在將不同的工作單元整合在一起時，如果能以正確的方式將一個工序的產品以流水線形式向下一工序傳送，必會大幅提升金屬成形的生產效率。位于賓夕法尼亞州哈里斯堡的Dayton Parts 公司就證實了這一點。
這家公司生產汽車售后市場用產品，部分生產設施創建于上世紀20 年代。去年，公司板簧生產工藝進行了更新，實現了自動化，并將板簧沖孔和成型工藝的，連接成順暢的流水線（如圖1）。
圖1：在這幅CAD示意圖中，擺放著成型加工臺（右）和沖壓機（左），中間為加熱爐。板簧材料從右向左，通過加熱爐進入沖壓機，然后再從左至右，到達成型加工臺。
Dayton Part 公司的板簧，采用1?2～1-5?8英寸厚的6150牌號高碳鋼棒，在沖壓和成型加工階段，必須加熱到1800 F°。這就意味著在進入后續工序前要對板簧加熱兩次。現在，有了新的緊密聯動配置，板簧只需要在沖壓和成型前加熱，因此節約了能源和時間，使生產效率翻番。
Dayton Parts 公司一體化的工作單元，已經證明了其加工工序的緊密聯動性和聯網的優勢。更新的生產線盡可能減少了再次加熱和換批停機時間，每個部件的加工時間則降低到了17 秒。
“我們看到，機器正常運轉的時間為95%，”Dayton Parts公司的項目經理Joseph Garcia 說：“為公司節省的材料處理和能源成本，在一年內就抵得上項目投資了。”
運動控制器對聯合工藝的關鍵
這種聯合設備要縮短生產時間，就需要對不同工序間運動操作實現精密控制。監控由可編程邏輯控制器（PLC）執行，但如要控制各運動軸，需要有能夠進行多軸協調能力的PLC。在當地經銷商美國賓夕法尼亞州的Penn-Air & Hydraulics 公司的推薦下，Dayton Parts 公司的工程師選擇了位于華盛頓的
DeltaComputer Systems 公司的RMC150 和RMC75 運動控制器。
板簧加工的熱沖壓工序在RMC150 的控制下，由六個運動軸支持（如圖2）完成。因為單個RMC150 即可控制和協調多達8 軸的同時運動。推軸將部件推向端部定位裝置，該端部定位裝置由另一個運動作動器定位于推軸的對面，從而設置好板端與沖壓孔中心的距離。板的寬幅方向的兩個校中心棘爪動作，準確校準孔中心在幅寬方向的位置。推軸和端部定位裝置軸通過定位控制移動，而校中心爪使用定位和重力控制。一個棘爪移到目標位置，另一個棘爪使用重力控制來抓取部件。
圖2：熱沖壓詳細示意圖顯示了在此操作過程中六運動控制軸的使用
“將不同類型的軸控制器整合到一套系統中非常有幫助，”Dayton Parts 公司電氣工程師Greg Shortridge 表示：“使用定位和重力控制，我們可以確保部件握持牢固，同時避免由于夾持過緊而造成損壞。”
“此前我們從未使用重力控制，”他補充道，“但使用Delta 進行壓力/ 重力控制很方便。”
六軸中的最后兩根軸控制沖壓，由伺服液壓閥和卸料裝置控制一個帶10 英寸孔的液壓缸。
磁致伸縮
位移傳感器提供了控制沖孔、卸料裝置和中心校準爪的液壓缸的位置反饋，而端部定位裝置則通過伺服電機進行定位，并由絕對編碼器提供位置反饋。由液壓缸控制的推軸，同樣也采用一只絕對編碼器來指示其位置。
“新的控制器為我們提供了非常準確的定位，”Shortridge 說：“每一根軸的定位都可以控制在0.001 英寸精度之內。成型頭由兩個運動軸控制，其中一軸夾住框架進行折彎（如圖3），獲得所需形狀，另一軸垂直移動框架。
圖3：成型頭使板簧形成彎曲，可以從受熱發光部分看出。彎折好以后，整個成型頭下降到淬火油中，進行硬化，然后將彎折部分放在最后的工位
