第2章 金属塑性成形装备及自动化

1、第第2章金属塑性成形装备及自动化章金属塑性成形装备及自动化 应用场合：高压、大流量的范畴应用场合：高压、大流量的范畴 完成动作顺序：完成动作顺序： 空程快速下降空程快速下降 慢速下降及工作加压慢速下降及工作加压 保压保压 卸压卸压 回程回程 浮动压边及顶出等。浮动压边及顶出等。 2.1 液压机的控制原理与特点液压机的控制原理与特点 Y32315型通用液压机型通用液压机 2.2 Y32-315型通用液压机的型通用液压机的PLC控制设计控制设计 步骤：步骤： 工艺过程分析工艺过程分析 列出电磁铁动作顺序表列出电磁铁动作顺序表 进行进行I/O接口分配接口分配 编顺序功能图编顺序功能图 画梯形图画梯形

2、图 Y32315型型 通用液压机通用液压机 液压原理图液压原理图 液压机电控系统的作用：液压机电控系统的作用： 驱动主电路中油泵电机；驱动主电路中油泵电机； 液压系统中电磁换向阀的换位控制，按照系统中发令元件指令液压系统中电磁换向阀的换位控制，按照系统中发令元件指令 实现液压机主缸、顶出缸的工艺动作或循环。实现液压机主缸、顶出缸的工艺动作或循环。 电液换向阀电液换向阀 电液换向阀电液换向阀 控制控制 泵组泵组 主电机主电机 电磁换向阀电磁换向阀 5YA 2YA 1YA 4YA 3YA 1ST 2ST 3ST 压力继电器压力继电器 4ST 5ST 充液阀充液阀 液动滑阀液动滑阀 单向阀单向阀 压

3、力继电器压力继电器 电液换向阀电液换向阀 电液换向阀电液换向阀 远程调节阀远程调节阀 溢流阀溢流阀 溢流阀溢流阀 溢流阀溢流阀 顺序阀顺序阀 节流阀节流阀 控制泵组控制泵组 主电机主电机 液压泵液压泵 液控单向阀液控单向阀 支撑阀支撑阀 电磁换向阀电磁换向阀 液压机工艺过程分析 1起动起动: 液压泵电机起动时液压泵电机起动时,全部换向阀处于断电状态全部换向阀处于断电状态. 泵输出的泵输出的 油流回油箱油流回油箱,路经如图路经如图. 液压机工艺过程分析 2活动横梁空程快速下降活动横梁空程快速下降: 1YA和和5YA通电通电, 阀阀10和阀和阀11换至右位换至右位, 控制油经阀控制油经阀11打开被

4、控单向阀打开被控单向阀12,主缸下腔油经主缸下腔油经12,10,4排回油箱排回油箱, 5YA 1YA 液压机工艺过程分析 2活动横梁空程快速下降活动横梁空程快速下降: 动梁在重力作用下快速下降动梁在重力作用下快速下降,此时主缸此时主缸 上腔形成负压上腔形成负压,上部油箱的低压油经充液阀上部油箱的低压油经充液阀14向油缸上腔充油，向油缸上腔充油， 5YA 1YA 液压机工艺过程分析 2活动横梁空程快速下降活动横梁空程快速下降: 同时泵输出的油也经阀同时泵输出的油也经阀10及单向阀及单向阀16 进入主缸上腔。进入主缸上腔。 5YA 1YA 液压机工艺过程分析 3. 活动横梁慢速下降及工作加压活动横

5、梁慢速下降及工作加压: 横梁下降碰到横梁下降碰到2ST,5YA断电断电, 12 关闭关闭,主缸下腔油经主缸下腔油经13,11,4回油箱回油箱,横梁下降依赖于泵加压横梁下降依赖于泵加压,下降速下降速 度减慢。改变泵的流量可以调节活动横梁速度。度减慢。改变泵的流量可以调节活动横梁速度。 5YA 1YA2ST 液压机工艺过程分析 4 保压：保压： 1YA断电断电,单向阀单向阀16及充液阀及充液阀14锥面对主缸上腔密封保压锥面对主缸上腔密封保压. 5YA 1YA 1614 液压机工艺过程分析 5.卸压回程卸压回程: 2YA通电通电, 10换为左位换为左位,压力油经压力油经10使充液阀使充液阀14开启开

6、启, 主缸上腔油排回油箱，油压开始下降。主缸上腔油排回油箱，油压开始下降。 5YA 2YA 液压机工艺过程分析 5.卸压回程卸压回程: 当主缸上腔油压卸至一定值时，阀当主缸上腔油压卸至一定值时，阀15复至下位，压复至下位，压 力油经阀力油经阀12进入主缸下腔，推动活塞上行，使活动横梁回升。进入主缸下腔，推动活塞上行，使活动横梁回升。 5YA 2YA 电液换向阀电液换向阀 电液换向阀电液换向阀 控制控制 泵组泵组 主电机主电机 电磁换向阀电磁换向阀 5YA 2YA 1YA 4YA 3YA 1ST 2ST 3ST 压力继电器压力继电器 在初始状态，主缸处于原位，压合在初始状态，主缸处于原位，压合1

7、ST（0.01）。按下起动按钮）。按下起动按钮 SB1(1.00)，主缸工艺动作过程如下：，主缸工艺动作过程如下： 1.活动横梁空载快速下降（电磁铁活动横梁空载快速下降（电磁铁1YA、5YA通电）通电） 4ST 5ST 结合结合 电控电控 元件元件 的动的动 作执作执 行过行过 程分程分 析析 电液换向阀电液换向阀 电液换向阀电液换向阀 控制控制 泵组泵组 主电机主电机 电磁换向阀电磁换向阀 5YA 2YA 1YA 4YA 3YA 1ST 2ST 3ST 压力继电器压力继电器 2.工作加压工作加压:横梁降到一定位置时触动行程开关横梁降到一定位置时触动行程开关2ST(0.02),使使5YA 断电

