摘要: 根據鍛壓機床工業結構調整和技術升級的需求，研發一款具有動態監（jiān）測、凸輪限位及安（ān）全控製功能的（de）新型凸輪控製器，並闡述其設計方案、實現方法及應用情況。經驗證，該產品各項技術參數均達到市場領先水平，具有市場化前景。
  
     
      鍛壓是機械製造的基礎工藝之一，從世界（jiè）製造業及鍛壓行業的發展方向來看，綠色製造、安（ān）全生產（chǎn）、過程自動化是一種必然趨勢，鍛壓生產製造能力也是衡量一個國家工（gōng）業水平（píng）的重要標誌。我國（guó）工業也進入了更快（kuài）、更精的時期，於2012 年首次發布實施了《機械壓力機安全技術要（yào）求》國家安全標準，現有的鍛壓企業均需按此新國標開展工作（zuò），淘汰落後產品，提高鍛壓設備的安全技術要求，降低生產過程對工人的人身危害，達（dá）到提高（gāo）生產效（xiào）率及產品質量（liàng）的目的 。文中研發具有動態監測（cè）、凸輪限位和安全控製功（gōng）能的新型凸輪控製器，是適用（yòng）於鍛壓機械“機械—電氣（qì）”一（yī）種新的安全控製係統和方法，該產品符合GB27607 安（ān）全技術要求。

      1 、新型凸輪控製器總體設計方案

      1. 1 機械安裝總體結構

      新型凸輪控製器機械（xiè）結構圖如圖（tú）1 所示，總體機構主（zhǔ）要包括箱體1、傳感器2、凸輪軸部件3 和開關部件4 等（děng）組件。在凸輪軸上安裝凸輪組5、碼盤6 等部件，構成凸（tū）輪軸部件3，凸輪組由凸輪和固定齒圈構成( 見後文（wén）) ，兩片凸輪（lún）與（yǔ）固定齒圈通過（guò）自身端麵齒圈（quān）齧合成整體，相鄰凸輪組之間由彈（dàn）簧漲緊; 開關類元件由支架經緊固（gù）件固定在底座上，組成開關部件4。凸輪（lún）軸兩端套入軸承，再經軸承座（zuò）由螺栓固（gù）定在箱體（tǐ）1 上，傳感器2 可放在箱體側麵支架上並緊固，開關（guān）擺杆上的滾珠與凸輪形成運動副。

      圖（tú）1 新型凸輪控製器機械結構

      1. 2 周期動態監測及（jí）實現方法

      鍛壓設備在工作時，如圖2 所示，凸輪控製器有可能出現斷軸或鏈條的可（kě）分為4 個（gè）區間: 上死（sǐ）點凸輪A 區; 上死點下降沿到製動凸輪上升沿B 區; 製動凸輪C 區（qū）; 製動凸輪下降沿到上死點上升沿D 區（qū）。如果壓力機在單次工作狀態下，區間A、B、D 內出現軸或鏈條斷（duàn）開，都不會造成（chéng）安全（quán）事故。在區域C 內斷開，這種情況（kuàng）製動凸輪一直保持，壓力機為單人雙手操作時，即使雙手鬆開，壓力機也一直運行，會造成壓力機連衝的惡性安全事（shì）故。由以（yǐ）上分析可以看出（chū）: 製動凸輪C 範圍內斷開是最危險的，對其時間的監測應（yīng）該盡量精
確（què），以保證壓力機第二次（cì）行程停止在135°之前 ］。

