摘 要：文章以APE-600吨数控冲床为设计改进对象，集成各个关键技术的研究成果，结合数控先进设计平台，充分利用数控设备关键结构设计优化、智能化控制集成技术，冲压设备的检测技术和传感器，下死点控制技术等研究出具有集成创新的智能化数控冲床系列装备，实现大吨位高精度智能数控冲床的产业化，带动我国数控冲床行业向着高技术含量方向发展。
关键词：数控冲床；设计平台；集成技术；下死点智能化
1 技术研究背景
冲床作为装备制造业的基础設备，同时也是制造业的工业母机，而以高档数控冲床为主的先进设备，更是体现一个国家现代化工业的重要基础。冲床是制造业最基本的生产工序，冲床工业是一个国家的基础性、战略性产业之一。数控冲床是一种新型冲床，是机电一体化的一种体现，它拥有高效、柔性、精密、复合、集成等诸多优点，是装备制造业的主流产品和主力加工设备。
本文所阐述的研究与应用主要针对高端汽车及其零部件、航空航天零部件及高速自动化数控冲压线等高端领域的冲压工艺需要，进行创新性研究，解决其中共性关键技术问题，研制具有自主知识产权的大吨位、高精度、高速度、高稳定可靠、柔性化高、绿色节能环保的数控冲压系列产品。
2 该技术研究的发展现状与必要性
2.1 发展现状
我国冲床行业发展较快，结合“高档数控机床与基础制造装备”重大专项的实施，通过引进设备、引进技术、产学研究等方式，新型冲床的技术取得了较大发展，在精密化、重工化、自动化、智能化、复合化的发展等各方面都有非常大技术突破。如伺服压力机技术的开发，将压力机主驱动由传统的定量控制改为变量控制，整个冲压周期可以任意调整，使能量分配更加合理，生产效率大幅提高，目前国外只有少数公司掌握该项技术，且伺服技术目前只能适用于200吨位以下冲床行业，对200吨以上机型还处于技术空白。另外，在液压机方面，如船体板材成形数控液压机生产线，由进料遥控起吊装置、板材数控送料输送装置、具有五自由度的数控压制中心、出料遥控起吊装置和板材数控下料输送装置等五部分组成，实现对大型船体板材吊装、输送、弯曲、弯边、压筋、折边、矫平等冷成形工序的连续加工，在规格、结构、控制和性能方面均属创新产品。
虽然我国冲床行业取得了长足的发展，但与日本、德国、美国等机床强国相比，国内冲床行业的冲压技术水平和自动化率仍然较低，产品的综合性能、高科技含量、使用寿命、使用稳定性等方面与国外先进技术水平相比任然有非常大的差距。国内现在多数企业以低价走量的方式切入市场，在生产研发投入的费用很少，也不重视研发，技术创新很难得到应有的支持。大部分国产机械压力机在设备的稳定性、可靠性、机电一体化程度，机械的精密性化和人性化的设计等方面，与国外冲压，制造设备有较大差距。
2.2 必要性
中国有一个比较完整的产业链就是冲压设备行业，但在高档数控系统和功能部件是不够完整的。中国也有全球第一数控冲床厂家的中国制造业的数量，但由于缺乏知名跨国公司和世界一流的厂家，真正高端的只能进口国外这些高端产品。而大量制成品出口这些表明，很多行业产业和产品结构调整的步伐，推动数控冲床产业升级并已成为一个中国机床工具行业的紧迫任务。
同时“中国制造”2025将数控机床和基础制造装备行业列为中
国制造业的战略必争领域之一，主要原因是其对于一国制造业尤其是装备制造业的国际分工中的位置具有“锚定”作用：数控机床和基础制造装备是制造业价值生成的基础和产业跃升的支点，是基础制造能力构成的核心，唯有拥有坚实的基础制造能力，才有可能生产出先进的装备产品，从而实现高价值产品的生产。实现全面产业结构升级，实现中国制造到中国智造的全面转变。
3 关键技术分析
数控冲床关键技术集成及产业化应用，是实现技术研发成果向经济效益和社会效益转化的关键环节。本项目将集成各个关键技术的研究成果，结合数控先进设计平台，充分利用数控设备关键结构设计优化、智能化控制集成技术，冲压设备的检测技术和传感器，下死点控制技术等研究出具有集成创新的智能化数控冲床系列装备，实现大吨位高精度智能数控冲床的产业化，掌握核心技术，打破国外数控冲床装备市场的垄断地位，带动我国数控冲床行业向着高技术含量方向发展。具体关键技术如下。
3.1 冲压设备的智能化数控集成系统关键技术
