毕业论文_J58K系列数控电动螺旋压力机性能分析

1、华中科技大学 本科生毕业设计（论文） 题 目：J58K系列数控电动螺旋压力机性能分析 准 考 证 号 姓 名 刘丽娟 指 导 教 师 李 曦 专 业 机电一体化 (首先你需要确认本文的核心内容是你自己写的,而不是抄袭的!其次,基本上不需要修改,目录中蓝色的可以删除红色是我建议的内容,你根据自己的判断进行取舍,如果你能确认论文不是照搬他人的,可直接打印,提交而且我可以负责地说你的论文可以通过)机械科学与工程学院 摘要模锻件在汽车、工程机械、铁路车辆、航空等工业中的广泛应用，随着这些工业的发展，对模锻件的精度要求越来越高，精密锻造将会成为模锻件发展的必然趋势。螺旋压力机是最主要的模锻件生产设备，而

2、J58K系列数控电动螺旋压力机打击能量可精确设置，成形精度高，制件公差小是生产精密模锻件的理想设备。J58K数控电动螺旋压力机采用了进口ABBACS800系列变频器控制交流异步电机的驱动方案，技术先进且成熟。将基于直接转矩控制技术的交流异步电机驱动系统成功的应用于J58K系列数控电动螺旋压力机，驱动系统的性能、可靠性以及长期运行的稳定性等均有可靠的保障性。本文主要对J58K系列数控电动螺旋压力机进行一个全面的分析，包括该技术现在国内外的发展及现状，及该系列设备的基本的相关原理的介绍和设备自身使用等方面的特点，以及从机械结构、控制驱动方案、传动方式、及总体的控制系统的方案做全面的介绍来分析J58

3、K系列数控电动螺旋压力机各方面性能（尤其是高效和节能方面）的优越性。同时也会对该系列设备目前发展的困境作分析以及未来发展做一个展望。关键词：电动螺旋压力机；直接转矩控制；异步电机控制；精密锻造 AbstractDie forgings are widely used in various industries, such as cars, engineering machinery, railway vehicles and aviation. With the development of those industries, the accuracy requirement on die f

4、orgings has become higher; precision forging will become an inevitable trend in the development of die forging. The screw press is a major die forgings production equipment; while the blow energy of J58K series numerical control electrically driven screw press can be set accurately, with higher form

5、ing precision and smaller tolerance. Therefore, it is the ideal equipment for manufacturing precision forging parts. J58K series numerical control electrically driven screw press adopted the driving solutions of imported ABBACS800 inverter control AC asynchronous motor. The technology is advanced an

6、d mature. Direct torque control technology of AC asynchronous motor is successfully applied to J58K series numerical control electrically driven screw press. The performance of driving system, reliability and long-term operational stability can be guaranteed.This thesis has conducted a thorough anal

7、ysis of J58K series numerical control electrically driven screw press; it involves the current development of this technology in China and abroad. It introduces the basic principles and features of this equipment. From the aspects of mechanical structure, control-driven scheme, transmission mode, an

8、d the overall scheme of the control system, this thesis makes a comprehensive introduction to the J58K series numerical control electrically driven screw press, and it analyzes the superior performance (especially high efficiency and energy saving) of this equipment. Additionally, the author of this

9、 thesis has made an analysis of the difficult progress of this equipment in present time as well as an outlook of this equipments future development. Keywords：electrically driven screw press； direct torque control； asynchronous motor control； high deformation energies目录摘要Abstract1 绪论11.1 课题来源、背景及意义1

10、1.1.1课题的背景及目的和意义11.1.2性能分析的目的及意义11.2 螺旋压力机主要传动形式和国内外现状21.2.1螺旋压力机的四种传动形式及特点21.2.2国内外相关现状及分析31.3 后续各章介绍(本文的主要工作)42 J68K系列数控电动螺旋压力机52.1 J58K数控电动螺旋压力机基本原理52.2 J58K数控电动螺旋压力机的特点72.3 J58K数控电动螺旋压力机发展面临的困难73 J58K系列数控电动螺旋压力机性能分析93.1从机械结构进行性能分析93.1.1 机身93.1.2螺杆和螺母93.1.1滑块93.1.1 齿轮93.2传动方式进行性能分析103.3控制驱动系统性能分析

