【正文】 1 引言鍛壓工業(yè)在制造業(yè)中占領(lǐng)著重要的地位。它廣泛應(yīng)用于汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、電器儀表、國(guó)防工業(yè)以及日用品等生產(chǎn)部門。由于電子技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，也帶動(dòng)了鍛壓工業(yè)向著數(shù)控方向發(fā)展。它必將成為數(shù)控裝備的一個(gè)重要的組成部分。2 壓力機(jī)特點(diǎn)鍛壓生產(chǎn)已有悠久的歷史，但采用鍛壓機(jī)械生產(chǎn)卻只有百余年的歷史。鍛壓工業(yè)在機(jī)床工業(yè)中占有著重要的地位。十九世紀(jì)三十年代，世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)簡(jiǎn)易的平鍛機(jī)和蒸汽錘。六十年代生產(chǎn)了一些沖壓用的液壓機(jī)。二十世紀(jì)前期，由于汽車工業(yè)的興起，曲柄壓力機(jī)及其他鍛壓設(shè)備得到了迅速發(fā)展。由于采用現(xiàn)代化的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、質(zhì)量好、能量省和成本低的特點(diǎn)，所以，工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家越來(lái)越多地采用鍛壓工藝代替切削工藝和其他工藝。[3]鍛壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來(lái)越重要，鍛壓機(jī)械在機(jī)床中所占的比重也越來(lái)越大。80 年代中后期，鍛壓機(jī)械的擁有量在日本為34%，%。隨著工業(yè)的發(fā)展，壓力機(jī)的品種和數(shù)量也越來(lái)越多，質(zhì)量要求也越來(lái)越高，壓力越來(lái)越大。它在機(jī)械制造工業(yè)以及其他工業(yè)的鍛壓生產(chǎn)中的作用越來(lái)越顯著。[16]沖壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電子、家電等工業(yè)領(lǐng)域，其中，作為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的標(biāo)志之一的汽車工業(yè)，被當(dāng)今世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和新興工業(yè)國(guó)家列為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展主導(dǎo)了鍛壓技術(shù)及裝備的發(fā)展，鍛壓技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步基本圍繞汽車工業(yè)的發(fā)展而進(jìn)行。近年來(lái)，曲柄壓力機(jī)正向著高速和高精度的方向發(fā)展，并努力降低噪音，提高安全性，擴(kuò)大自動(dòng)化程度，改善勞動(dòng)條件。特別是采用微型計(jì)算機(jī)控制的壓力機(jī)，更具有先進(jìn)的水平。[17] 課題中開式壓力機(jī)簡(jiǎn)介本課題所研究的系列壓力機(jī)為干式離合開式固定臺(tái)壓力機(jī)，其傳動(dòng)系統(tǒng)由交流電動(dòng)機(jī)經(jīng)過V帶帶動(dòng)飛輪，將能量?jī)?chǔ)存于飛輪中，通過干式離合器－制動(dòng)器，經(jīng)過一對(duì)齒輪減速，帶動(dòng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)，使滑塊產(chǎn)生上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。