采用的智能化数控集成系统主要是采用独立的控制算法，内置的逻辑控制和硬件配置，来满足冲压设备的数控化控制要求，同时支持远程通讯，吨位检测，模高调整，变频器通讯和模拟量控制切换，变频器参数一键打包等功能；配置无线通讯模块，可对现场使用的冲压设备进行实时的数据采集；系统与上位机显示器采用专用的通讯协议，数据传输快，可实时显示目前的运行状态。
3.2 智能控制集成系统关键技术
在工业企业网络中，主要有DCS、PLC、IPC三种类型的系统，其中，用到最多的就是PLC可编程控制系统，PLC系统主要由PLC为中心，该系统主要由数台冲压机械设备通过RS232/RS485与SCADA监控软件及组态工具软件或多台PC机内装HMI人机界面软件而形成的工作站相连接，形成CIP通用工业协议，具DeviceNet/controlNet/Ethernet三层结构。所以在高端智能冲压设备中引入无线数据通信将成为一种主流，无线数据通信主要分为两种，其一为短距离的无线数据通信，主要用于传感器以及完成现场的数据采集；另外的长距离的无线数据通信主要应用于远程测控中心和用于管理部门的多媒体集中监控、远程诊断、远程维修服务等。同时集成技术也要贯彻在高端智能冲压设备种种行动之中，包括研发、设计、工程实施、运行维护和周期管理。高端智能冲压设备经过系统集成和智能化控制，最终形成CIMS计算机集成制造系统，这将是工业现代化与智能化融合的高级目标，也是这项技术对高端智能冲压设备的追求。
3.3 冲压设备性能检测系统
数控冲压设备普遍具有往返工作频率快，冲孔误差小，公称力大等特点，所以对数控冲压设备的性能进行测试的难度非常的很大，截止目前，在国内对工作中的数控冲压设备和普通冲床进行性能检测还没有一种相對完善的方法。现在大多数的压铸公司都是根据工作人员的经验来检测，或者是通过某一方面性的性能检测来对数控冲压设备的精度做出检测，这种方式称为静态检测法，但是这种方法效率非常低下，同时存在很多弊端和不准确性，并且数控冲压设备的静态与动态特性差异非常的大，所以这种检测手段有很大的缺陷。
针对上述问题，该项目主要参与研究与开发，并且设计一种自动化控制装置，用于对高速运动中的数控冲压设备进行动态检测，并进行分析和研究。该自动化控制装置通过运用加速度传感器、力传感器、速度传感器等传感器，将运动中的冲床冲头的加速度、力和速度等数据信号通过A/D转化器送入上位机相应的地址栏中，再通过上位机WINCC软件中的控件/Winee Funetion Trend Control，利用VBS动作调用相应地址栏中的数据绘制相应的曲线，通过上位机的监控软件对所绘制的曲线进行分析与反馈，实现一个简单的闭环控制系统。
3.4 传感器关键技术
本项目使用的可测试的光电安全开关结合安全控制器LE20，可构成复杂的安全保护系统。数目和功能视复杂程度而定。最简单的保护系统包括发射器和接收器，一旦光束被遮断，机器的危险动作就会被立即停止。在本项目的配置中，整个系统是一个光电安全开关串联装置，包括三套发射器/接收器，一个安全控制器LE20和四个屏蔽传感器（Muting Sensors）。这套系统能分辨出是人还是物料进入危险区。因此，当有人进入危险区时，危险动作会被立即停止；但当物料进入时，则不会有影响。
4 结束语
本项技术研究以APE-600吨数控冲床为设计改进对象，通过冲压设备的高端智能装备的研发、设计、制造和应用等方面，把高性能冲压设备的智能化、数控化与自动化技术相结合。使冲压设备具备有感知、分析、决策和控制功能，实现冲压设备的高速化、精密化、智能化、网络化、数控编程自动化、功能复合化、极端化（大型化和微型化）、成套化自动生产线、绿色设计与制造等等方面。为中国智造做出贡献。
参考文献
[1]舒晓模.冲床模高计数装置及其应用技术研究[D].宁波大学，2013.
[2]边起.冲床自动步进送料控制系统研究与开发[D].浙江农林大学，2013.
[3]秦为前.高速冲下死点精度的保障技术研究[D].南京理工大学，2012.
[4]王为达，樊瑜瑾，槐建明，等.经济型数控冲床PLC控制系统的研究[J].工业仪表与自动化装置，2013，4：34-40.
[5]黄兆哲.数控高速冲床的故障分析与研究[D].吉林大学，2013.