精鍛機(jī)定心夾鉗液壓系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位論文

摘要精鍛機(jī)是一種快速精密鍛壓設(shè)備，由幾個(gè)對(duì)稱錘頭對(duì)金屬坯料進(jìn)行高頻率鍛打，鍛壓時(shí)坯料由操作機(jī)的夾頭送入鍛壓箱進(jìn)行往復(fù)鍛壓。這類機(jī)器多用程序控制﹑數(shù)字控制或微處理控制系統(tǒng)自動(dòng)操作﹐是一種生產(chǎn)效率高的短沖程壓力機(jī)。世界上有許多國家在冶金、機(jī)械制造、國防工業(yè)上采用了精鍛機(jī)來生產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)度合金鋼、鈦合金和難變形合金的產(chǎn)品。我國精鍛機(jī)的研制進(jìn)程十分緩慢，至今為止只仿制了2臺(tái)中型精鍛機(jī)。一臺(tái)是由大連鋼廠牽頭制造的一臺(tái)340t精鍛機(jī)，另一臺(tái)是由大連精工鍛壓高新技術(shù)公司提供技術(shù)，中國一重制造的400t精鍛機(jī)，投產(chǎn)后已使用5年。其設(shè)備穩(wěn)定性精度等方面與國外精鍛機(jī)有很大差距。因此加快國內(nèi)精鍛機(jī)的進(jìn)一步開發(fā)研究迫在眉睫。本文主要對(duì)精鍛機(jī)進(jìn)行了一個(gè)總體介紹和對(duì)定心夾鉗結(jié)構(gòu)以及液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞：精鍛機(jī)，定心夾鉗，液壓系統(tǒng)

ABSTRACTPrecisionForgingMachineisafastprecisionforgingequipmentonwhichmouldforgingblankisthrowedintoforgingpressingboxandforgedandpressedreciprocatinglywithhighfrequencybyseveralsymmetricalhammerhead.Thestylemachineisakindofhighproductionefficientshortstrokepress,whichisoperatedautomaticallywithproceduralcontrol,digitalcontrolormicroprocesscontrolsystem.PrecisionForgingMachineisusedinmanufacturingofalloystructuralsteels,highstrengthalloysteel,titaniumalloysanddifficult-to-formalloysinmetallurgy,machinemanufactureandmilitaryindustryinmanycountriesontheworld.PrecisionForgingMachinedevolpstardilyinchina,sofartwomedium-sizedPrecisionForgingMachineeshavebeenimitated.oneisa340tPrecisionForgingMachinemadeleadedwithDaliansteelfactory,theotherisa400tPrecisionForgingMachinemanufacturedbyCFHIwiththeaideofthetechniqueofDalianSeikoforginghigh-techcompanies.ThePrecisionForgingMachinehasbeenputintoproductionfor5years,comparedwithforeignequipment'sstabilityandprecision,ithaveprodigiousdifferences.Therefore,themendingininternalPrecisionForgingMachine'sfurtherexploitationresearchisstaredintheface.ThispapermainlyonprecisionforgingmachinewasageneralintroductionandCentringclampstructureandhydraulicsystemdesignandcalculation.Keywords：PrecisionForgingMachine,Centeringtongs，hydraulicsystem

目錄摘要 1ABSTRACT 2·第一章緒論 51-1鍛壓機(jī)發(fā)展過程 51-1-1蒸汽錘到電液錘 51-1-2快鍛液壓機(jī)時(shí)代 51-1-3精鍛機(jī)的開發(fā) 7第二章精鍛機(jī) 82-1精鍛機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)和發(fā)展方向 82-1-1精鍛機(jī)的特點(diǎn) 82-1-2精鍛機(jī)的發(fā)展 102-1-3精鍛機(jī)的發(fā)展趨勢 112-2精鍛機(jī)的分類 112-3精鍛機(jī)工作原理 122-4精鍛機(jī)模塊劃分 162-5各模塊功能 172-5-1齒輪箱是動(dòng)力分配和速度選擇的機(jī)械系統(tǒng) 172-5-2鍛造箱是精鍛機(jī)工作核心部分 172-5-3錘頭調(diào)整是精鍛機(jī)實(shí)現(xiàn)鍛打尺寸變化的機(jī)構(gòu) 182-5-4夾頭是實(shí)現(xiàn)工件夾持、軸向送給和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 182-5-5液壓控制系統(tǒng)作為精鍛機(jī)的重要組成部分 192-5-6電控系統(tǒng)是設(shè)備的中樞系統(tǒng) 20第三章夾頭設(shè)計(jì) 213-1旋轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)計(jì) 213-2旋轉(zhuǎn)間歇系統(tǒng)設(shè)計(jì) 223-2-1間歇時(shí)間的確定 223-2-2實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 243-4夾頭行走系統(tǒng)設(shè)計(jì) 263-5夾頭制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26第四章液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 284.1液壓控制系統(tǒng)原理簡介 284.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 304.2.1初選執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)壓力 304.2.2計(jì)算和確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 304.2.3計(jì)算液壓缸所需流量 324.2.4編制液壓缸工況圖 324.3液壓能源裝置設(shè)計(jì) 334.3.1液壓泵站類型及其組件的選擇 334.3.2液壓泵的計(jì)算與選擇 344.4油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算 374.5過濾器的選擇 374.5.1油液過濾器的選擇 374.5.2液壓空氣過濾器的選擇 384.6蓄能器的選擇 384.7壓力表和壓力表開關(guān)的選擇 394.8液壓工作介質(zhì)的選定 394.9液壓輔件的計(jì)算與選用 394.9.1管件的與選用 394.9.2管路內(nèi)徑計(jì)算 404.9.3管道壁厚的計(jì)算 414.10液壓控制元件選用與設(shè)計(jì) 424.10.1比例伺服閥的選擇 424.10.2其它閥的選擇 424.11液壓系統(tǒng)密封裝置選用與設(shè)計(jì) 43全文總結(jié) 45致謝 46參考文獻(xiàn) 47·第一章緒論1-1鍛壓機(jī)發(fā)展過程鍛壓技術(shù)早在金屬發(fā)現(xiàn)時(shí)期已廣泛應(yīng)用。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，手工鍛打已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需要，鍛壓機(jī)械隨之產(chǎn)生并不斷發(fā)展，從蒸汽錘發(fā)展到空氣錘，為節(jié)約能源而改進(jìn)的電液錘，隨液壓技術(shù)不斷發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的鍛造力更大的快鍛液壓機(jī)，為滿足快速高效鍛打工藝開發(fā)的精鍛機(jī)，在當(dāng)今世界鍛壓領(lǐng)域更是一枝獨(dú)秀，成為高合金工具鋼行業(yè)重要的生產(chǎn)設(shè)備。1-1-1蒸汽錘到電液錘蒸汽錘作為第二代大型鍛壓機(jī)，其能源消耗大，據(jù)統(tǒng)計(jì)能源利用率不到2%。為解決蒸汽錘存在的問題，國外鍛錘設(shè)計(jì)制造商加快了電液錘的研制步代，取得顯著成效。從電液錘發(fā)展歷史來看，電液錘經(jīng)歷了從放油打擊單動(dòng)落錘(KH型，稱為第1代產(chǎn)品)到放油打擊雙動(dòng)落錘(KHK型，稱為第2代產(chǎn)品)再到現(xiàn)在的全液壓雙動(dòng)落錘(KGH，稱為第3代產(chǎn)品)。全液壓雙動(dòng)落錘的打擊能量是通過控制油量多少來實(shí)現(xiàn)的，打擊閥的關(guān)閉時(shí)間可不受錘頭位置的限制，操作十分靈活可靠，徹底根除了放油打擊電液錘的許多弊病。因此，近年來這種電液錘得到較快的發(fā)展。該公司的電液錘已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了程序化控制，即打擊能量和打擊次數(shù)都可實(shí)現(xiàn)程序控制。錘的傳動(dòng)效率高達(dá)65%，為蒸汽錘和空氣鍛錘的30倍。此外，德國Beche公司還研制了全液壓錘。近10年來，我國在電液錘研制方面也取得很大發(fā)展，主要表現(xiàn)在傳統(tǒng)蒸汽錘、空氣錘換頭改造上，即采用電液傳動(dòng)裝置了代原有鍛錘的氣缸及動(dòng)力站，保留原有機(jī)架、砧座。利用這種技術(shù)改造1-3t傳統(tǒng)蒸汽錘，取得了較好效果，能源利用率由2%提高到20%-60%。除換頭外，電液錘整機(jī)的研制仍處于發(fā)展階段，居于德國lasco公司第2代產(chǎn)品發(fā)展水平上，屬于液氣錘。全液壓錘研究和制造正在起步。1-1-2快鍛液壓機(jī)時(shí)代隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)自由鍛件的尺寸精度和生產(chǎn)效率提出了越來越高的要求，因而對(duì)液壓機(jī)的鍛造速度和壓下精度的要求也隨之提高，為了適應(yīng)這種要求，快鍛液壓機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。