精锻机定心夹钳液压系统及其结构设计.doc

摘 要精锻机是一种快速精密锻压设备，由几个对称锤头对金属坯料进行高频率锻打，锻压时坯料由操作机的夹头送入锻压箱进行往复锻压。这类机器多用程序控制数字控制或微处理控制系统自动操作是一种生產效率高的短冲程压力机。世界上有许多国家在冶金、机械制造、国防工业上采用了精锻机来生产合金结构钢、高强度合金钢、钛合金和难变形合金的产品。我国精锻机的研制进程十分缓慢，至今为止只仿制了2台中型精锻机。一台是由大连钢厂牵头制造的一台340t精锻机，另一台是由大连精工锻压高新技术公司提供技术，中国一重制造的400t精锻机，投产后已使用5年。其设备稳定性精度等方面与国外精锻机有很大差距。因此加快国内精锻机的进一步开发研究迫在眉睫。本文主要对精锻机进行了一个总体介绍和对定心夹钳结构以及液压控制系统进行设计计算。 关键词：精锻机，定心夹钳，液压系统ABSTRACTPrecision Forging Machine is a fast precision forging equipment on which mould forging blank isthrowed into forging pressing box and forged and pressed reciprocatingly with high frequency by several symmetrical hammerhead. The style machine is a kind of high production efficient short stroke press, which is operated automatically with procedural control, digital control or microprocess control system. Precision Forging Machine is used in manufacturing of alloy structural steels, high strength alloy steel, titanium alloys and difficult-to-form alloys in metallurgy, machine manufacture and military industry in many countries on the world.Precision Forging Machine devolps tardily in china,so far two medium-sized Precision Forging Machinees have been imitated.one is a 340t Precision Forging Machine made leaded with Dalian steel factory, the other is a 400t Precision Forging Machine manufactured by CFHI with the aide of the technique of Dalian Seiko forging high-tech companies.The Precision Forging Machine has been put into production for 5 years,compared with foreign equipments stability and precision,it have prodigious differences.Therefore, the mending in internal Precision Forging Machines further exploitation research is stared in the face. This paper mainly on precision forging machine was a general introduction and Centring clamp structure and hydraulic system design and calculation.Key words：Precision Forging Machine, Centering tongs，hydraulic system目录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论51-1 锻压机发展过程51-1-1 蒸汽锤到电液锤51-1-2 快锻液压机时代51-1-3 精锻机的开发7第二章 精锻机82-1精锻机运行特点和发展方向82-1-1 精锻机的特点82-1-2 精锻机的发展102-1-3 精锻机的发展趋势112-2精锻机的分类112-3精锻机工作原理122-4精锻机模块划分162-5 各模块功能172-5-1 齿轮箱是动力分配和速度选择的机械系统172-5-2 锻造箱是精锻机工作核心部分172-5-3 锤头调整是精锻机实现锻打尺寸变化的机构182-5-4 夹头是实现工件夹持、轴向送给和旋转运动的机构182-5-5液压控制系统作为精锻机的重要组成部分192-5-6 电控系统是设备的中枢系统20第三章 夹头设计213-1 旋转参数设计213-2 旋转间歇系统设计223-2-1 间歇时间的确定223-2-2 实现间歇运动机构的选择243-4 夹头行走系统设计263-5 夹头制动系统设计26第四章 液压控制系统设计284.1 液压控制系统原理简介284.2液压系统设计304.2.1 初选执行元件的设计压力304.2.2计算和确定液压缸的主要结构尺寸304.2.3计算液压缸所需流量324.2.4编制液压缸工况图324.3液压能源装置设计334.3.1液压泵站类型及其组件的选择334.3.2液压泵的计算与选择344.4油箱的设计计算374.5过滤器的选择374.5.1油液过滤器的选择374.5.2液压空气过滤器的选择384.6蓄能器的选择384.7压力表和压力表开关的选择394.8液压工作介质的选定394.9液压辅件的计算与选用394.9.1管件的与选用394.9.2管路内径计算404.9.3管道壁厚的计算414.10液压控制元件选用与设计424.10.1比例伺服阀的选择424.10.2其它阀的选择424.11液压系统密封装置选用与设计43全文总结45致谢46参考文献47第一章 绪论1-1 锻压机发展过程锻压技术早在金属发现时期已广泛应用。