      圖2 機械凸輪角度分區

     目前，壓力機行業針對上述機械（xiè）凸輪安全檢測，最好的方法（fǎ）是增加鏈條漲緊裝置，但是安裝繁瑣、成（chéng）本高，沒（méi）有很好解決斷軸檢測問題（tí）。新型凸輪控製器具有（yǒu）周期在線動態監測功能，可以實現安全監測和斷軸檢（jiǎn）測，這是鍛壓設備中一（yī）種新（xīn）的運動監測（cè）方法。機械結構安裝位置（zhì）如圖1 所示，由傳感器2 和碼盤6 經聯接機構組成監測裝置（zhì）。監（jiān）測信號源由傳感器2 產生，傳（chuán）感器觸頭對應的（de）碼盤6 為圓盤狀，其結構圖（tú）見圖3。在碼盤6 的邊緣設置若幹個等分的矩形齒，一（yī）個矩形齒和一個相鄰的矩形（xíng）槽體形（xíng）成一個循環周期。工作中，在齒的個數合理情況（kuàng）下，隻要（yào）機床電（diàn）控係統在一個周期內，對任（rèn）何一個矩形齒未檢（jiǎn）測到其信（xìn）號，則設備立即停車，可完全杜絕安全事故發生（shēng）。這種方法成本低、可靠性高，能同時實現斷軸和斷鏈條的監測，適用於大（dà）多數壓力機。

      圖3 碼盤平麵結構圖

      1. 3 凸輪限位和開（kāi）關安全控（kòng）製措施

      根據GB 27607 中機械壓力機安全標準的新規定，凸輪應保證錯誤或意外的安裝調節不會造成（chéng）事故，旋轉（zhuǎn）凸輪的最大調（diào）節（jiē）量應采用（yòng）機械（xiè）方式限製在60°內 。可見，原（yuán）有可調式機械凸輪控製器中的所有凸輪片能360°範圍任意調節，這種結構已不能（néng）滿足相關安全技術要求（qiú）。為了（le）防止誤操作引起的安全事故，根據主（zhǔ）機廠需求，新型凸輪控製器中（zhōng）一般設置了3 組具有（yǒu）限位結（jié）構的凸輪組，每組都設置了凸輪機械限位裝置。圖4 是限位凸輪的固定齒圈和凸輪片結構示意圖 。在固定齒圈的根部0 ～ 360°任意角（jiǎo）度都可以設置限位定位（wèi）銷; 在凸輪靠近端麵齒內圓部分設有（yǒu）弧形空腔，角度範圍（wéi）為0 ～ 60°，這個空腔可（kě）以（yǐ）在凸輪片內圓任意角度設置。這（zhè）種具有機械（xiè）限位裝（zhuāng）置的可調凸輪組件，使凸輪片隻能在（zài）規定的角度（dù）範圍內調（diào）整，從而滿（mǎn）足了新標準的安全要求（qiú）。

      圖4 固定齒圈與凸輪片（piàn）結構示意圖（tú）

      新型凸（tū）輪（lún）控製（zhì）器的又一個技術（shù）創新點是引（yǐn）入了進口帶有強製斷開的速動開關，如圖1 中元件7。原有技術中的（de）微動開關動作，一般通過（guò）傳動元件作用於開關動作簧片上，當達到臨界點會產生瞬時動作（zuò），此（cǐ）時開關（guān）的靜、動觸點會快速接通或斷開。這時，有可能發生觸點粘連（lián）不能斷開的（de）情況，從而（ér）引起壓力機安全事故。根據機械壓力機安全新標準的規定（dìng），控製滑塊動作的凸輪開關必須使用具有常閉觸點強（qiáng）製斷（duàn）開功能的速動（dòng）開關（guān），它可以有（yǒu）效避免因觸點粘連而不能有效斷開，並切斷回路（lù），有效杜絕壓力機安全事故的發（fā）生。

      2 、新（xīn）型（xíng）凸輪控製器在鍛（duàn）壓設（shè）備（bèi）中的實際應用

      2. 1 應（yīng）用（yòng）及調試方法

      圖5 為（wéi）新（xīn）型凸輪控製器在鍛壓設備中實際應用（yòng）示例圖。

      圖5 新型（xíng）凸輪控製器在（zài）鍛壓（yā）設備中的應用示例

      圖5 中，凸輪控製器1 與設備曲軸（zhóu）通過（guò）鏈接裝置2 連接，並（bìng）檢測曲軸角度信號。具體操作是將凸輪控製器安裝在設備合適的位置，使曲軸和凸輪控製器之間減速比要為1∶ 1 ］，控製器引出（chū）的（de）動態監測、凸（tū）輪輸出信號經傳輸線3 連到控製係統4，根（gēn）據角度信（xìn）息，可以準確地提供數據服務、判斷上一（yī）動作是否完成，操作麵板5 簡單直觀。這種控製過程使該（gāi）研究的實效性突顯出來，且操作簡單，成（chéng）本較低，充（chōng）分（fèn）發揮人的主導作（zuò）用，提高了自動化程（chéng）度。