國外生產(chǎn)快鍛液壓機(jī)的廠家主要有德國曼內(nèi)斯曼、德馬克公司、潘因克(pahnke)公司和日本的三菱長崎機(jī)工株式會(huì)社。目前，在一些發(fā)達(dá)國家，尤其是德國，快鍛液壓機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。它們用油作介質(zhì)，泵直接驅(qū)動(dòng)，大多采用下拉式主機(jī)結(jié)構(gòu)，液壓泵站一般設(shè)置在主機(jī)附近的地下室內(nèi)。某些公司設(shè)計(jì)制造的快鍛液壓機(jī)具有一系列先進(jìn)性，主要表現(xiàn)在：液壓系統(tǒng)采用具有快速反應(yīng)的電磁閥作先導(dǎo)閥，其切換頻率高達(dá)250次/min，該閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、動(dòng)作靈敏、啟閉迅速，能滿足壓機(jī)快速性要求；主缸的排液設(shè)有另外的通道，使充液閥成了只有充液功能的單向閥，減少了液壓沖擊；快鍛液壓機(jī)采用微機(jī)控制，壓機(jī)與操作機(jī)之間聯(lián)動(dòng)自如，當(dāng)鍛件的鍛造工藝確定后，即可通過計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)程序化鍛造。我國從20世紀(jì)80年代至今從德國引進(jìn)2000T的快鍛液壓機(jī)1臺(tái)，2500T的1臺(tái)，3000T的2臺(tái)，4000T的1臺(tái)；從日本引進(jìn)2000T的快鍛機(jī)1臺(tái)。至今這些快鍛液壓機(jī)在冶金企業(yè)中正常運(yùn)行。我國快鍛液壓機(jī)的主要生產(chǎn)廠家有西安重型機(jī)械研究所和蘭石新技術(shù)開發(fā)實(shí)業(yè)公司。在20世紀(jì)80年代中期，由西安重型機(jī)械研究所和北京重型機(jī)械廠研制成國內(nèi)第1臺(tái)800T快鍛液壓機(jī)組，在蘭石公司投入運(yùn)行。蘭石公司對(duì)該機(jī)組的液壓系統(tǒng)、主機(jī)、微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面評(píng)估，發(fā)現(xiàn)了快速電磁閥電路板設(shè)計(jì)、高速輕型泵的泵頭閥、主機(jī)圓形立柱與調(diào)整導(dǎo)套間隙不易調(diào)均，運(yùn)動(dòng)不夠平衡等技術(shù)問題，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一系列改進(jìn)措施，取得了成效。目前，蘭石公司已能生產(chǎn)800T和1600T快鍛液壓機(jī)，制造水平有了很大提高，但其液壓系統(tǒng)的主要部件如泵、先導(dǎo)閥等還需國外配套。我國快鍛液壓機(jī)的總體水平與德國制造技術(shù)相比還有較大的差距。圖1.1西安重型機(jī)械研究所研制的鍛造操作機(jī)西安重型機(jī)械研究所研制的鍛造操作機(jī)：該所研制的鍛造機(jī)的特點(diǎn)是：1.該機(jī)采用的吊掛系統(tǒng)及緩沖送料機(jī)構(gòu)具有良好的吸震性能。夾緊缸前置，短杠桿結(jié)構(gòu)，縮小了鉗杠長度及鉗頭回轉(zhuǎn)半徑；提升機(jī)構(gòu)采用液壓杠桿簡化了結(jié)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)采用鏈輪鏈條，使運(yùn)行平穩(wěn)，定位精度高。2.液壓系統(tǒng)采用邏輯閥及數(shù)字控制變量泵元件，使液壓系統(tǒng)的壓力，流量隨機(jī)可調(diào)節(jié)。備有測溫、測壓、測位等完善的檢測系統(tǒng)。3.該操作機(jī)可以實(shí)現(xiàn)夾料、提升、傾斜、擺動(dòng)、側(cè)移、轉(zhuǎn)料、走行等七個(gè)常規(guī)動(dòng)作。在計(jì)算機(jī)控制下與壓機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)鍛造。4.該操機(jī)轉(zhuǎn)角誤差±2。，送料誤差±10mm。1-1-3精鍛機(jī)的開發(fā)精鍛機(jī)(徑向精密鍛造機(jī))開發(fā)于20世紀(jì)40年代，其中臥式精鍛機(jī)（見圖1.1）用得較多，分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)2種形式。精鍛機(jī)以其獨(dú)特的四錘頭鍛造原理凸現(xiàn)了與汽錘等鍛造工藝完全不同的品質(zhì),無可比擬的優(yōu)勢,不論是鍛造材質(zhì)內(nèi)外部質(zhì)量,成材率,尺寸精度,自動(dòng)化程度,經(jīng)濟(jì)性和對(duì)環(huán)境保護(hù)對(duì)操縱者衛(wèi)生安全等各個(gè)方面均有明顯提高,是替代汽錘,快鍛等開坯和鍛造粗加工成形機(jī)械的更新?lián)Q代產(chǎn)品。目前國外普遍使用的多錘頭精鍛機(jī)是由奧地利G.F.M公司設(shè)計(jì)制造的第一臺(tái)小型立式精鍛機(jī)是1948年在奧地利GFM公司制成的。經(jīng)過不斷改進(jìn)，精鍛機(jī)逐漸大型化、系列化。精鍛機(jī)每個(gè)錘頭的鍛壓力為15～2500噸,每分鐘打擊2000～125次?？慑懪髁现睆綖棣?0～850mm。大型精鍛機(jī)出現(xiàn)在六十年代后期。1978年制造出打擊力為1200KN，可鍛胚料直徑為650mm的精鍛機(jī)安裝在英國。目前可鍛胚料直徑為850mm,可鍛錠重為15t的大型精鍛機(jī)已經(jīng)編入產(chǎn)品系列。圖1.2精鍛機(jī)

第二章精鍛機(jī)2-1精鍛機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)和發(fā)展方向2-1-1精鍛機(jī)的特點(diǎn)精鍛機(jī)是一種快速精密鍛壓設(shè)備，由幾個(gè)對(duì)稱錘頭對(duì)金屬坯料進(jìn)行高頻率鍛打的短沖程壓力機(jī)。錘頭有兩種運(yùn)動(dòng)：①由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)偏心軸帶動(dòng)連桿使錘頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行鍛打；②調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過偏心套調(diào)節(jié)連桿的位置，改變錘頭的開口尺寸，以獲得不同的鍛壓尺寸。鍛壓時(shí)坯料由操作機(jī)的夾頭送入鍛壓箱進(jìn)行往復(fù)鍛壓。這類機(jī)器多用程序控制、數(shù)字控制或微處理控制系統(tǒng)自動(dòng)操作，生產(chǎn)效率高，用以建立熱鍛火車軸等自動(dòng)生產(chǎn)線和冷鍛槍管來復(fù)線等。鍛件的精度：熱鍛的外徑±0.5毫米，內(nèi)徑±0.1毫米；冷鍛的外徑±0.1毫米，內(nèi)徑±0.01毫米。加工實(shí)心或空心長軸類零件鍛造時(shí)，分布在棒料圓周方向的錘頭(2～8個(gè))對(duì)工件快速和同步鍛打。如工件為圓截面，則一面低速旋轉(zhuǎn)，一面軸向進(jìn)給移動(dòng)；如工件為非圓截面，則只軸向進(jìn)給而不旋轉(zhuǎn)，將鋼錠直接鍛成方鋼、扁鋼等。徑向鍛造的特點(diǎn)是不需要專用模具，能按預(yù)定程序鍛出精密的軸類零件。徑向鍛造每次壓縮量小，每分鐘鍛打次數(shù)高，這種方法可用于熱鍛或冷鍛。精鍛機(jī)每分鐘錘擊次數(shù)比快鍛液壓機(jī)高一倍，由于錘擊次數(shù)高，坯料形變產(chǎn)生的熱量可抵償坯料散失到環(huán)境中的熱量，因此加工過程中溫度變化較小。這對(duì)加工溫度范圍窄的高合金鋼、鈦合金或難變形合金的生產(chǎn)非常合適，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。在一次加熱中坯料總變形率的增加，也就提高了生產(chǎn)率和成材率。數(shù)控鍛壓能保證產(chǎn)品有更高的精度,尺寸公差達(dá)±0.1mm，減少了后續(xù)工序的加工余量。世界上有許多國家在冶金、機(jī)械制造、國防工業(yè)上采用了精鍛機(jī)來生產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)度合金鋼、鈦合金和難變形合金的產(chǎn)品。用不同型號(hào)的精鍛機(jī)分別將鋼錠或鋼坯鍛成圓形、方形、矩形截面的棒材或鍛成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸、實(shí)心軸和空心階梯軸、錐度軸、厚壁管、炮管等。此外，徑向鍛造機(jī)自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)的鍛件精度高，表面粗糙度小。但也有不足之處，因?yàn)殄懺鞎r(shí)，工件表面變形大于中心部位變形，如果鍛比控制不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)心部鍛不透的現(xiàn)象。另外，由于打擊頻率高，產(chǎn)生變形熱，使鍛件局部溫度上升，導(dǎo)致合金顯微組織不均勻，影響性能。表2.1自由鍛與精鍛對(duì)比精鍛機(jī)的缺點(diǎn)是工藝適應(yīng)性不夠廣泛，一般只適合于鍛打軸類或管狀形類對(duì)稱鍛件，而且一定的工藝調(diào)整時(shí)間（0.4-4小時(shí)）。目前精鍛機(jī)可以鍛造的典型鍛件如圖所示圖2.1精鍛機(jī)典型鍛件奧地利GFM是世界知名的徑向鍛機(jī)生產(chǎn)公司，可生產(chǎn)3種類型的精鍛機(jī)：①機(jī)械傳動(dòng)的SX型；②液壓傳動(dòng)的PX型；(③連續(xù)式SD型。噸位從80～2500T,最大噸位的SX-85徑向鍛機(jī)，錘頭最大鍛打力為29420kN，打擊次數(shù)125次/min。此外，德國Eumuco公司生產(chǎn)精鍛機(jī)，以液壓傳動(dòng)為主，如SMX-18型，最大打擊力2697kN，打擊次數(shù)180--320次/min。從20世紀(jì)80年代中期至今，我國已從奧地利引進(jìn)了SX-25,SX-32,SX-40,SX-55,SX-65型7臺(tái)精鍛機(jī)，噸位分別為400T,500T,800T,1000T和1400T,主要用于鍛制特種鋼、工具鋼和鍛件，使用效果比較理想。2-1-2精鍛機(jī)的發(fā)展在國內(nèi)外精鍛機(jī)產(chǎn)品中，按主機(jī)傳動(dòng)方式分機(jī)械式和全液壓兩種形式,并且隨著液壓技術(shù)的快速發(fā)展,與控制系統(tǒng)良好的接口技術(shù),全液壓精鍛機(jī)的優(yōu)勢更加明顯。