喬禮惠

（揚(yáng)力集團(tuán) 江蘇國力鍛壓機(jī)床有限公司,江蘇 揚(yáng)州 225009）

鍛壓工藝生產(chǎn)的工件具有效率高、質(zhì)量好、重量輕和成本低等特點(diǎn)，被愈來愈多地用來代替切削工藝和其他工藝，使得鍛壓機(jī)械設(shè)備在機(jī)床中所占的比重也愈來愈大，其中又以機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)為代表[1]。機(jī)械壓力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快，工作效率高，缺點(diǎn)是工作行程固定不可調(diào)節(jié)，并且嚴(yán)禁過載運(yùn)行，一般只用于沖裁下料、沖孔等[2]；液壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是工作壓力大，工作行程可以自由控制調(diào)節(jié)范圍廣，并可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力，缺點(diǎn)是運(yùn)行速度較慢，效率不高，但卻可以完成機(jī)械壓力機(jī)的絕大部分工作，通用性比較強(qiáng)[3]。公司研發(fā)制造的高效伺服泵控液壓沖床融合揚(yáng)力集團(tuán)推向市場多年并已成熟化產(chǎn)品CP1 系列開式單點(diǎn)高性能機(jī)械壓力機(jī)和YGMK 伺服門式液壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既具有機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)行速度快、工作效率高的特點(diǎn)，又具有液壓機(jī)工作壓力大、工作行程調(diào)節(jié)范圍大等特點(diǎn)，還能通過油缸設(shè)置機(jī)械可調(diào)節(jié)裝置確保下死點(diǎn)重復(fù)定位精度，并充分利用伺服高響應(yīng)、轉(zhuǎn)速無極可調(diào)等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在壓制過程中的緩沖作用，機(jī)床可廣泛應(yīng)用于鏈條及拖鏈行業(yè)的鉚接、壓印等工藝。

1 機(jī)床結(jié)構(gòu)型式

機(jī)身結(jié)構(gòu)同CP1 系列開式單點(diǎn)機(jī)械壓力機(jī)，采用鋼板焊接“C”型整體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向仍采用矩形六面導(dǎo)tht軌，同時(shí)融入液壓機(jī)的泵站、油缸、電氣控制等傳動控制系統(tǒng)，機(jī)床工作臺操作空間仍采用三面敞開式，從而使得操作者能夠從前面、左面和右面接近模具，操作比較方便。機(jī)床外形三維圖如圖1所示。機(jī)械壓力機(jī)是通過飛輪傳動系統(tǒng)把電動機(jī)的運(yùn)動和能量傳遞給曲軸，使曲軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并通過連桿使滑塊產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)沖壓加工所需的運(yùn)動及動力要求。液壓機(jī)是利用液體壓力能傳遞能量，通過伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動油泵運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)而把油液從油箱抽出供給插裝閥系統(tǒng)，再通過各種執(zhí)行元件組成的傳動控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)油缸的運(yùn)行及控制功能。將機(jī)械壓力機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓機(jī)的傳動控制系統(tǒng)有效結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)伺服泵控液壓沖床的結(jié)構(gòu)型式及性能要求。

圖1 機(jī)床外形圖

1.1 主油缸

主油缸采用子母鑲套式增速油缸結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動子缸保證滑塊的快速運(yùn)行，使滑塊快下不再僅僅依賴滑塊重量并能確保下行速度可調(diào)節(jié)控制，更能實(shí)現(xiàn)滑塊快下轉(zhuǎn)工進(jìn)的平穩(wěn)過渡，待滑塊壓制到工件后再通過對主缸施加所需要的壓力便能得到工件成型所需的力。為滿足滑塊下死點(diǎn)的重復(fù)定位精度，在油缸活塞桿端部設(shè)置有機(jī)械可調(diào)定位裝置，等同于機(jī)械死擋塊作用。油缸結(jié)構(gòu)如圖2 所示。油缸活塞桿表面經(jīng)過嚴(yán)格的熱處理，導(dǎo)向部分硬度在HRC45 左右，同時(shí)主密封件采用由進(jìn)口原料制作的低摩擦阻力、耐高壓的新型YX 型密封圈，另外活塞桿的運(yùn)動導(dǎo)向采用非金屬耐磨環(huán)，可避免因金屬接觸而造成的拉缸現(xiàn)象。