11、113.4以总体方案进行性能分析133.5以能量进行性能分析144 J58K压力机的实际应用154.1基于J58K数控电动螺旋压力机的自动化线154.2 J58K数控电动螺旋压力机的其他外设155 总结与展望175.1总结175.2展望17致谢18参考文献19第一章 绪 论1.1、课题来源，背景及研究意义2 9 15 21 随着汽车、工程机械、铁路车辆、航空、国防等工业的发展，对模锻件的精度要求越来越高，近年来发展精密成形工艺已经成为一个趋势，锻件将不再加工，将精锻件的公差控制在0.010.05mm以内，例如汽车传动用的十字轴，内外弧齿齿轮等都以实现净形锻造，汽车发动机连杆模锻件质量公差仅&#

12、177;4克，气门采用精密模锻成形后只需磨削加工。因此发展精密锻压设备已成为一个必然的趋势。课题的背景及目的和意义传统的模锻设备如模锻锤、热模锻压力机，很难制作出精密模锻件。要达到这些要求除了对模具，工艺等有严格的要求，同时使锻压设备迈上了新的台阶，使得高端精密锻压设备的研究与推广达到了空前的热潮。目前国内的相当一部分大型高端锻压设备还需从国外引进，从而使得处于被动地位，因此我们急需自己掌握大型高端锻压设备的制造技术使得不受制于国外。螺旋压力机由于滑块没有固定的下死点，行程可调，能量可根据需求设定及限力的工作特性，是生产精密模锻件的理想设备。目前各方面技术的成熟使得国内外都对螺旋压力机进行了深

13、入的研究，有的也已将其研究成果转为了生产力并成功推广到市场。目前国外出现了多个系列的成熟产品。市场也刺激了国内的螺旋压力机的发展，国内大型高端锻压设备的发展将开创国内精密锻造的新时代。例如武汉新威奇科技有限公司的J58K系列数控电动螺旋压力机的迅速成长。本文将主要针对武汉新威奇科技有限公司J58K系列数控电动螺旋压力机的各方面性能展开分析研究，并将其结合市场实例分析该系列的压力机的性能与前景。同时高端锻压设备的发展也是符合现代节能、节才、高质、高效的道路的，高档锻压设备的发展将最大化的减轻工作人员的劳动强度，改善以往恶劣的工作环境体现人文的关怀。性能分析的目的和意义 在螺旋压力机中主要有四种传

14、动形式，摩擦压力机、液压螺旋压力机、离合器式螺旋压力机、电动螺旋压力机。本课题将主要分析J58K系列数控电动螺旋压力机。随着锻造行业的发展与精密锻造的要求，越来越多的科研与生产机构投入了大量的研究，武汉新威奇科技有限公司基于华中科技大学的科研基础上也投入了大量的时间与物力，但依然与德国万家顿等有着一定的差距，在设备的生产使用中J58K系列数控电动螺旋压力机也依然面临了很多的问题，对J58K数控电动螺旋压力机的各方面性能进行深入的研究将有助于解决各类问题并缩短与德国设备的距离。也能让该系列压力机能更好的融入这个市场，解决其在市场上遇到的各类问题并作相关的完善。同时让该系列压力机能更加充分的发挥它

15、的特点，更大空间的解决客户的特殊要求。甚至是能在其基础上开发新的产品系列作多元化发展。1.2、螺旋压力机的主要传动形式和国内外相关现状及分析1 2 9 17 21 螺旋压力机的工艺用途广，对变形量大的工艺可提供较大的能量，对变形量小的可以提供较大的力量；锻模的寿命较高、成本较低；锻件竖向精度高；设备成本低、使用和维护方便。螺旋压力机有四大类传动形式，分为摩擦、电动、液压、离合器。这四种形式的螺旋压力机又各有特色，以下将结合国内外的现状对其进行分析和比较。螺旋压力机的四种传动形式及特点 四种传动形式压力机现介绍与比较如下 1、摩擦压力机摩擦压力机是最老的螺旋压力机，结构简单、制造容易、价格低廉是