它典型的外形結(jié)構(gòu)如圖21所示：圖21該系列開式壓力機(jī)主要性能參數(shù)：項(xiàng)目單位計(jì)數(shù)參數(shù)公稱力KN1600公稱力行程mm6滑塊行程mm180行程次數(shù)/min3550最大裝模高度mm350滑塊中心至機(jī)身距離mm380主電機(jī)功率KW15使用空氣壓力MPa凈重Kg145003 壓力機(jī)結(jié)構(gòu)框圖建立系統(tǒng)可靠性模型建立的目的是對(duì)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配、預(yù)計(jì)、評(píng)估的基礎(chǔ)，同時(shí)可以根據(jù)可靠性模型優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本章建立系統(tǒng)可靠性模型包括兩部分內(nèi)容：一是繪制系統(tǒng)可靠性框圖；二是建立相應(yīng)的可靠性數(shù)學(xué)模型。繪制系統(tǒng)可靠性框圖根據(jù)不同的用途也包含兩部分的內(nèi)容：基本可靠性框圖和任務(wù)可靠性框圖的繪制可靠性框圖是用圖形的方法簡(jiǎn)明扼要地直觀表達(dá)系統(tǒng)各個(gè)功能單元之間的可靠性邏輯關(guān)系。可靠性框圖中的方框代表功能單元，方框之間的連接線不代表任何單元。系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)單元之間的導(dǎo)線、連接器等應(yīng)作為一個(gè)獨(dú)立的單元放入方框中?？煽啃钥驁D與系統(tǒng)的原理圖有著明顯的區(qū)別，二者不能混淆?？煽啃钥驁D表示系統(tǒng)各個(gè)功能單元之間的可靠性邏輯關(guān)系，系統(tǒng)原理圖表示各個(gè)功能單元之間的物理關(guān)系?？煽啃钥驁D的繪制是在分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行的[6]。 機(jī)床結(jié)構(gòu)及功能分析壓力機(jī)主要由機(jī)身，動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)，沖壓系統(tǒng)，氣動(dòng)系統(tǒng)，PLC控制及電氣系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，六部分組成，其組成結(jié)構(gòu)圖如圖32所示，圖31該機(jī)床工作原理圖如圖所示按鈕主控制器指示燈、儀表氣動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)機(jī)床加工檢測(cè)反饋圖32 機(jī)身機(jī)身是壓力機(jī)的主要支撐部分，主要由機(jī)身，導(dǎo)軌，頂模器，儲(chǔ)氣筒，工作板臺(tái)，等附件構(gòu)成，機(jī)床的機(jī)械精度和結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響到工件的加工質(zhì)量，特別是對(duì)導(dǎo)軌和工作板臺(tái)的精度要求很高，這樣才能保證加工精度，軸承座的加工表面精度要求較高，這樣才能與軸承有效配合，油箱蓋端蓋的密封性也有較高要求，由于機(jī)身體主要起支撐及防護(hù)作用，機(jī)身體必須有較強(qiáng)的剛度保證，機(jī)身體的組成結(jié)構(gòu)圖如33所示。圖33項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱1墊板2上活塞3上缸體4隔板5下活塞6下缸體7下蓋8軸套9O型圈10緩沖螺釘11孔用xy型密封圈12軸用xy型密封圈13O型圈14螺母15活塞桿16緩沖墊17管接頭表31機(jī)身為一整體結(jié)構(gòu)，中部貫通，曲軸支承在前后均為整體的銅套內(nèi)，齒輪安裝在機(jī)身的封閉箱體內(nèi)，上有蓋板，箱內(nèi)注油，使齒輪浸于油內(nèi)，箱底部有放油管和放油球閥，由于使用濃油潤(rùn)滑，出油可以過濾后接入油箱循環(huán)使用，注油的高度由機(jī)身左側(cè)的油標(biāo)確定。機(jī)身后上部左右內(nèi)壁上的兩個(gè)支撐板來(lái)固定電機(jī)。機(jī)身中部固定有用于儲(chǔ)存離合器與平衡缸用氣的氣泵。導(dǎo)軌部分導(dǎo)軌分為左導(dǎo)軌和右導(dǎo)軌，左右兩側(cè)導(dǎo)軌必須保證很高的平行度。