精锻机定心夹钳液压系统及其结构设计毕业论文(编辑修改稿)

精锻机定心夹钳液压系统及其结构设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

工业控制机作为主控单元，以 CNC 控制技术直接应用数字阀实现对液压系统的控制、同时利用各种传感器组成闭合回路的控制系统，达到精确控制的目的，这种控制方式主要有如下特点： ①具有友好的人机交互性，操作简单。 ②控制精度高。 数字控制的行程长度及工作行程与传统的机械的行程开关控制相比，精度有极大的提高，一般控制精度可达到。 ③可顺利实现对工作参数 (压力、速度、行程等 )的 单独调整。 11 ④预存工作模式，可对不同工件的工艺过程、工艺参数预先存储和重复调用，缩短调整时间。 ⑤对高速下的换向冲击可利用软件来消除，以降低噪声，提高系统的稳定性。 ⑥在安全方面，可利用软件进行故障预诊断，并自动修复故障和显示错误。 ⑦易实现生产线的集散控制，组成柔性生产线以及与上位机进行通信和实现调度控制。 精锻机由手动、半自动发展到自动控制， 70 年代又发展到用计算机控制。 从工艺组成上与其他设备的联合也有了大幅提高，采用液压锻压机和精锻机联合作业，在高速钢和钛合金生产中较为普遍，也有采用大小精锻机联合作业 的。 70年代以来 ,精锻工艺又发展为精锻 轧制工艺，并创造了精锻 轧机组 ,它由一台多锤头的连续式精锻机后带若干架轧机组成，主要用在合金钢厂生产小型棒材。 213 精锻机的发展趋势 高速、高效、低能耗。 提高精锻机的工作效率，降低生产成本。 机电液一体化。 充分合理地利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 自动化、智能化。 微电子技术的高速发展为精锻机的自动化和智能化提供了充分的条件。 自动化不仅仅体现在加工，还体现在自动实现对系统的诊断和调整，具有故障预处理功能。 液压元件的集成化， 标准化。 集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止了泄露和污染。 标准化的元件为机器的维修带来方便。 精锻机的宜人化。 随着精锻机的高速和自动化，限制噪声和震动、防止环境污染、消除人身事故、保证精锻机安全可靠地进行自动化生产就显得非常重要了。 独立的模块 ,每个模块选出其代表特征的一个或几个变量作为设计变量进行优化。 然后再对各模块进行优化设计 ,使之趋近于上级优化得到的最优值。 利用现代系统设计及优化理论结合现代科技发展，可实现精锻机的最优设计和控制。 22 精锻机 的 分类 随着精密锻造工艺范围的不断扩大，相应的精锻 机类型也在增加。 就其用途分类，目前除了锻制一般旋转体的实心或空心阶台轴以及锥度轴的普通 12 精锻机外，在军械，冶金行业和模锻成型的生产上，还有以恶写专用的精锻机。 按着锻件送进的方向的不同精锻机可分为： 锻件沿着垂直于水平方向送进，锤头在水平方向上打击。 这类精锻机的吨位娇小，占地面积也小，机器高度尺寸较大，只适用于锻造较短的轴类锻件。 锻件沿着水平方向送进，锤头在垂直于水平方向上打击。 这类精锻机的高度尺寸小，不需要高厂房，但占地面积大。 卧式精锻机的吨位可以做的较大，适于锻造长轴类 锻件，并且较之立式精锻机更容易实现自动上下料，因而近年发展较快。 就精锻机的锤头数据划分，主要是三个锤头和四个锤头的，但也有 2 个锤头的精锻机。 此外，在一些专用的精锻机上，锤头的数目多到有六个至八个的。 图 四锤头液压精锻机总装图 23 精锻机工作原理 精锻机简单工作原理如图所示，用夹头 1 夹住锻件，一面旋转，一面做轴向移动，锻件在移动和转动的过程中，用几个锤头（ 28 个）在锻件周围进行同步而又对称的锻击，使毛胚逐步成型。 每分钟的锻击次数比较高，整个锻击过程都是自动的。 下面举例详细说明精 锻机的工作原理 上图是一台 100 吨的立式三锤头精锻机的结构和工作原理图。 图中电动机 1经角皮带轮 2，再经空心轴 3，中心齿轮 4 带动齿轮 5。 在齿轮 5 上装有拔块 6，拔块 6 可以在飞轮 7 带动曲轴 8 转动，再通过连杆 9 是锤头 10 来回运动，对毛 13 胚进行锻击（共有三个锤头，三根连杆，三根曲轴，同时驱动，同步锻击，图中只画出一套）。 