圖2 油缸結(jié)構(gòu)型式

2 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖3 所示，該液壓沖床的控制系統(tǒng)主要由六個(gè)主體部分組成：歐姆龍公司的CJ2M系列PLC 及NB10 觸摸屏、埃斯頓公司PRONET 伺服電機(jī)組、德國福伊特公司的齒輪泵、德國巴魯夫公司的磁致伸縮尺、意大利杰佛倫公司的壓力傳感器、濟(jì)寧泰豐公司的插裝閥系統(tǒng)。整套控制系統(tǒng)并預(yù)留有20%的I/O 點(diǎn)以及DeviceNET、Profibus 等總線接口，便于連接外圍自動上下料及檢測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的無人化操作。通過擴(kuò)展Ethernet 單元，可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程編程。

圖3 控制系統(tǒng)框圖

2.1 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)采用先進(jìn)的插裝閥集成結(jié)構(gòu)，閥芯為錐閥，密封性能好，且動作靈敏；插件通油能力大，抗污染能力強(qiáng)。液壓原理如圖4 所示。油泵出油口設(shè)置有插裝閥C5、調(diào)壓閥F1、電磁閥YV8 以及用于壓力檢測和顯示的壓力表及壓力傳感器，當(dāng)需要油泵供油驅(qū)動油缸動作時(shí)，電磁閥YV8 得電動作，插裝閥閥芯關(guān)閉，油泵出口壓力的大小可通過調(diào)壓閥進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)可在調(diào)試狀態(tài)下使伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并通過手動操作電磁閥YV8 可進(jìn)行油泵好壞的排查?；瑝K快下時(shí)電磁閥YV1、YV5 得電工作，分別打開插裝閥C2 和C4 的閥芯，其中C2 閥芯打開可使得油液進(jìn)入小油缸中，由于小缸容積小，相同容積的液壓油能夠使的小油缸推動主缸活塞前進(jìn)更大的行程，配以滑塊的自重使得滑塊快下時(shí)的速度更快從而提高工作效率，C4 閥芯打開實(shí)現(xiàn)油缸下腔與油箱連通，大缸上腔通過充液閥從油箱補(bǔ)油。慢下過程電磁閥YV1、YV2、YV6 得電工作，油泵油液同時(shí)供給小缸和大缸，同時(shí)油缸下腔有壓力支撐，從而實(shí)現(xiàn)慢速下行、建壓。工件壓制完成后實(shí)現(xiàn)卸壓、回程動作，卸壓時(shí)電磁閥YV2、YV3、YV7 得電動作，回程時(shí)電磁閥YV4、YV7 得電動作。

圖4 液壓原理圖

2.2 電氣控制系統(tǒng)

在滑塊運(yùn)行過程中PLC 直接取位移傳感器和壓力傳感器的信號并進(jìn)行運(yùn)算，當(dāng)系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速將跟隨流量指令的大小而改變，使得油泵的輸出流量發(fā)生變化，即真正做到“要多少給多少”的控制，實(shí)現(xiàn)速度的無級調(diào)整及轉(zhuǎn)換的平穩(wěn)性。在滑塊剛接觸到鉚接零件時(shí)可繼續(xù)輸出大流量確保最高速度運(yùn)動，隨著鉚接深度的加深此時(shí)將逐步減小流量的輸出，也就是將滑塊的運(yùn)行速度逐步減慢，運(yùn)行過程中需一直保持輸出力恒定，待到完全鉚接位置后停止，在此過程中采用控制曲線設(shè)置實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度逐步遞減，以滿足鉚接的工藝要求?？刂魄€功能塊如圖5 所示。另外在滑塊回程到上限位時(shí)也采用同樣的逐步遞減控制曲線，可實(shí)現(xiàn)滑塊回程到上限位的平穩(wěn)停止且無反彈。