夾持機構在接觸到框架時，采用自動壓力控制方式，確保部件在一定的夾持壓力下以合適的方式向板簧折曲。這個動作由一只PLC、自動壓力調節器和比例閥一起完成。夾持部件時，通過壓力調節閥控制壓力。而在釋放夾持件時，RMC75 兩軸電壓運動控制器使用比例閥，平穩地打開部件，放置到需要的位置。為方便操作，工人可以對此進行調節。
同樣由RMC75 控制的成型頭中的第二根運動軸，將框架下放到淬火油浴，硬化部件，并使形成的曲線形狀固定下來。運動控制器使用定位控制，抬起和降下框架，通過比例閥控制液壓缸。
“我們曾使用B-B 閥來觸發液壓缸，下放框架，但由此產生的沖擊是一個問題，” Shortridge 說道，“通過RMC 運動控制器實行閉環控制來操作比例閥，可以使成型頭運動實現平穩的加速、減速。”
快速安裝控制停機時間
Dayton Parts 分三步升級了板簧操作，加熱爐、熱沖壓，然后是成型頭。每一階段都需要包括周末在內的4 天工作時間，以盡可能減少停機。
“圍繞故障排除PLC 編程軟件，我們對維護人員進行了一周的現場培訓，” Shortridge 在描述了公司的計劃，“為了培訓操作員工，我們為新設備制定了工作指導，包括安全信息、設置、操作規程、產品質量控制要求和故障排除信息。”
整個公司不同設備之間實現通訊，確保生產效率最大化
Dayton Parts 沖壓及成型聯合單元，為機器間通訊如何改進工藝提供了示范。監控PLC 通過標準以太網連接，與兩個運動控制器和多臺人機界面終端形成界面，并通過基于以太網的現場總線EtherCat 連接到一系列輸入/ 輸出槽( 如圖4)。通過網絡的通訊，PLC調整加熱爐的循環時間，設定生產線后續工序的速度。為了最大化生產率，同時為確保從加熱部件穿過系統傳導的熱量不會影響敏感的系統元件，必須確保工序盡可能平穩而快速地進行。
圖4：該網絡架構屏幕顯示了主PLC、遠程I/O 面板及三個15英寸的操作人員觸摸屏，網絡開關和路由器，一級兩個新的運動控制器。可以從這三個觸摸屏中的任一個獲得所有的信息屏幕和操作人員功能
本地機器網絡同時也連接到工廠LAN，這樣公司SPC和質量分析軟件就可以獲得生產信息，從而有助于優化績效，并在問題升級前，得到確定并進行維護。
任務要求加快換批速度
PLC 連接到包含著Dayton Parts 所有板簧加工參數的微軟Access數據庫。操作人員通過觸摸屏界面選擇接下來要加工的板簧， PLC 將合適的加工參數下載到溫度/
壓力控制器，并將運動步驟下載到Delta運動控制器。
“系統根據任務單（如圖5）自動進行加工，以加快生產速度，獲得重現性，這在以前，是做不到的，” Shortridge 表示：“我們常會有相對較小的批量生產，那種情況下，板簧可能包含多達12 個葉片。以前，在更換加工零件時，我們不得不手工調整新的爐溫，成型壓力和淬火定時裝置的設置。這很費時間，并容易導致錯誤，會造成我們不能承受的停機時間。”
圖5 ： Dayton Parts系統使用工藝任務單，有選擇性地使用觸摸屏，加快生產換批，確保板簧生產工藝的重現性
為了使運動更加精確，Shortridge 以前會采用Delta Computer Systems 公司提供的整套工具。其中之一是Plot Manager，設計人員可以通過視覺查看軸的運動，并將測試運轉中所希望的軸的運動軌跡與實際運動曲線進行數字化對比。
有了這種可視化功能，可以微調控制回路的參數獲得，再次運行系統，直到測試中的目標位置和實際位置重合，顯示出系統調整非常完美。
“沒有他們提供的新型運動控制器和精確的液壓比率控制，”Garcia 強調說：“這一項目的實施可能會碰到諸多困難。”
