1967_小型氣動壓力機(jī)的設(shè)計(jì)

1967_小型氣動壓力機(jī)的設(shè)計(jì),小型,氣動壓力機(jī),設(shè)計(jì) 一、課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀液壓機(jī)作為一種通用的無削成型加工設(shè)備，其工作原理是利用液體的壓力傳遞能量以完成各種壓力加工的。其工作特點(diǎn)之一是動力傳動為“ 柔性”傳動, 不象機(jī)械加工設(shè)備一樣動力傳動系統(tǒng)復(fù)雜, 這種驅(qū)動原理避免了機(jī)器過載的情況。二是液壓機(jī)的拉伸過程中只有單一的直線驅(qū)動力, 沒有“ 成角的”驅(qū)動力, 這使加工系統(tǒng)有較長的生命期和高的工件成品率。[1]按照動作方式可將液壓機(jī)分為單動、雙動、三動三種形式。在單動方式中, 壓頭或滑板作為移動部件單向移動完成壓制過程。雙動型壓力機(jī)有兩個移動部件：滑板或沖頭和模板。其工作過程是, 沖頭或滑板自上而下拉伸沖料, 模板充作固定壓板。三動型壓力機(jī)中, 深拉伸滑塊和壓邊滑塊自上而下移動, 由模板實(shí)現(xiàn)打料動作。按照機(jī)架結(jié)構(gòu)形式液壓機(jī)可分為梁柱式、組合框架型、整體框架式、單臂式等。按照功能用途液壓機(jī)可分為手動液壓機(jī)、鍛造液壓機(jī)、沖壓液壓機(jī)、一般用途液壓機(jī)、校正、壓裝液壓機(jī)、層壓液壓機(jī)、擠壓液壓機(jī)、壓制液壓機(jī)、打包壓塊液壓機(jī)、專用液壓機(jī)十組類型。 [2]由于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)比較成熟, 國內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展, 為改進(jìn)液壓機(jī)的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了可能。相比來講, 國內(nèi)機(jī)型雖種類齊全, 但技術(shù)含量相對較低, 缺乏技術(shù)含量高的高檔機(jī)型, 這與機(jī)電液一體化, 中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢不相適應(yīng)。 [3]現(xiàn)在, 國外眾多液壓機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)這種高性能的工業(yè)控制機(jī)控制方式的液壓機(jī)產(chǎn)品。正是因?yàn)椴捎眠@種先進(jìn)的控制方式, 使整機(jī)的控制性能, 生產(chǎn)效率都有很大提高。而與國外發(fā)展情況相比, 國內(nèi)極少有采用工業(yè)控制機(jī)控制方式的產(chǎn)品, 成熟的產(chǎn)品是采用可編程控制器的控制方式。 [4]中國液壓機(jī)行業(yè)經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，在技術(shù)及生產(chǎn)上已經(jīng)基本成熟。其國內(nèi)市場占有率是其他機(jī)床所不能比擬的， 但和國際發(fā)達(dá)國家的專業(yè)液壓機(jī)制造公司如米勒萬家頓、舒勒、川崎油工相比，尚有較大的差距。雖然我們的產(chǎn)量很大，但我們的價格卻只有它們的1/4 到1/10 。要縮小這種差距，參與國際競爭，把液壓機(jī)打入國際高端市場，不能僅僅依靠價格的優(yōu)勢，必須把產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量放在第一位，這才是中國液壓機(jī)行業(yè)的根本目標(biāo)。 [5]作為液壓機(jī)兩大組成部分的主機(jī)和液壓系統(tǒng), 由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟, 國內(nèi)外機(jī)型無較大差距。主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過濾、冷卻及防止沖擊和振動方面, 有較明顯改善。 [6]在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面, 國內(nèi)外液壓機(jī)都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)。插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用。國外已開始廣泛采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)。這種油路設(shè)計(jì)有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰塵、污物、空氣、化學(xué)物質(zhì)侵人系統(tǒng), 延長了機(jī)器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因, 國內(nèi)采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還不多見。在安全性方面, 國外某些采用微處理器控制的高性能液壓機(jī)利用軟件進(jìn)行故障的檢測和維護(hù), 如確嘆產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)負(fù)載檢測、自動模具保護(hù)以及錯誤診斷等功能。 [7]二、研究主要成果 當(dāng)前的國內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中，按照控制系統(tǒng)，可分為三種類型：一是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液壓機(jī)；二是采用可編程邏輯控制的液壓機(jī)；三是應(yīng)用高級微處理器的高性能液壓機(jī)。 [8]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。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)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展, 可編程序控制器的功能更加豐富。早期的可編程序控制器在功能上只能進(jìn)行簡單的邏輯控制，后來一些廠家開始采用微電子處理器作為可編程序控制器的中央處理單元, 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)控制機(jī)控制方式之間的一種控制方式?？删幊炭刂破饔休^高的穩(wěn)定性和靈活性, 但在功能方面與工業(yè)控制機(jī)相比有一定差異。工業(yè)控制機(jī)控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(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)或單片單板機(jī)作為主控單元, 通過外圍接口器件如刀, 板等或直接應(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制, 同時利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng), 達(dá)到精確控制的目的。 [9]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)。其適用于單機(jī)工作、加工產(chǎn)品精度要求不高的大批量生產(chǎn)（如餐具、廚具產(chǎn)品等） ，也可組成簡單的生產(chǎn)線，但由于電路的限制，穩(wěn)定性及柔性較差。現(xiàn)在國內(nèi)許多液壓機(jī)廠家是以這種機(jī)型為主，使用對象多為小型加工廠，或加工精度不高的民用產(chǎn)品。國外眾多廠家只是保留了對這種機(jī)型的生產(chǎn)能力，而主要面向以下兩種技術(shù)含量的機(jī)型組織生產(chǎn)。 [10]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，把自動化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)融為一體的新興工業(yè)自動控制裝置，目前已被廣泛的應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械以及自動化生產(chǎn)過程中。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程序控制器的功能更加豐富。早期的可編程序控制器在功能上只能進(jìn)行簡單的邏輯控制。后來一些廠家開始采用微電子處理器作為可編程序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)控制機(jī)控制方式之間的一種控制方式?？删幊炭刂破饔休^高的穩(wěn)定性和靈活性，但在功能方面與工業(yè)控制機(jī)控制方式，如天津鍛壓機(jī)械廠有近 60%的產(chǎn)品裝有 PLC。通過采用 PLC 控制，使系統(tǒng)的控制性能和可靠性大大提高。國外廠家如丹麥的 STENHQJ 公司采用了 SIEMENS 的可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對壓力和位移的控制。 [11]工業(yè)控制機(jī)控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(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)或單片/單板機(jī)作為主控單元，通過外圍接口器件或直接應(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，同時利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的。這種控制方式主要有以下特點(diǎn)：①具有友好的人機(jī)交互性，操作簡單。如：BROWN 、BOGCS 公司的產(chǎn)品，可通過數(shù)字面板顯示輸入壓力、快進(jìn)和回程速度、壓制速度及保壓/停機(jī)時間參數(shù)，極大減輕了勞動強(qiáng)度。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)機(jī)械式的行程開關(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[2]③易于實(shí)現(xiàn)高速化，提高生產(chǎn)效率。如美國的 FERRA 公司通過采用電子微處理控制方式，工作循環(huán)比以前快 60%。④可順利實(shí)現(xiàn)對工作參數(shù)（壓力、速度、行程等）的單獨(dú)調(diào)整。通過對控制參數(shù)的單獨(dú)控制，調(diào)整被加工材料的流動，能進(jìn)行復(fù)雜工件、不對稱工件的加工。 [12]⑤預(yù)存工作模式，可對不同工件的工藝過程、工藝參數(shù)預(yù)先存儲和重復(fù)調(diào)用，縮短調(diào)整時間。這與柔性加工的加工要求相適應(yīng)。⑥對高速下的換向沖擊可利用軟件來清除，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。⑦在安全方面，可利用軟件進(jìn)行故障預(yù)診斷，并且自動修復(fù)故障和顯示錯誤。如 STENHQF 的機(jī)型和 BROWN BOGCS 公司都有此項(xiàng)功能⑧易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的集成控制，組成柔性生產(chǎn)線及與上位機(jī)進(jìn)行通訊和實(shí)現(xiàn)調(diào)度控制。 [13]三、發(fā)展趨勢： 目前四柱液壓機(jī)到底發(fā)展方向主要有：1) 機(jī)電液一體化。充分合理利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個液壓系統(tǒng)的完善。2)高速化，高效化，低能耗。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。3) 自動化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現(xiàn)的在加工，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理的功能。4) 液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄漏和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來方便。 [14]四、存在問題1）液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較嚴(yán)格。2）實(shí)現(xiàn)定比傳動困難 液壓傳動是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對運(yùn)動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。3）油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。4)不適宜遠(yuǎn)距離輸送動力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動力。5）油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。6）油液容易污染 油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。7）發(fā)生故障不易檢查和排除。 [15]五、主要參考文獻(xiàn) [1]徐剛，魯潔，黃才元.金屬板材沖壓成型技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展.鍛壓裝備及控制技術(shù).2004(4).[2]王衛(wèi)衛(wèi). 金屬與塑料成型設(shè)備. 機(jī)械工業(yè)出版社. 1996第一版[3]李運(yùn)化. 近代液壓伺服系統(tǒng)控制策略的現(xiàn)狀與發(fā)展. 液壓與氣動. 1995（1）1-6 [4]劉慶印. 我國鍛壓設(shè)備產(chǎn)業(yè)競爭力分析. 鍛壓技術(shù). 2005,(5)[5] 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