按照控制系統(tǒng)精鍛機(jī)可分為三種類型：一種是以繼電器為主控單元的傳統(tǒng)型精鍛機(jī)；一種是采用可編程控制器控制的精鍛機(jī)；第三種是應(yīng)用高級(jí)微處理(或工業(yè)控制計(jì)算機(jī))的高性能精鍛機(jī)。三種類型功能各有差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。但總的發(fā)展趨勢是高速化、智能化。1、繼電器控制方式是延續(xù)了幾十年的傳統(tǒng)控制方式，其電路結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡單，適應(yīng)性不強(qiáng)。繼電器控制方式適用于單機(jī)工作、加工產(chǎn)品精度要求不高的大批量生產(chǎn)，也可組成簡單的生產(chǎn)線，但由于電路的限制，穩(wěn)定性、柔性差?，F(xiàn)在，國內(nèi)早期引進(jìn)許多精鍛機(jī)是以這種機(jī)型為主。近幾年多進(jìn)行了技術(shù)改造和升級(jí)。2、可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前已被廣泛地用于各種生產(chǎn)機(jī)械及自動(dòng)化生產(chǎn)過程種。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器的功能更加豐富。早期的可編程控制器在功能上只能進(jìn)行簡單的邏輯控制，后來開始采用微電子處理器作為可編程控制器的中央處理單元(CPU)，從而擴(kuò)大了控制器的功能，使其不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。因此，可編程控制器控制方式是介于繼電器方式和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制方式之間的一種控制方式?？删幊炭刂破骶哂休^高的穩(wěn)定性和靈活性，但在功能方面與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比有一定的差異。3、工業(yè)控制機(jī)控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展成熟的基礎(chǔ)上采用的一種高技術(shù)含量的控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機(jī)作為主控單元，以CNC控制技術(shù)直接應(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制、同時(shí)利用各種傳感器組成閉合回路的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的，這種控制方式主要有如下特點(diǎn)：①具有友好的人機(jī)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(jī)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(dá)到0.05mm。③可順利實(shí)現(xiàn)對(duì)工作參數(shù)(壓力、速度、行程等)的單獨(dú)調(diào)整。④預(yù)存工作模式，可對(duì)不同工件的工藝過程、工藝參數(shù)預(yù)先存儲(chǔ)和重復(fù)調(diào)用，縮短調(diào)整時(shí)間。⑤對(duì)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(jìn)行故障預(yù)診斷，并自動(dòng)修復(fù)故障和顯示錯(cuò)誤。⑦易實(shí)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(jī)進(jìn)行通信和實(shí)現(xiàn)調(diào)度控制。精鍛機(jī)由手動(dòng)、半自動(dòng)發(fā)展到自動(dòng)控制，70年代又發(fā)展到用計(jì)算機(jī)控制。從工藝組成上與其他設(shè)備的聯(lián)合也有了大幅提高，采用液壓鍛壓機(jī)和精鍛機(jī)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(jī)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(jī)組,它由一臺(tái)多錘頭的連續(xù)式精鍛機(jī)后帶若干架軋機(jī)組成，主要用在合金鋼廠生產(chǎn)小型棒材。2-1-3精鍛機(jī)的發(fā)展趨勢1、高速、高效、低能耗。提高精鍛機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。2、機(jī)電液一體化。充分合理地利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。3、自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為精鍛機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)在加工，還體現(xiàn)在自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能。4、液壓元件的集成化，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來方便。5、精鍛機(jī)的宜人化。隨著精鍛機(jī)的高速和自動(dòng)化，限制噪聲和震動(dòng)、防止環(huán)境污染、消除人身事故、保證精鍛機(jī)安全可靠地進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)就顯得非常重要了。獨(dú)立的模塊,每個(gè)模塊選出其代表特征的一個(gè)或幾個(gè)變量作為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化。然后再對(duì)各模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使之趨近于上級(jí)優(yōu)化得到的最優(yōu)值。利用現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化理論結(jié)合現(xiàn)代科技發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)精鍛機(jī)的最優(yōu)設(shè)計(jì)和控制。2-2精鍛機(jī)的分類隨著精密鍛造工藝范圍的不斷擴(kuò)大，相應(yīng)的精鍛機(jī)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(shí)心或空心階臺(tái)軸以及錐度軸的普通精鍛機(jī)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(jī)。按著鍛件送進(jìn)的方向的不同精鍛機(jī)可分為：1.立式精鍛機(jī)鍛件沿著垂直于水平方向送進(jìn)，錘頭在水平方向上打擊。這類精鍛機(jī)的噸位嬌小，占地面積也小，機(jī)器高度尺寸較大，只適用于鍛造較短的軸類鍛件。2.臥式精鍛機(jī)。鍛件沿著水平方向送進(jìn)，錘頭在垂直于水平方向上打擊。這類精鍛機(jī)的高度尺寸小，不需要高廠房，但占地面積大。臥式精鍛機(jī)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(jī)更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料，因而近年發(fā)展較快。就精鍛機(jī)的錘頭數(shù)據(jù)劃分，主要是三個(gè)錘頭和四個(gè)錘頭的，但也有2個(gè)錘頭的精鍛機(jī)。此外，在一些專用的精鍛機(jī)上，錘頭的數(shù)目多到有六個(gè)至八個(gè)的。圖2.2四錘頭液壓精鍛機(jī)總裝圖2-3精鍛機(jī)工作原理精鍛機(jī)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(dòng)，鍛件在移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，用幾個(gè)錘頭（2-8個(gè)）在鍛件周圍進(jìn)行同步而又對(duì)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(gè)鍛擊過程都是自動(dòng)的。下面舉例詳細(xì)說明精鍛機(jī)的工作原理上圖是一臺(tái)100噸的立式三錘頭精鍛機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理圖。圖中電動(dòng)機(jī)1經(jīng)角皮帶輪2，再經(jīng)空心軸3，中心齒輪4帶動(dòng)齒輪5。在齒輪5上裝有拔塊6，拔塊6可以在飛輪7帶動(dòng)曲軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過連桿9是錘頭10來回運(yùn)動(dòng)，對(duì)毛胚進(jìn)行鍛擊（共有三個(gè)錘頭，三根連桿，三根曲軸，同時(shí)驅(qū)動(dòng)，同步鍛擊，圖中只畫出一套）。錘頭的徑向進(jìn)給是依靠徑向進(jìn)給油缸12來控制的。當(dāng)高壓油進(jìn)入油缸12時(shí)，和活塞桿相連齒條14就帶動(dòng)齒輪15，17，小軸18，小齒輪22和中心齒輪21轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)三個(gè)進(jìn)給齒輪20.三個(gè)進(jìn)給齒輪固定在三個(gè)相應(yīng)的偏心套19上，因此當(dāng)三個(gè)進(jìn)給齒輪20轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，迫使相應(yīng)的三個(gè)曲軸8靠近或離開毛胚。即使三個(gè)錘頭10沿徑向進(jìn)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(fù)運(yùn)動(dòng)和徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，不再作軸向運(yùn)動(dòng)。毛胚25的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)依靠軸向進(jìn)給油缸23來控制。當(dāng)油缸23進(jìn)高壓油時(shí)，就推動(dòng)夾頭24呆著毛胚25按一定速度作向上或向下的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。此外夾頭24的內(nèi)部的特定機(jī)構(gòu)還帶著毛胚沿軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖2.3立式三垂頭精鍛機(jī)裝配圖該機(jī)的來連桿的錘頭是剛醒連接（與一般曲柄壓力機(jī)的球絞連接不一樣），因此必須有一個(gè)使錘頭運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向用的擺動(dòng)套，以保證各個(gè)錘頭對(duì)準(zhǔn)毛胚的中心進(jìn)行鍛擊，如圖2.3中的11及圖2.4所示。