随着工业技术的不断进步，手工锻打已远远不能满足人们的需要，锻压机械随之产生并不断发展，从蒸汽锤发展到空气锤，为节约能源而改进的电液锤，随液压技术不断发展应运而生的锻造力更大的快锻液压机，为满足快速高效锻打工艺开发的精锻机，在当今世界锻压领域更是一枝独秀，成为高合金工具钢行业重要的生产设备。1-1-1 蒸汽锤到电液锤蒸汽锤作为第二代大型锻压机，其能源消耗大，据统计能源利用率不到2%。为解决蒸汽锤存在的问题，国外锻锤设计制造商加快了电液锤的研制步代，取得显著成效。从电液锤发展历史来看，电液锤经历了从放油打击单动落锤(KH型，称为第1代产品)到放油打击双动落锤(KHK型，称为第2代产品)再到现在的全液压双动落锤(KGH，称为第3代产品)。全液压双动落锤的打击能量是通过控制油量多少来实现的，打击阀的关闭时间可不受锤头位置的限制，操作十分灵活可靠，彻底根除了放油打击电液锤的许多弊病。因此，近年来这种电液锤得到较快的发展。该公司的电液锤已经实现了程序化控制，即打击能量和打击次数都可实现程序控制。锤的传动效率高达65%，为蒸汽锤和空气锻锤的30倍。此外，德国Beche公司还研制了全液压锤。近10年来，我国在电液锤研制方面也取得很大发展，主要表现在传统蒸汽锤、空气锤换头改造上，即采用电液传动装置了代原有锻锤的气缸及动力站，保留原有机架、砧座。利用这种技术改造1-3t传统蒸汽锤，取得了较好效果，能源利用率由2%提高到20%-60%。除换头外，电液锤整机的研制仍处于发展阶段，居于德国lasco公司第2代产品发展水平上，属于液气锤。全液压锤研究和制造正在起步。1-1-2 快锻液压机时代随着现代工业的快速发展，人们对自由锻件的尺寸精度和生产效率提出了越来越高的要求，因而对液压机的锻造速度和压下精度的要求也随之提高，为了适应这种要求，快锻液压机应运而生。国外生产快锻液压机的厂家主要有德国曼内斯曼、德马克公司、潘因克(pahnke)公司和日本的三菱长崎机工株式会社。目前，在一些发达国家，尤其是德国，快锻液压机的设计制造技术已经相当成熟。它们用油作介质，泵直接驱动，大多采用下拉式主机结构，液压泵站一般设置在主机附近的地下室内。某些公司设计制造的快锻液压机具有一系列先进性，主要表现在：液压系统采用具有快速反应的电磁阀作先导阀，其切换频率高达250次/min，该阀动态响应快、动作灵敏、启闭迅速，能满足压机快速性要求；主缸的排液设有另外的通道，使充液阀成了只有充液功能的单向阀，减少了液压冲击；快锻液压机采用微机控制，压机与操作机之间联动自如，当锻件的锻造工艺确定后，即可通过计算机控制实现程序化锻造。我国从20世纪80年代至今从德国引进2000T的快锻液压机1台，2500T的1台，3000T的2台，4000T的1台；从日本引进2000T的快锻机1台。至今这些快锻液压机在冶金企业中正常运行。我国快锻液压机的主要生产厂家有西安重型机械研究所和兰石新技术开发实业公司。在20世纪80年代中期，由西安重型机械研究所和北京重型机械厂研制成国内第1台800T快锻液压机组，在兰石公司投入运行。兰石公司对该机组的液压系统、主机、微机控制系统进行全面评估，发现了快速电磁阀电路板设计、高速轻型泵的泵头阀、主机圆形立柱与调整导套间隙不易调均，运动不够平衡等技术问题，在总结经验的基础上，提出了一系列改进措施，取得了成效。目前，兰石公司已能生产800T和1600T快锻液压机，制造水平有了很大提高，但其液压系统的主要部件如泵、先导阀等还需国外配套。我国快锻液压机的总体水平与德国制造技术相比还有较大的差距。图1.1 西安重型机械研究所研制的锻造操作机西安重型机械研究所研制的锻造操作机：该所研制的锻造机的特点是：1.该机采用的吊挂系统及缓冲送料机构具有良好的吸震性能。夹紧缸前置，短杠杆结构，缩小了钳杠长度及钳头回转半径；提升机构采用液压杠杆简化了结构，行走机构采用链轮链条，使运行平稳，定位精度高。2.液压系统采用逻辑阀及数字控制变量泵元件，使液压系统的压力，流量随机可调节。备有测温、测压、测位等完善的检测系统。3.该操作机可以实现夹料、提升、倾斜、摆动、侧移、转料、走行等七个常规动作。在计算机控制下与压机实现联动锻造。4.该操机转角误差2。，送料误差10mm。1-1-3 精锻机的开发精锻机(径向精密锻造机)开发于20世纪40年代，其中卧式精锻机（见图1.1）用得较多，分为机械驱动和液压驱动2种形式。精锻机以其独特的四锤头锻造原理凸现了与汽锤等锻造工艺完全不同的品质,无可比拟的优势,不论是锻造材质内外部质量,成材率,尺寸精度,自动化程度,经济性和对环境保护对操纵者卫生安全等各个方面均有明显提高,是替代汽锤,快锻等开坯和锻造粗加工成形机械的更新换代产品。目前国外普遍使用的多锤头精锻机是由奥地利G.F.M公司设计制造的第一台小型立式精锻机是1948年在奥地利GFM公司制成的。经过不断改进，精锻机逐渐大型化、系列化。