锤头的径向进给是依靠径向进给油缸 12 来控制的。 当高压油进入油缸 12时，和活塞杆相连齿条 14 就带动齿轮 15， 17，小轴 18，小齿轮 22 和中心齿轮21 转动，从而带动三个进给齿轮 个相应的偏心套 19上，因此当三个进给齿轮 20 转动一定角度时，迫使相应的三个曲轴 8 靠近或离开毛胚。 即使三个锤头 10 沿径向进给或后退有一定距离，以满足锻造不同尺寸锻件的要求。 锤头除了作往复运动和径向进给运动外，不再作轴向运动。 毛胚 25 的轴向进给运动依靠轴向进给油缸 23 来控制。 当油缸 23 进高压油时，就 推动夹头24 呆着毛胚 25 按一定速度作向上或向下的轴向进给运动。 此外夹头 24 的内部的特定机构还带着毛胚沿轴线作回转运动。 图 立式三垂头精锻机装配图 14 该机的来连杆的锤 头是刚醒连接（与一般曲柄压力机的球绞连接不一样），因此必须有一个使锤头运动导向用的摆动套，以保证各个锤头对准毛胚的中心进行锻击，如图 中的 11 及图 所示。 夹头 25 是夹持毛胚做轴向运动和沿轴线作回转运动的部件，其简单结构形式和工作原理如图 所示。 夹头的轴向进给运动是依靠轴向进给油缸来完成的(图 ，轴向进给油缸内的活塞杆和夹头相连，当进给油缸在不太乐观方向进油，排油时，就可以使夹头在导轨中作向上或向下的走向进给运动。 图 精锻机与一般曲柄机的曲柄连杆话机构的区 别 a)一般曲柄机 b)精锻机 夹头的回转运动靠电动机来带动，如图 所示。 在夹头内部装有电动机。 电动机启动后，通过三角皮带轮和蜗杆带动涡轮 4 和主轴 2 转动。 主轴 2 与夹紧机构的支盘 11 紧固在一起，因此主轴转动就带着夹爪 12，毛胚 13，杠杠支臂10，杠杠 9 和斜槽铁 8 一道转动。 在活塞 6 与斜槽铁 8 之间有推力轴承 7，因此当主轴及夹爪回转时，夹头的外壁 1 及气缸 5 是不转动的。 该机夹头的轴向运动和回转运动是连续的，而锤头只做径向运动，没有相应的轴向运动和回转运动，因此锤头锻击毛胚的瞬间，毛胚就产生瞬时的制动作用，所 以夹头要有轴向的和回转方向的缓冲装置。 轴向缓冲装置可采用缓冲弹簧或缓冲橡皮。 回转方向的缓冲采用弹簧。 其缓冲原理如图 所示，主动轮爪通过缓冲弹簧 14 将回转运动传给被动轮爪 15，而被动轮爪是固定在主轴上的，所以在正常情况下，涡轮一 15 转动，毛胚就随着转动。 当锤头锻击毛胚而时毛胚受到制动时，弹簧在回转方向上就起缓冲作用，以改善夹头各构件的工作条件。 图 夹头工作原理图 夹头夹持毛胚的过程分三个阶段：。 当压缩空气进入气缸的下腔时，活塞 6 就向上移动并 带动斜槽铁 8 一起 上移 ，斜槽铁 8 一起上移，斜槽铁上的斜槽迫使杠杆 9绕杠杆支臂 10 做逆时针方向转动，于是夹爪就向中心移动夹住毛坯。 此时夹爪与毛坯间的压力迅速增加，直到气缸内的总压力与毛坯及主轴等可作轴向移动的零件的总重量相平衡为止。 起始阶段一结束，由于气缸内的总压力继续增加，活塞与主轴等可作轴向移动的零件就向上移动，是轴向缓冲弹簧 8 受到压缩，直到气缸内的总压力与缓冲弹簧的反向力及主轴毛坯等的重量相平衡为止。 在这一过程中由于主轴与活塞同时上升，活塞与主轴的相对移动量很小，因此夹爪与毛坯间的压力跟起始阶段比较变化不 大，所以不能把毛坯夹得很牢。 过渡阶段结束时，主轴基本不再上升，但活塞在气体压力作用下仍继续向上移动，活塞与主轴之间的相对移动量加大，夹爪就进一步把毛坯夹牢，气缸内的总压力达到规定数值。 16 松开时，压缩空气进入气缸的上腔，推动活塞 6 向下移动，主轴毛坯等在弹簧的反力及自重作用下与活塞同时向下移动，移到一定距离后，缓冲弹簧的反力显著减小，主轴下移减慢，最后主轴支承在支承板 17 上，压缩空气压力仍然很大，推动活塞和斜槽铁 8 继续迅速下移，迫使杠杆 9 绕杠杠支臂 10 沿顺时针方向转动，一次夹爪就离合中心，把毛坯 松开。 以上介绍了这台精锻机锤头锻击和送进运动及夹头的夹紧和送进运动的原理。 24 精锻机模块划分 精锻机是一种高效锻打设备，可以将加热的电渣锭、铸锭一次成型锻打成棒料、方坯、扁方、阶梯轴等。 其锤头位置的连续可调特殊结构特点，既保证了大锻造比的实现，又可实现不同规格坯料的输出。 