圖1 西門子Sinamics S120驅(qū)動模塊動態(tài)控制著復(fù)雜的運動
裁剪出最好的板材——從字面意義上來講，它表達(dá)了自動化剪板機研發(fā)者的內(nèi)心愿望。研發(fā)出來的偏心式剪板機由兩臺伺服電動機驅(qū)動，從而可以變量調(diào)節(jié)裁板刀具的運動過程。
誰想銷售現(xiàn)成的機床設(shè)備，誰就必須接受機床設(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。
提高生產(chǎn)靈活性
為了鞏固和加強靈活地為用戶提高服務(wù)的性能，HFS公司不斷向機床設(shè)備投資，增加自己的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)靈活性。例如，他們考慮到今后會有更多的高強度鋼板和超高強度鋼板的需求，例如汽車工業(yè)對這類鋼板的需求，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，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)很好的經(jīng)濟效益。
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。這一剪板機應(yīng)安裝在高速、高性能矯正機之后，矯正機是由高動態(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，做好供貨運輸準(zhǔn)備，及時運出。在理想情況下，所有這一切都應(yīng)該是自動化的，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）的剪板機技術(shù)得到了好評，使用的控制系統(tǒng)和驅(qū)動技術(shù)系統(tǒng)是西門子的產(chǎn)品。
高性能矯正機的速度決定了整個板材生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度，是整個板材生產(chǎn)線的龍頭。除此以外，對剪板生產(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。機床設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定：長度公差為十分之幾毫米，整個寬度上的（長）方形偏差不得大于0.5mm。在保證剪板機達(dá)到所要求的靈活性方面，可以精確調(diào)節(jié)的伺服電動機驅(qū)動系統(tǒng)是非常合適的；因此，剪板機生產(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)動的偏心式剪板機。
圖2 最新研發(fā)生產(chǎn)的Bi-Servo剪板機在整個機床的運動下實現(xiàn)了很短的裁剪加工循環(huán)
在一些具有技術(shù)可比性的壓力機制造中已經(jīng)采用了伺服驅(qū)動技術(shù)，在剪板機制造中也可以應(yīng)用。伺服驅(qū)動最大的優(yōu)點是：剪板刀具的運動可以根據(jù)偏心軸的轉(zhuǎn)速變量化地調(diào)節(jié)，上料時間和下料時間的比例可以根據(jù)被裁剪的產(chǎn)品進(jìn)行確定。這樣一來，通過驅(qū)動轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)和匹配，即在裁刀切入時轉(zhuǎn)速較快、其余行程運動過程中轉(zhuǎn)速較低，一方面在板材寬度較小時可以連續(xù)裁剪，提高板材的裁剪數(shù)量；另一方面，又可以經(jīng)濟地裁剪長度為9000mm的板材。當(dāng)被裁剪的板材長度較大時，也就是板材毛坯輸送的行程較大時，則裁刀運動的行程也就相應(yīng)地增大。
同步伺服電動機驅(qū)動著裁刀運動
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型伺服同步電動機。這兩個伺服電動機根據(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)動偏心軸。利用西門子Simatic Microbox 420-T、一種嵌入式自動化控制系統(tǒng)和西門子Simatic技術(shù)的微處理器S7 317 T 2 DP，對驅(qū)動裝置和裁刀的耦合運動進(jìn)行計算和監(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下一級驅(qū)動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；而各個調(diào)節(jié)組件是由模塊化的驅(qū)動組件構(gòu)成的。通過專門的功率部件，即所謂單軸或者雙軸的電動機模塊，最終對伺服電動機供電；并將電動機制動時回收的能量饋送到兩個中間電路中。
新型Bi-Servo剪板機創(chuàng)新性的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和驅(qū)動技術(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間（圖2）。第一臺設(shè)備的使用效果非常理想，致使HFS公司在第一臺設(shè)備驗收時就決定：馬上應(yīng)用原計劃稍后才考慮的下料清理設(shè)備，以解決成品件運輸造成的瓶頸。
減少維護保養(yǎng)工作量和成本
剪板機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是簡化了機械結(jié)構(gòu)；這樣一來，也就減少了生產(chǎn)過程中的維修工作量，從而也減少了維護保養(yǎng)的費用。對機械運動有利的伺服控制也對延長裁刀的使用壽命有著積極的影響。同時，它還能實現(xiàn)精密、自動化的裁剪縫隙的調(diào)整和設(shè)置。整個剪板生產(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個驅(qū)動機構(gòu)自動地控制著各個調(diào)整機構(gòu)完成參數(shù)的匹配，到達(dá)合適的位置。
出于場地和費用的考慮，在上料工位和下料處，板材疊放裝置都由具有實時控制能力的嵌入式監(jiān)控器Simatic Microbox PC 427B進(jìn)行控制。矯正機和疊放叉車的運動由具有現(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，就可以由一個指揮員控制整個系統(tǒng)了。
在需要的時候，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、解決問題的時候，可以利用通信處理器和Win CC軟件中的Smart Access登陸剪板機的控制系統(tǒng)，直達(dá)各個驅(qū)動裝置層次。
