【文章內(nèi)容簡介】 工業(yè)控制機作為主控單元，以 CNC 控制技術(shù)直接應用數(shù)字閥實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制、同時利用各種傳感器組成閉合回路的控制系統(tǒng)，達到精確控制的目的，這種控制方式主要有如下特點： ①具有友好的人機交互性，操作簡單。 ②控制精度高。數(shù)字控制的行程長度及工作行程與傳統(tǒng)的機械的行程開關(guān)控制相比，精度有極大的提高，一般控制精度可達到 。 ③可順利實現(xiàn)對工作參數(shù) (壓力、速度、行程等 )的 單獨調(diào)整。 11 ④預存工作模式，可對不同工件的工藝過程、工藝參數(shù)預先存儲和重復調(diào)用，縮短調(diào)整時間。 ⑤對高速下的換向沖擊可利用軟件來消除，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ⑥在安全方面，可利用軟件進行故障預診斷，并自動修復故障和顯示錯誤。 ⑦易實現(xiàn)生產(chǎn)線的集散控制，組成柔性生產(chǎn)線以及與上位機進行通信和實現(xiàn)調(diào)度控制。 精鍛機由手動、半自動發(fā)展到自動控制， 70 年代又發(fā)展到用計算機控制。從工藝組成上與其他設備的聯(lián)合也有了大幅提高，采用液壓鍛壓機和精鍛機聯(lián)合作業(yè)，在高速鋼和鈦合金生產(chǎn)中較為普遍，也有采用大小精鍛機聯(lián)合作業(yè) 的。 70年代以來 ,精鍛工藝又發(fā)展為精鍛 軋制工藝，并創(chuàng)造了精鍛 軋機組 ,它由一臺多錘頭的連續(xù)式精鍛機后帶若干架軋機組成，主要用在合金鋼廠生產(chǎn)小型棒材。 213 精鍛機的發(fā)展趨勢 高速、高效、低能耗。提高精鍛機的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 機電液一體化。充分合理地利用機械和電子方面的先進技術(shù)促進整個液壓系統(tǒng)的完善。 自動化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為精鍛機的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現(xiàn)在加工，還體現(xiàn)在自動實現(xiàn)對系統(tǒng)的診斷和調(diào)整，具有故障預處理功能。 液壓元件的集成化， 標準化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止了泄露和污染。標準化的元件為機器的維修帶來方便。 精鍛機的宜人化。隨著精鍛機的高速和自動化，限制噪聲和震動、防止環(huán)境污染、消除人身事故、保證精鍛機安全可靠地進行自動化生產(chǎn)就顯得非常重要了。 獨立的模塊 ,每個模塊選出其代表特征的一個或幾個變量作為設計變量進行優(yōu)化。然后再對各模塊進行優(yōu)化設計 ,使之趨近于上級優(yōu)化得到的最優(yōu)值。利用現(xiàn)代系統(tǒng)設計及優(yōu)化理論結(jié)合現(xiàn)代科技發(fā)展，可實現(xiàn)精鍛機的最優(yōu)設計和控制。 22 精鍛機 的 分類 隨著精密鍛造工藝范圍的不斷擴大，相應的精鍛 機類型也在增加。就其用途分類，目前除了鍛制一般旋轉(zhuǎn)體的實心或空心階臺軸以及錐度軸的普通 12 精鍛機外，在軍械，冶金行業(yè)和模鍛成型的生產(chǎn)上，還有以惡寫專用的精鍛機。 按著鍛件送進的方向的不同精鍛機可分為： 鍛件沿著垂直于水平方向送進，錘頭在水平方向上打擊。 這類精鍛機的噸位嬌小，占地面積也小，機器高度尺寸較大，只適用于鍛造較短的軸類鍛件。 。鍛件沿著水平方向送進，錘頭在垂直于水平方向上打擊。這類精鍛機的高度尺寸小，不需要高廠房，但占地面積大。