8、，活动横梁慢速下降，即工作加压断电，活动横梁慢速下降，即工作加压 4ST 5ST 电液换向阀电液换向阀 电液换向阀电液换向阀 控制控制 泵组泵组 主电机主电机 电磁换向阀电磁换向阀 5YA 2YA 1YA 4YA 3YA 1ST 2ST 3ST 压力继电器压力继电器 3.保压保压: 定程压制定程压制:横梁降到一定位置触动行程开关横梁降到一定位置触动行程开关3ST（0.03）1YA断电，进行断电，进行 保压保压. 定压压制定压压制:主缸上腔油压达到设定值时主缸上腔油压达到设定值时,压力继电器发出信号使压力继电器发出信号使1YA断电断电, 进行保压进行保压. 4ST 5ST 电液换向阀电液换向阀

9、电液换向阀电液换向阀 控制控制 泵组泵组 主电机主电机 电磁换向阀电磁换向阀 5YA 2YA 1YA 4YA 3YA 1ST 2ST 3ST 压力继电器压力继电器 4.泄压回程泄压回程: 保压保压30s后，后， 2YA通电，卸压回程通电，卸压回程 4ST 5ST 电液换向阀电液换向阀 电液换向阀电液换向阀 控制控制 泵组泵组 主电机主电机 电磁换向阀电磁换向阀 5YA 2YA 1YA 4YA 3YA 1ST 2ST 3ST 压力继电器压力继电器 5.停止停止 横梁上行碰到横梁上行碰到1ST后，后， 2YA断电，使横梁停止断电，使横梁停止 4ST 5ST 电液换向阀电液换向阀 电液换向阀电液换向

10、阀 控制控制 泵组泵组 主电机主电机 电磁换向阀电磁换向阀 5YA 2YA 1YA 4YA 3YA 1ST 2ST 3ST 压力继电器压力继电器 4ST 5ST 顶出缸动作过程：顶出缸动作过程： 1.顶杆顶出：顶杆顶出：带有自动取件装置的全自动液压机，可在横梁回程碰到带有自动取件装置的全自动液压机，可在横梁回程碰到 1ST后，后， 3YA通电，顶出缸活塞上行顶出工件；没有自动取件装置的可通电，顶出缸活塞上行顶出工件；没有自动取件装置的可 按取件按钮按取件按钮SB2使顶杆顶出工件。使顶杆顶出工件。 电液换向阀电液换向阀 电液换向阀电液换向阀 控制控制 泵组泵组 主电机主电机 电磁换向阀电磁换向阀

11、 5YA 2YA 1YA 4YA 3YA 1ST 2ST 3ST 压力继电器压力继电器 4ST 5ST 2. 顶杆退回：对于自动取件的液压机，顶出后保持一定时间以便取顶杆退回：对于自动取件的液压机，顶出后保持一定时间以便取 件，时间到达设定时间，件，时间到达设定时间，3YA断电，断电，4YA通电，顶杆退回。对于手通电，顶杆退回。对于手 动取件的设备，顶出后一直保持顶出状态，直到按下退回按钮动取件的设备，顶出后一直保持顶出状态，直到按下退回按钮SB3 才使才使3YA断电，断电，4YA通电，使顶杆退回。通电，使顶杆退回。 电液换向阀电液换向阀 电液换向阀电液换向阀 控制控制 泵组泵组 主电机主电机

12、 电磁换向阀电磁换向阀 5YA 2YA 1YA 4YA 3YA 1ST 2ST 3ST 压力继电器压力继电器 4ST 5ST 3. 停止：顶杆退回碰到停止：顶杆退回碰到4ST开关后，使开关后，使4YA断电，顶出缸停止。断电，顶出缸停止。 电磁铁动作顺序表电磁铁动作顺序表 1.对于进行定程压制自动取件的液压机对于进行定程压制自动取件的液压机 电磁铁动作顺序表电磁铁动作顺序表 2.对于进行定压压制自动取件的液压机对于进行定压压制自动取件的液压机 压力继电器压力继电器 电磁铁动作顺序表电磁铁动作顺序表 3.对于进行定程压制手工取件的液压机对于进行定程压制手工取件的液压机 顶出按钮顶出按钮SB2 退回

13、按钮退回按钮SB3 顶出按钮顶出按钮SB2 退回按钮退回按钮SB3 电磁铁动作顺序表电磁铁动作顺序表 4.对于进行定压压制手工取件的液压机对于进行定压压制手工取件的液压机 压力继电器压力继电器 PLC外部外部I/O端子的电气接线图端子的电气接线图 1.定程压制自动取件的液压机定程压制自动取件的液压机 顺序功能图顺序功能图 到位开关ST3 2.定压压制自动取件的液压机定压压制自动取件的液压机 顺序功能图顺序功能图 压力继电器 3.定程压制手工取件的液压机定程压制手工取件的液压机 顺序功能图顺序功能图 到位开关3ST 4.定压压制手工取件的液压机定压压制手工取件的液压机 顺序功能图顺序功能图 压力

14、继电器 定程定程(压压)压制自动取件的梯形图压制自动取件的梯形图 定程定程(压压)压制手动取件的梯形图压制手动取件的梯形图 2.3 折弯机折弯机PLC控制系统设计控制系统设计 工作工作 过程过程 示意示意 图图 行程开关位置示意图行程开关位置示意图 1. 启动启动: 接通系统电源后接通系统电源后,泵站电动机起动泵站电动机起动,电磁铁电磁铁6DT 通电通电,液压系统处于卸载状态；液压系统处于卸载状态； 工作原理：工作原理： 2 .加紧加紧: 装料后装料后,按下循环起动按钮按下循环起动按钮SB4后后,6DT断电断电,5DT通电通电,压压 紧缸伸出使压紧板压下；紧缸伸出使压紧板压下； 5DT 3 .