導(dǎo)板分為前導(dǎo)板，中導(dǎo)板和后導(dǎo)板，導(dǎo)板起襯墊作用。導(dǎo)軌是滑塊的運(yùn)動(dòng)副，滑塊為整個(gè)壓力機(jī)的工作部，滑軌的安裝必須保證高的幾何精度，否則會(huì)給滑塊的工作帶來(lái)不利影響。頂模器頂模器為選配部件，作用是在沖壓過程中將模具頂出，這里介紹圓形頂出面的純氣式頂模器。頂模器的頂出功能由上活塞實(shí)現(xiàn)上活塞和下活塞由活塞桿聯(lián)接在一起，并在各自的汽缸內(nèi)，以缸體的內(nèi)圓表面作為向?qū)?，做上、下運(yùn)動(dòng)。上活塞的上平面敷設(shè)了一層鋼板，頂桿就置于其上，穿過工作臺(tái)板墊板的孔和模具相連。壓縮空氣由汽缸底部通入，經(jīng)活塞桿軸孔進(jìn)入上汽缸?；钊?、下死點(diǎn)均裝有緩沖墊，以減少?zèng)_擊。整個(gè)氣墊安裝在機(jī)身工作臺(tái)面上的一個(gè)沉孔內(nèi)。頂出模的頂出力可以通過改變進(jìn)入汽缸的壓縮空氣壓力進(jìn)行調(diào)整。頂模器的氣源由專用儲(chǔ)氣筒及減壓閥提供。氣缸內(nèi)活塞潤(rùn)滑由氣路中的油霧器提供。頂模器結(jié)構(gòu)圖如圖34所示。零件名稱如表所示。圖34項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱1墊板2上活塞3上缸體4隔板5下活塞6下缸體7下蓋8軸套9O型圈10緩沖螺釘11孔用xy型密封圈12軸用xy型密封圈13O型圈14螺母15活塞桿16緩沖墊17管接頭表32平衡缸在機(jī)身頂部懸掛了兩個(gè)平衡缸，其活塞桿與滑塊體左右兩側(cè)壁相連接，以平衡滑塊及上模重量，提高平衡缸的運(yùn)動(dòng)精度。平衡缸是機(jī)床相對(duì)獨(dú)立的部件，可以將平衡缸劃分到機(jī)身部分。平衡缸的缸體為薄壁筒倒裝結(jié)構(gòu)，調(diào)整壓力機(jī)幾何精度后，滑塊位置偏移，靠平衡缸活塞桿與滑塊相連的連接塊的間隙進(jìn)行補(bǔ)償。平衡缸的潤(rùn)滑用空氣管路中的油霧器實(shí)現(xiàn)的。其結(jié)構(gòu)圖如圖35所示。零件名稱如表32所示。圖35項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱1油封2O型圈3油封4O型圈5缸蓋6活塞7汽缸8活塞桿9缸底表33 動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)壓力機(jī)的動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)主要工作方式為：電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角皮帶、摩擦離合器—制動(dòng)器及傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)曲軸作回傳運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)通過橡膠減震墊固定在支撐板上。傳動(dòng)齒輪采用浸油潤(rùn)滑。在曲軸前端部設(shè)有曲柄轉(zhuǎn)角指示裝置，在與曲軸同步的鏈輪軸尾部裝有一個(gè)鏈輪，它將曲軸的運(yùn)動(dòng)同步傳送給凸輪控制箱，以此發(fā)出壓力機(jī)操作的各種控制信號(hào)，其結(jié)構(gòu)如圖36.圖36項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱1前支承壓蓋2O型圈3前支承4前軸承5曲軸6大齒輪7齒輪端蓋8鏈輪9小皮帶輪10電機(jī)11調(diào)整螺栓12電機(jī)底板13離合器及制動(dòng)器14軸套15O型圈表34傳動(dòng)系統(tǒng)中主要由一個(gè)曲軸，一個(gè)傳動(dòng)軸，大齒輪，飛輪，電機(jī)構(gòu)成，內(nèi)包括6個(gè)O型圈、2個(gè)軸承，這些為易損件。