精锻机每个锤头的锻压力为152500吨,每分钟打击2000125次。可锻坯料直径为20850mm。大型精锻机出现在六十年代后期。1978年制造出打击力为1200KN，可锻胚料直径为650mm的精锻机安装在英国。目前可锻胚料直径为850mm ,可锻锭重为15t的大型精锻机已经编入产品系列。图1.2 精锻机第二章 精锻机2-1精锻机运行特点和发展方向2-1-1 精锻机的特点精锻机是一种快速精密锻压设备，由几个对称锤头对金属坯料进行高频率锻打的短冲程压力机。锤头有两种运动：由电动机传动偏心轴带动连杆使锤头往复运动，进行锻打；调节机构通过偏心套调节连杆的位置，改变锤头的开口尺寸，以获得不同的锻压尺寸。锻压时坯料由操作机的夹头送入锻压箱进行往复锻压。这类机器多用程序控制、数字控制或微处理控制系统自动操作，生產效率高，用以建立热锻火车轴等自动生产线和冷锻枪管来复线等。锻件的精度：热锻的外径0.5毫米，内径0.1毫米；冷锻的外径0.1毫米，内径0.01毫米。加工实心或空心长轴类零件锻造时，分布在棒料圆周方向的锤头(28个)对工件快速和同步锻打。如工件为圆截面，则一面低速旋转，一面轴向进给移动；如工件为非圆截面，则只轴向进给而不旋转，将钢锭直接锻成方钢、扁钢等。径向锻造的特点是不需要专用模具，能按预定程序锻出精密的轴类零件。径向锻造每次压缩量小，每分鐘锻打次数高，这种方法可用于热锻或冷锻。精锻机每分钟锤击次数比快锻液压机高一倍，由于锤击次数高，坯料形变产生的热量可抵偿坯料散失到环境中的热量，因此加工过程中温度变化较小。这对加工温度范围窄的高合金钢、钛合金或难变形合金的生产非常合适，保证了产品质量。在一次加热中坯料总变形率的增加，也就提高了生产率和成材率。数控锻压能保证产品有更高的精度,尺寸公差达0.1mm，减少了后续工序的加工余量。世界上有许多国家在冶金、机械制造、国防工业上采用了精锻机来生产合金结构钢、高强度合金钢、钛合金和难变形合金的产品。用不同型号的精锻机分别将钢锭或钢坯锻成圆形、方形、矩形截面的棒材或锻成旋转对称轴、实心轴和空心阶梯轴、锥度轴、厚壁管、炮管等。此外，径向锻造机自动化程度高，生产的锻件精度高，表面粗糙度小。但也有不足之处，因为锻造时，工件表面变形大于中心部位变形，如果锻比控制不当会出现心部锻不透的现象。另外，由于打击频率高，产生变形热，使锻件局部温度上升，导致合金显微组织不均匀，影响性能。表2.1 自由锻与精锻对比精锻机的缺点是工艺适应性不够广泛，一般只适合于锻打轴类或管状形类对称锻件，而且一定的工艺调整时间（0.4-4小时）。目前精锻机可以锻造的典型锻件如图所示图2.1 精锻机典型锻件奥地利GFM是世界知名的径向锻机生产公司，可生产3种类型的精锻机：机械传动的SX型；液压传动的PX型；(连续式SD型。吨位从802500T,最大吨位的SX-85径向锻机，锤头最大锻打力为29420 kN，打击次数125次/min。此外，德国Eumuco公司生产精锻机，以液压传动为主，如SMX-18型，最大打击力2697 kN，打击次数180-320次/min。从 20世纪80年代中期至今，我国已从奥地利引进了SX-25,SX-32,SX-40,SX-55,SX-65型7台精锻机，吨位分别为400T,500T,800T,1000T和1400T,主要用于锻制特种钢、工具钢和锻件，使用效果比较理想。2-1-2 精锻机的发展在国内外精锻机产品中，按主机传动方式分机械式和全液压两种形式,并且随着液压技术的快速发展,与控制系统良好的接口技术,全液压精锻机的优势更加明显。按照控制系统精锻机可分为三种类型：一种是以继电器为主控单元的传统型精锻机；一种是采用可编程控制器控制的精锻机；第三种是应用高级微处理(或工业控制计算机)的高性能精锻机。三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。1、继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式，其电路结构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。继电器控制方式适用于单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产，也可组成简单的生产线，但由于电路的限制，稳定性、柔性差。现在，国内早期引进许多精锻机是以这种机型为主。近几年多进行了技术改造和升级。2、可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。目前已被广泛地用于各种生产机械及自动化生产过程种。随着技术的不断发展，可编程控制器的功能更加丰富。早期的可编程控制器在功能上只能进行简单的逻辑控制，后来开始采用微电子处理器作为可编程控制器的中央处理单元(CPU)，从而扩大了控制器的功能，使其不仅可以进行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。因此，可编程控制器控制方式是介于继电器方式和工业控制计算机控制方式之间的一种控制方式。可编程控制器具有较高的稳定性和灵活性，但在功能方面与工业控制计算机相比有一定的差异。3、工业控制机控制方式是在计算机控制技术发展成熟的基础上采用的一种高技术含量的控制方式。这种控制方式以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：具有友好的人机交互性，操作简单。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0.05mm。可顺利实现对工作参数(压力、速度、行程等)的单独调整。