15、 折弯折弯: 压紧棒料并压下行程开关压紧棒料并压下行程开关ST1 后后,完成加紧工序同时开始完成加紧工序同时开始 下一工序下一工序,1DT和和3DT一起通电一起通电,左侧和右侧液压缸同时伸出带动左、左侧和右侧液压缸同时伸出带动左、 右折板同时折弯右折板同时折弯 4. 折弯后退回折弯后退回: 折到位并压下相应的行程开关折到位并压下相应的行程开关ST2 、ST3 后后,1DT 和和3DT 断电而断电而2DT 和和4DT通电通电,左侧和右侧液压缸回缩，带动左、左侧和右侧液压缸回缩，带动左、 右折板同时开始退回初位右折板同时开始退回初位, 5 压板退回压板退回: 折弯退回到位并压下开关折弯退回到位并压

16、下开关ST4 、ST5 后后,2DT、4DT和和 5DT断电断电,压紧缸回缩带动压紧板快速退回压紧缸回缩带动压紧板快速退回,压下开关压下开关ST0 后后,电磁铁电磁铁 6DT通电系统卸载通电系统卸载,完成一个自动循环。工人卸料、装料后完成一个自动循环。工人卸料、装料后,按下循按下循 环起动按钮环起动按钮,又开始下一个循环。又开始下一个循环。 2.4 冲床工作过程控制 初始状态时机械手在最左边，初始状态时机械手在最左边，0.04为为ON；冲头在最上面，；冲头在最上面，0.03为为 ON；机械手松开。按下起动按钮；机械手松开。按下起动按钮0.00，机械手夹紧并保持，机械手夹紧并保持 （100.00

17、），），2s后机械手右行，直到碰到右限位开关后机械手右行，直到碰到右限位开关0.01，以后，以后 将顺序完成以下动作：冲头下行，冲头上行，机械手左行将顺序完成以下动作：冲头下行，冲头上行，机械手左行,机械手机械手 松开，延时松开，延时2s后，系统返回初始状态。后，系统返回初始状态。 夹紧夹紧 工件右行工件右行 冲头下行冲头下行 冲头上行冲头上行 工件左行工件左行 松开松开 2.5 剪板机 2.6 快速锻造液压机快速锻造液压机 1.1.快锻液压机快锻液压机快锻液压机是快锻液压机是2020世纪世纪6060年代开始发年代开始发 展起来的一种新型锻造设备展起来的一种新型锻造设备, , 主要用于黑色和有

18、色主要用于黑色和有色 金属的开坯和自由锻件的压力热加工金属的开坯和自由锻件的压力热加工, , 特别适用于特别适用于 锻造温度范围窄的高合金材料和锻造温度范围窄的高合金材料和TiTi合金材料。合金材料。 2.2.快锻液压机特点快锻液压机特点 噪音低噪音低; ; 精度高、锻件质量好精度高、锻件质量好; ; 生产率高生产率高. . 是目前自由锻造设备发展的主要方向是目前自由锻造设备发展的主要方向 3. 设备操作功能设备操作功能: 普通锻造和快速锻造。普通锻造和快速锻造。 (1)普通锻造主要用于钢锭开坯普通锻造主要用于钢锭开坯. (2)快速锻造主要用于高合金材料和一般材料的拔长快速锻造主要用于高合金材

19、料和一般材料的拔长 整形整形, 特别是高合金钢和钛合金特别是高合金钢和钛合金. 例如例如: 设备主缸直径为设备主缸直径为1000 mm , 系统压力为系统压力为25 MPa 普通锻造时输出力为普通锻造时输出力为20 MN , 回程力为回程力为0.9 MN , 工工 进速度为进速度为45 mm/s ,快速下降和快速回升时速度均快速下降和快速回升时速度均 为为300 mm/s ; 在回程高度为在回程高度为500 mm 时时, 锻造频次锻造频次 为为45 次次/min 。 快速锻造时输出力为快速锻造时输出力为4 MN 、回程高度为、回程高度为30 mm 时时, 锻造频次为锻造频次为90 次次/min

20、 ; 在输出力在输出力10 MN、回程、回程 高度为高度为50 mm 时时, 锻造频次为锻造频次为60 次次/min 4.锻造液压机的工艺特点锻造液压机的工艺特点 锻造液压机活动横梁的动作曲线锻造液压机活动横梁的动作曲线 一个行程周期一个行程周期 影响锻压机系统快速性和平稳性两指标的因素：影响锻压机系统快速性和平稳性两指标的因素： u 快速性快速性(锻造次数锻造次数: 60-80次次/min以上以上) 下降速度下降速度 加压速度加压速度 回程速度回程速度 建压时间建压时间 卸压时间卸压时间 上、下转换点的滞后时间上、下转换点的滞后时间 u平稳性平稳性 液压振动与冲击液压振动与冲击 快速性和平稳

21、性是影响锻造液压机性能两个重要指标快速性和平稳性是影响锻造液压机性能两个重要指标 5.锻造液压机的液压伺服系统类型锻造液压机的液压伺服系统类型 多级插装阀控制系统、液压伺服系统以及比例插装阀控制系统。多级插装阀控制系统、液压伺服系统以及比例插装阀控制系统。 u多级插装阀控制系统多级插装阀控制系统 大的通径比，流量大。阀属于开关阀，计算机系统对其的控制大的通径比，流量大。阀属于开关阀，计算机系统对其的控制,属于属于 顺序控制顺序控制(数字量控制数字量控制)。 u液压伺服系统液压伺服系统 以高压液体作为驱动源，使系统的输出量，如位移、速度或力等，以高压液体作为驱动源，使系统的输出量，如位移、速度或