離合器與制動(dòng)器離合器分為干式離合器和濕式離合器，此系列壓力機(jī)采用組合式氣動(dòng)干式摩擦離合器—制動(dòng)器，活塞在彈簧力的作用下，將制動(dòng)摩擦片壓緊在制動(dòng)摩擦盤上，使制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)壓縮空氣（）通過空氣旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入汽缸時(shí)，活塞壓縮彈簧，制動(dòng)器脫開，離合器結(jié)合。當(dāng)壓縮空氣通過電磁閥釋放時(shí)，在彈簧力的作用下，離合器脫開，制動(dòng)器結(jié)合。摩擦片的原始間隙為2毫米，材料為半金屬摩擦材料。摩擦片的總允許磨損量為4毫米。干式摩擦離合器的結(jié)構(gòu)圖如圖37所示。圖37項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱1O型圈2O型圈3油封4卸荷套5連接板6離合器與制動(dòng)器7外壓蓋8O型圈9旋轉(zhuǎn)接頭10O型圈11O型圈12內(nèi)壓蓋13O型圈14外隔套15內(nèi)隔套16軸承17齒輪軸18軸套19軸承座20飛輪21制動(dòng)導(dǎo)向銷22離合導(dǎo)向銷表35離合及飛輪機(jī)構(gòu)一共有6個(gè)O型圈，3個(gè)軸承，2個(gè)油封，這些都是易磨損件。由于離合器屬于外購(gòu)件，資料比較少，對(duì)其具體構(gòu)造沒有分析的必要。電機(jī)屬于外購(gòu)件，只對(duì)其整體進(jìn)行分析，對(duì)其具體構(gòu)造沒有分析的必要。電機(jī)實(shí)物如圖38 沖壓系統(tǒng)沖壓系統(tǒng)是壓力機(jī)的主要工作系統(tǒng)，通過曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滑塊作上下運(yùn)動(dòng)，沖壓系統(tǒng)主要分為連桿，滑塊以及滑塊附件等?；瑝K與連桿的聯(lián)接部比較復(fù)雜，也很重要?；瑝K滑塊體是一個(gè)整體鑄造箱型結(jié)構(gòu)，左右兩側(cè)為六面矩形導(dǎo)軌，滑塊底面有模柄孔和“T”型槽，以緊固模具。沖壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖：39所示圖39項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱1連桿瓦2上軸瓦3下軸瓦4連桿5球頭螺桿6O型圈7球形蓋板8油標(biāo)9球頭銷軸10球套11球頭座12滑塊體13止模螺栓14防護(hù)套15油封16方形蓋板17內(nèi)套18O型圈19保險(xiǎn)器20退料器21電機(jī)表36液壓超載保護(hù)裝置滑塊體內(nèi)設(shè)有液壓超負(fù)荷保護(hù)裝置。如圖310所示，裝置具有瞬時(shí)排放高壓液體壓力有的特點(diǎn)。超載后，高壓液體壓力迅速排放到油箱，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑塊的卸載。超載后，超負(fù)荷紅色信號(hào)燈亮，氣動(dòng)泵自動(dòng)補(bǔ)油，當(dāng)液壓墊油達(dá)到所需值時(shí)，氣動(dòng)泵自動(dòng)停止工作。圖310調(diào)模裝置滑塊內(nèi)部安裝有調(diào)模電機(jī)，可以調(diào)整模具的高度，調(diào)模電機(jī)的工作原理：電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪，鏈輪與蝸桿相連，再由蝸桿帶動(dòng)安裝在連桿上的蝸輪，實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。如圖311，圖為滑塊的剖視圖。圖311項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱1蝸輪2油封3蝸桿4軸承5油封6鏈輪7制動(dòng)電機(jī)底板8電機(jī)9O型圈表37 氣動(dòng)系統(tǒng)壓力機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)主要由頂模器管路，氣動(dòng)泵管路，離合器管路，平衡缸管路組成，不同支路中均設(shè)有氣路必須的安全閥、調(diào)壓閥等，氣動(dòng)系統(tǒng)為壓力機(jī)的正常工作提供保護(hù)、平衡以及驅(qū)動(dòng)離合器，是壓力機(jī)非常重要的部分。