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6 2 李忠芳等 可编程变压边力装置设计 第 8 期 步进电机为无锡某电气设备公司生产的大力矩输出8 6 齿 轮箱减速电机， 型号为 8 6 H S 9 8 6 0 A 4 G1 0 ， 步距角为 1 ． 8 。 ， 静力矩 为 6 ． 8 N M， 定位力矩为 9 ． 5 N M， 减速箱速比为 1 1 0 。 控制器为无锡某公司生产 的三轴运动控制器 T c 5 5 3 0。驱动 器为步进电机专用驱动器 MD 8 8 2 E S ， 其最大电流为 7 ． 8 A， 最大细 分数为 1 2 8 O 0 。 蜗轮丝杆升降机的型号为 S WL I T 一 6 l - 1 B I I 一 1 0 0 F Z ， 最大起 升力为 2 0 k N ， 丝杆螺纹尺寸为 T r 2 2 x 4 ， 传动比 1 6 ， 蜗杆每转行 程 0 ． 8 ram， 满载扭矩 1 5 N ． M， 效率 2 0 ％。 3系统标定 控制器程序中发 一个脉冲，步进电机便运转一个细分步距 角， 升降机便按照传动比作相应的转动角度， 弹簧会有相应的压缩 量， 并产生相应的压力。 由于系统较为复杂， 且部分的输入输出关系 不直接决定系统的输入输出关系， 凶此， 选择整体的输入输出关系 为标定对象。整体的输入值为控制器程序中的脉冲值， 输出值为弹 簧压力。设定可编程控制器的电子齿轮比值为 l 1 ， 驱动器MD 8 8 2 E S 的细分数为3 2 0 0 ， 额定电压设置为 7 ．3 A 。弹簧为内径 2 0 0 m的大刚 度T业弹簧。 当脉冲数分别为 1 0 0 ， 3 0 0 ， 5 0 0 ， 7 0 0 ， 1 0 0 0 ， 2 0 0 0 ， 3 0 0 0 时， 测力计读数， 如表 1 所示。 为方便实验时求得特定压力下的脉 冲数， 以弹簧产生的压力为自变量， 步进电机的脉冲数为凶变量 拟合系统的输入输出关系 而不是相反 ， 结果如图 2 所示。 从图 2中的拟合结果可以看到， 拟合曲线基本为线性。 事实 上 ， 不管输入输出关系为线性还是非线性， 只要系统的输出是输 入的单值函数， 便可以根据拟合曲线进行预先编程， 实现所需压 边力曲线 。 表 1系统整体标定数据 T a b ． 1 Th e Ca l i b r a t io n Da t a o f t h e Sy s t e m a s a Wh o le 脉冲数 1 0 0 3 0 0 5 0 0 7 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 压 力 3 0 ．9 9 2 ．2 1 3 6 ．7 1 5 0 ． 9 2 I 4 ． 6 6 0 2 ． 5 1 1 3 0 r一～～～u ⋯～⋯‘ ～Ju， ， ， ／ f 十 测 得 压 力 值 { l 涮得 于 『 倌 ， L 脉 冲数 图 2标定实验的拟合曲线 Fi g ． 2 Fi t t i n g C u r v e i n Ex p e rime n t 4实验 实验前， 点按【 手动操作】 ， 按住【 手动高速】 ， 直到压力计读 数为0 。编制程序 1 脉冲数清零； 2 按照拟合曲线用计算器计 算出当压力为 1 0 0 N， 2 0 0 N， 3 0 0 N， ⋯1 4 0 0 N时的脉冲数，作为系 列 1 。同时将程序中【 点位模式】 设置为系列 1 的脉冲数 ； 3 程序 中【 延时】 设置为 1 0 s 延时的目的是使得测力计具有稳定的读 数 ； 4 测力计读数、 记录； 5 按照 2 计算出的脉冲系列值依次 按照 3 ～ 5 编程； 6 测力计的所有读数作为图3系列 2 。 从图3 看出， 实际压力值与预期压力值接近， 误差控制在 1 0 ％左右。 1 1 1 1 1 0 l 0 0 0 2 0 0 0 3 O 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 脉冲数 图 3实际压力值曲线与预期压力值曲线 F i g ． 3 T h e Ac t u a l Pr e s s u r e Valu e Cu r v e a n d E x p e c t e d P r e s s u r e Va l u e Cu rve 5讨论 在板料拉深成形过程中，起皱和拉裂是致使拉深失败的主 要原因之一。 现有压边装置的压边力或恒定 ， 或只能线性变化 ， 或 者特定的机械结构产生特定单一的压边力曲线。针对以上缺陷， 本设计的主要创新是采用减速步进电机 、 蜗轮丝杆升降机 、 弹簧 套筒结构组成可编程变压边力系统 。标定了系统的输入输 关 系， 并按照该关系进行试验。 实验表明， 试验曲线与标定曲线基本 一 致， 该系统可通过编程实现随时间变化的任意趋势压力曲线。 参考文献 [ 1 ] 张悦． 不锈钢制品变压边力拉深控制曲线的试验研究[ J ] _ 五金科技， 2 0 0 7 5 1 4 1 5 ， 4 6 ． Zh a n g Yu e ．E x p e rime n t a l r e s e a r c h o f s t a i n l e s s s t e e l d e e p d r a wi n g c o n t r o l v a r i a b l e b l a n k - h o l d e r f o r c e C H I V E [ J } ． H a r d w a r e S c i e n c e a o d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 7 5 1 4 1 5 ， 4 6 ． [ 2 ] 丛锡堂． 