22、力等， 能自动、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出能自动、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出 功率被大幅度地放大。是液压动力机构和反馈机构组成的闭环控制功率被大幅度地放大。是液压动力机构和反馈机构组成的闭环控制 系统。系统。 分类：机械液压伺服系统，电气液压伺服系统分类：机械液压伺服系统，电气液压伺服系统(电液伺服系统电液伺服系统) 电液伺服系统：由电信号处理装置和液压动力机构组成电液伺服系统：由电信号处理装置和液压动力机构组成 。 反馈电位器与指令电位反馈电位器与指令电位 器滑臂间的电位差（反器滑臂间的电位差（反 映控制对象位置与指令映控制对象位置与指令 位置

23、的偏差）经放大器位置的偏差）经放大器 放大后，加于电液伺服放大后，加于电液伺服 阀转换为液压信号（图阀转换为液压信号（图 中中A、B），以推动液），以推动液 压缸活塞，驱动控制对压缸活塞，驱动控制对 象向消除偏差方向运动。象向消除偏差方向运动。 当偏差为零时，停止驱当偏差为零时，停止驱 动动 缺点缺点:对油液介质条件要求高，价格昂贵等的限制对油液介质条件要求高，价格昂贵等的限制. 优点：电液伺服阀具有体积小、功率放大率高、直线性好、死区优点：电液伺服阀具有体积小、功率放大率高、直线性好、死区 小、响应速度快、运动平稳可靠，能适应模拟量和数字量调制等小、响应速度快、运动平稳可靠，能适应模拟量和数

24、字量调制等 优点，所以在各种电液伺服系统中得到了极广泛的应用，成为系优点，所以在各种电液伺服系统中得到了极广泛的应用，成为系 统中的统中的“心脏心脏”，受到特别的重视。响应速度快、负载刚度大、，受到特别的重视。响应速度快、负载刚度大、 控制功率大控制功率大 u电液比例控制系统电液比例控制系统 电液比例阀电液比例阀: 是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作 阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成 比例的压力、流量输出的元件比例的压力、流量输出的元件. 阀的输

25、出流量大小和液流方向可以由输入电信号的大小及方向来阀的输出流量大小和液流方向可以由输入电信号的大小及方向来 控制。对其可实现过程控制控制。对其可实现过程控制. 在一些控制精度要求不是特别高的场合可以用电液比例换向阀替代在一些控制精度要求不是特别高的场合可以用电液比例换向阀替代 电液伺服阀来实现其控制性能。另外，电液比例阀在价格上与电液电液伺服阀来实现其控制性能。另外，电液比例阀在价格上与电液 伺服阀相比还是有很大的优越性的。在现代化工业生产中已经有先伺服阀相比还是有很大的优越性的。在现代化工业生产中已经有先 例证明了电液比例阀取代电液伺服阀的可行性例证明了电液比例阀取代电液伺服阀的可行性. 电

26、液比例控制技术的锻造液压机易于实现锻造动作要求，并且在电液比例控制技术的锻造液压机易于实现锻造动作要求，并且在 不同动作之间能平稳过渡，有效地减弱了冲击与振动强度，有利不同动作之间能平稳过渡，有效地减弱了冲击与振动强度，有利 于提高锻造次数与控制精度。于提高锻造次数与控制精度。 比例控制系统不仅能控制阀的开启动作，而且能控制阀的开度，比例控制系统不仅能控制阀的开启动作，而且能控制阀的开度， 因此系统能平稳无冲击地运转，同时由于压机的回程速度可按操因此系统能平稳无冲击地运转，同时由于压机的回程速度可按操 作机的性能调整，上死点不需停滞时间，行程超调小，因此工作作机的性能调整，上死点不需停滞时间，

27、行程超调小，因此工作 周期短。周期短。 电液比例控制技术控制的运动曲线电液比例控制技术控制的运动曲线 插装阀控制系统插装阀控制系统开关控制系统开关控制系统运动曲线运动曲线 锻造液压机采用电液比例控制系统特点锻造液压机采用电液比例控制系统特点 8KN比例差装阀控制系统液压原理比例差装阀控制系统液压原理 充液罐充液罐 油泵油泵 电磁电磁 差装差装 阀阀 比例比例 插装插装 阀阀 主缸主缸 回程缸回程缸 主泵控制回路主泵控制回路: 为满足速度要求为满足速度要求,由泵由泵P1-P4向系统供高压油向系统供高压油. 油泵油泵 主缸主缸回程缸供液回路回程缸供液回路: 分别由比例插装阀分别由比例插装阀V2,V

28、3供液供液 主缸主缸回程缸供液回路回程缸供液回路: 分别由比例插装阀分别由比例插装阀V2,V3供液供液 主缸卸载回路主缸卸载回路:XV1,XV2,XV3三组阀实现快速、无冲击卸载。三组阀实现快速、无冲击卸载。 主缸卸载回路主缸卸载回路:通过控制装置调节阀的开启顺序，实现高压油先通过控制装置调节阀的开启顺序，实现高压油先 慢后快的排放要求慢后快的排放要求 充液回路充液回路: 压机空程下降时，充液罐中低压油向主缸供油，压机空程下降时，充液罐中低压油向主缸供油， 充液回路充液回路:同时回程缸油液经同时回程缸油液经V4到主缸，实现空行程快降，主缸到主缸，实现空行程快降，主缸 压力上升后，充液阀和压力上

29、升后，充液阀和V4关闭，压机转为加压动作。关闭，压机转为加压动作。 主要工作循环为：主要工作循环为：1.压机回程压机回程:油自油自P1-P4经过经过V1,V3到回程缸到回程缸; 主要工作循环为：主要工作循环为：1.压机回程压机回程:主缸油经主缸油经XV1 、XV2、XV3到充到充 液罐液罐 主要工作循环为：主要工作循环为：2.压机空程下降与加压压机空程下降与加压 1)常锻常锻:油液从油液从P1-P4经过经过V2到主缸到主缸, 主要工作循环为：主要工作循环为：2.压机空程下降与加压压机空程下降与加压 1)常锻常锻:空程下降时空程下降时,充液罐对主缸充液充液罐对主缸充液, 主要工作循环为：主要工作