四锤头的对称布置，使得锻打力相对于基础成为内力而相互抵消，大大降低了震动和对周围环境的影响。 定中心旋转锻打方式有效实现变形的一致性，使材料的均匀性得到保证， CNC 控制系统以其高精度的位置控制超越了其它锻造设备的精度和质量标准。 液压伺服系 统的广泛应用，使精锻机的可控性、易调整等优势得到充分体现，全自动锻打模式大大降低了人的劳动强度。 自动化程度的提高，必然带来对各环节稳定可靠性的高要求，因此利用模块化设计理念，有助于精锻机的优化和整体的可靠性。 精锻机设备按功能划分分为主机部分、夹头组件、液压系统、电控系统、及辅助系统。 、齿轮箱、锤头调节装置组成，完成锻打和调整尺寸等主功能。 A 夹头、 B 夹头和夹头床组成。 实现坯料的夹持、旋转等主要的辅助动作。 、调整系统、 A 控制液压站、 B 控制液压站。 实 现整个系统的润滑、液压调整和夹头的行走。 PLC、 CNC 及上位机组成控制核心，保证系统的整体运动。 、上下料机及其他辅助装置水、气等组成。 初步完成坯料的上料、锻打、下料整体过程。 各模块独立实现各自功能，并在统一的电控系统下协调工作，通过上位机实现设备的自动、半自动、手动操作。 17 25 各模块功能 251 齿轮箱是动力分配和速度选择的机械系统 ，保证传动结构合理。 精锻机一般为四锤头锻打方式，四锤头同步驱动，动力较大，大型精锻机均采用高压双电机驱动方式 ，利于选型和配置。 ，保证锻打频率。 精锻机以热锻为主，在保证锻打过程温度要求的情况下，同能量锻机，频率决定了锻机的功率设计。 双电机分左和右两部分驱动锻造箱连杆，要实现同步锻打运动，必须有同步机械机构保证。 ，以实现向锻造箱力的传递。 由于锻打尺寸的变化，连杆位置需能够连续调整，其位置变动的转动中心与齿轮箱固定中心之间旋转运动的传递，必须有特殊结构的联轴器实现。 精锻机主动力由两个电机驱动，统一的传动比保证四个主齿轮具有统一的转动速度，带 动四根主轴转动。 四根主轴端部凸块通过四个十字滑槽联轴器将转动传递到偏心轴，偏心轴驱动连杆实现往复运动，完成锻打过程。 左右两部分同步由一组传动齿轮、齿盘和同步联轴器实现。 252 锻造箱是精锻机工作核心 部分 ，形成锻打能量。 ，实现锻打过程。 锻造箱由两部分组合而成，通过两个倾翻立柱固定在基础上，此结构形式保证了安装和拆卸时能转动到水平位置，利于拆装的顺利进行。 锻造箱中四 个相互正交的、且与工件轴线垂直的连杆，由齿轮箱传动的四个偏心轴驱动，成为锻打的直接承力部件。 偏心轴安装于调整套中，可实现连杆轴线方向的调整，锻打反作用力通过调整套作用在锻造箱体上，四连杆结构使锻造力相对箱体相互抵消，减小了震动和对基础的冲击。 18 图 液压精锻机锻造箱三维模型 253 锤头调整是精锻机实现锻打尺寸变化的机构 经过锤头调整可以准确的调整要求的锻造直径。 锤头调 整装置主要由侧面安装在机器上的蜗轮 — 伞齿轮传动装置和两个液压传动马达组成。 相对的一组锤头由一个马达同时实现调整，以保持中心线的不变。 液压马达经齿轮、蜗轮蜗杆传动装置带动调整丝杠转动，偏心调整套转动带动偏心轴和连杆移动，使连杆沿轴向移动，移动最大距离为 150mm。 这样，连杆的行程位置也被调整相同的数值，实现直径尺寸Φ 300mm 锻打范围的调整。 当达到要求的直径时，调整传动装置通过制动装置停止并锁紧，保证锻打尺寸地一致性。 在调整装置中加装了力反馈元件，通过程序实现锻造力的监控、超负荷的保护等功能。 254 夹头是实现工件夹持、轴向送给和旋转运动的机构。 ，并与主机锻打过程相匹配的缓冲功能。 ，夹头需设计与主机相匹配的高频制动松开功能，及扁方锻打时的保持定位。 夹头的作用是操纵工件，夹紧缸的打开和闭合是由 4 个夹紧油缸完成的。 安 19 装夹紧油缸的两个夹紧套管相对移动带动缸体和活塞杆相对移动，完成加紧松开动作。 夹紧套通过轴承定位于箱体上，在电机和蜗轮蜗杆传动机构带 动下实现夹持工件的旋转。 蜗杆轴采用特殊的定位结构，利用碟簧蓄能方式缓冲锻打时夹头的停滞，夹头主轴的轴向由 4 组板簧定位，缓冲锻压时夹头轴向连续推进的停滞。 高频振荡抱闸系统保证与主机锻打频率的一致性，使工件锻打过程中避免了扭转。 255 液压控制系统作为精锻机的重要组成部分 ，同时为主机偏心轴的动压 轴瓦提供压力油，形成足够的油膜强度，保证了 1000T 锻打。