16、其主要特点。但是存在以下问题：该传动形式的传动效率比较低，滑块下行时在0.65左右，滑块回程时在0.35左右。耗能高，这在当今社会能源日益紧张的情况下是的摩擦压力机的应用受到了制约。它的高耗能也是不符合社会的长久的发展的。还有因为是靠摩擦传动，摩擦带容易磨损，需要经常更换，从而导致打击能量不能很精确地控制，特别是在使用过程中，摩擦盘在操作者上方，摩擦产生有毒粉尘从上落下被操作者吸入直接影响身心健康。2、液压螺旋压力机液压螺旋压力机是由高压液体驱动压力机工作的，相对于摩擦压力机液压螺旋压力机具有高效节能的特点，又因液压部件由很多标准的液压元件构成，易于设备工作能力的大型化。随着航空和电力工业的发

17、展，大型叶片等零件的精锻要求发展大吨位的螺旋压力机，因而是的液压螺旋压力机得到了大力的发展。目前国外最大吨位的液压螺旋压力机达到了140MN。液压螺旋压力机在性能上优于摩擦压力机，但是也存在以下问题：液压系统复杂，管道铺设的工作量比较大，液压泄露对环境也有污染。对维修技术水平要求比较高，一般锻造厂维修比较困难。而且价格远高于摩擦压力机。3、离合器式螺旋压力机1978年德国辛佩坎普研制出离合器式螺旋压力机。其特点是是具有高的打击能量，滑块在小行程能输出额定能量值和达到最大的锻造力。目前最大吨位达到了112MN。离合器式螺旋压力机也存在着一些问题：他的机器结构比较复杂，既有机械离合器传动，又有用于

18、滑块回程的液压传动。常用的滑块回程方式是采用液压缸推动滑块，同时使螺杆作反向运动。在锻击和回程时，主螺杆和螺母的螺牙为同一受力面，润滑液不易补充导致螺母螺牙容易损坏，为解决这个问题，德国哈森公司采用低速大扭矩液压马达，通过螺杆带动滑块回程，这样使得原本就十分复杂的机器变得更为复杂。4、电动螺旋压力机电动螺旋压力机采用电机直接驱动飞轮，主机结构比摩擦压力机还要简单，也没有液压螺旋压力机复杂的液压系统，由于近年电力电子技术取得了大的进展，带动电动螺旋压力机得到很大发展，在国外得到广泛应用，吨位从1.6MN到250MN，最大冷击力可达320MN，是目前除航空用模锻液压机外吨位最大的模锻设备。德国生产

19、电动螺旋压力机的主要企业有米勒.万家顿，拉斯科等都有很多规格的产品面世。在第二章将会对电动螺旋压力机作详细的介绍。国内外的相关现状及分析目前国内外都对螺旋压力机进行了深入的研究，有的也已将其研究成果转为了生产力。目前国内外出现了多个列的成熟产品。华中科技大学（原华中理工系大学）在国内最早于20世纪80年代初即开始了电动螺旋压力机的研究与开发工作，并于1982年最先研制出国内第一代电动螺旋压力机，但由于当时技术水平的限制，没有达到人们的预期效果，由于电机的频繁启停、发热严重及启动电流过大（达额定电流的35倍）对电网冲击过大，从而无法将其推广到市场。直到近年来电力电子、电机控制和计算机等技术得到了

20、飞速发展，为解决电动螺旋压力机的相关难题带来了新的曙光。2003年，华中科技大学根据国内外最新的研究进展推出了国内首台第二代数控电动螺旋压力机样机，其公称压力位3150KN，长期许用载荷5000KN，在此基础上通过大量的试验获得了宝贵的研究成果和丰富的工程经验，随后武汉新威奇科技有限公司迅速将科技成果转化为生产力，推出了J58K系列数控电动螺旋压力机的产品，并很快得到了市场的青睐和用户的认可。在国外电动螺旋压力机更是取得了迅猛的发展，现在压力机吨位从1.6MN到250MN，最大冷击力可达320MN，是目前除航空用模锻液压机外吨位最大的模锻设备。相关生产企业例如Müller Weing