氣動(dòng)原理圖如圖312所示。管接頭以及管路的裝配精度需要保證，安裝要緊固，避免漏氣漏油等影響機(jī)床工作性能的故障。圖312項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱1氣動(dòng)二聯(lián)件2吹件3儲(chǔ)氣筒（頂模器）4安全閥（頂模器）5放水閥（頂模器）6調(diào)壓閥（頂模器）7離合器調(diào)壓閥8壓力繼電器9安全閥10氣動(dòng)泵調(diào)壓閥11電磁閥12安全雙聯(lián)閥13放水閥14平衡缸調(diào)壓閥15安全閥16放水閥表38壓縮空氣由位于機(jī)身后下方外壁處送入，壓縮空氣經(jīng)過空氣濾清器、減壓閥及油霧器后進(jìn)入離合器平衡缸用儲(chǔ)氣筒及頂模器儲(chǔ)氣筒。壓縮空氣通過二聯(lián)件進(jìn)入平衡缸及離合器儲(chǔ)氣筒，離合器儲(chǔ)氣筒出口經(jīng)一個(gè)雙聯(lián)安全電磁閥進(jìn)入摩擦離合器汽缸，另一個(gè)出口經(jīng)截止閥進(jìn)氣動(dòng)泵，平衡缸儲(chǔ)氣筒出口分別通往左右兩個(gè)平衡缸，頂模器儲(chǔ)氣筒只有一個(gè)出口進(jìn)入頂模器。離合器儲(chǔ)氣筒上安裝有安全閥和壓力繼電器，平衡缸儲(chǔ)氣筒裝有安全閥，儲(chǔ)氣筒內(nèi)的凝結(jié)水可由球閥排出。 潤(rùn)滑系統(tǒng)本系列壓力機(jī)的潤(rùn)滑分為以下三種方式：油池浸油潤(rùn)滑：a） 傳動(dòng)齒輪浸在機(jī)身的齒輪箱內(nèi)，加油時(shí)可卸下油箱頂蓋，油量由裝在機(jī)身側(cè)面的圓形油標(biāo)指示，油箱底部設(shè)有放油閥，有線槽可將回油引入回收裝置中。b） 調(diào)節(jié)模高度的渦輪蝸桿裝在滑塊內(nèi)的油池中，油池的油量由滑塊前面的油標(biāo)顯示，渦輪蝸桿的潤(rùn)滑采用46號(hào)抗磨液壓油，根據(jù)調(diào)模的頻次，一般每3個(gè)月更換一次。c） 濃油集中潤(rùn)滑：濃油潤(rùn)滑通過電動(dòng)泵潤(rùn)滑。電動(dòng)濃油泵由PLC控制（加油時(shí)間設(shè)定：開機(jī)加油，由遞進(jìn)式分配檢測(cè)開關(guān)發(fā)出8個(gè)循環(huán)動(dòng)作后，油泵停止工作，機(jī)床再動(dòng)作3000次，如此循環(huán)），無(wú)需人工操作。濃油采用0號(hào)極壓理基脂潤(rùn)滑脂。油槍分散潤(rùn)滑，主要有以下幾處：a) 制動(dòng)電機(jī)處鏈條，濃油，6個(gè)月；b) 凸輪控制器處鏈條，濃油，6個(gè)月；c) 連桿內(nèi)螺紋，46號(hào)抗磨液壓油，3個(gè)月；d) 飛輪內(nèi)軸承，濃油，6個(gè)月；e) 離合器導(dǎo)向套，46號(hào)抗磨液壓油，每班一次；f) 平衡缸活塞導(dǎo)向處，手動(dòng)稀油潤(rùn)滑，每周一次；圖312為機(jī)床濃油潤(rùn)滑示意圖，包括PLC控制部，潤(rùn)滑部位表。圖313潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由管路，管接頭，濃油泵，分油器，濾油器，油缸構(gòu)成，安全裝置安全裝置主要包括：（1） 緊急停止裝置，所有的規(guī)范動(dòng)作都具備緊急停止功能，在緊急狀態(tài)下，按下緊急按鈕，開式壓力機(jī)迅速停止。（2） 電機(jī)過載保護(hù)裝置工作負(fù)荷應(yīng)在壓力機(jī)公稱能力之下，以保證安全運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生過載時(shí)，過載保護(hù)繼電器工作，將電機(jī)迅速停止，此開關(guān)可作為電機(jī)的保護(hù)裝置。（3） 二度落檢測(cè)裝置單次規(guī)范操作中，如果滑塊一行程之后在上死點(diǎn)位置未停車，那么二度落接近開關(guān)在