夾頭25是夾持毛胚做軸向運(yùn)動(dòng)和沿軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，其簡單結(jié)構(gòu)形式和工作原理如圖2.5所示。夾頭的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是依靠軸向進(jìn)給油缸來完成的(圖2.3，軸向進(jìn)給油缸內(nèi)的活塞桿和夾頭相連，當(dāng)進(jìn)給油缸在不太樂觀方向進(jìn)油，排油時(shí)，就可以使夾頭在導(dǎo)軌中作向上或向下的走向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。圖2.4精鍛機(jī)與一般曲柄機(jī)的曲柄連桿話機(jī)構(gòu)的區(qū)別a)一般曲柄機(jī)b)精鍛機(jī)夾頭的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靠電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)，如圖2.5a所示。在夾頭內(nèi)部裝有電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，通過三角皮帶輪和蝸桿帶動(dòng)渦輪4和主軸2轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸2與夾緊機(jī)構(gòu)的支盤11緊固在一起，因此主軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)。在活塞6與斜槽鐵8之間有推力軸承7，因此當(dāng)主軸及夾爪回轉(zhuǎn)時(shí)，夾頭的外壁1及氣缸5是不轉(zhuǎn)動(dòng)的。該機(jī)夾頭的軸向運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，而錘頭只做徑向運(yùn)動(dòng)，沒有相應(yīng)的軸向運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此錘頭鍛擊毛胚的瞬間，毛胚就產(chǎn)生瞬時(shí)的制動(dòng)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?；剞D(zhuǎn)方向的緩沖采用彈簧。其緩沖原理如圖2.5b所示，主動(dòng)輪爪通過緩沖彈簧14將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳給被動(dòng)輪爪15，而被動(dòng)輪爪是固定在主軸上的，所以在正常情況下，渦輪一轉(zhuǎn)動(dòng)，毛胚就隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)錘頭鍛擊毛胚而時(shí)毛胚受到制動(dòng)時(shí)，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2.5夾頭工作原理圖夾頭夾持毛胚的過程分三個(gè)階段：1.起始階段。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣缸的下腔時(shí)，活塞6就向上移動(dòng)并帶動(dòng)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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，于是夾爪就向中心移動(dòng)夾住毛坯。此時(shí)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(dòng)的零件的總重量相平衡為止。2.過度階段。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(dòng)的零件就向上移動(dòng)，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(shí)上升，活塞與主軸的相對(duì)移動(dòng)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。3.夾牢階段。過渡階段結(jié)束時(shí)，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(dòng)，活塞與主軸之間的相對(duì)移動(dòng)量加大，夾爪就進(jìn)一步把毛坯夾牢，氣缸內(nèi)的總壓力達(dá)到規(guī)定數(shù)值。松開時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸的上腔，推動(dòng)活塞6向下移動(dòng)，主軸毛坯等在彈簧的反力及自重作用下與活塞同時(shí)向下移動(dòng)，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(dòng)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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，一次夾爪就離合中心，把毛坯松開。以上介紹了這臺(tái)精鍛機(jī)錘頭鍛擊和送進(jìn)運(yùn)動(dòng)及夾頭的夾緊和送進(jìn)運(yùn)動(dòng)的原理。2-4精鍛機(jī)模塊劃分精鍛機(jī)是一種高效鍛打設(shè)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(diǎn)，既保證了大鍛造比的實(shí)現(xiàn)，又可實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格坯料的輸出。四錘頭的對(duì)稱布置，使得鍛打力相對(duì)于基礎(chǔ)成為內(nèi)力而相互抵消，大大降低了震動(dòng)和對(duì)周圍環(huán)境的影響。定中心旋轉(zhuǎn)鍛打方式有效實(shí)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(shè)備的精度和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。液壓伺服系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使精鍛機(jī)的可控性、易調(diào)整等優(yōu)勢得到充分體現(xiàn)，全自動(dòng)鍛打模式大大降低了人的勞動(dòng)強(qiáng)度。自動(dòng)化程度的提高，必然帶來對(duì)各環(huán)節(jié)穩(wěn)定可靠性的高要求，因此利用模塊化設(shè)計(jì)理念，有助于精鍛機(jī)的優(yōu)化和整體的可靠性。精鍛機(jī)設(shè)備按功能劃分分為主機(jī)部分、夾頭組件、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、及輔助系統(tǒng)。1.主機(jī)部分由鍛造箱、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。2.夾頭部分由A夾頭、B夾頭和夾頭床組成。實(shí)現(xiàn)坯料的夾持、旋轉(zhuǎn)等主要的輔助動(dòng)作。3.液壓系統(tǒng)分潤滑系統(tǒng)、調(diào)整系統(tǒng)、A控制液壓站、B控制液壓站。實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的潤滑、液壓調(diào)整和夾頭的行走。4.電控系統(tǒng)由PLC、CNC及上位機(jī)組成控制核心，保證系統(tǒng)的整體運(yùn)動(dòng)。5.輔助系統(tǒng)由輸送輥道、上下料機(jī)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(dú)立實(shí)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(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)操作。2-5各模塊功能2-5-1齒輪箱是動(dòng)力分配和速度選擇的機(jī)械系統(tǒng)1.設(shè)計(jì)動(dòng)力配置，保證傳動(dòng)結(jié)構(gòu)合理。精鍛機(jī)一般為四錘頭鍛打方式，四錘頭同步驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力較大，大型精鍛機(jī)均采用高壓雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，利于選型和配置。2.選擇合適的傳動(dòng)速比，保證鍛打頻率。精鍛機(jī)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(jī)，頻率決定了鍛機(jī)的功率設(shè)計(jì)。3.同步機(jī)構(gòu)。雙電機(jī)分左和右兩部分驅(qū)動(dòng)鍛造箱連桿，要實(shí)現(xiàn)同步鍛打運(yùn)動(dòng)，必須有同步機(jī)械機(jī)構(gòu)保證。4.選擇合適動(dòng)力傳遞方式即聯(lián)軸器形式，以實(shí)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(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與齒輪箱固定中心之間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳遞，必須有特殊結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)。精鍛機(jī)主動(dòng)力由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，統(tǒng)一的傳動(dòng)比保證四個(gè)主齒輪具有統(tǒng)一的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，帶動(dòng)四根主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。四根主軸端部凸塊通過四個(gè)十字滑槽聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到偏心軸，偏心軸驅(qū)動(dòng)連桿實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成鍛打過程。