沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),沖壓,機(jī)床,液壓,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 陸輝 學(xué) 號(hào)： 05010127 設(shè)計(jì)(論文)題目： 沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師: 張衛(wèi) 2009 年 3 月 22 日 開(kāi)題報(bào)告填寫要求 1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專業(yè)審查后生效； 2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)； 3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫（或打印）在本開(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書(shū)最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 本文首先介紹了四柱式?jīng)_壓機(jī)床的組成及特點(diǎn)，其次闡述了沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的組成及其工作方式，最后總結(jié)了AMESim這一液壓系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞 沖壓機(jī)床 液壓控制系統(tǒng) AEMSim 1 沖壓機(jī)床 沖壓技術(shù)的真正發(fā)展，始于汽車的工業(yè)化生產(chǎn)。20世紀(jì)初，美國(guó)福特汽車的工業(yè)化生產(chǎn)大大推動(dòng)了沖術(shù)的研究和發(fā)展[1]。 沖壓加工是利用金屬模具將鋼材或坯料分離或變形的工藝方法。具有操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、尺寸和形狀精度高、能沖制復(fù)雜零件、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器儀表、輕工等制造行業(yè)中。其中便攜式多功能手動(dòng)鋁合金沖壓機(jī)床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、重量輕、便于攜帶、使用方便、成本低、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)[2]。 沖壓機(jī)床種類繁多，四柱式?jīng)_壓機(jī)床一般特點(diǎn)是在底座上設(shè)置有沖槽和沖孔凹槽，在底座上還設(shè)置有兩個(gè)的導(dǎo)向立板，曲軸設(shè)置在導(dǎo)向立板的孔中，曲軸的偏心部分限位在兩個(gè)導(dǎo)向立板之間，曲軸偏心部分的外側(cè)裝有導(dǎo)向滑塊，在導(dǎo)向滑塊上鑲嵌有與沖槽和沖孔凹槽相對(duì)應(yīng)的沖槽和沖孔凸模。 沖壓機(jī)床包括機(jī)械結(jié)構(gòu)，液壓機(jī)，電控設(shè)備等。其中，液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，以四柱式液壓機(jī)最為常見(jiàn)。液壓機(jī)是一種可用于加工金屬，塑料，木材，皮革，橡膠等各種材料的壓力加工機(jī)械，能完成鍛壓，沖壓，折邊，冷擠，校直，彎曲，成形，打包等多種工藝，具有壓力和速度可大范圍無(wú)級(jí)調(diào)整，可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力等許多優(yōu)點(diǎn)，因而用途十分廣泛[6]。 2 沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng) 2.1 沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)組成 執(zhí)行元件采用液壓元件，用液體作傳遞能量的工作介質(zhì)的控制系統(tǒng)稱做液壓控制系統(tǒng)。液壓壓力機(jī)（簡(jiǎn)稱液壓機(jī)）是壓力機(jī)的一種類型，它通過(guò)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生很大的靜壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行擠壓、校直、冷彎等加工。液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)類型有單柱式、三柱時(shí)、四柱式等形式，其中以四柱式液壓機(jī)最為典型，它主要由橫梁、導(dǎo)柱、工作臺(tái)、上滑塊和下滑塊頂出機(jī)構(gòu)等部件組成[3][7][11]。 2.2 沖壓機(jī)床液壓機(jī)工作方式 液壓機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)是上滑塊機(jī)構(gòu)和下滑塊頂出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，上滑塊機(jī)構(gòu)由主液壓缸(上缸)驅(qū)動(dòng)，頂出機(jī)構(gòu)由輔助液壓缸(下缸)驅(qū)動(dòng)。液壓機(jī)的上滑塊機(jī)構(gòu)通過(guò)四個(gè)導(dǎo)柱導(dǎo)向、主缸驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上滑塊機(jī)構(gòu)“快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→快速回程→原位停止”的動(dòng)作循環(huán)。下缸布置在工作臺(tái)中間孔內(nèi)，驅(qū)動(dòng)下滑快頂出機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)“向上頂出→向下退回”或“浮動(dòng)壓邊下行→停止→頂出”的兩種動(dòng)作循環(huán)。液壓機(jī)液壓系統(tǒng)以壓力控制為主，系統(tǒng)具有高壓、大流量、大功率的特點(diǎn)。