臥式精鍛機的噸位可以做的較大，適于鍛造長軸類 鍛件，并且較之立式精鍛機更容易實現(xiàn)自動上下料，因而近年發(fā)展較快。 就精鍛機的錘頭數(shù)據(jù)劃分，主要是三個錘頭和四個錘頭的，但也有 2 個錘頭的精鍛機。此外，在一些專用的精鍛機上，錘頭的數(shù)目多到有六個至八個的。 圖 四錘頭液壓精鍛機總裝圖 23 精鍛機工作原理 精鍛機簡單工作原理如圖所示，用夾頭 1 夾住鍛件，一面旋轉(zhuǎn)，一面做軸向移動，鍛件在移動和轉(zhuǎn)動的過程中，用幾個錘頭（ 28 個）在鍛件周圍進行同步而又對稱的鍛擊，使毛胚逐步成型。每分鐘的鍛擊次數(shù)比較高，整個鍛擊過程都是自動的。下面舉例詳細說明精 鍛機的工作原理 上圖是一臺 100 噸的立式三錘頭精鍛機的結(jié)構(gòu)和工作原理圖。圖中電動機 1經(jīng)角皮帶輪 2，再經(jīng)空心軸 3，中心齒輪 4 帶動齒輪 5。在齒輪 5 上裝有拔塊 6，拔塊 6 可以在飛輪 7 帶動曲軸 8 轉(zhuǎn)動，再通過連桿 9 是錘頭 10 來回運動，對毛 13 胚進行鍛擊（共有三個錘頭，三根連桿，三根曲軸，同時驅(qū)動，同步鍛擊，圖中只畫出一套）。 錘頭的徑向進給是依靠徑向進給油缸 12 來控制的。當高壓油進入油缸 12時，和活塞桿相連齒條 14 就帶動齒輪 15， 17，小軸 18，小齒輪 22 和中心齒輪21 轉(zhuǎn)動，從而帶動三個進給齒輪 個相應的偏心套 19上，因此當三個進給齒輪 20 轉(zhuǎn)動一定角度時，迫使相應的三個曲軸 8 靠近或離開毛胚。即使三個錘頭 10 沿徑向進給或后退有一定距離，以滿足鍛造不同尺寸鍛件的要求。 錘頭除了作往復運動和徑向進給運動外，不再作軸向運動。毛胚 25 的軸向進給運動依靠軸向進給油缸 23 來控制。當油缸 23 進高壓油時，就 推動夾頭24 呆著毛胚 25 按一定速度作向上或向下的軸向進給運動。此外夾頭 24 的內(nèi)部的特定機構(gòu)還帶著毛胚沿軸線作回轉(zhuǎn)運動。 圖 立式三垂頭精鍛機裝配圖 14 該機的來連桿的錘 頭是剛醒連接（與一般曲柄壓力機的球絞連接不一樣），因此必須有一個使錘頭運動導向用的擺動套，以保證各個錘頭對準毛胚的中心進行鍛擊，如圖 中的 11 及圖 所示。 夾頭 25 是夾持毛胚做軸向運動和沿軸線作回轉(zhuǎn)運動的部件，其簡單結(jié)構(gòu)形式和工作原理如圖 所示。夾頭的軸向進給運動是依靠軸向進給油缸來完成的(圖 ，軸向進給油缸內(nèi)的活塞桿和夾頭相連，當進給油缸在不太樂觀方向進油，排油時，就可以使夾頭在導軌中作向上或向下的走向進給運動。 圖 精鍛機與一般曲柄機的曲柄連桿話機構(gòu)的區(qū) 別 a)一般曲柄機 b)精鍛機 夾頭的回轉(zhuǎn)運動靠電動機來帶動，如圖 所示。在夾頭內(nèi)部裝有電動機。電動機啟動后，通過三角皮帶輪和蝸桿帶動渦輪 4 和主軸 2 轉(zhuǎn)動。主軸 2 與夾緊機構(gòu)的支盤 11 緊固在一起，因此主軸轉(zhuǎn)動就帶著夾爪 12，毛胚 13，杠杠支臂10，杠杠 9 和斜槽鐵 8 一道轉(zhuǎn)動。在活塞 6 與斜槽鐵 8 之間有推力軸承 7，因此當主軸及夾爪回轉(zhuǎn)時，夾頭的外壁 1 及氣缸 5 是不轉(zhuǎn)動的。該機夾頭的軸向運動和回轉(zhuǎn)運動是連續(xù)的，而錘頭只做徑向運動，沒有相應的軸向運動和回轉(zhuǎn)運動，因此錘頭鍛擊毛胚的瞬間，毛胚就產(chǎn)生瞬時的制動作用，所 以夾頭要有軸向的和回轉(zhuǎn)方向的緩沖裝置。軸向緩沖裝置可采用緩沖彈簧或緩沖橡皮。回轉(zhuǎn)方向的緩沖采用彈簧。其緩沖原理如圖 所示，主動輪爪通過緩沖彈簧 14 將回轉(zhuǎn)運動傳給被動輪爪 15，而被動輪爪是固定在主軸上的，所以在正常情況下，渦輪一 15 轉(zhuǎn)動，毛胚就隨著轉(zhuǎn)動。當錘頭鍛擊毛胚而時毛胚受到制動時，彈簧在回轉(zhuǎn)方向上就起緩沖作用，以改善夾頭各構(gòu)件的工作條件。 