左右兩部分同步由一組傳動(dòng)齒輪、齒盤和同步聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)。2-5-2鍛造箱是精鍛機(jī)工作核心部分1.承接齒輪箱傳遞的動(dòng)力，形成鍛打能量。2.將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鍛打過程。3.實(shí)現(xiàn)連桿軸線方向調(diào)整運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。4.保證周期性鍛打反作用力的傳遞和消除。鍛造箱由兩部分組合而成，通過兩個(gè)傾翻立柱固定在基礎(chǔ)上，此結(jié)構(gòu)形式保證了安裝和拆卸時(shí)能轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置，利于拆裝的順利進(jìn)行。鍛造箱中四個(gè)相互正交的、且與工件軸線垂直的連桿，由齒輪箱傳動(dòng)的四個(gè)偏心軸驅(qū)動(dòng)，成為鍛打的直接承力部件。偏心軸安裝于調(diào)整套中，可實(shí)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(duì)箱體相互抵消，減小了震動(dòng)和對(duì)基礎(chǔ)的沖擊。圖2.6液壓精鍛機(jī)鍛造箱三維模型2-5-3錘頭調(diào)整是精鍛機(jī)實(shí)現(xiàn)鍛打尺寸變化的機(jī)構(gòu)經(jīng)過錘頭調(diào)整可以準(zhǔn)確的調(diào)整要求的鍛造直徑。1.實(shí)現(xiàn)對(duì)連桿位置變動(dòng)功能。2.調(diào)整完畢的自鎖保持功能。3.檢測調(diào)整反作用力進(jìn)行主機(jī)控制和保護(hù)功能。錘頭調(diào)整裝置主要由側(cè)面安裝在機(jī)器上的蝸輪—傘齒輪傳動(dòng)裝置和兩個(gè)液壓傳動(dòng)馬達(dá)組成。相對(duì)的一組錘頭由一個(gè)馬達(dá)同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)整，以保持中心線的不變。液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪、蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置帶動(dòng)調(diào)整絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心調(diào)整套轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)偏心軸和連桿移動(dòng)，使連桿沿軸向移動(dòng)，移動(dòng)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(shí)現(xiàn)直徑尺寸Φ300mm鍛打范圍的調(diào)整。當(dāng)達(dá)到要求的直徑時(shí)，調(diào)整傳動(dòng)裝置通過制動(dòng)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(fù)荷的保護(hù)等功能。2-5-4夾頭是實(shí)現(xiàn)工件夾持、軸向送給和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)1.足夠的夾持力量和合適的夾持直徑以適應(yīng)工件毛坯的范圍。2.實(shí)現(xiàn)軸向大范圍無級(jí)調(diào)速的進(jìn)給，并與主機(jī)鍛打過程相匹配的緩沖功能。3.實(shí)現(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)及與主機(jī)鍛打相匹配的間歇緩沖。4.為避免工件的扭轉(zhuǎn)，夾頭需設(shè)計(jì)與主機(jī)相匹配的高頻制動(dòng)松開功能，及扁方鍛打時(shí)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(gè)夾緊油缸完成的。安裝夾緊油缸的兩個(gè)夾緊套管相對(duì)移動(dòng)帶動(dòng)缸體和活塞桿相對(duì)移動(dòng)，完成加緊松開動(dòng)作。夾緊套通過軸承定位于箱體上，在電機(jī)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下實(shí)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(shí)夾頭的停滯，夾頭主軸的軸向由4組板簧定位，緩沖鍛壓時(shí)夾頭軸向連續(xù)推進(jìn)的停滯。高頻振蕩抱閘系統(tǒng)保證與主機(jī)鍛打頻率的一致性，使工件鍛打過程中避免了扭轉(zhuǎn)。2-5-5液壓控制系統(tǒng)作為精鍛機(jī)的重要組成部分1.潤滑系統(tǒng)保證了設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪軸承的潤滑，同時(shí)為主機(jī)偏心軸的動(dòng)壓軸瓦提供壓力油，形成足夠的油膜強(qiáng)度，保證了1000T鍛打的承擊力，解決了滾動(dòng)軸承不能實(shí)現(xiàn)的問題。2.阻尼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了調(diào)整套被調(diào)整動(dòng)作時(shí)，旋轉(zhuǎn)面間隙配合，在調(diào)整完畢定位后間隙的消除，避免了鍛打過程的震動(dòng)和撞擊。3.過載保護(hù)系統(tǒng)利用調(diào)整箱上傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的環(huán)間液壓腔，通過對(duì)壓力波動(dòng)的檢測，標(biāo)定鍛打過程的反作用力，以達(dá)到鍛造力的監(jiān)控和顯示，對(duì)超負(fù)荷進(jìn)行保護(hù)和設(shè)備調(diào)整。4.錘頭調(diào)整系統(tǒng)是采用液壓閉式回路設(shè)計(jì)，伺服液壓泵帶動(dòng)定量馬達(dá)實(shí)現(xiàn)。伺服模式利于CNC電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制。5.夾頭進(jìn)給系統(tǒng)是用伺服泵并聯(lián)定量泵模式，既保證了夾頭工進(jìn)時(shí),速度在CNC控制下的無級(jí)調(diào)速，又實(shí)現(xiàn)了后退時(shí)的快速移動(dòng)。并在CNC控制下可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)站位、主隨動(dòng)轉(zhuǎn)換、及與調(diào)整聯(lián)動(dòng)進(jìn)行錐體鍛造。6.夾頭的夾緊系統(tǒng)是利用恒壓變量泵作為夾緊缸的動(dòng)力源，通過夾緊閥塊，實(shí)現(xiàn)夾緊、松開、保持及低壓隨動(dòng)夾持等功能，并通過比例壓力閥實(shí)現(xiàn)夾緊最高壓力預(yù)設(shè)定，以適應(yīng)不同強(qiáng)度材質(zhì)坯料的夾緊需要，保證加緊機(jī)構(gòu)不對(duì)原料表面形成傷害。7.夾頭振蕩制動(dòng)系統(tǒng)是為了防止鍛打過程坯料的扭轉(zhuǎn)而設(shè)計(jì)的一套制動(dòng)系統(tǒng)，其基本原理是利用制動(dòng)的方法，使夾頭的旋轉(zhuǎn)保持與主機(jī)鍛打頻率一致的停頓動(dòng)作，即在壓料過程時(shí)強(qiáng)制夾頭停止旋轉(zhuǎn)。精鍛機(jī)利用液壓伺服系統(tǒng)的高頻響特性，設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)，保證了200次/分的振蕩制動(dòng)動(dòng)作，有效地解決高頻次系統(tǒng)響應(yīng)遲滯的問題。8.支承輥系統(tǒng)是為坯料延長后防止顫動(dòng)而設(shè)計(jì)的。直徑的減小導(dǎo)致剛度下降，當(dāng)長度延長而單夾頭鍛打時(shí)，坯料的顫動(dòng)會(huì)影響主機(jī)鍛打，增加輔助支撐可有效改變工作狀態(tài)。本系統(tǒng)由CNC采用伺服閥加位置編碼器形成閉環(huán)控制，根據(jù)主機(jī)調(diào)整系統(tǒng)的坯料尺寸反饋值，自動(dòng)調(diào)整支撐輥高度，使輔助支撐保持一定的支撐力和位置。2-5-6電控系統(tǒng)是設(shè)備的中樞系統(tǒng)本系統(tǒng)從高控制精度、高可靠性、抗干擾、易維護(hù)的目的出發(fā)，采用現(xiàn)場控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由可編程控制器、上微機(jī)和CNC控制系統(tǒng)組成。1．上微機(jī)采用工業(yè)計(jì)算機(jī)作為人機(jī)接口，系統(tǒng)采用WIN2000操作系統(tǒng)，ntelCeleron,1800MHz,256MBRAM，系統(tǒng)軟件DIABV4.1A，人機(jī)界面VisualBasic?？蓪?shí)現(xiàn)操作過程的監(jiān)控，故障信息的顯示和診斷，主要參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，鍛打過程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)鍛打方式選擇等功能。由GFM公司開發(fā)的PROFORGE程序，通過前臺(tái)調(diào)用，實(shí)際參數(shù)設(shè)定，能自動(dòng)生成鍛打程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全自動(dòng)鍛打過程控制。并配有以太網(wǎng)卡，采用以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交流。2.CNC-6000AP是GFM公司開發(fā)的CNC控制系統(tǒng)，是精鍛機(jī)控制系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)CPU型號(hào)為MVME2304，處理器MPC604,333MHz,128MBRAM。可實(shí)現(xiàn)多軸控制,位置精度可達(dá)到0.001mm，方便的操控界面進(jìn)行程序編譯修改，利用令牌（ARCNET）以太網(wǎng)協(xié)議與上微機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)程序傳遞和參數(shù)修改、數(shù)據(jù)監(jiān)控、記錄。利用（ETHEMET）以太網(wǎng)協(xié)議與PLC通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)參數(shù)的數(shù)據(jù)交換和控制。3.可編程序控制器采用siemenss7-400PLC系統(tǒng)，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作，具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，通訊處理器(CP)用于總線連接和點(diǎn)到點(diǎn)連接。實(shí)現(xiàn)了分布式系統(tǒng)和擴(kuò)展通訊能力。SX55精鍛機(jī)電氣控制系統(tǒng)，利用GFM公司的CNC6000AP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)精鍛機(jī)左、右錘頭，A、B夾頭行走，A、B夾頭振蕩制動(dòng)，A、B夾頭支撐輥高度等八軸的模擬量伺服控制，PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的輸入采集和邏輯控制，上位機(jī)友好的操控界面，方便地實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)操作的轉(zhuǎn)換，多重菜單開發(fā)實(shí)現(xiàn)了鍛打工藝的的監(jiān)控和記錄，設(shè)備重要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，故障信息和故障診斷顯示與記錄。保證了設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。

