫出。

1.2.5 取料、封裝部分壓制成型后要真空封裝，防止下一道工序以前氧化。

目前是手工去取料封裝。我們認(rèn)為，可以用機械手取料。封裝機可以外購、改進(jìn)或自制，以便于取料后準(zhǔn)確放置。機械手的動作具體視封裝機與壓型機的位置確定。

1.2.6 輸送部分

輸送帶由A、B 兩個獨立部分組成。輸送帶A 負(fù)責(zé)將各個噴碼機工作結(jié)束后的物塊輸送到輸送帶B。輸送帶B 負(fù)責(zé)整理物塊，并把物塊裝到運料小車。

輸送帶A 的正常啟動條件為噴碼機有物塊推出并且推板收回(保證物塊在輸送機A 上有序排列)。

輸送帶A 上噴碼機推出物料處設(shè)光電開關(guān)，當(dāng)有物料存在時，不發(fā)出推出指令。末端噴碼機位置檢測到有物塊，延時3 秒后仍然存在，輸送帶A 停止工作。

輸送帶A 在A、B 聯(lián)接處設(shè)對射型光電開關(guān)SQM 和SQM1 以及氣動擋板A1(常態(tài)不動作時處于落下關(guān)閉狀態(tài))。推出的物塊通過的順序是:SQM1、氣動擋板A1、SQM。

若SQM1 處有物塊被檢測到(包含輸送帶A 啟動前SQM1 處已有物塊被檢測到和沒有檢測到兩種情況)，延時(可設(shè)定的)若干秒后，輸送帶A 停止轉(zhuǎn)動。

SQM 檢測物塊并使用計數(shù)器1 計數(shù)(計數(shù)值M 根據(jù)運料小車規(guī)格和物塊規(guī)格設(shè)定)。輸送帶A 上的物塊到達(dá)SQM 時，被A 上氣動擋板A1 擋住(輸送帶A 不一定停止)。

為保證精確計數(shù)，防止產(chǎn)品堆積造成誤動作，當(dāng)SQM1檢測到物塊時，判斷若SQM 處沒有物塊，并且計數(shù)器1 數(shù)值沒有達(dá)到上限，則擋板A1 打開并且復(fù)位延時繼電器，輸送帶A 啟動，使物塊通過。這樣能保證計數(shù)的間隔。

當(dāng)物塊到達(dá)SQM 位置時，輸送帶A 就停止，擋板A1 關(guān)閉。此時由于物塊已經(jīng)一部分或大部分位于輸送帶B 上，輸送帶B 得到指令已經(jīng)啟動，摩擦力會將物塊全部帶到輸送帶B 上。

物塊到達(dá)SQM 檢測位置時，輸送帶B 啟動，與A 同速轉(zhuǎn)動。輸送帶A 上物塊可以移動到輸送帶B 上，輸送帶B 的盡頭設(shè)固定擋板，防止物塊滑落。

在計數(shù)器1 的值達(dá)到M 時，延時一段后，輸送帶B 停止轉(zhuǎn)動;SQM1 檢測位置沒有檢測到物塊時，延時一段后，輸送帶B 也停止轉(zhuǎn)動。

輸送帶B 往送料小車上推料的條件是:送料小車就位，建立電氣連接，發(fā)出推料指令;而此時輸送帶B 上的物料數(shù)達(dá)到M 值或不達(dá)M 值，而由按鈕發(fā)出推料指令。

若不具備推料條件，則等待輸送帶A 輸送物塊;若具備推料條件，則推料到送料小車。推料一次，計數(shù)器2 計數(shù)一次;推板回到位時，復(fù)位計數(shù)器1。

送料小車由多層構(gòu)成，計數(shù)器2 達(dá)到上限值N 時，小車換層，換層結(jié)束后清空計數(shù)器2，等待輸送帶B 推料。

當(dāng)每層都裝滿，送料小車達(dá)到走車條件，指示燈閃爍，提示走車，并中斷推料指令。走車后清空計數(shù)器2。

輸送帶旁的每個送料小車上料處設(shè)電氣箱或按鈕盒。箱上布置急停按鈕、滿足走車條件的指示燈、物塊數(shù)不達(dá)M而需要推料時的控制按鈕(可復(fù)位計數(shù)器1)及手動換層按鈕(可復(fù)位計數(shù)器2)等［3］。

2 SCADA 系統(tǒng)

實現(xiàn)設(shè)備自動化的同時，我們將開發(fā)壓型設(shè)備集中控制系統(tǒng)(SCADA 系統(tǒng))，每臺設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)都將在中控室得以顯示，中控室可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、發(fā)出指令等必要工作，對設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)狀況將一目了然。

3 小結(jié)

釹鐵硼取向成型環(huán)節(jié)壓型設(shè)備的自動化改造完畢后，產(chǎn)品性能及使用效果會起到顯著的變化。

首先，控制方式的改變必將帶來產(chǎn)品性能的改變。稱重精度將達(dá)到500 g±3 g;油缸位移誤差小于0.05 mm。除性能上的提升以外，新結(jié)構(gòu)的設(shè)計、SCADA 系統(tǒng)的構(gòu)建和故障遠(yuǎn)程診斷更是設(shè)備功能和使用效果上的顯著變化。

其次，對于降低人工勞動強度、減員增效、促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)安全、節(jié)能降耗、降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量以及提升企業(yè)效率、管理水平和信息化水平等方面都起到了重要的作用。

［1］王庭有.可編程控制器原理及應(yīng)用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.

［2］沈任元，吳勇.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009.

［3］王保保.傳感器簡明手冊及應(yīng)用電路－線性輸出磁場傳感器分冊［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

［4］趙負(fù)圖.新型傳感器集成電路應(yīng)用手冊［M］.北京:人民郵電出版社，2009.