如何提高系統(tǒng)效率，防止系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題[4][8]。 2.3 常見(jiàn)沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) JG21-160沖床的滑塊由液壓缸驅(qū)動(dòng)，用于工件的沖剪加工，可以實(shí)現(xiàn)滑塊快速下降—沖剪下降—快速上升—停止的工作循環(huán)[6][7]。 液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖 1所示。上滑塊由主缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)加壓，下滑塊由下缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)頂出。系統(tǒng)有兩個(gè)泵，主泵為恒功率變量泵，最高工作壓力由溢流閥8的遠(yuǎn)程調(diào)壓閥9調(diào)定。輔助泵2是低壓小流量定量泵，用于供應(yīng)液動(dòng)閥的控制油。 各個(gè)行程的動(dòng)作如下： （1）啟動(dòng) 液壓泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，全部換向閥的電磁鐵處于斷電狀態(tài)，泵輸出的油經(jīng)三位四通電液換向閥10（中位）及閥4（中位）流回油箱，泵空載啟動(dòng)。 活動(dòng)橫梁空程快速下降，電磁鐵1YA及5YA通電，閥10及閥11換至右位，控制油經(jīng)電磁換向閥11（右位），打開(kāi)液控單向閥12，主工作腔下腔油經(jīng)閥12、閥10（右位）及閥4（中位）排回郵箱，動(dòng)梁在重力作用下快速下降，此時(shí)主工作缸上腔形成負(fù)壓，上部油箱的低壓油經(jīng)充液閥14向主缸上腔充液，同時(shí)泵輸出的油也經(jīng)閥10及單向閥15進(jìn)入主缸上腔。 進(jìn)油路：泵3—閥10右位—閥15—主缸上腔 回油路：主缸下腔—閥12—閥10右位—閥4中位—油箱 1-控制泵組 2-主電機(jī) 3-液壓泵 4、10-電液換向閥 5、7、8-溢流閥 6-節(jié)流閥 9-遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 11、15-電磁換向閥 12-液控單向閥 13-支承閥 14-充液閥 16-單向閥 17-壓力繼電器 圖1 3150KN滑閥式一般用途液壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)圖 活動(dòng)橫梁慢速下降及工作加壓，活動(dòng)橫梁下降至一定位置，觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)2s，使5YA斷電，閥11復(fù)位，液控單向閥12關(guān)閉，主缸下腔油須經(jīng)支承閥13排回油箱，活動(dòng)橫梁不再靠重力作用下降，必須依靠泵輸出的壓力油對(duì)活塞加壓，才能使活動(dòng)橫梁下降，活動(dòng)橫梁下降速度減慢，此時(shí)，活動(dòng)橫梁的速度取決于泵的供油量，改變泵的流量即可調(diào)節(jié)活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)速度。在工作加壓過(guò)程中，主工作缸內(nèi)油壓取決于工件的變形阻力。 進(jìn)油路：泵3—閥10右位—閥15—主缸上腔 回油路：主缸下腔—閥13—閥10右位—閥4中位—油箱 （2）保壓 電磁鐵6YA通電，閥15接通油箱；1YA斷電，利用單向閥15及充液閥14之錐面，對(duì)主缸上腔油密封，依靠油液及機(jī)架的彈性進(jìn)行保壓。 若主缸上腔油壓降低，低到一定值時(shí)，壓力繼電器16發(fā)出訊號(hào)，使電磁鐵1YA通電，泵向主缸上腔供油，使油壓升高，保持保壓壓力。而當(dāng)油壓超過(guò)一定值時(shí)，壓力繼電器16又發(fā)訊號(hào)，使1YA斷電，液壓泵停止向主缸上腔供油，油壓不再升高。 （3）快速回程 電磁鐵6YA斷，2YA通電，閥10換至左位，壓力油經(jīng)閥10（左位）使充液閥14開(kāi)啟，主缸上腔油經(jīng)閥14排回油箱，壓力油經(jīng)閥12進(jìn)入主缸下腔，推動(dòng)活塞上行，活動(dòng)橫梁快速回程。 進(jìn)油路：泵3—閥10左位—閥12—主缸下腔 回油路：主缸上腔—閥14—油箱 （4）浮動(dòng)壓邊 當(dāng)需要利用頂出缸為板料拉伸進(jìn)行壓邊時(shí)，可先令電磁鐵3YA通電，閥4換至左位，壓力油經(jīng)閥10（中位）及閥4（左位）進(jìn)入頂出缸下腔。頂出缸上腔油經(jīng)閥4（左位）排回油箱，頂出活塞上行，當(dāng)壓靠壓邊圈后，令3YA斷電。 坯料進(jìn)行反拉伸時(shí)，頂出缸活塞在動(dòng)梁壓力作用下，隨動(dòng)梁一起下降。頂出缸下腔油經(jīng)節(jié)流閥6及溢流閥5排回油箱，由于節(jié)流閥6存在一定節(jié)流阻力，因而產(chǎn)生一定油壓，相應(yīng)使頂出缸活塞上產(chǎn)生一定的壓邊力。調(diào)節(jié)溢流閥5即可改變此浮動(dòng)壓邊力。頂出器頂出及退回，電磁鐵3YA通電，閥4換至左位，頂出缸活塞上行，頂出。 進(jìn)油路：泵3—閥10中位—閥4左位—頂缸下腔 回油路：頂缸上腔—閥4左位—油箱 而電磁鐵4YA通電，閥4換至右位，則頂出缸活塞下行，退回。 進(jìn)油路：泵3—閥10中位—閥4右位—頂缸上腔 回油路：頂缸下腔—閥4左位—油箱 （6）停止 全部電磁鐵處于斷電狀態(tài)，閥4和閥10處于中位，液壓泵3輸出的油經(jīng)閥10（中位）及閥4（中位）排回油箱，泵卸荷。液控單向閥12將主工作缸下腔封閉，支承活動(dòng)橫梁懸空，停止不動(dòng)。 （7）其他 溢流閥8及遠(yuǎn)程調(diào)壓閥9作為系統(tǒng)安全調(diào)壓用，溢流閥7則作為頂出缸下腔安全限壓用[14]。 3 液壓控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)方法 作為一種多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真解決方案，AMESim（Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems）提供了一個(gè)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的完整平臺(tái)，使用戶得以建立復(fù)雜的多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)的模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計(jì)算和深入的分析。