西门子6ES7313-6BG04-0AB0
引言
传统的数控折弯机液压系统多采用普通三相异步电机驱动油泵，能耗大、温升高、效率低、部件易损坏。随着节能减排日益受到重视，使用电液伺服系统驱动油泵的新型数控折弯机应运而生。本文拟结合四方CA500伺服驱动器搭配CM500伺服电机，介绍一种针对数控折弯机液压系统的电液伺服调速方案，有效降低系统能耗及液压油的温升，提高了设备运行可靠性。
一、工艺简介
数控折弯机的一个工作循环可分为快下、慢下、保压、卸荷、返程这几个状态。设备工作时，系统控制油泵运转，并配合液压油路控制单元的工作，从而控制液压系统的流量，达到各工作状态下的合理压力值。其具体工作流程如下：
机器滑块快速下行时，压力油通过液压阀组进入油缸上腔，油缸下腔的油液经液压阀组返回到液压泵中，机器的滑块因自重快速下降，被打开的充液阀对油缸上腔进行充液；机器滑块低速工进时，压力油通过液压阀组流入油缸上腔继续推动滑块下降；当机器滑块返程时，压力油经液压阀组进入油缸下腔，油缸活塞杆拉动滑块上升，油缸上腔油液通过打开的充液阀流回油箱，至此完成一次工作循环。
图一、数控折弯机液压原理图
二、系统方案
传统折弯机的液压系统通过定量泵和比例换向阀来调节系统的流量，由于系统需要的实际流量是变化的，而油泵输出流量是恒定的，必定有一部分流量需要溢流，产生能量损失；另一方面，阀控液压系统的设定压力总是要高于实际需要的压力，这也造成了能量的损失。节流调速方式存在主压力阀溢流，造成噪音及液压油的发热量较大，温升较高，降低了液压油的使用寿命，增加了维护成本。
针对传统折弯机液压系统的缺点，以及设备的成型工序、工艺特点，设计了采用四方CA500伺服驱动器、CM500伺服电机以及齿轮泵来调节液压系统流量及压力的控制系统。
具体系统方案如下：
图二、系统方案图
数控系统根据光栅尺的位置反馈经由特点算法得出系统所需流量、压力大小，对应输出0～±10V模拟量控制信号给到CA500，实时调整油泵的转速，并配合液压油路控制单元的工作，满足不同工序端的压力及流量需求。
方案采用容积调速的原理，通过调节伺服电机的转速来改变油泵的流量及系统压力，避免了传统节流调速方案所造成的能量损耗，特别是在保压和卸荷阶段，油液的输出很小，油泵几乎可以停止运转，极大程度减少了能量损耗。伺服驱动系统的响应时间更短，设备工作时快下和返程速度更快，效率更高。
三、系统配线方案及说明
1、 电气接线图如下：
图三、电气接线图
2、主要设定参数：
3、方案优势：
※ CA500伺服驱动器采用重载型设计，低频转矩大，动态响应快，过载能力强，可120%负载长期运行；
※CM500伺服电机采用高性能稀土永磁材料，抗去磁能力强。电机转子采用特殊结构和工艺，外壳防护等级为IP54，绝缘等级为F级，保证系统运行的可靠性；
※ 泵控技术代替常规阀控技术，消除节流损耗，节能效果显著，节能率可达25%。
※ 降低了液压油的温升，延长了液压油的使用寿命，减少系统维护成本；
※ 折弯机快下、慢下、保压、卸荷、返程各工序段运行时噪音明显下降，改善工作环境；
※ 简化的调试功能（四方电机免调试），*大程度减少客户调试参数，安装使用方便。
在航空航天、汽车、家电及其他需要高强度钢种等具备无缝接头的行业对闪光对焊的需求日益增长。在此工业过程中，也需要更高准确度和控制时间。作为俄亥俄州扬斯敦焊接和金属连接技术的OEM的Taylor-Winfield技术公司与力士乐经销商Hydrotech公司(俄亥俄州辛辛那提)共同设计一种使用运动控制器和液压驱动装置的技术，以满足此类需求，更经济。
Taylor-Winfield认为，技术创新一直在提高焊接作业的生产力和质量。在闪光对焊中尤其如此，其使用电阻加热两片金属片的端部，并将其一并锻造成连续的线圈、轮辋、棒条体、带锯叶片和其他需要在母材强度上具备无缝接头的形状。
