CN102350477B - 自动送进的锻件数控成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于采用如下步骤：首先测定螺旋压力机和模具综合刚度的数值，步骤为：输入电机角速度ωc，待电机角速度值等于ωc值时，实施打击，根据吨位计显示的压力值F，按公式

计算螺旋压力机和模具的综合刚度值C；其次控制部件经控制器控制机器手把工件放在螺旋压力机的模具之间，实施锻压件的数控成形，具体步骤为：①输入运行数据V、A、H₀、H、B₀、B、σ_s、C、μ、J，并根据公式

计算应力系数；②控制机器手把工件按B₀送进；③控制部件根据公式

计算所需的电机转速ω，进而控制电机动作，当检测到电机转速值等于ω时，控制电机以ω转速转动，滑块下行实施打击。采用本方法加工锻件，锻件精度高、节能高效，自动化程度高。

Description

自动送进的锻件数控成形方法

技术领域

本发明提供一种自动送进的锻件数控成形方法，属于机械工业技术领域。

背景技术

现有的自由锻采用锻锤或液压机，利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸，锻件的精度与操作者的技术程度有很大关系，缺点是能效低、锻件精度低、加工余量大、劳动强度大、生产率也不高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种采用螺旋压力机和机器手的自动送进的锻件数控成形方法，其技术方案为：

一种自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于采用如下步骤：

首先测定螺旋压力机和模具综合刚度的数值，具体步骤为：①将吨位计安装在螺旋压力机的机身上，把模具安装到螺旋压力机上；②输入电机角速度ωc和螺旋压力机转动惯量J；③控制电机动作，待检测到电机角速度值等于输入的电机角速度ωc时，控制部件控制电机匀速，实施打击；④根据吨位计显示的压力值F，按公式

计算螺旋压力机和模具的综合刚度值C；

其次控制部件经控制器控制机器手把工件放在螺旋压力机的模具之间，实施锻压件的数控成形，具体步骤为：①输入运行数据V、A、H₀、H、B₀、B、σ_s、C、μ、J，并根据公式

计算应力系数；②机器手的初始位置为垂直方向在下模之上、送进方向为机器手夹持的工件端面与下模端面的共面位置，控制机器手把工件按B₀送进；③控制部件根据公式 ${\mathrm{\ω}}^2=\frac{2}{J}\left\{{\mathrm{\σ}}_{s}V\right[\ln \frac{H_0}{H}+\frac{1}{8}(\frac{B}{H}-\frac{B_0}{H_0})]+\frac{A^2}{2C}{{\mathrm{\σ}}_s}^2{K_{\mathrm{\σ}}}^2\}$ 计算所需的电机转速ω，进而控制电机动作，当检测到电机转速值等于所需的电机转速ω时，控制电机以ω转速转动，滑块下行，然后滑块实施打击；④打击结束后，电机反转，滑块回程，达到上止点时，控制部件控制电机减速、制动器制动，完成一个工作循环；

上述式中：ωc为电机角速度，推荐取值3π，V为工件变形部分的体积，A为工件变形部分的垂直于受力方向的截面积，σ_s为工件的屈服极限，H₀为工件高度，B₀为机器手长度方向的送进量，H为工件变形后的高度，B为工件变形后的长度，μ为摩擦因数。

所述的自动送进的锻件数控成形方法，螺旋压力机包括电机、控制部件、传动机构和安装在机身上的工作机构，其中控制部件与电机连接，电机输出轴通过传动机构连接工作机构，增设了机器手和控制器，其中控制部件的输出端连接控制器的输入端，控制器输出端连接机器手的输入端，机器手采用一夹紧、一转动和二维移动的四自由度通用机器手，二维移动是指垂直方向的移动和送进方向的移动，一夹紧是指机器手把工件夹紧，一转动是指机器手将工件夹紧后，转到模具所在的位置。

所述的自动送进的锻件数控成形方法，控制部件包括电机控制器、制动器、角位移传感器、可编程控制器和触摸屏，其中制动器和角位移传感器均安装在电机的输出轴上，电机控制器的输出端接电机的输入端，电机控制器的输入端分别接角位移传感器、可编程控制器和触摸屏的输出端，可编程控制器的输出端接制动器的控制端，可编程控制器的输入端接触摸屏。

所述的自动送进的锻件数控成形方法，传动机构是指皮带传动和齿轮传动，其中皮带传动包括主动带轮、传动带和从动带轮，齿轮传动包括齿轮轴和从动齿轮，主动带轮固定安装在电机的输出轴上，从动带轮固定安装在齿轮轴上，从动齿轮固定安装在工作机构上。