      凸（tū）輪調試是主機試（shì）運行過程中最重要的節點，下麵詳細介紹新型凸輪控製器的調試使用方法，如圖6所示，注（zhù）意（yì）調試前需切（qiē）斷電源。具體調（diào）整方法如下（xià）:( 1) 工作角度大（dà）於180°時( 接（jiē）C/NO 端子) 的調整

      ①起點調整。軸向拉動凸輪A 並轉動，按（àn）所需的開啟（qǐ）角度，使凸（tū）輪A 上相應的刻度對準定位擋圈“0”基準線。
      ②止點調整。軸向拉動凸輪B 並轉動，按所需的關閉角度，使凸輪（lún）B 上相應的刻（kè）度對準（zhǔn）定位擋圈“0”基準線。

      圖6 凸輪調整方式示意圖

      ( 2) 工作角度（dù）小於180° 時( 接C/NC 端子) 的調整

      根據需（xū）要的（de）起、止角（jiǎo）度，分別使凸輪A、B 上的相應刻度對準定位擋圈“0”基準線。

      另外（wài），在安裝設備調整（zhěng）凸輪時，還要注意以下幾點: 凸（tū）輪控製（zhì）器應（yīng）安裝在衝擊振動不大於59g 處，考慮到實際工作角度受開關差動行（háng）程的影響，上述調整方法（fǎ）( 1) 中的止點及（jí）調整方法( 2) 中的（de）起點（diǎn）位（wèi）置可以轉2. 5° 左右，予以修正; 帶有凸輪限位的凸輪組調整（zhěng）時，由於（yú）起止工作角度相對固定，其調整範圍為0 ～ 60°; 調整完畢後，應檢查凸輪端麵齒齧（niè）合是否牢靠，並以點動方式檢驗工作角度調整是否適當。

      2. 2 新型凸輪控製器的技術參數

     在原有產品及技術的基礎上，在設計、製造新型凸輪控製器時，及時修改設計圖樣（yàng），試製樣機，然後經過實物試驗、型式檢驗等階段，最後經主（zhǔ）機廠試用，產品各項性能指標都優於老產品，技術參數（shù）達到市場（chǎng）先進水平，也符合GB 27607 各項安全（quán）技術（shù）要求。目前，該研究成果已在揚州鍛壓機床集團有限公司實用，新產品（pǐn）實用和（hé）調試現場（chǎng）情況見圖7，主（zhǔ）要技術參數（shù）參（cān）見表1。

     圖7 新型凸輪控製器實用及調試實景圖

     表1 新（xīn）型凸輪控製器主要技術參數

     3 、結束語

     隨著（zhe）國家鍛壓工業裝備的（de）結構升級和快速發展，凸輪控製器作為鍛壓機械（xiè）核心功能部件，其（qí）新品（pǐn）研發（fā）將會得到越來越多的科研單位重（chóng）視。該項目的成（chéng）功研製，已得到相關企業的認可並實用，效果良好，且具有結構（gòu）緊湊、重複精度高、可靠性（xìng）高、使用壽命長及價格實惠等（děng）優點，也為（wéi）後續產品的深入研究、推廣打下了堅實基礎。隻要再進行現有機（jī）械式凸輪控製（zhì）器與旋轉光電編（biān）碼器組合協調研究後，即可實現凸輪的柔性控（kòng）製，這將（jiāng）大（dà）大提升鍛（duàn）壓設備的（de）自動化水平，指明了（le）凸輪控製一個新（xīn）的研究方向。