21、arten米勒.万家顿公司生产的2.5MN250MN三个系列的多种规格的相关产品、LASCO拉斯科公司生产的有1.6MN32MN两个系列的多种规格的产品，日本ENOMOTO榎本机工公司生产的2.3MN-10MN规格的产品。其中米勒.万家顿的电动螺旋压力机分轻、中、重三个系列，即PA、PSM/PSH、PZS系列，PSM和PSH系列结构参数相同，前者运动部分能量较小，后者运动部分能量较大。1.3、后续各章简介第二章中将介绍J58K系列数控电动螺旋压力机的基本原理和特点，以及现阶段面临的问题。第三章将会对J58K系列数控电动螺旋压力机各方面性能做详细的分析，将从机械、电气、机电一体化方面展开。第四章

22、将以J58K系列数控电动螺旋压力机为中心设备的生产线作简单介绍及其加以辅助设备可扩展的端口。第五章总结与愿景第二章 J58K系列数控电动螺旋压力机 在本章中将对J58K系列数控电动螺旋压力机作简单的介绍。包括其基本的工作原理，该系列设备的工作特点及该系列设备当前发展面临的困难。2.1 J58K系列数控电动螺旋压力机基本原理1 7工作原理图2-1 J58K系列数控电动螺旋压力机结构示意简图图2-1为J58K数控电动螺旋压力机的结构示意图。大齿轮亦即飞轮，经摩擦超载打滑装置与螺杆连接，螺母安装在滑块内。电机上的小齿轮带动大齿轮作正反向旋转，大齿轮、螺杆从而带动滑块上下运动，大齿轮有足够的惯量，起着

23、飞轮储能的作用。电动机用变频器驱动。 图2-2 飞轮速度变化曲线滑块上装有位移检测装置，可以实时精确测量滑块位移。滑块下行时，飞轮加速，飞轮的角速度变化，如图2-2所示，当飞轮加速到预设定的能量后，利用大齿轮储存的动能带动滑块上的上模对锻件毛坯加压成形，大齿轮释放能量后，随即电动机反转，带动滑块回程。回程到某一距离后， 电机进入制动状态，由电动机转为发电机，使大齿轮带动滑块回到预先设置的位置。将飞轮储存的能量转变为电能，如驱动单元配备有能量回收装置，这一部分电能可反馈到电网中，或者采用电阻消耗掉这部分能量。滑块回到上死点之后，制动器制动飞轮，使滑块停止。从以上工作原理可以看出，电动机只有在压制

24、锻件时才能工作，无空载损耗，因而电动螺旋压力机的能耗低，效率高。此外，由于滑块回程时靠电机制动，机械制动器仅在滑块接近上死点时才工作制动能量很小，一方面降低了能量消耗，另一方面可使制动器制动力矩大大减少。，制动材料不易磨损，不需经常更换。数控电动螺旋压力机基于直接转矩控制技术的计算机控制系统。采用特殊设计的异步电机和直接转矩控制实现打击能量准确控制。在触摸屏上可方便地设置飞轮能量、滑块行程等主要参数，还可按多模膛锻造要求，预先设置每工步打击能量，进行程序锻造。机身上安装了吨位仪，可现实打击力，防止主机超载。2.2 J58K系列数控电动螺旋压力机的特点7 21从电动螺旋压力机的工作原理和结构可以

25、看出，电动螺旋压力机技术领先、方案成熟、操作方便、维护量小且自动化程度高，以下是其特点。1）打击能量可精确设置，成形精度高，之间公差小，特别适合精密锻造。 2）由于能精确控制打击能量，可减轻模具载荷，比摩擦压力机模具寿命明显提高。 3）主机结构简单，故障率低，易于维护，与摩擦压力机相比不需更换摩擦带易损件；与液压螺旋压力机、离合器式螺旋压力机相比，无液压驱动单元，使用维护费用明显减少。 4）可进行程序锻造，主机能自动按预先设置的每工步打击能量运行。打击后滑块还可在下死点停顿，停顿时间能预先设置，以适应某些工艺的要求。 5）由于采用了变频驱动，不会对工厂电网产生冲击和影响其他设备的正常运行。 6

26、）滑块静止时，电动机不工作，电耗低。当采用了飞轮能量回收装置后，还可进一步降低电耗，提高效率。7）无下死点，不必调整模具高度，不会产生闷车现象。模具结构简单，换模容易。8）能方便调整行程高度，回程位置准确。9）安装了吨位指示器，保证主机不致超载。2.3 J58K系列数控电动螺旋压力机发展面临的困难1 现在电动螺旋压力机技术已经趋于成熟的状态，但在社会的不断地发展中已对设备有了更高的要求。在迎合这些需求的同时也遇到了很多的困难，下面将会结合现在的加工制造能力及相关技术的成熟度来分析相关的困难。理清现状，明确未来努力的方向。在国产设备中能力大型化的发展还是有局限，J58K系列数控电动螺旋压力机也不