液压随动压边机构 [ J J ． 机械制造 ， 1 9 9 0 1 2 3 2 3 3 ． C o n g Xi - t a n g ． Hy d r a u l i c s e r v o p r e s s e d g e [ J ] ． Ma c h i n e r y ，1 9 9 0 1 2 3 2 3 3 ． [ 3 ] 柳建安 ， 肖亮， 董永平． 新型变压边力拉深模设计L J ] ． 模具 【 业 ， 2 0 0 8 ， 3 4 5 2 0 2 3 ． L i u J i a n a n ， X i a o L i a n g ， D o n g Y o n g - p i n g ． A n e w t y p e o f d r a w i n g d i e w i t h v a ri a b l e b l a n k h o l d e r f o r c e [ J j ． Mo l dI n d u s t r y ． 2 0 0 8 ， 3 4 5 2 0 2 3 ． [ 4] 佘银柱． 变压边力拉深模设计[ JI _ 模具工业， 2 0 0 7 ， 3 3 1 1 7 1 9 ． S h e Y i n z h u ． D e s i g n o f d r a w i n g d i e w i t h v a ri a b l e b | a n k h o l d i n g p r e s s u r e l J J ． D i eI n d u s t ry， 2 0 0 7 ， 3 3 1 1 7 1 9 ． [ 5 ] 纪文．步进电机 的应用 [ J ] ．黑龙江冶金 ， 2 0 1 3 1 5 6 5 8 ． J i We n ．A p p l i c a t i o n s o f s t e p p e r m o t o r[ J ] J o u r n a l o f Me t al l u r g i c a l I n d u s t ry i n H e i l o n g i a n g P r o v i n c e ， 2 0 1 3 1 5 6 - -5 8 ． [ 6 ] 魏娜．浅析步进电机的选择与使用[ J ] ． 科技与企业， 2 0 1 3 2 2 9 8 2 9 8 ． We i N a ． S e l e c t i o n a n d u s e o f s t e p p e r mo t o r i s a n al y z e d l J J ． S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y a n d E n t e r p r i s e ， 2 0 1 3 2 2 9 8 - 2 9 8 ． [ 7 ] 石成英， 韩华锋， 施广宏．气体压力闭环控制系统设计[ J j ． 现代电子技 术． 2 0 1 0 ， 3 3 2 1 1 3 5 1 3 7 ． S h i Ch e n g y i n g ，Ha n Hu a - f e n g ，S h i Gu a n g - h o n g ． Ga s p r e s s u r e c l o s e d l o o p c o n t r o l s y s t e md e s i g n [ J ] ． Mo d e rnE l e c t r o n i c T e c h n o l o g y ， 2 0 1 0 2 1 1 3 5 1 3 7 ． [ 8 ] 张从力， 叶静， 鲁绪芝． 一种步进电机控制的精密压力发生器的设计与 实现 [ J j _ 自动化技术与应用 ， 2 0 0 7 ， 2 6 1 1 5 7 5 9 ． Z h a n g C o n g - l i ，Y e J i n g ，L u X u z h i ． A s t e p m o t o r c o n t r o l p r e c i s i o n p r e s s u r e g e n e r a t o r l J j ． T h e D e s i g n a n d I m p l e m e n t a t i o n o f A u t o ma t i o n T e c h n o l o g y a n d A p p l i c a t i o n ， 2 0 0 7 ． 2 6 1 1 5 7 5 9 ． [ 9 ] 高海涛． 单片机技术在压力机控制系统中的应用[ J J ． 机械 工程师 ， 1 9 9 9 1 1 1 8 - 9 1 9 ． Ga o Ha i - t a o ．S i n g l e c hip mi c r o c o mp u t e r a p p l i c a t i o n i n t h e c o n t r o l s y s t e mo f t h e p r e s s [ J ] ． Me c h a n i c a l E n g i n e e r s ， 1 9 9 9 1 1 1 8 1 9 ．