所述的自动送进的锻件数控成形方法，工作机构包括螺杆、上螺母、下螺母和滑块，其中螺杆的上端连接传动机构，螺杆中部通过上螺母连接机身，螺杆下部通过下螺母连接滑块。

所述的自动送进的锻件数控成形方法，模具包括上模和下模；电机采用开关磁阻电机或可逆电机；角位移传感器采用旋转变压器或霍尔传感器，制动器采用盘式制动器。

所述的坯料、工件、锻压件或锻件分别为同一物件在变形前、变形中、变形后的不同名称。

本发明与现有技术相比，其优点为：

1、本发明采用螺旋压力机数控速度成形，由机器手自动送进，锻件的成形尺寸通过输入数据精确控制，用这种方法加工锻件，锻件精度高、加工余量小，劳动强度小，节能高效，自动化程度高。该方法属于优质、高效、节能、省力的塑性成形新技术，适应可持续发展的方向，能满足对精密成形技术提出的更高要求，有助于实现工业界“净成形”的奋斗目标。

2、本发明可用于各种金属锻件的冷锻、温锻、热锻成形。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1所示实施例中机器手送进B₀的示意图。

图1中：1、电机控制器 2、制动器 3、角位移传感器 4、电机 5、主动带轮 6、传动带 7、从动带轮 8、齿轮轴 9、从动齿轮 10、上螺母 11、螺杆 12、下螺母 13、滑块 14、上模 15、吨位计 16、下模 17、垫板 18、机身 19、可编程控制器 20、触摸屏 21、工件 22、机器手 23、控制器

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：螺旋压力机包括电机4、控制部件、机器手22、控制器23、传动机构和安装在机身18上的工作机构，其中电机4采用开关磁阻电机，控制部件的输出端连接控制器23的输入端，控制器23输出端连接机器手22的输入端，机器手22采用一夹紧、一转动和二维移动的四自由度通用机器手，二维移动是指垂直方向的移动和送进方向的移动，一夹紧是指机器手22把工件21夹紧，一转动是指机器手22将工件21夹紧后，转到模具所在的位置，模具包括上模14和下模16。

控制部件包括电机控制器1、制动器2、角位移传感器3、可编程控制器19和触摸屏20，其中制动器2采用盘式制动器，角位移传感器3采用旋转变压器，制动器2和角位移传感器3均安装在电机4的输出轴上，电机控制器1的输出端接电机4的输入端，电机控制器1的输入端分别接角位移传感器3、可编程控制器19和触摸屏20的输出端，可编程控制器19的输出端接制动器2的控制端，可编程控制器19的输入端接触摸屏20。

传动机构是指皮带传动和齿轮传动，其中皮带传动包括主动带轮5、传动带6和从动带轮7，齿轮传动包括齿轮轴8和从动齿轮9，主动带轮5固定安装在电机4的输出轴上，从动带轮7固定安装在齿轮轴8上，从动齿轮9固定安装在工作机构上。

工作机构包括螺杆11、上螺母10、下螺母12和滑块13，其中螺杆11的上端连接传动机构，螺杆11中部通过上螺母10连接机身18，螺杆11下部通过下螺母12连接滑块13。

实施例中，螺旋压力机转动惯量J为100kgm²，电机角速度ωc为10s^-1，工件21变形部分的体积V＝1×10^-3m³、工件21变形部分的垂直于受力方向的截面积A＝1×10^-2m²、工件21高度H₀＝100×10^-3m、工件21变形后的高度H＝90×10^-3m、长度方向的送进量B₀＝100×10^-3m、工件21变形后的长度B＝110×10^-3m、σ_s＝100×10⁶Nm^-2，接触面的摩擦因数μ＝0.5。具体成形过程为：

首先测定螺旋压力机和模具的综合刚度，采用如下步骤：①将吨位计15安装在螺旋压力机的机身18上，把模具安装到螺旋压力机上；②输入电机角速度ωc和螺旋压力机转动惯量J，分别为ωc＝10s^-1和J＝100kgm²；③控制电机4动作，待检测到电机角速度值等于输入的电机角速度ωc时，控制部件控制电机4匀速，实施打击；④根据吨位计15显示的压力值F为4×10⁶N，按公式

计算螺旋压力机和模具的综合刚度值C为1.6×10⁹Nm^-1；

其次控制部件经控制器23控制机器手22把工件21放在螺旋压力机的模具之间，实施工件21的数控成形，具体步骤为：①输入运行数据V、A、H₀、H、B₀、B、σ_s、μ、J、C，分别为V＝1×10^-3m³、A＝1×10^-2m²、H₀＝100×10^-3m、H＝90×10^-3m、B₀＝100×10^-3m、B＝110×10^-3m、σ_s＝100×10⁶Nm^-2、μ＝0.5、J＝100kgm²、C＝1.6×10⁹Nm^-1，并根据公式