27、例外，目前还无法像米勒.万家顿那样制造出超大吨级的电动螺旋压力机。从而使得设备能力大型化发展受到了限制。目前国内的设计水平，零件的制造加工水平，装配过程中的工艺控制水平等都是限制大型化发展的原因之一。目前J58K系列数控电动螺旋压力机是朝着精密锻造发展的，相比以前的自由锻或者普通模锻的水平有了较大的提高，但也并非说是达到了一个很高的水平，和德国的设备比起来还是有一定的差距，如何使质量公差、尺寸公差达到更高的水平也是一个挑战，目前国内的设备的制造加工精度及装配精度上都和国外还有一定的差距从而导致了我们设备的精度也达不到设计的要求。现在社会的能源日益紧缺，因此节能、高效已经成为了一个发展的必然趋势

28、。相对于摩擦压力机J58K系列数控电动螺旋压力机在耗能上有了很大的改善，如何的进一步改善，提高其效率也将是必须考虑的。如何的提高效率也是目前的值得深究的方向。还有在设备的外形结构上我们如何改进能像日本榎本机工的设备那样美观和恰到好处，这样既美观又节约了原材料，这也将是我们应该自我提升的地方。综上所述，提高制造工艺水平和加工精度提高设备的可靠性，节能、节材都将是以后发展的总要部分。以上这些不仅仅是J58K系列数控电动螺旋压力机发展的困难，也是当前国内设备发展都会遇到的困难。第三章 J58K系列数控电动螺旋压力机性能分析在本章中将会对J58K系列数控电动螺旋压力机的性能进行全面的分析，包括其机械结

29、构上，传动方式及控制系统等。在J58K系列数控电动螺旋压力机中无论是机械传动结构，传动方式上还是电力拖动系统及控制方式都经过了科学的理论论证和实践的验证其可靠性高、性能优良。3.1 从机械结构进行性能分析1 8 12 17 21 机身该系列中J58K-1600及以下的数控电动螺旋压力机的机身均采用整体铸钢结构，由于铸造加工的限制J58K-2500及以上的机身均采用组合结构，机身经过三维有限元分析和优化设计，在降低局部应力，保证强度及刚度的条件下，使机身具有合理的结构。螺杆和螺母螺杆和螺母是压力机的最主要的受力和传动零件，其结构参数应满足静、动强度的要求。该系列压力机的螺杆和螺母的结构参数是根据

30、多年积累的经验选择的，螺杆采用高强度合金钢，螺母采用高强度铸铜。由于考虑到国产的材料和制造工艺与德国公司尚有差距，因此我们采用了更大的安全系数(一般取1.2-1.3)。例如Müller Weingarten公司5MN电动螺旋压力机的螺杆直径为180mm，而J58K-500螺杆直径为225mm，加大安全系数使得该系列设备的可靠性有了一个相对的提高。防止设备在非正常使用过程中出现裂纹等情况。滑块由于模锻工艺的发展，要求进一步提高滑块的导向精度和承受偏心载荷的能力，提高滑块的外形尺寸的高宽比是个有效措施。J58K系列的压力机的采用了长滑块、X型导轨。在热锻加工时由于热量使滑块膨胀，对导轨间

31、隙产生影响，X型导轨因具有较长的力臂，又因导向面呈辐射状布置，滑块受热膨胀对导轨间隙影响甚微，能适应热加工的要求。滑块有较长的导向，并采用了铸钢结构，可承受合理的偏心负载，长滑块长导轨使得设备的导向精度也大大提高，抗过载和偏载能力强。齿轮J58K系列压力机是经小齿轮带动大齿轮传动，齿轮是其重要传动部件。该系列小齿轮是经过反复的试验选择的特殊材料制造的，强度高且重量轻，惯量不到相同尺寸钢齿轮的1/5，这样可以保证电机轴在频繁的正反转冲击中受损最小，寿命最长；另外小齿轮与驱动电机轴采用摩擦连接，通过摩擦打滑安全保护装置可保证打击力超载时小齿轮可以打滑，进一步的保护电机。该系列大齿轮采用组合型式，在