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。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。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。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。2-1-3 精锻机的发展趋势1、高速、高效、低能耗。提高精锻机的工作效率，降低生产成本。2、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。3、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。4、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。5、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。2-2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：1.立式精锻机 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。2.卧式精锻机。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2.2四锤头液压精锻机总装图2-3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（2-8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20.三个进给齿轮固定在三个相应的偏心套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2.3 立式三垂头精锻机装配图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2.3中的11及图2.4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2.5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2.3，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2.4 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2.5a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2.5b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2.5 夹头工作原理图夹头夹持毛胚的过程分三个阶段：1.起始阶段。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。2.过度阶段。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。3.夹牢阶段。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。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。2-4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。1.主机部分由锻造箱、齿轮箱、锤头调节装置组成，完成锻打和调整尺寸等主功能。2.夹头部分由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。3.液压系统分润滑系统、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。4.电控系统由PLC、CNC及上位机组成控制核心，保证系统的整体运动。5.辅助系统由输送辊道、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。2-5 各模块功能2-5-1 齿轮箱是动力分配和速度选择的机械系统1.设计动力配置，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。2.选择合适的传动速比，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。3.同步机构。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。4.选择合适动力传递方式即联轴器形式，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。2-5-2 锻造箱是精锻机工作核心部分1.承接齿轮箱传递的动力，形成锻打能量。2.将旋转运动转换成往复运动，实现锻打过程。3.实现连杆轴线方向调整运动的机构设计。4.保证周期性锻打反作用力的传递和消除。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。图 2.6液压精锻机锻造箱三维模型2-5-3 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。1.实现对连杆位置变动功能。2.调整完毕的自锁保持功能。