计算应力系数；②机器手22的初始位置为垂直方向在下模16之上、送进方向为机器手22夹持的工件21端面与下模16端面的共面位置，控制机器手22把工件21按B₀送进；③控制部件根据公式 ${\mathrm{\ω}}^2=\frac{2}{J}\left\{{\mathrm{\σ}}_{s}V\right[\ln \frac{H_0}{H}+\frac{1}{8}(\frac{B}{H}-\frac{B_0}{H_0})]+\frac{A^2}{2C}{{\mathrm{\σ}}_s}^2{K_{\mathrm{\σ}}}^2\}$ 计算工件21变形成为锻压件所需的电机转速ω＝16.7s^-1，进而控制电机4动作，当检测到电机转速值等于所需的电机转速ω时，控制电机4以ω转速转动，滑块13下行，然后滑块13实施打击；④打击结束后，电机4反转，滑块13回程，达到上止点时，控制部件控制电机4减速、制动器2制动，完成一个工作循环。

Claims (8)

1.一种自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于采用如下步骤：

首先测定螺旋压力机和模具综合刚度的数值，具体步骤为：①将吨位计（15）安装在螺旋压力机的机身（18）上，把模具安装到螺旋压力机上；②输入电机角速度ωc和螺旋压力机转动惯量J；③控制电机（4）动作，待检测到电机角速度值等于输入的电机角速度ωc时,控制部件控制电机（4）匀速，实施打击；④根据吨位计（15）显示的压力值F，按公式

  计算螺旋压力机和模具的综合刚度值C；

其次控制部件经控制器（23）控制机器手（22）把工件（21）放在螺旋压力机的模具之间，实施锻压件的数控成形，具体步骤为：①输入运行数据V、A、H ₀ 、H、B ₀ 、B、σ _s 、C、μ、J，并根据公式计算应力系数；②机器手（22）的初始位置为垂直方向在下模（16）之上、送进方向为机器手（22）夹持的工件（21）端面与下模（16）端面的共面位置，控制机器手（22）把工件（21）按B ₀ 送进；③控制部件根据公式

计算所需的电机转速ω，进而控制电机（4）动作，当检测到电机转速值等于所需的电机转速ω时,控制电机（4）以ω转速转动，滑块（13）下行，然后滑块（13）实施打击；④打击结束后，电机(4)反转，滑块(13)回程，达到上止点时，控制部件控制电机(4)减速、制动器(2)制动，完成一个工作循环；

上述式中：ωc为电机角速度，推荐取值3π，V为工件（21）变形部分的体积，A为工件（21）变形部分的垂直于受力方向的截面积，σ _s 为工件（21）的屈服极限，H ₀ 为工件（21）高度，B ₀ 为机器手（22）长度方向的送进量，H为工件（21）变形后的高度，B为工件（21）变形后的长度，μ为摩擦因数。

2.如权利要求1所述的自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于：螺旋压力机包括电机(4)、控制部件、传动机构和安装在机身(18)上的工作机构，其中控制部件与电机(4)连接，电机(4)输出轴通过传动机构连接工作机构，增设了机器手（22）和控制器（23），其中控制部件的输出端连接控制器（23）的输入端，控制器（23）输出端连接机器手（22）的输入端，机器手（22）采用一夹紧、一转动和二维移动的四自由度通用机器手，二维移动是指垂直方向的移动和送进方向的移动，一夹紧是指机器手（22）把工件（21）夹紧，一转动是指机器手（22）将工件（21）夹紧后，转到模具所在的位置。

3.如权利要求2所述的自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于：控制部件包括电机控制器(1)、制动器(2)、角位移传感器(3)、可编程控制器(19)和触摸屏(20)，其中制动器(2)和角位移传感器(3)均安装在电机(4)的输出轴上，电机控制器(1)的输出端接电机(4)的输入端，电机控制器(1)的输入端分别接角位移传感器(3)、可编程控制器(19)和触摸屏(20)的输出端，可编程控制器(19)的输出端接制动器(2)的控制端，可编程控制器(19)的输入端接触摸屏(20)。

4.如权利要求2所述的自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于：传动机构是指皮带传动和齿轮传动，其中皮带传动包括主动带轮（5）、传动带（6）和从动带轮（7），齿轮传动包括齿轮轴（8）和从动齿轮（9），主动带轮（5）固定安装在电机(4)的输出轴上，从动带轮（7）固定安装在齿轮轴（8）上，从动齿轮（9）固定安装在工作机构上。

5.如权利要求2所述的自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于：工作机构包括螺杆（11）、上螺母（10）、下螺母（12）和滑块（13），其中螺杆（11）的上端连接传动机构，螺杆（11）中部通过上螺母（10）连接机身（18），螺杆（11）下部通过下螺母（12）连接滑块（13）。

6.如权利要求2所述的自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于：模具包括上模（14）和下模（16）。

7.如权利要求1所述的自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于：电机（4）采用开关磁阻电机或可逆电机。

8.如权利要求3所述的自动送进的锻件数控成形方法，其特征在于：角位移传感器(3)采用旋转变压器或霍尔传感器,制动器(2)采用盘式制动器。

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