32、功能上可分为内圈和外圈两部分，外圈即打滑部分。锻击时，当压力达到或超过一定值（打滑力Ph）时，其转矩达到临界摩擦力矩，外圈相对于内圈产生打滑，从而达到超载保护的目的。压力小于打滑力时不产生打滑，和整体飞轮一样的起作用。表3-1摩擦、高能和电动螺旋压力机比较一览结构使用维护滑块末速打击力抗偏载能力模具寿命价格摩擦复杂有易损件，无力能显示1.6PgH/B=0.9短便宜高能最复杂有易损件，有力能显示0.5m/s1.25PgH/B=1.58长最贵J58K电动简单无易损件，可控力能0.7m/s1.6PgH/B=1.38长适中其中要说明的是，通过分析和论证表明高能的高宽比H/B虽然最大，但其为上圆柱导向，

33、下短滑块导向，二者很难调整至同时起作用，故其H/B=1.58为假象，实际远不如J58K电动H/B=1.38。3.2传动方式进行性能分析1 4 14 电动螺旋压力机目前有两种传动形式。一是电机转子与螺杆轴连为一体的直接传动形式，如Müller Weingarten公司45MN以下的电动螺旋压力机、日本ENOMOTO公司的JDS型产品和华中科技大学80年代初研制成功的JD58-100型电动螺旋压力机，这一方案的特点是传动环节少，但要设计低速、大扭矩专用电机，螺杆导套磨损后会影响电机的气隙，电机出现故障时不太容易维护。二是电机经齿轮或皮带传动带动螺杆的形式，Müller Wein

34、garten公司PZS系列44MN-320MN产品、LASCO公司和日本ENOMOTO公司500ZES型产品采用这一方案，其中日本ENOMOTO公司采用皮带传动方式，而Müller Weingarten和LASCO采用更加高效的齿轮传动方式。这一方案的特点是专用电机转速较高，转矩较小，可以设计少数几种规格的专用电机系列供不同吨位压力机使用，电机出现故障时，更换方便，维护简单；同时导套磨损后不会影响电机性能。在深入的研究各种形式的具体特点后，最终决定J58K系列数控电动螺旋压力机采用双电机驱动的齿轮传动方式，相同规格的两台电机180度对称固定在机身顶部，是飞轮受力均衡，以避免螺杆导套（

35、铜套）产生偏磨。3.3控制驱动系统性能分析4 5 6 7 14 18 19 20电动螺旋压力机电力控制系统主要有两种形式，以Müller Weingarten公司为代表的变频技术驱动的交流异步电机驱动方案和以ENOMOTO公司为代表的永磁交流伺服电机驱动方案。现国内外的研究现状，将基于矢量控制技术的永磁交流伺服电机驱动系统和基于直接转矩控制技术的交流异步电机驱动系统均以成功应用于电动螺旋压力机，两种驱动方案均能实现设备的设计参数目标且能长期稳定运行，对电网无冲击；通过大量的对比试验证明了基于直接转矩控制的交流异步电机驱动系统在转矩响应和输出能力，以及电机温升等关键方面均优于永磁交流伺

36、服驱动系统，且适用于电动螺旋压力机的大功率交流伺服电机价格昂贵，大吨位电动螺旋压力机目前无法采用，所以直接转矩控制交流异步电机驱动系统性价比更高；且直接转矩控制无需轴端编码器反馈，在锻压工艺强震动的恶劣环境中环节越少，故障率越低。基于以上现状，J58K系列采用变频技术的交流异步电机的驱动方案。直接转矩控制作为最先进的交流调速技术，ABB公司已将其完全的商品化并有了成熟的产品并获得了好的市场推广应用，即ABB ACS800系列变频器产品。J58K系列数控电动螺旋压力机采用进口ABB ACS800系列变频器控制交流异步电机驱动方案，技术成熟且先进，驱动系统的性能、可靠性以及长期运行的稳定性均有保障