第三章夾頭設(shè)計(jì)夾頭作為精鍛機(jī)的主要輔助機(jī)械設(shè)備，其與主機(jī)相適應(yīng)的輔助動(dòng)作較多，功能匹配、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓伺服控制系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)結(jié)合緊密，其設(shè)計(jì)思路有很好的研究價(jià)值。夾頭是實(shí)現(xiàn)工件夾持、軸向送給和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。需要實(shí)現(xiàn)1.足夠的夾持力量和合適的夾持直徑以適應(yīng)工件毛坯的范圍。2.實(shí)現(xiàn)軸向大范圍無級(jí)調(diào)速的進(jìn)給，并與主機(jī)鍛打過程相匹配的緩沖功能。3.實(shí)現(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)及與主機(jī)鍛打相匹配的間歇緩沖。4.為避免工件的扭轉(zhuǎn)，夾頭需設(shè)計(jì)與主機(jī)相匹配的高頻制動(dòng)松開功能。3-1旋轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)精鍛機(jī)以圓表面成品為主，其產(chǎn)品質(zhì)量重要的指標(biāo)是成品的直徑誤差。與軋機(jī)的連續(xù)軋制不同，精鍛機(jī)主機(jī)鍛打非連續(xù)性與夾頭旋轉(zhuǎn)連續(xù)性、軸向送給的連續(xù)性造成表面的誤差，特別是旋轉(zhuǎn)的速度匹配，對(duì)直徑誤差影響很大。如圖3.1所示，當(dāng)錘頭寬度足夠，每步轉(zhuǎn)角后錘頭有部分重疊時(shí)，若每步旋轉(zhuǎn)角度B、鍛后直徑R、鍛后形成的肩部H有以下關(guān)系式：H=R/COS（B/2）（3.1）R－坯料鍛后半徑B－坯料每鍛打一次的轉(zhuǎn)角圖3.1鍛造示意圖由于肩部引起的直徑誤差為：δ=2[R/COS（B/2）-R](3.2)根據(jù)鍛制圓鋼國家標(biāo)準(zhǔn)（GB908-87）對(duì)圓鋼直徑允許偏差規(guī)定：δ<0.02R(3.3)即2[R/COS(B/2)-R]<0.02R(3.4)求得：B<16.12°(3.5)根據(jù)SX55精鍛機(jī)主機(jī)鍛打頻率：200r/min可計(jì)算夾頭旋轉(zhuǎn)速度：U×360°/200<16.12°(3.6)U－夾頭旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算得：U<8.95r/minSX55精鍛機(jī)采用110KW、轉(zhuǎn)速750r/min的8級(jí)電機(jī)，經(jīng)皮帶傳動(dòng)（Φ315/Φ934）減速，再經(jīng)蝸桿蝸輪（1/34）減速，SX55精鍛機(jī)夾頭夾頭旋轉(zhuǎn)速度為：U=7.6r/min.SX55精鍛機(jī)鍛圓直徑根據(jù)公式（3.2）求得誤差:δ=2[R/COS（B/2）-R]=0.014R<0.02R(3.7)完全滿足國標(biāo)要求。3-2旋轉(zhuǎn)間歇系統(tǒng)設(shè)計(jì)精鍛機(jī)主機(jī)鍛打過程中，夾頭如果保持連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，必然造成坯料的扭轉(zhuǎn)或機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性破壞，這對(duì)產(chǎn)品和機(jī)械系統(tǒng)都是不允許的。因此夾頭旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)緩沖即隨主機(jī)鍛打過程而必須進(jìn)行間歇設(shè)計(jì)非常必要。3-2-1間歇時(shí)間的確定間歇的時(shí)間包括主機(jī)鍛料壓下時(shí)間t1,錘頭退出時(shí)為避免坯料的損傷而設(shè)定的旋轉(zhuǎn)滯后時(shí)間t2。1.鍛料壓下造成夾頭停轉(zhuǎn)時(shí)間t1主機(jī)鍛料過程中從接觸坯料開始，到鍛打設(shè)定尺寸止，夾頭夾持坯料不應(yīng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其時(shí)間t1與主機(jī)速度、偏心量、壓下量有關(guān)。精鍛機(jī)主機(jī)鍛打利用偏心軸原理如圖3.2所示，R圓（中心A1）繞偏心點(diǎn)A作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，偏心距為a，幾型框隨偏心圓R旋轉(zhuǎn)，在水平方向形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成鍛打過程。幾型框水平方向位置即為鍛打坯料位置，其坐標(biāo)可用偏心圓R水平位置坐標(biāo)描述。以旋轉(zhuǎn)中心A為坐標(biāo)原點(diǎn)A（0，0）則R圓上某點(diǎn)坐標(biāo)可用下方程式表示：(X-acosθ)2+(Y-asinθ)2=R2(3.8)A－偏心量B－偏心夾角R－偏心軸半徑圖3.2偏心軸示意圖其在水平方向最前端位置點(diǎn)決定了幾型框位置即Y=asinθ(3.9)將式（3.9）代入式（3.8）并取X正方向值為：X-acosθ=R(3.10)當(dāng)θ=180°時(shí)X=R-a,幾型套開始向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)θ=0°時(shí)X=R+a,幾型套到達(dá)最前點(diǎn)，開始向后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)鍛壓壓下量為h時(shí)，其角度為(ωt1)滿足：h=a-acos(ωt1)(3.11)ω－主機(jī)旋轉(zhuǎn)速度t1－壓下量h時(shí)到前點(diǎn)用時(shí)間以SX55為例，ω=200×2×3.14/60=20.93/s偏心量為：a=17mm當(dāng)壓下量為：h=25mm計(jì)算得到壓下制動(dòng)時(shí)間為：t1=0.098s2.錘頭退出時(shí)為避免坯料的損傷而設(shè)定的旋轉(zhuǎn)滯后時(shí)間t2錘頭回縮時(shí)為避免坯料與錘頭的干涉，系統(tǒng)對(duì)夾頭預(yù)定40°旋轉(zhuǎn)滯后角度。則滯后時(shí)間：t2=40/(200×360/60)=0.033s(3.12)則夾頭在主機(jī)壓下量為h=25mm時(shí)，每步需要做間歇時(shí)間為：t=t1+t2=0.098+0.033=0.131s(3.13)3-2-2實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇圖3.3傳動(dòng)緩沖示意圖精鍛機(jī)采用了特殊的結(jié)構(gòu)形式，保證了高頻率和大扭矩的傳動(dòng)間歇功能。結(jié)構(gòu)如圖3.3所示，電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)蝸桿蝸輪傳動(dòng)帶動(dòng)夾頭旋轉(zhuǎn)。由于蝸桿和蝸輪傳動(dòng)過程中，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)移動(dòng)，利用此特性，蝸桿的軸向采用了非固定位設(shè)計(jì)，而利用蝶簧位移存儲(chǔ)能量減震的特點(diǎn)，對(duì)蝸桿軸向定位。這樣，當(dāng)夾頭隨主機(jī)的鍛打頻率制動(dòng)時(shí)，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)被強(qiáng)制制動(dòng)，而蝸桿的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)靠蝸桿在軸向產(chǎn)生位移得以緩沖，彈簧受壓所產(chǎn)生的蓄能效應(yīng)，使得夾頭制動(dòng)停止后的快速啟動(dòng)。3-3加緊系統(tǒng)設(shè)計(jì)精鍛機(jī)鍛造中心保持不變的鍛造特性，為夾頭設(shè)計(jì)提出了更高的要求。加緊系統(tǒng)采取了三滑套形式(見圖3.4)，兩對(duì)夾臂成對(duì)安裝于兩個(gè)滑套上，兩滑套分別通過軸承室與液壓油缸缸體和活塞桿相連，液壓油缸運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)滑套相對(duì)移動(dòng)，使夾臂實(shí)現(xiàn)加緊松開的動(dòng)作。夾臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不帶動(dòng)油缸，簡化了油缸配油系統(tǒng)設(shè)計(jì)。液壓壓力伺服系統(tǒng)見（圖3.5）有效的保證了加緊力的穩(wěn)定和適應(yīng)不同材質(zhì)所需求的不同加緊力的調(diào)整。液壓系統(tǒng)原理如圖3.5所示，加緊壓力由壓力傳感器反饋?zhàn)饔糜谒欧y，實(shí)現(xiàn)了加緊力在于設(shè)定的壓力下工作。圖3.5夾緊液壓原理圖3-4夾頭行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)精鍛機(jī)夾頭行走利用液壓速度伺服系統(tǒng)保證連續(xù)的無級(jí)調(diào)速，泵組利用力士樂伺服泵與定量泵組合，實(shí)行行走慢速的無級(jí)調(diào)速和快速的大流量輸出。行走液壓塊利用速度伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)夾頭速度的精密調(diào)整。液壓原理如圖3.6所示，位移光電編碼器反饋的速度信號(hào)經(jīng)CNC控制，反饋伺服閥，實(shí)現(xiàn)速度位移的精密控制，位置精度可達(dá)到0.1mm。圖3.6行走液壓原理圖3-5夾頭制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)夾頭制動(dòng)利用伺服閥的高頻響應(yīng)特性，用液壓缸推動(dòng)制動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)與主機(jī)同頻率的制動(dòng)動(dòng)作，液壓原理如圖3.7所示，主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置信號(hào)由偏心軸輸出，通過光電開關(guān)送出脈沖信號(hào)，控制伺服閥實(shí)現(xiàn)高頻換向，實(shí)現(xiàn)對(duì)夾頭的制動(dòng)控制。圖3.7制動(dòng)液壓原理圖