30、循环为：2.压机空程下降与加压压机空程下降与加压 1)常锻常锻:回程缸油液经回程缸油液经V4到主缸到主缸 主要工作循环为：主要工作循环为：2.压机空程下降与加压压机空程下降与加压 1)常锻常锻:加压时加压时,V4关闭关闭,回程缸油液上升至调定平衡压力后回程缸油液上升至调定平衡压力后,经经 V5至充液罐至充液罐. 主要工作循环为：主要工作循环为：2.压机空程下降与加压压机空程下降与加压 2)快锻快锻:主缸和回程缸分别经主缸和回程缸分别经V2和和V3同时进液同时进液,V4和和V5均关闭均关闭, 液压机为一差动回路液压机为一差动回路. 锻造操锻造操 作机作机 主机主机:上横梁上横梁,活动活动 横梁横

31、梁,工作台工作台,立柱立柱, 锁紧螺母及调节螺锁紧螺母及调节螺 母等组成母等组成 上砧快上砧快 换装置换装置 砧库砧库 送料回送料回 转小车转小车 操作台操作台主泵主泵 6.锻造液压机组的基本结构锻造液压机组的基本结构 升降回升降回 转台转台 压机本体，采用上装式机架或下拉式机架压机本体，采用上装式机架或下拉式机架(包括移动工作台、横包括移动工作台、横 向移砧装置、上砧快换旋转装置向移砧装置、上砧快换旋转装置)； 砧库砧库(包括平砧、圆砧和包括平砧、圆砧和v形砧等形砧等)； 液压系统；液压系统； 一台或二台全液压有轨锻造操作机；一台或二台全液压有轨锻造操作机； 送料回转小车；送料回转小车； 升

32、降回转台；升降回转台； 电控系统电控系统(包括电动机启动柜和电气控制柜等包括电动机启动柜和电气控制柜等)； 操作监控系统操作监控系统(包括操作台、模拟显示屏等包括操作台、模拟显示屏等)； 公用设施。公用设施。 7.锻造液压机组功能及控制要求锻造液压机组功能及控制要求 （1）功能）功能 实现锻造操作机纵向位移和夹钳旋转运动等自动控制实现锻造操作机纵向位移和夹钳旋转运动等自动控制; 锻造液压机与操作机的联动锻造液压机与操作机的联动. （2）控制要求）控制要求 l 对于锻造液压机的控制要求包括：对于锻造液压机的控制要求包括： 对其特征点位置进行准确控制对其特征点位置进行准确控制.包括包括:动梁的上、

33、下给定点、减动梁的上、下给定点、减 速点及与操作机联动时的联动点、联锁点等；速点及与操作机联动时的联动点、联锁点等； 为保证液压机较高的位置控制精度，有关控制阀应能够在很为保证液压机较高的位置控制精度，有关控制阀应能够在很 短的时间进行快速切换；短的时间进行快速切换； 为保证系统在高速运行和快速切换时不产生冲击振动，动梁为保证系统在高速运行和快速切换时不产生冲击振动，动梁 的行程曲线最好是修正的正弦曲线或由几段折线组成近似曲的行程曲线最好是修正的正弦曲线或由几段折线组成近似曲 线。线。 7.锻造液压机组功能及控制要求锻造液压机组功能及控制要求 （2）控制要求）控制要求 l 对操作机的控制要求：

34、对操作机的控制要求： 控制钳杆旋转；控制钳杆旋转； 大车行走；大车行走； 钳口夹紧放松；钳口夹紧放松； 夹钳倾斜与平行升降；夹钳倾斜与平行升降； 与液压机的良好配合及联动送进、联动旋转、联动螺旋状运与液压机的良好配合及联动送进、联动旋转、联动螺旋状运 动、快速性。动、快速性。 （3）操作方式）操作方式 手动。手动开关和状态设置开关操作控制操作机的运动，用手动。手动开关和状态设置开关操作控制操作机的运动，用 操作手柄控制液压机，动梁跟随手柄的运动。操作手柄控制液压机，动梁跟随手柄的运动。 半自动。仅设置下死点位置，即带下死点位置保护的手动操半自动。仅设置下死点位置，即带下死点位置保护的手动操 作

35、。作。 自动。整个控制系统投入，按设定参数自动连续锻造。自动。整个控制系统投入，按设定参数自动连续锻造。 程序。进一步加强系统的自学功能。在多次锻造后优化各道程序。进一步加强系统的自学功能。在多次锻造后优化各道 次数据，形成自动锻造文件，系统安装此文件运行，并可即次数据，形成自动锻造文件，系统安装此文件运行，并可即 时监测和计算每一次锻造误差，修改数据进行补偿。时监测和计算每一次锻造误差，修改数据进行补偿。 8.锻造液压机组的计算机控制锻造液压机组的计算机控制 l 三级分布式控制系统三级分布式控制系统 管理级管理级,控制级和车间级控制级和车间级 l 基于现场总线技术的控制系统基于现场总线技术的

36、控制系统 2) 三级分布式控制系统组成：由三级分布式控制系统组成：由PLC、386工业控制机工业控制机 和监测计算机组成。和监测计算机组成。 监监 测测 计计 算算 机机 386 工工 控控 机机 PLC 三三 级级 分分 布布 式式 控控 制制 系系 统统 结结 构构 图图 l PLC完成手动控制完成手动控制,与工控机并行通信，完全独立于计算机控与工控机并行通信，完全独立于计算机控 制系统，当计算机控制系统故障时，设备能继续运行，提高制系统，当计算机控制系统故障时，设备能继续运行，提高 机组可靠性。属于车间级控制机组可靠性。属于车间级控制. PLC 386 工工 控控 机机 8098单单 片