37、。下图3-1为J58K系列数控电动螺旋压力机打击过程中通过每10ms采样滑块位移和速度而绘出的典型的滑块打击流程时间曲线： 图3-1 J58K系列数控电动螺旋压力机的滑块打击流程曲线上图中，OA段为滑块打击下行阶段，AB段为滑块打击锻件，飞轮等运动部分释放能量阶段（试验中工作台上垫橡皮代替锻件吸收能量），BC段为滑块回程加速阶段，CD段为滑块回程减速阶段，至设定打击行程位置，滑块速度减至接近零速，刹车动作，将滑块固定。转矩的快速响应和稳定输出是电动螺旋压力机稳定运行的关键。因此J58K系列数控电动螺旋压力机采用直接转矩控制技术的交流异步电机驱动的拖动系统控制方案是重点。异步电机的直接转矩控制能

38、实现转矩的快速恒定控制，且不带编码器反馈减少了故障环节，提高了稳定性。控制系统以可编程控制器S7-200 CPU226为核心，辅以模拟量输入/输出、图3-2 硬件总体结构图数字量输入/输出等扩展模块，再加上外围的控制电路和控制对象硬件总体系统如图3-2所示。3.4以总体方案进行性能分析7 J58系列总体方案图如3-3所示，可简单分为几个部分。人机交互润滑系统顶料系统扩展外设故障诊断驱动系统控制核心 图3-3 J58K系列数控电动螺旋压力机控制系统总体方案控制核心是系统的大脑，它由基于可编程控制器（简称PLC）的硬件和软件组成，根据输入输出信号和参数来检测设备的运行状态、控制执行机构的动作，实现

39、打击能量精确控制盒滑块准确滑块准确回程等，保证设备正确、稳定和可靠运行。人机交互包括基于触摸屏的用于设置和显示参数晓得人机界面和由按钮盒指示灯组成的操作面板，J58K系列数控电动螺旋压力机人机界面友好，操作简单、方便，操作员只需要根据产品工艺设置好打击行程和打击能量，其他包括能量控制和流程控制的一切都由数控系统完成。驱动系统是控制系统的关键，由它来实现电机转矩的响应和稳定输出，保证电机温升稳定，实现电动螺旋压力机的全能量设计要求并具有长期稳定运行能力。润滑系统负责润滑电动螺旋压力机的必要组成部分，如轴承、铜套、锺块、螺旋副和导轨副等，是优化设备运行性能和提高设备寿命的重要保障。 顶料系统也是电

40、动螺旋压力机的必要组成部分，按动力可分为气动和液压顶料，按功能又分为上顶料和下顶料等，具体方案可按用户产品需要而定。 故障诊断系统采集来自驱动系统、润滑系统和外设扩展等各个部分的传感器检测信号，提示系统报警信息并具有一定的故障诊断能力。 扩展外设部分包括电动螺旋压力机周边的常见外设，如自动上下料机构、自动喷石墨装置等，使得电动螺旋压力机可以很方便的扩展成自动化生产线，降低工人劳动强度，减少认得敢于，提高产品的一致性，这将在下一章自动化中作详细讲解。 J58K系列数控电动螺旋压力机采用编码器装置实时的检测滑块唯一和速度，可直接计算设备的运动部分能量，从而与驱动系统形成闭环控制系统，实现打击能量的

41、准确控制盒滑块的准确回程。3.5以能量进行性能分析11 19众所周知螺旋压力机属于定能量的锻造设备，主要依据其运动部分的能量做功，有效能量是螺旋压力机最重要的一个参数，反应了设备的打击效率和节能水平。根据电动螺旋压力机的有效能量试验行业标准，锻造型压力机在公称力时的有效能量不应低于运动部分能量的60%。J58K-630型数控电动螺旋压力机有效能量检测报告得出其摩擦损耗能量不超过标称能量的5%，公称压力下机器的弹性变形能不超过10%，因此其在公称压力下的打击能量不会低于运动部分总能量的85%，远超过了其行业标准，具有很高的打击效率，这正反应了J58K系列数控电动螺旋压力机的高校和节能。第四章 以