圖5 控制曲線功能塊

2.3 伺服泵組

伺服泵組主要由南京埃斯頓ProNet 系列伺服驅(qū)動器、EDB 系列伺服電機(jī)和德國福伊特齒輪泵組成，是由伺服驅(qū)動器根據(jù)接收到的壓力、流量雙閉環(huán)信號控制伺服電機(jī)驅(qū)動齒輪泵的液壓動力系統(tǒng)。其具有優(yōu)異的伺服控制算法，當(dāng)壓力未建立時(shí)，采用流量控制建立壓力；而當(dāng)壓力已經(jīng)建立后，采用PI 調(diào)節(jié)控制油壓，使之穩(wěn)定在給定值。驅(qū)動器具有RS485 通訊接口，通過專用軟件可在電腦上進(jìn)行所有參數(shù)的編輯、傳送、比較以及初始化，還能實(shí)時(shí)監(jiān)控所有的輸入/輸出信號、當(dāng)前報(bào)警及系統(tǒng)狀態(tài)等，同時(shí)也具備實(shí)時(shí)采集壓力和流量的波形，便于調(diào)試和分析，對于系統(tǒng)調(diào)整、操作來說非常方便快捷。

3 模具保護(hù)措施

對于沖壓頻次較高的模具，一般均需設(shè)置保護(hù)裝置。以往這種大缸中套小缸結(jié)構(gòu)通常采用壓力檢測發(fā)訊的方式作為保護(hù)，具體做法是通過滑塊運(yùn)行到設(shè)置位置后對小缸上腔的壓力檢測判斷后再決定是否往大缸中進(jìn)油建壓，這種方式對位移傳感器、壓力傳感器的靈敏度以及控制系統(tǒng)的處理速度要求比較高，相應(yīng)的設(shè)計(jì)成本也居高不下。我們的設(shè)計(jì)方案是通過增加機(jī)械連桿結(jié)構(gòu)的同時(shí)可對行程位置進(jìn)行標(biāo)定，因?yàn)橄滦羞^程都是通過小缸推動活塞桿運(yùn)行，此過程中小缸的壓力可進(jìn)行調(diào)節(jié)做到剛好能推動油缸活塞桿運(yùn)行但又不足以因廢料等原因造成模具的損壞，在滑塊到達(dá)壓制固定位置時(shí)觸動連桿機(jī)構(gòu)，從而控制大缸上腔的建壓閥迅速打開，油液開始往大缸和小缸上腔同時(shí)供油，建立高壓大噸位，實(shí)現(xiàn)壓制工作，并滿足模具的保護(hù)控制。

4 結(jié)論

將開式單點(diǎn)機(jī)械壓力機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)與伺服泵控液壓機(jī)的液壓、電氣控制相結(jié)合制造出的液壓沖床，不但具有機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)行速度快、工作效率高等特點(diǎn)，還具有液壓機(jī)工作壓力大、運(yùn)行平穩(wěn)、工作行程可以自由控制調(diào)節(jié)范圍大等特點(diǎn)，是將兩者的優(yōu)點(diǎn)有效結(jié)合在一起的一種新型鍛壓設(shè)備。子母鑲套缸結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不但提高滑塊運(yùn)行效率，而且可通過在活塞桿端部設(shè)置機(jī)械可調(diào)節(jié)裝置滿足滑塊下死點(diǎn)的重復(fù)定位精度要求；對于高效率運(yùn)行方式結(jié)合自動化外圍裝置可實(shí)現(xiàn)無人化操作；通過增設(shè)模具保護(hù)措施，有效減少模具的維修工作量，提高生產(chǎn)效率。應(yīng)用伺服控制的高響應(yīng)特點(diǎn)對運(yùn)行控制曲線進(jìn)行合理分析、規(guī)劃、設(shè)置，特別是做到運(yùn)行速度的無級調(diào)整，增加緩沖功能，不但能滿足鉚接工藝的要求，還能實(shí)現(xiàn)擠壓、壓印等特殊工藝要求。