37、机系统片机系统 控制台控制台 l 386工控机完成自动、半自动及程序控制；与控制台间通过工控机完成自动、半自动及程序控制；与控制台间通过8098 单片机进行串行通信单片机进行串行通信. 386工控机属于控制级工控机属于控制级. l 监测计算机操作机，用于钳杆位置及压力机主缸、回程缸、充液监测计算机操作机，用于钳杆位置及压力机主缸、回程缸、充液 罐的压力动态显示、记录、打印及与外部管理机相联。属于管理罐的压力动态显示、记录、打印及与外部管理机相联。属于管理 级级. 监监 测测 计计 算算 机机 左操作钳杆位置左操作钳杆位置 右操作钳杆位置右操作钳杆位置 压力机主缸压力压力机主缸压力 压力机回程缸

38、压力压力机回程缸压力 充液罐压力充液罐压力 管理机管理机 l 液压机位置通过旋转编码器监测，传给智能模板，通过控制液压机位置通过旋转编码器监测，传给智能模板，通过控制 开关量阀组，从而实现对液压机的闭环控制，对于液压机进开关量阀组，从而实现对液压机的闭环控制，对于液压机进 行的是脉冲量输入，开关量输出的闭环控制。为车间级控制行的是脉冲量输入，开关量输出的闭环控制。为车间级控制. 液压机液压机 位置位置 旋转编码器旋转编码器 智能智能 模板模板 1-5 开关开关 阀组阀组 脉冲脉冲 量输量输 入，入， 开关开关 量输量输 出的出的 闭环闭环 控制控制 （液压系统阀为插装阀系统）（液压系统阀为插装

39、阀系统） 左、右左、右 操作机操作机 行走行走 夹钳旋夹钳旋 转转 旋转编码器旋转编码器 智能智能 模板模板 D/A 比例比例 阀阀 脉冲脉冲 量输量输 入，入， 模拟模拟 量输量输 出的出的 闭环闭环 控制控制 对于操作机行走、夹钳旋转位置监测都是通过旋转编码器进行，对于操作机行走、夹钳旋转位置监测都是通过旋转编码器进行， 通过智能模板通过智能模板D/A口输出口输出-10+10V电压给操作机的功放电路，驱电压给操作机的功放电路，驱 动比例阀控制操作机动作。实现的是脉冲量输入、模拟量输出的动比例阀控制操作机动作。实现的是脉冲量输入、模拟量输出的 闭环控制。属于车间级控制闭环控制。属于车间级控制

40、. l 386工控机是通过串行通信适配卡与智能控制模板和监测计算工控机是通过串行通信适配卡与智能控制模板和监测计算 机通信。机通信。 监监 测测 计计 算算 机机 386 工工 控控 机机 三三 级级 分分 布布 式式 控控 制制 系系 统统 结结 构构 图图 串串 行行 通通 信信 适适 配配 卡卡 智能智能 控制控制 模板模板 l PLC主机完成系统的各种辅助动作控制及系统网络的管理和协调。主机完成系统的各种辅助动作控制及系统网络的管理和协调。 l 控制计算机完成压机和操作机的手动、自动及程序控制。控制计算机完成压机和操作机的手动、自动及程序控制。 l 监测计算机动态显示系统的各种状态和关

41、系。监测计算机动态显示系统的各种状态和关系。 l 网络网络I/O模块完成各种现场信号的输入和输出。模块完成各种现场信号的输入和输出。 主主PLC 工控机工控机监测机监测机 控制总线控制总线 网络网络I/O 2.7 几种机械冲压设备几种机械冲压设备 l多工位压力机多工位压力机 l数控冲压设备数控冲压设备 l伺服压力机伺服压力机 2.7.1 多工位压力机多工位压力机 u工作原理：工作原理： 在一台多工位压力机上可以安装多副模具进行冲压生产，并且通在一台多工位压力机上可以安装多副模具进行冲压生产，并且通 过一套工位间的传递机构使压力机在一次往复行程中可以完成一过一套工位间的传递机构使压力机在一次往复

42、行程中可以完成一 个冲压件的全部冲压工序个冲压件的全部冲压工序(即落料、冲孔、拉深、弯曲、切边、即落料、冲孔、拉深、弯曲、切边、 压印、整形等工序压印、整形等工序)，而实现自动化生产。广泛用于汽车覆盖件，而实现自动化生产。广泛用于汽车覆盖件 生产。生产。 5000kN 优点：优点： l 生产效率高；生产效率高； l 与单机连线相比，可节省人力，减少占地面积，缩短生与单机连线相比，可节省人力，减少占地面积，缩短生 产周期；产周期； l 生产过程连续，冲压过程中材料来不及硬化，不需中间生产过程连续，冲压过程中材料来不及硬化，不需中间 退火；退火； l 工艺过程分解为多道工序，简化了模具结构，易于生

43、产工艺过程分解为多道工序，简化了模具结构，易于生产 性质复杂件。性质复杂件。 多工位压力机传动示意图多工位压力机传动示意图 u为使多工位压力机生产连续进行，需协调完成的动作：为使多工位压力机生产连续进行，需协调完成的动作： 滑块的往复冲程（加压）、各工位间工件的顺序传递、材料的自动滑块的往复冲程（加压）、各工位间工件的顺序传递、材料的自动 送进。送进。 如何来实现？如何来实现？ 方式一：利用主的机械传动方式一：利用主的机械传动 （硬件）带动实现（硬件）带动实现 电动机电动机离合器离合器 制动器制动器 轴轴 双曲轴双曲轴 凸轮凸轮 拉杆拉杆 主滑块主滑块 斜楔板斜楔板 摇臂摇臂 拖板拖板 轴轴