42、J58K压力机为中心设备的生产线 4.1基于J58K系列数控电动螺旋压力机的自动化线10 13J58K系列数控电动螺旋压力机的突出优点是自动化程度高，用户只需要再人机界面上设置好打击行程和打击能量，其他计算和控制只用交给压力机控制系统自动完成即可。锻造车间的劳动环境恶劣、劳动强度高，西方发达国家规定锻工的工作寿命仅10年，且每周工作时间有严格的控制，在我国，随着劳动保障法的进一步完善，劳动者的保护将进一步强，劳动力成本将大大提高。因此追求并实现自动化生产是每一个锻造企业的迫切需要，这也是数控电动螺旋压力机必将面对的应用现状和未来的发展趋势。典型的锻造生产线由加热、镦粗、预锻和终锻、切边等几道工

43、序完成，至少需要4-5个操作工，而且由于人为的不确定因素，产品的一致性也难以完全保证，因此构建自动化生产线是锻造企业的迫切要求和发展趋势。下面以国内某气门生产厂家以J58K系列电动数控螺旋压力机为中心设备组建的气门自动化生产线为例来介绍自动化锻造线。该气门自动化生产线以J58K-160型数控电动螺旋压力机为核心设备，辅以4台数控电镦机组成。该自动化机组使用机器人实现取料和上料操作，采用自动下料装置实现下料操作。该生产线实现了从上料、电镦、测温控制、终锻至下料的全自动化，原来需要3-4名操作工负责的锻造生产线现在只需要1名操作工负责监控和质检即可，在减少劳动力和减轻劳动强度的同时，带来的是产品质

44、量以及产品一致性的提高。据用户的统计，该生产线气门锻件尺寸精度和几何形状的一致性大大提高，锻件合格率将近100%，特别气门总长的偏差由原来的0-4.0mm减小至±0.25mm，减少了3-4道粗加工和半道精加工工序，工艺的改进及采用数控电动螺旋压力机生产使得模具的寿命超过了5万件，相对于原摩擦压力机的模具寿命提高了近10倍。这主要得益于J58K系列数控电动螺旋压力机的外设扩展功能的健全及设备的性能达到了一定的高度。4.2 J58K系列数控电动螺旋压力机的其他外设13电动螺旋压力机周边典型的自动化外设包括有自动上下料装置、自动喷石墨装置、自动测温装置等。前面介绍的气门锻造线中的自动上料机

45、器人和自动下料装置即属于其中；另外出于保护模具和锻造成型后便于脱模的目的，喷石墨也是模锻件生产中的必要环节，如果能使用自动喷石墨装置，必将大大减轻工人的劳动强度，且保证该操作的一致性和均匀性。在锻造生产中，零件毛坯都要先进行加热后再进入到锻造生产，而零件毛坯加热后是否达到了其理想的温度在这以前的锻造生产中都没有精确的测量过，现在在设备中只要加入自动测温装置就可轻松的解决这个问题，只要自动检测到加热的毛坯没有达到设定的温度可以放弃模锻生产，减少了不必要的生产，提高了生产效率和降低了废品率。在国内某锻造厂家的实际应用中当检测到毛坯件没有达到应有的温度时，机械手将其直接丢入了废品框而不是送到压力机中

46、进行模锻。这也是其高效节能的一个体现。在未来的不断发展中，除了这些常见的外设之外，根据生产及市场的需要将会开发更多的外围设备来使得J58K系列数控电动螺旋压力机具有更强的市场竞争力和与先进的模锻技术接轨。第五章 总结与展望 5.1总结 本文对J58K系列数控电动螺旋压力机有了一个初步的介绍，现总结如下。 以可编程控制器S7-200CPU226和变频驱动器为控制核心的电动螺旋压力机的控制系统，采用了先进的变频调速技术，双电机驱动的齿轮传动的方式，基于直接转矩控制技术的交流异步电机的拖动系统，具有抓举响应快，输出转矩稳定，避免了电机频繁正反转产生的峰值电流引起的对电网的冲击和干扰，有效抑制了电机温升，保证了系统的可靠性，实现了电动螺旋压力机的稳定运行。 在机械结构上的优化设计也使得该系列设备的精度等问题相对于传统设备有了一个提高。 以上所叙述的类容都表达出了J58K系列数控电动螺旋压力机的运行的稳定性和可靠性。同时向Müller Weingarten米勒.万家顿设备的稳定和高精度以及日本榎本机工设备的机械结构的巧妙设计都将是我们要好好的学习的 5.2展望 基于现在的工业的发展和对精密模锻的发展趋势，J58K系列