圖 夾頭工作原理圖 夾頭夾持毛胚的過程分三個階段： 。當壓縮空氣進入氣缸的下腔時，活塞 6 就向上移動并 帶動斜槽鐵 8 一起 上移 ，斜槽鐵 8 一起上移，斜槽鐵上的斜槽迫使杠桿 9繞杠桿支臂 10 做逆時針方向轉(zhuǎn)動，于是夾爪就向中心移動夾住毛坯。此時夾爪與毛坯間的壓力迅速增加，直到氣缸內(nèi)的總壓力與毛坯及主軸等可作軸向移動的零件的總重量相平衡為止。 。起始階段一結(jié)束，由于氣缸內(nèi)的總壓力繼續(xù)增加，活塞與主軸等可作軸向移動的零件就向上移動，是軸向緩沖彈簧 8 受到壓縮，直到氣缸內(nèi)的總壓力與緩沖彈簧的反向力及主軸毛坯等的重量相平衡為止。在這一過程中由于主軸與活塞同時上升，活塞與主軸的相對移動量很小，因此夾爪與毛坯間的壓力跟起始階段比較變化不 大，所以不能把毛坯夾得很牢。 。過渡階段結(jié)束時，主軸基本不再上升，但活塞在氣體壓力作用下仍繼續(xù)向上移動，活塞與主軸之間的相對移動量加大，夾爪就進一步把毛坯夾牢，氣缸內(nèi)的總壓力達到規(guī)定數(shù)值。 16 松開時，壓縮空氣進入氣缸的上腔，推動活塞 6 向下移動，主軸毛坯等在彈簧的反力及自重作用下與活塞同時向下移動，移到一定距離后，緩沖彈簧的反力顯著減小，主軸下移減慢，最后主軸支承在支承板 17 上，壓縮空氣壓力仍然很大，推動活塞和斜槽鐵 8 繼續(xù)迅速下移，迫使杠桿 9 繞杠杠支臂 10 沿順時針方向轉(zhuǎn)動，一次夾爪就離合中心，把毛坯 松開。 以上介紹了這臺精鍛機錘頭鍛擊和送進運動及夾頭的夾緊和送進運動的原理。 24 精鍛機模塊劃分 精鍛機是一種高效鍛打設備，可以將加熱的電渣錠、鑄錠一次成型鍛打成棒料、方坯、扁方、階梯軸等。其錘頭位置的連續(xù)可調(diào)特殊結(jié)構(gòu)特點，既保證了大鍛造比的實現(xiàn)，又可實現(xiàn)不同規(guī)格坯料的輸出。四錘頭的對稱布置，使得鍛打力相對于基礎成為內(nèi)力而相互抵消，大大降低了震動和對周圍環(huán)境的影響。定中心旋轉(zhuǎn)鍛打方式有效實現(xiàn)變形的一致性，使材料的均勻性得到保證， CNC 控制系統(tǒng)以其高精度的位置控制超越了其它鍛造設備的精度和質(zhì)量標準。液壓伺服系 統(tǒng)的廣泛應用，使精鍛機的可控性、易調(diào)整等優(yōu)勢得到充分體現(xiàn)，全自動鍛打模式大大降低了人的勞動強度。自動化程度的提高，必然帶來對各環(huán)節(jié)穩(wěn)定可靠性的高要求，因此利用模塊化設計理念，有助于精鍛機的優(yōu)化和整體的可靠性。 精鍛機設備按功能劃分分為主機部分、夾頭組件、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、及輔助系統(tǒng)。 、齒輪箱、錘頭調(diào)節(jié)裝置組成，完成鍛打和調(diào)整尺寸等主功能。 A 夾頭、 B 夾頭和夾頭床組成。實現(xiàn)坯料的夾持、旋轉(zhuǎn)等主要的輔助動作。 、調(diào)整系統(tǒng)、 A 控制液壓站、 B 控制液壓站。實 現(xiàn)整個系統(tǒng)的潤滑、液壓調(diào)整和夾頭的行走。 PLC、 CNC 及上位機組成控制核心，保證系統(tǒng)的整體運動。 、上下料機及其他輔助裝置水、氣等組成。初步完成坯料的上料、鍛打、下料整體過程。 各模塊獨立實現(xiàn)各自功能，并在統(tǒng)一的電控系統(tǒng)下協(xié)調(diào)工作，通過上位機實現(xiàn)設備的自動、半自動、手動操作。 17 25 各模塊功能 251 齒輪箱是動力分配和速度選擇的機械系統(tǒng) ，保證傳動結(jié)構(gòu)合理。精鍛機一般為四錘頭鍛打方式，四錘頭同步驅(qū)動，動力較大，大型精鍛機均采用高壓雙電機驅(qū)動方式 ，利于選型和配置。 ，保證鍛打頻率。