44、滚轮滚轮 夹板夹板 锥齿轮锥齿轮 带轮带轮 送料机构送料机构 方式二：利用控制系统来实现方式二：利用控制系统来实现 （软件实现）（软件实现）: 滑块的往复冲程由机械传动系统实现，而材料自动滑块的往复冲程由机械传动系统实现，而材料自动 送进及工位间工件的顺序传递由伺服电机驱动，三者动作的协调由送进及工位间工件的顺序传递由伺服电机驱动，三者动作的协调由 软件控制系统实现，柔性好，是多工位压力机的发展趋势。软件控制系统实现，柔性好，是多工位压力机的发展趋势。 伺服传动式三坐标传送装置 1传送夹板2一送料滑座3一齿条4一减速器5一传送用伺服 电动机6一夹紧用伺服电动机7一升降用伺服电动机 夹板机构组成

45、及动作示意图 1一坯料2一夹板3一夹钳4一工件 u夹板机构组成夹板机构组成 u物料的传送：物料的传送： 除了上述横杆夹板输运，还有轨道输运除了上述横杆夹板输运，还有轨道输运 u机械手上料机械手上料 u机器人取件机器人取件 2.7.2 数控冲压设备数控冲压设备 数控冲压装备构成：数控冲压装备构成： 主机、数控装置、驱动装置、监控检测装置、编程计算机及一些辅 助装置所组成。 数控冲压装备特点：数控冲压装备特点： 对加工对象改型的适应能力强，因此可基本适应多品种、小批量 生产的需要。 可提高生产率，在加工过程中可缩短加工时间和辅助时间。 可提高同批工件的重复性精度，可避免由于手工控制所产生的误 差。

46、 可扩大机器的使用范围，能加工一些手工控制无法或难于加工的 复杂零件。 数控化后有可能组成板材加工柔性制造单元(FMc)，并可以进一 步组成板材加工柔性制造系统(FMs)，实现生产管理现代化。 u数控转塔冲床结构数控转塔冲床结构 结构结构：机架、工作台、转塔(冲模回转头)、转模(自动分度)机构、驱 动(机械或液压)系统、检测系统、数控系统和电气系统 转塔转塔 滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动 夹钳夹钳 u数控转塔冲床工作原理及特点数控转塔冲床工作原理及特点 工作原理工作原理：工作时根据冲制零件所编制的计算机程序，使 板材在x、y轴方向移动和定位，并可任意选择转盘上的 模具进行自动冲压。当一种孔冲好后需

47、要换模时，压力 机把装于上、下转盘中的另一副模具转至滑块下，移动 工作台带动板料移到所冲位置即可冲孔。只要装夹一次 板料，就能把其上的孔全部冲出。 特点：特点： 较好的灵活性和较高的生产率。与普通冲孔相比，可提 高生产率410倍，尤其对单件、小批量生产可提高生 产率2030倍。 较短的调试时间，并且不需要凸模和凹模的手工对心。 自动化程度高。 精度高 01mm的精度。 可以加工大尺寸的板材和大直径的孔 2.7.3 伺服压力机伺服压力机 l 伺服压力机的工作原理伺服压力机的工作原理 基本原理：基本原理：将伺服电动机的旋转运动通过中间机构转换为滑块的将伺服电动机的旋转运动通过中间机构转换为滑块的

48、直线运直线运动，通过位移传感器检测滑块的运动来实现闭环控制。动，通过位移传感器检测滑块的运动来实现闭环控制。 当滑块移动时，通过两侧的位置检测传感器，如光栅尺、旋转编当滑块移动时，通过两侧的位置检测传感器，如光栅尺、旋转编 码器等，随时读出两端的位置并进行比较，根据位置偏差来调节码器等，随时读出两端的位置并进行比较，根据位置偏差来调节 液压缸的进油量，从而保证滑块运动过程中的同步精度及定位精液压缸的进油量，从而保证滑块运动过程中的同步精度及定位精 度。度。 滑块同步控制结构框图滑块同步控制结构框图 2.8 塑性成形自动化技术 板料冲压生产自动化基本方式板料冲压生产自动化基本方式 1冲压生产自动

49、送料发展概况冲压生产自动送料发展概况 （1）普通压力机的送料机构）普通压力机的送料机构 送料动力的不同可分为：送料动力的不同可分为：机械机械、液压、液压、气动。气动。 l气动送料机构特点：灵巧轻便、通用性强、其送料长度和材料厚度可调整、机气动送料机构特点：灵巧轻便、通用性强、其送料长度和材料厚度可调整、机 构反应迅速的优点。工作噪声较大，影响冲压工作环境。构反应迅速的优点。工作噪声较大，影响冲压工作环境。 应用：主要用于冲压的前期送料和小批量、多品种的生产。应用：主要用于冲压的前期送料和小批量、多品种的生产。 l机械送料机构特点：调整相对困难且机构较大，但具有送料准确可靠、机构冲机械送料机构特

50、点：调整相对困难且机构较大，但具有送料准确可靠、机构冲 击与振动少、噪声低、稳定性好等优点，仍是目前冲压加工中最常用的自动送料击与振动少、噪声低、稳定性好等优点，仍是目前冲压加工中最常用的自动送料 方式方式。 （2）普通压力机冲压生产线送料机构：）普通压力机冲压生产线送料机构： 开式单点压力机加装辊轮送料机（或气动送料机），该生产线可以做单工序或开式单点压力机加装辊轮送料机（或气动送料机），该生产线可以做单工序或 多工序的连续冲压，操作性良好；多工序的连续冲压，操作性良好； 开式双点压力机加装多工位送料装置，搭配开卷装置、校平装置等组成的用于开式双点压力机加装多工位送料装置，搭配开卷装置、校平