使用早期机床时，两个工件之间的距离是在闪光焊过程中由手动控制。操作员可拨入合适的电流，则凸轮将控制运动压板的速度，将工件拖拽在一起。如今先进的高强度钢(AHSS)产品需要比手动控制提供更好的准确性和控制时间，分别到数千分之一英寸和数毫秒。取而代之的是，通过自动化进行**控制将工件正好以正确速度和温度移动到一起，制造出牢固均匀的焊缝。
闪光对焊是一个具备两个阶段的过程。第一个阶段是“闪光”阶段，在两个由大约1/4in(取决于材料)的小间隙分开的两个工件上应用电流。由于两个工件被放在了一起，电弧穿过接触面，端部的温度从600～900°F不等。
图1通过结合力士乐IndraMotion MLCL45运动逻辑控制器和力士乐液压装置，Taylor-Winfield开发了一种结合先进高强度钢的焊接解决方案，可扩展、**且价格实惠，并且适应不同的应用
第二个阶段是被称为“扰乱阶段”，端部达到材料所需温度即开始。一个运动和一个静止压板共同推动两个工件，利用足够的力量使得端部锻造在一起。此动作对材料进行“扰乱”，迫使多余材料和杂质从接缝的顶部和底部排出。其后此类材料通过切边过程移除，以得到母材厚度。
由于闪光对焊过程将不规则部分和杂质移除，其可顺利地接合各种材料，包括窄而厚的形状、宽而薄的金属板以及黑色金属和有色金属材料。顺利进行闪光对焊的关键在于**控制两个工件的运动压板和电流。
图2 通过液压装置的使用，“强制冻结”的闪光焊过程解决方案可按比例缩放至任何尺寸的应用，而无需调整控制器
一种解决方法是将凸轮换成电动伺服传动装置，使用多个可编程逻辑控制器控制此过程，但问题是机床过于昂贵而无法得到广泛适应性。取而代之的是，Taylor-Winfield决定仅使用一个力士乐IndraMotionMLCL45运动逻辑控制器，在闭环自动化系统中操作成比例的力士乐液压伺服阀，并结合其专利的“强制冻结”焊接过程。此解决方法将工件移动到一起，且具备**的准确度和时间控制，可适应各种应用，是一种结合先进高强度钢的经济方法。
开始焊接过程，操作员应加载一个说明两个工件之间有关时间和位置的对数关系的焊接曲线到控制器中。可使用力士乐触屏IndraControlVPP40人机界面(HMI)选择合适的焊接时间表，并为特殊的的材料修改焊接曲线。在闪光阶段，移动工件的位置急剧加速，以产生1000000psi(1psi=0.0068Mpa)不等的力用于将工件锻造在一起。IndraMotionMLC控制器通过封闭的中心回线从传感器接收位置信号，并通过激活力士乐液压动力装置启动位置变化。力士乐4WRPH比例方向阀激活线性定位气缸，将含有移动工件的的压板向固定工件移动。整个焊接时间持续2～30s，时间长短取决于材料。
在闪光焊中，移动压板的平稳加速是**锻造工件的必要条件，压板不应冻结在位置上。Taylor-Winfield的强制冻结过程特意地在闪光循环中使得运动压板线性前进。例±如，工件在2ms内偏移了50μm。在偏移期间，焦耳加热急剧增加，类似在标准冻结出现的时候，这便是其被称为强制冻结的原因。压板运动恢复到焊接循环的“扰乱”阶段完成此过程，且补偿加热提高了焊接质量。
Taylor-Winfield与Hydrotech公司共同开发控制器的事件驱动的运动控制轮廓。此MLC控制器装有Flex轮廓，一款来自博世力士乐的运动编程平台，其适应基于分段式凸轮技术，为电动和液压运动控制任务简化定义运动节段。
Hydrotech认为使用IndraMotion MCL的好处之一是液压传动和伺服驱动的编程完全一样。FlexProfile功能提供对象定义，使得对传统凸轮的模型，及其相关基于时间表的事件驱动模型的凸轮表得以转化。Hydrotech与博世力士乐专家共同为强制冻结过程中所使用的液压装置创建运动轮廓。
Taylor-Winfield表明，具备力士乐液压元件的液压平台的IndraMotionMLC的集成使其能达到其闪光对焊应用所需准确度和**度。强制冻结闪光对焊过程可在新机器上实现，可加入到现有的闪光焊接机上作为控制升级。利用液压装置，解决方案可按比例缩放至任何尺寸的应用，而不用调整控制器。