精鍛機以熱鍛為主，在保證鍛打過程溫度要求的情況下，同能量鍛機，頻率決定了鍛機的功率設計。 。雙電機分左和右兩部分驅(qū)動鍛造箱連桿，要實現(xiàn)同步鍛打運動，必須有同步機械機構(gòu)保證。 ，以實現(xiàn)向鍛造箱力的傳遞。由于鍛打尺寸的變化，連桿位置需能夠連續(xù)調(diào)整，其位置變動的轉(zhuǎn)動中心與齒輪箱固定中心之間旋轉(zhuǎn)運動的傳遞，必須有特殊結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器實現(xiàn)。 精鍛機主動力由兩個電機驅(qū)動，統(tǒng)一的傳動比保證四個主齒輪具有統(tǒng)一的轉(zhuǎn)動速度，帶 動四根主軸轉(zhuǎn)動。四根主軸端部凸塊通過四個十字滑槽聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)動傳遞到偏心軸，偏心軸驅(qū)動連桿實現(xiàn)往復運動，完成鍛打過程。左右兩部分同步由一組傳動齒輪、齒盤和同步聯(lián)軸器實現(xiàn)。 252 鍛造箱是精鍛機工作核心 部分 ，形成鍛打能量。 ，實現(xiàn)鍛打過程。 。 。 鍛造箱由兩部分組合而成，通過兩個傾翻立柱固定在基礎上，此結(jié)構(gòu)形式保證了安裝和拆卸時能轉(zhuǎn)動到水平位置，利于拆裝的順利進行。鍛造箱中四 個相互正交的、且與工件軸線垂直的連桿，由齒輪箱傳動的四個偏心軸驅(qū)動，成為鍛打的直接承力部件。偏心軸安裝于調(diào)整套中，可實現(xiàn)連桿軸線方向的調(diào)整，鍛打反作用力通過調(diào)整套作用在鍛造箱體上，四連桿結(jié)構(gòu)使鍛造力相對箱體相互抵消，減小了震動和對基礎的沖擊。 18 圖 液壓精鍛機鍛造箱三維模型 253 錘頭調(diào)整是精鍛機實現(xiàn)鍛打尺寸變化的機構(gòu) 經(jīng)過錘頭調(diào)整可以準確的調(diào)整要求的鍛造直徑。 。 。 。 錘頭調(diào) 整裝置主要由側(cè)面安裝在機器上的蝸輪 — 傘齒輪傳動裝置和兩個液壓傳動馬達組成。相對的一組錘頭由一個馬達同時實現(xiàn)調(diào)整，以保持中心線的不變。液壓馬達經(jīng)齒輪、蝸輪蝸桿傳動裝置帶動調(diào)整絲杠轉(zhuǎn)動，偏心調(diào)整套轉(zhuǎn)動帶動偏心軸和連桿移動，使連桿沿軸向移動，移動最大距離為 150mm。這樣，連桿的行程位置也被調(diào)整相同的數(shù)值，實現(xiàn)直徑尺寸Φ 300mm 鍛打范圍的調(diào)整。 當達到要求的直徑時，調(diào)整傳動裝置通過制動裝置停止并鎖緊，保證鍛打尺寸地一致性。在調(diào)整裝置中加裝了力反饋元件，通過程序?qū)崿F(xiàn)鍛造力的監(jiān)控、超負荷的保護等功能。 254 夾頭是實現(xiàn)工件夾持、軸向送給和旋轉(zhuǎn)運動的機構(gòu) 。 ，并與主機鍛打過程相匹配的緩沖功能。 。 ，夾頭需設計與主機相匹配的高頻制動松開功能，及扁方鍛打時的保持定位。 夾頭的作用是操縱工件，夾緊缸的打開和閉合是由 4 個夾緊油缸完成的。安 19 裝夾緊油缸的兩個夾緊套管相對移動帶動缸體和活塞桿相對移動，完成加緊松開動作。夾緊套通過軸承定位于箱體上，在電機和蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)帶 動下實現(xiàn)夾持工件的旋轉(zhuǎn)。蝸桿軸采用特殊的定位結(jié)構(gòu)，利用碟簧蓄能方式緩沖鍛打時夾頭的停滯，夾頭主軸的軸向由 4 組板簧定位，緩沖鍛壓時夾頭軸向連續(xù)推進的停滯。高頻振蕩抱閘系統(tǒng)保證與主機鍛打頻率的一致性，使工件鍛打過程中避免了扭轉(zhuǎn)。 255 液壓控制系統(tǒng)作為精鍛機的重要組成部分 ，同時為主機偏心軸的動壓 軸瓦提供壓力油，形成足夠的油膜強度，保證了 1000T 鍛打