3.检测调整反作用力进行主机控制和保护功能。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。2-5-4 夹头是实现工件夹持、轴向送给和旋转运动的机构1.足够的夹持力量和合适的夹持直径以适应工件毛坯的范围。2.实现轴向大范围无级调速的进给，并与主机锻打过程相匹配的缓冲功能。3.实现工件的旋转及与主机锻打相匹配的间歇缓冲。4.为避免工件的扭转，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。2-5-5液压控制系统作为精锻机的重要组成部分1.润滑系统保证了设备传动系统齿轮轴承的润滑，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锻打的承击力，解决了滚动轴承不能实现的问题。2. 阻尼系统实现了调整套被调整动作时，旋转面间隙配合，在调整完毕定位后间隙的消除，避免了锻打过程的震动和撞击。3. 过载保护系统利用调整箱上传动系统设计的环间液压腔，通过对压力波动的检测，标定锻打过程的反作用力，以达到锻造力的监控和显示，对超负荷进行保护和设备调整。4. 锤头调整系统是采用液压闭式回路设计，伺服液压泵带动定量马达实现。伺服模式利于CNC电控系统设计和控制。5.夹头进给系统是用伺服泵并联定量泵模式，既保证了夹头工进时,速度在CNC控制下的无级调速，又实现了后退时的快速移动。并在CNC控制下可实现定点站位、主随动转换、及与调整联动进行锥体锻造。6.夹头的夹紧系统是利用恒压变量泵作为夹紧缸的动力源，通过夹紧阀块，实现夹紧、松开、保持及低压随动夹持等功能，并通过比例压力阀实现夹紧最高压力预设定，以适应不同强度材质坯料的夹紧需要，保证加紧机构不对原料表面形成伤害。7.夹头振荡制动系统是为了防止锻打过程坯料的扭转而设计的一套制动系统，其基本原理是利用制动的方法，使夹头的旋转保持与主机锻打频率一致的停顿动作，即在压料过程时强制夹头停止旋转。精锻机利用液压伺服系统的高频响特性，设计的液压系统，保证了200次/分的振荡制动动作，有效地解决高频次系统响应迟滞的问题。8.支承辊系统是为坯料延长后防止颤动而设计的。直径的减小导致刚度下降，当长度延长而单夹头锻打时，坯料的颤动会影响主机锻打，增加辅助支撑可有效改变工作状态。本系统由CNC采用伺服阀加位置编码器形成闭环控制，根据主机调整系统的坯料尺寸反馈值，自动调整支撑辊高度，使辅助支撑保持一定的支撑力和位置。2-5-6 电控系统是设备的中枢系统本系统从高控制精度、高可靠性、抗干扰、易维护的目的出发，采用现场控制系统结构，由可编程控制器、上微机和CNC控制系统组成。1上微机采用工业计算机作为人机接口，系统采用WIN2000操作系统，ntel Celeron, 1800 MHz, 256MB RAM，系统软件 DIAB V4.1A，人机界面Visual Basic。可实现操作过程的监控，故障信息的显示和诊断，主要参数的实时显示，锻打过程数据存储，手动、半自动、自动锻打方式选择等功能。由GFM公司开发的PROFORGE程序，通过前台调用，实际参数设定，能自动生成锻打程序，实现设备的全自动锻打过程控制。并配有以太网卡，采用以太网协议进行远程数据交流。2.CNC-6000AP是GFM公司开发的CNC控制系统，是精锻机控制系统的核心。系统CPU型号为MVME 2304，处理器MPC604, 333MHz, 128MB RAM。可实现多轴控制,位置精度可达到0.001mm，方便的操控界面进行程序编译修改，利用令牌（ARCNET）以太网协议与上微机进行通讯，实现程序传递和参数修改、数据监控、记录。利用（ETHEMET）以太网协议与PLC通讯，实现对设备实时参数的数据交换和控制。3.可编程序控制器采用siemens s7-400 PLC系统，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作，具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力，通讯处理器(CP)用于总线连接和点到点连接。实现了分布式系统和扩展通讯能力。SX55精锻机电气控制系统，利用GFM公司的CNC 6000AP系统，实现了对精锻机左、右锤头，A、B夹头行走，A、B夹头振荡制动，A、B夹头支撑辊高度等八轴的模拟量伺服控制，PLC系统实现了现场设备实时数据的输入采集和逻辑控制，上位机友好的操控界面，方便地实现了手动、半自动、全自动操作的转换，多重菜单开发实现了锻打工艺的的监控和记录，设备重要参数的实时监控，故障信息和故障诊断显示与记录。保证了设备可靠稳定的运行。第三章 夹头设计夹头作为精锻机的主要辅助机械设备，其与主机相适应的辅助动作较多，功能匹配、结构设计、液压伺服控制系统等相关知识结合紧密，其设计思路有很好的研究价值。 夹头是实现工件夹持、轴向送给和旋转运动的机构。需要实现 1.足够的夹持力量和合适的夹持直径以适应工件毛坯的范围。 2.实现轴向大范围无级调速的进给，并与主机锻打过程相匹配的缓冲功能。 3.实现工件的旋转及与主机锻打相匹配的间歇缓冲。 4.为避免工件的扭转，夹头需设计与主机相匹配的高频制动松开功能。3-1 旋转参数设计 精锻机以圆表面成品为主，其产品质量重要的指标是成品的直径误差。与轧机的连续轧制不同，精锻机主机锻打非连续性与夹头旋转连续性、轴向送给的连续性造成表面的误差，特别是旋转的速度匹配，对直径误差影响很大。 如图3.1所示，当锤头宽度足够，每步转角后锤头有部分重叠时，若每步旋转角度B、锻后直径R、锻后形成的肩部H有以下关系式： H=R/COS（B/2） （3.1）