51、装置等组成的用于 多工位连续冲压的生产线，由于占地面积和工序间的搬运都明显减少，在生产中多工位连续冲压的生产线，由于占地面积和工序间的搬运都明显减少，在生产中 应用呈现逐渐增多的趋势；应用呈现逐渐增多的趋势； 2.8.1 板料冲压自动化生产线板料冲压自动化生产线 包括材料供给、制品及废料的排出、模具更换、冲床的调整与运转、冲压过程异包括材料供给、制品及废料的排出、模具更换、冲床的调整与运转、冲压过程异 常状况的监视等作业过程自动化，将这些技术应用到冲压生产流水线的相应环节常状况的监视等作业过程自动化，将这些技术应用到冲压生产流水线的相应环节 从而实现冲压生产过程的自动化。从而实现冲压生产过程的

52、自动化。 开式单点压力机 开式双点压力机 机械式压力机每个曲柄滑块机构称为一个机械式压力机每个曲柄滑块机构称为一个“点点”。最简单的机械压力机採用单点式即。最简单的机械压力机採用单点式即 只有一个曲柄滑块机构。有的大工作面机械压力机为使滑块底面受力均匀和运动平稳只有一个曲柄滑块机构。有的大工作面机械压力机为使滑块底面受力均匀和运动平稳 而采用双点或四点的。而采用双点或四点的。 u 机械手加穿梭小车式自动化输送系统机械手加穿梭小车式自动化输送系统 l 国内汽车工业中生产轿车外覆盖件和大型内衬件的自动化冲压生产线，由于国内汽车工业中生产轿车外覆盖件和大型内衬件的自动化冲压生产线，由于 还没有大型多

53、工位压力机的投人，所以自动化生产主要还是以配备常规的机还没有大型多工位压力机的投人，所以自动化生产主要还是以配备常规的机 械手加穿梭小车或机器人输送系统的串列式冲压线为主，它主要由械手加穿梭小车或机器人输送系统的串列式冲压线为主，它主要由CNC上料、上料、 取料机械手和穿梭小车组成。取料机械手和穿梭小车组成。 相邻两个压力机的输送单元主要有以下机构组成：（相邻两个压力机的输送单元主要有以下机构组成：（1）一个取料机械手，带有）一个取料机械手，带有 中置并按工件形状排部的真空吸盘式端拾器，负责将工件从上一台压力机取中置并按工件形状排部的真空吸盘式端拾器，负责将工件从上一台压力机取 出放置在穿梭小

54、车上。（出放置在穿梭小车上。（2）一个在压力机之间固定轨道上移动的穿梭小车，）一个在压力机之间固定轨道上移动的穿梭小车， 负责将工件由取料机械手的放料位置移送到上料机械手的取料位置。（负责将工件由取料机械手的放料位置移送到上料机械手的取料位置。（3）一）一 个上料机械手，带有和取料机械手相同的端拾器，负责将工件由穿梭小车拾个上料机械手，带有和取料机械手相同的端拾器，负责将工件由穿梭小车拾 起并送入下一台压力机工位。起并送入下一台压力机工位。 u多工位压力机的自动化送料机构多工位压力机的自动化送料机构 2冲压生产自动送料发展趋势冲压生产自动送料发展趋势 u多工位压力机取代单机联线冲压生产多工位压

55、力机取代单机联线冲压生产 优点：优点： 生产效率高；生产效率高； 与单机联线相比，可节省人力，减少占地面积，缩短生产周期。由于连续生产，与单机联线相比，可节省人力，减少占地面积，缩短生产周期。由于连续生产， 冲压过程中材料来不及硬化，因而不需要中间退火；冲压过程中材料来不及硬化，因而不需要中间退火； 由于将工艺过程分解为多道工序，简化了模具结构，同时还可制造形状复杂的由于将工艺过程分解为多道工序，简化了模具结构，同时还可制造形状复杂的 工件。工件。 u高速高精度的自动送料机构高速高精度的自动送料机构 日本DIMAC公司生产 NC伺服辊轮送料机，生产性能高，能实现连续高速送料，最高 速度可以达到

56、1000min-1，送料步距和送料厚度调节方便，结构简单，经济实用； u柔性自动化送料机构柔性自动化送料机构 德国米勒万家顿公司在最新一代用于摆杆式多工位压力机上的摆动横杆式输送机 （Swingarm-Transfer）的基础上开发出快速横杆式输送系统（SpeedBAR）。这种输送 系统介于常规机械手系统（Feeder）和多工位压力机横杆式输送系统之间，既灵活简便又 快速高效，适用于串列式冲压生产线。 u交流伺服系统自动送料机构交流伺服系统自动送料机构 交流伺服自动送料的动力来自交流伺服电动机，具有柔性化、智能化的特点，工 作性能和工艺适应性很强。在我国，较先进的自动送料装置是深圳力豪公司的

57、NCHF系列三合一伺服系统送料机。 3. 冲压过程自动控制方式及生产过程控制系统冲压过程自动控制方式及生产过程控制系统： 方式：大量采用可编程序控制器或计算机来控制冲压生产过程中的某些环节 。 控制系统按设定值的形式分为三大类型： (1)定值控制系统定值控制系统 在生产中要求被控量保持在规定的小范围附近，此规定值就是控制器的设定 值。设定值是固定不变的，引起系统变化的只是扰动信号。以扰动量为输入 的系统是定值控制系统。 (2)随动控制系统随动控制系统 如果控制系统所设定的值是无规律变化的，控制的目的就是要使被控量相当准 确而又及时地跟随设定值变化，自动达到平衡的位置。这种系统就是随动控 制系统。 (3)程序控制系统程序控制系统 控制系统的设定值按生产工艺要求有规律地变化，被