第四章液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1液壓控制系統(tǒng)原理簡介對(duì)棒狀材料或管狀材料進(jìn)行冷、熱加工時(shí)往往需要將工件送入并保持在某一幾何中心上。例如對(duì)圓形斷面或矩形斷面的棒料進(jìn)行多方面的熱鍛打時(shí)工件必須保持在鍛打中心C上，如圖4.1a所示這就需要采用定心夾鉗。如采用普通機(jī)械式夾鉗，使上、下鉗口閉合量y1,y2相等如圖4.1b所,雖然可以達(dá)到定心的目的,但是當(dāng)工件沿軸向移動(dòng),而且工件的外形生變化時(shí),就可能產(chǎn)生偏心或卡死。如采用普通液壓傳動(dòng)裝置,分別對(duì)上、下鉗口的閉合量進(jìn)行控制,那么在工件外形尺寸變化時(shí),就需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。此外,如果被夾持的是矩形斷面工件,a>b如圖4.1C所示,那么一個(gè)自由度閉合量的夾鉗就無法使工件定心。圖4.1定心夾鉗工作示意采用兩自由度的機(jī)液伺服控制系統(tǒng)的定心鉗就可以自動(dòng)而準(zhǔn)確地完成定心要求。這種夾鉗具有以下主要特點(diǎn)：:(1)下鉗口有足夠的支持力可以支持工件的全部重量,上鉗口的夾緊力是可調(diào)的,因而可以允許工件沿軸向移動(dòng),也可使工件卡緊;(2)下鉗口在y方向上的閉合量y2能自動(dòng)跟隨上鉗口的閉合量y1而變化并保持相等，因而能達(dá)到y(tǒng)方向上的自動(dòng)定心；(3)上，下鉗口在x方向上可以產(chǎn)生相反方向的同步位移,并且使得x1=x2,如圖4.1C中虛線所示。因此,不僅可以使圓斷面工件定心,也可使矩形斷面工件定心。兩自由度機(jī)液伺服控制定心夾鉗的工作原理如圖4.2所示.夾鉗夾持圓形斷面工件時(shí)，僅有y方向一個(gè)自由度的機(jī)液伺服系統(tǒng)參加工作。起工作過程如下：上鉗口1可繞支點(diǎn)C1做上、下擺動(dòng)，下鉗口2可繞支點(diǎn)C2作上、下擺動(dòng)。上鉗口由操作液壓缸3驅(qū)動(dòng)，下鉗口自由伺服液壓缸3的活塞在自重作用下接觸圓形斷面工件15，產(chǎn)生閉合量y1,同時(shí)，在比較器（由齒條10、11和齒輪12組成）上有一個(gè)位移指令y1’輸入，這樣，齒輪12連同錐體13一起下移，機(jī)液伺服閥5的閥芯向左產(chǎn)生位移量xvy，壓力油油ps進(jìn)入A到液壓缸4的下腔，帶動(dòng)下鉗口2向上閉合，閉合量為y2。與此同時(shí)，連桿9在比較器上產(chǎn)生負(fù)反饋y2’，使齒輪連同錐體13一起上移，直到反饋量y2’等于指令輸入量y1’為止，機(jī)液伺服閥5的閥芯回到中位，液壓缸4的活塞才不動(dòng)。由于上、下鉗口結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，因此，下鉗口的閉合量y2始終是跟隨上鉗口的閉合量y1而變化并保持相等，這樣就保證了圓形斷面工件能自動(dòng)定心。當(dāng)工件沿軸向移動(dòng)且直徑有所變化時(shí)，上、下鉗口都能等量的張開式閉合，使工件始終保持在中心上。背壓閥7可以調(diào)整鉗口張開的阻力矩。當(dāng)換向閥6的電磁鐵1YA帶電，壓力油進(jìn)入液壓缸3的下腔時(shí)，活塞推動(dòng)鉗口張開。圖4.2定心夾鉗液壓系統(tǒng)原理圖夾鉗夾持矩形斷面工作時(shí)，不僅y方向自由度的機(jī)液伺服系統(tǒng)參加工作，x方向自由度的機(jī)液伺服系統(tǒng)也同時(shí)參加工作，以保證矩形斷面工件自動(dòng)定心。當(dāng)上鉗口自重下落到矩形斷面工件表面時(shí)，要產(chǎn)生向左方向的位移量x1，直到鉗口與工件表面相吻合為止，如圖中16所示。由液壓缸22，機(jī)液伺服閥21，錐體18，比較器17組成的x方向的機(jī)液伺服控制系統(tǒng)能保證下鉗口2產(chǎn)生與上鉗口位移x1方向相反的同步位移x2。由于x、y兩個(gè)自由度機(jī)械伺服系統(tǒng)的同時(shí)工作，矩形斷面工件不僅可沿軸向移動(dòng)，而且能夠隨時(shí)保持自動(dòng)定心。4.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1初選執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)壓力在負(fù)載一定的情況下，設(shè)計(jì)壓力低，勢必加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸和重量。反之設(shè)計(jì)壓力選的太高，對(duì)液壓元件的材質(zhì)、密封及制造精度也要求很高，必然提高設(shè)備成本。通?？梢杂妙惐确ò粗鳈C(jī)類型選擇執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)壓力。按主機(jī)類型選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力主機(jī)類型設(shè)計(jì)壓力MPa說明機(jī)床精加工機(jī)床0.8-2當(dāng)壓力超過32MPa時(shí)，稱為高壓壓力半精加工機(jī)床3-5龍門刨床2-8拉床8-10農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)10-16液壓機(jī)、大中型挖掘機(jī)、中型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械20-32地質(zhì)機(jī)械、冶金機(jī)械、鐵道車輛維護(hù)機(jī)械、各類液壓機(jī)具等25-100根據(jù)上表，初選液壓執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)壓力為50MPa4.2.2計(jì)算和確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸缸筒式液壓缸的主體零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉容腔，形成內(nèi)壓，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。1.液壓缸缸筒直徑D的計(jì)算液壓缸采用差動(dòng)連接時(shí)，即：此時(shí)，無桿腔跟有桿腔的面積之比即：無桿腔為工作腔時(shí)，。差動(dòng)連接時(shí)，有桿腔跟無桿腔壓力相等，即，代入數(shù)據(jù)得：通過上式求得=0.0091m2根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列，將液壓缸內(nèi)徑圓整為上述式子中：——無桿腔面積，m2；——有桿腔面積，m2；——快進(jìn)時(shí)的速度，m/s;——快退時(shí)的速度，m/s;——有桿腔的壓力，pa；——無桿腔的壓力，pa；D——液壓缸的內(nèi)徑，m；d——活塞桿的直徑，m；——最大工作載荷，N;——容積效率，取2.活塞桿直徑的計(jì)算活塞桿為實(shí)心桿，材料為45鋼。由式子得根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列，將活塞桿內(nèi)徑圓整為3.缸筒的材料缸筒的材料一般要求要有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，目前，普遍采用的缸筒材料是熱軋或冷拔無縫鋼管。近幾年來由專業(yè)廠提供內(nèi)圓已經(jīng)研磨和外圓精加工的高精度冷拔無縫鋼管按所需長度切割下料。本課題缸筒材料選用成都液壓缸廠生產(chǎn)的高精度45鋼冷拔無縫鋼管。內(nèi)徑110mm，壁厚15mm。4.缸筒厚度校核在中、低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要求校核。但在高壓系統(tǒng)中，應(yīng)按照下列情況進(jìn)行校核。本課題中，，因此用下式校核：式中——最高允許壓力，一般?。槐菊n題中——缸筒材料許用應(yīng)力，；——材料屈服強(qiáng)度，缸筒為45鋼，；n——安全系數(shù)，一般去n=1.5-2.5，本課題中取n=2.所以滿足強(qiáng)度要求。4.2.3計(jì)算液壓缸所需流量液壓缸的最大流量式中A——液壓缸的有效面積，m2——液壓缸的最大速度m/4.2.4編制液壓缸工況圖工況計(jì)算公式外負(fù)載/N工作腔壓力/Pa輸入流量L/min輸入功率/W快速下降啟動(dòng)加速165003529648.994.15535.7等速0094.10緩慢沖壓8639418481241.614.34404.7快速返回啟動(dòng)234005620417.048.34524.4等速49001176924.948.3947.4制動(dòng)136003266567.148.32929.64.3液壓能源裝置設(shè)計(jì)4.3.1液壓泵站類型及其組件的選擇1.液壓泵站類型的選擇由于本高速?zèng)_床的液壓系統(tǒng)屬于高壓系統(tǒng)，因此泵的吸入允許高度受限制。它的傳動(dòng)功率較大，屬大型液壓站，而且有較大的使用空間。非上置式液壓泵站有高度低、便于維護(hù)、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此本液壓系統(tǒng)選用非上置式液壓泵站類型中的分離式液壓泵站。2.液壓泵站組件的選擇液壓泵站通常由液壓泵組件、油箱組件、控溫組件、過濾器組件和蓄能器組件五個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分組成。組成部分包含元器件作用液壓泵組液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵聯(lián)軸器連接原動(dòng)機(jī)和液壓泵傳動(dòng)底座安裝和固定液壓泵及原動(dòng)機(jī)油箱組件油箱儲(chǔ)存油液、散發(fā)油液熱量、溢出空氣及消除泡沫和安裝元件液位計(jì)顯示和觀測液面高度通氣過濾器注油、過濾空氣放油塞清洗油箱或更換油液時(shí)放油控溫組件油溫計(jì)顯示、觀測油液溫度溫度傳感器檢測并控制油溫加熱器油液加熱冷卻器油液冷卻過濾器組件各類過濾器分離油液中的固體顆粒，防止堵塞小截面流道，保持油液清潔度等蓄能器組件蓄能器蓄能、吸收油液脈動(dòng)和沖擊支撐臺(tái)架安裝蓄能器4.3.2液壓泵的計(jì)算與選擇1.確定液壓泵的最大工作壓力液壓泵的最大工作壓力可按下式計(jì)算即：式中——液壓執(zhí)行元件工作腔的最大工作壓力，Pa；——從液壓泵出口到液壓執(zhí)行元件入口處的總管路損失。=++——進(jìn)油路上管路的總沿程壓力損失——進(jìn)油路上管路的總局部壓力損失——進(jìn)油路上閥的總壓力損失的準(zhǔn)確計(jì)算須在選定液壓元件并繪制出管路布置圖后才能進(jìn)行。初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：當(dāng)管路簡單或有節(jié)流調(diào)速閥時(shí)，取=（0.2-0.5）×106Pa；當(dāng)管路復(fù)雜或有調(diào)速閥調(diào)速時(shí)，取=（0.5-1.5）×106Pa。2.計(jì)算液壓泵的最大流量本液壓系統(tǒng)中既采用了差動(dòng)液壓缸回路，也采用了蓄能器輔助供油系統(tǒng)。對(duì)于采用差動(dòng)缸回路的系統(tǒng)，液壓泵的最大流量為：式中A1、A2——液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積；Vmax——液壓缸的最大移動(dòng)速度，m/s；K——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1-1.3（大流量取小值，小流量取大值）；2）對(duì)于采用蓄能器輔助供油的系統(tǒng)，其液壓泵的最大流量qp按系統(tǒng)在一個(gè)工作周期中的平均流量確定，即=式中z——液壓執(zhí)行元件的個(gè)數(shù)；Vi——液壓執(zhí)行元件在工作周期中的總耗油量，m3；Ti——機(jī)器的工作周期，s；K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.2由于，因此液壓泵的最大流量為54.5L/min。在緩慢沖壓階段，低壓大流量泵卸載，差動(dòng)連接被切斷，只有高壓小流量泵供油，此時(shí)液壓缸的輸入流量為14.3L/min,因此，高壓小流量泵的流量必須大于14.3L/min。液壓泵的最大流量為54.5L/min，低壓大流量泵的流量必須大于54.5-14.3=40.2L/min。3.選擇液壓泵規(guī)格為了保證系統(tǒng)不至因過渡過程中過高的動(dòng)態(tài)壓力作用破壞，液壓泵應(yīng)有一定的壓力儲(chǔ)備量，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25％-60％（高壓系統(tǒng)取小值，中低壓系統(tǒng)取大值）；額定流量則只需大于上述所求流量即可。本液壓系統(tǒng)中液壓泵的最大工作壓力,在沖壓階段。沖壓階段只有高壓泵供油。因此高壓泵的額定壓力必須大于18481241.6×（1+25%）=23.1MPa。經(jīng)查手冊，（設(shè)計(jì)指南p202葉片泵、p207柱塞泵），高壓小流量泵選擇直軸式軸向柱塞泵的CY系列。低壓大流量泵選擇雙作用定量葉片泵的150T系列。選定的高壓泵和低壓泵的參數(shù)如下表：

系列型號(hào)公稱排量(mL/r)壓力/MPa轉(zhuǎn)速(r/min)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要適用場合生產(chǎn)廠額定最高額定最高高壓泵CY1131.5-1500-結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、效率高、自吸能力強(qiáng)、壽命長。適用于機(jī)床、鍛壓、冶金、礦山等機(jī)械設(shè)備的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)江蘇恒源液壓有限公司、天津市天高液壓件有限公司、上海高壓油泵廠有限公司低壓泵150T3079-1500結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、排量范圍大、噪聲低、壽命長。適用于機(jī)床及其他中低壓液壓傳動(dòng)系統(tǒng)榆次液壓有限公司4.計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率及選擇原機(jī)1）驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算泵的輸出功率分別為：式中：p——液壓泵進(jìn)出口壓力之差，對(duì)于開式系統(tǒng)即為液壓泵的最大工作壓力。本課題中系統(tǒng)的調(diào)定壓力，即最大工作壓力為31.5×0.8=25Mpa；q——液壓泵的十幾流量；——液壓泵的總效率。

電動(dòng)機(jī)的選型查設(shè)計(jì)手冊，選用Y系列（IP44）中規(guī)格相近的Y160M2-2型三相異步電動(dòng)機(jī)。其額定功率為15KW,滿載轉(zhuǎn)速為2930r/min。用此電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵時(shí)，在緩慢沖壓階段，輸出流量為1500×11mL/min=16500mL/min=16.5L/min。在快進(jìn)快退階段，輸出流量為16.5+（1500×30）/1000=61.5L/min。因此選用的液壓泵跟電機(jī)都能滿足使用要求。4.4油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算油箱容積的計(jì)算油箱的容量，即油面高度為油箱高度80%時(shí)的油箱有效容積，應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱、散熱平衡原則來計(jì)算。但一般情況，油箱的有效容積可按經(jīng)驗(yàn)公式估算：按JB/T7938-1999規(guī)定（設(shè)計(jì)指南182），取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值=630L。式中——油箱的有效容積，L;——液壓泵的額定流量，L/min；——與壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：低壓系統(tǒng)=2-4，中壓系統(tǒng)=5-7，高壓系統(tǒng)=10-12。油箱的容積時(shí)，油箱的有效容積為.確定油箱長1m，寬1m，高0.63m。4.5過濾器的選擇4.5.1油液過濾器的選擇過濾器的通流能力，一般應(yīng)為液壓泵流量的兩倍以上。因此選用的過濾器的通流能力應(yīng)大于115L/min。參照表各類過濾器過濾精度，因?yàn)楸疽簤合到y(tǒng)中采用的是比例伺服換向閥以及柱塞泵，因此它的過濾精度在5-10um之間。各類過濾器過濾精度類型過濾精度um使用系統(tǒng)及元件精過濾器5-10一般電液伺服、比例液壓系統(tǒng)，柱塞泵、工業(yè)伺服閥、比例閥綜合以上，選擇RFB型微型直回式回油過濾器。具體參數(shù)如下：類型技術(shù)規(guī)格生產(chǎn)廠額定壓力/MPa流量/(L/min)過濾精度/um回油過濾器RFB型微型直回式回油過濾器1.625-8001-301、31：中國黎明液壓有限公司3：溫州遠(yuǎn)東液壓配件廠4.5.2液壓空氣過濾器的選擇空氣過濾器選擇EF系列液壓空氣濾清器，具體參數(shù)如下：類型規(guī)格生產(chǎn)廠空氣流量/(m3/min)過濾精度/um加油流量/(L/min)EF系列液壓空氣濾清器65-1512L/min10-409-1601、2、31：中國黎明液壓有限公司2：溫州市甌海臨江液壓機(jī)械廠3：溫州遠(yuǎn)東液壓配件廠4.6蓄能器的選擇本液壓系統(tǒng)中用到了兩個(gè)蓄能器，分別用來做輔助動(dòng)力源跟減小液壓沖擊。分別選擇NXQ型氣囊式蓄能器跟HXQ型活塞式蓄能器。具體參數(shù)如下：類型技術(shù)規(guī)格生產(chǎn)廠壓力/MPa容積工作壓力耐壓NXQ型氣囊式蓄能器10、20、31.50.63-1504、5、6、7、8、9HXQ型活塞式蓄能器1722.51-391、2、31：榆次液壓有限公司2：中船重工重慶液壓機(jī)電有限公司3：布柯瑪蓄能器有限公司4：浙江奉化奧萊爾液壓公司5：上海立新液壓有限公司6：上海東方液壓件廠7：四平市興中液壓件廠8：南京鍋爐廠9：成都高壓容器廠4.7壓力表和壓力表開關(guān)的選擇液壓泵的出口設(shè)置一測壓點(diǎn)，以便用壓力表對(duì)壓力調(diào)節(jié)活系統(tǒng)工作中的壓力數(shù)值及其變化情況進(jìn)行觀測。壓力表測量范圍應(yīng)大于系統(tǒng)的工作壓力的上限，即壓力表量程約為系統(tǒng)最高工作壓力的1.5倍左右。根據(jù)上述要求，本系統(tǒng)應(yīng)選擇Y※T型遠(yuǎn)傳壓力表。具體參數(shù)如下：型號(hào)技術(shù)規(guī)格生產(chǎn)廠測量范圍/MPa控制精確度Y※T型遠(yuǎn)傳壓力表0-0.1至601.5級(jí)，2級(jí)3、4、53：宜昌儀表廠4：西儀股份有限公司5：上海儀表公司4.8液壓工作介質(zhì)的選定液壓工作介質(zhì)的功用是載能和潤滑、冷卻，其特性對(duì)液壓系統(tǒng)的工作品質(zhì)及功能具有很大影響。本液壓系統(tǒng)選用礦物油型和合成烴型液壓油系列中的抗磨液壓油。其性能如下：分類名稱產(chǎn)品代號(hào)組成、特性及使用場合礦物油型和合成烴型液壓油抗磨液壓油L-HM本產(chǎn)品為在L-HL油基礎(chǔ)上改善其抗磨性的液壓油。適用于低、中、高壓液壓系統(tǒng)4.9液壓輔件的計(jì)算與選用4.9.1管件的與選用液壓系統(tǒng)中的管路、管接頭、連接法蘭、螺塞及管夾等統(tǒng)稱為管件。是連接各類液壓元件、輸送液壓介質(zhì)的裝置。油管的作用是將液壓元件連接起來組成液壓系統(tǒng)，為進(jìn)入系統(tǒng)及返回油箱的油液或控制油液體統(tǒng)通路。常用的油管有硬管和軟管兩類，一般應(yīng)盡量選用硬管。油管的規(guī)格尺寸多由它連接的液壓元件的油口尺寸決定。接頭選用錐密封焊接式管接頭，參數(shù)見下表：法蘭名稱特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)生產(chǎn)廠錐密封焊接式管接頭工作壓力可達(dá)31.5MPa，工作溫度-25-80℃，適用于以油為介質(zhì)的管路系統(tǒng)JB/T6381-6385-1992上海液壓附件廠蘇州液壓附件廠瀘州液壓