用戶可以在AMESim平臺(tái)上研究任何元件或系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，如在燃油噴射、制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)、機(jī)電系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用。工程設(shè)計(jì)師完全可以應(yīng)用集成的一整套AMESim應(yīng)用庫(kù)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，所有這些來(lái)自不同物理領(lǐng)域的模型都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，AMESim可讓工程師迅速達(dá)到建模仿真的最終目標(biāo)，使用戶從繁瑣和高度專業(yè)的數(shù)學(xué)建模中解放出來(lái)，從而專注于物理系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)[6][9]。 AMESim正處于不斷的快速發(fā)展中，AMESim軟件目前在中國(guó)銷售的主要產(chǎn)品模塊有：4個(gè)操作平臺(tái)、1個(gè)三維動(dòng)畫(huà)前后處理工具、28個(gè)應(yīng)用模型庫(kù)（共有3,500個(gè)模型）、5個(gè)接口工具、1個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)工具包以及10個(gè)實(shí)時(shí)仿真代碼生成功能。現(xiàn)有的應(yīng)用模型庫(kù)有：機(jī)械庫(kù)、信號(hào)控制庫(kù)、液壓庫(kù)（包括管道模型）、液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)、液阻庫(kù)、注油庫(kù) （如潤(rùn)滑系統(tǒng)）、氣動(dòng)庫(kù) （包括管道模型）、氣動(dòng)元件設(shè)計(jì)庫(kù)、熱庫(kù)、熱液壓庫(kù)、熱液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)、熱氣動(dòng)庫(kù)、冷卻系統(tǒng)庫(kù)、二相流庫(kù)、空氣調(diào)節(jié)庫(kù)、電磁庫(kù)、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)庫(kù)、IFP整車性能庫(kù)/駕駛庫(kù)、IFP發(fā)動(dòng)機(jī)庫(kù)、IFP排放庫(kù)、IFP C3D三維燃燒計(jì)算功能、平面機(jī)構(gòu)庫(kù)、動(dòng)力傳動(dòng)庫(kù)、車輛動(dòng)力學(xué)庫(kù)、換熱器布置工具庫(kù)、混合氣體庫(kù)、濕空氣庫(kù)。作為在設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)主要工具，AMESim還具有與其它軟件包豐富的接口，例如Simulink、Adams、LabVIEW、Simpac、Flux2D、RTLab、dSPACE、iSIGHT等等[10][12]。 4 總結(jié) 本課題即針對(duì)3150KN四柱式?jīng)_壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，基于AMESim進(jìn)行沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行數(shù)字建模仿真，完成動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)床液壓系統(tǒng)優(yōu)化的目的。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 郭成，儲(chǔ)家佑. 現(xiàn)代沖壓技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005. [2] 程燕軍，柳舟通. 沖壓與塑料成型設(shè)備[M]. 北京: 科學(xué)出版社，2005. [3] 李永堂，雷步芳，高雨茁. 液壓系統(tǒng)建模與仿真[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社，2003. [4] 張利平. 液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006. [5] 李華聰，李吉. 機(jī)械/液壓系統(tǒng)建模仿真軟件AMEsim[J]. 計(jì)算機(jī)仿真, 2006，(12): 294-298. [6] 王平, 葉曉葦. 沖床加工設(shè)備及自動(dòng)化[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006. [7] 俞新陸，楊津光. 液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與控制[M]. 北京：機(jī)械工程出版社，1997. [8] 俞新陸. 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006. [9] 付永領(lǐng)，祁曉野. AMEsim系統(tǒng)建模和仿真—從入門到精通[M]. 北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2006. [10] 蘇東海，于江華.液壓仿真新技術(shù)AMEsim及應(yīng)用[J].機(jī)械工程.2006，(11):35-37. [11] 盧長(zhǎng)耿, 李金良. 液壓控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[M]. 北京:煤炭工業(yè)出版社, 1991. [12] 劉海麗，李華聰.液壓機(jī)械系統(tǒng)建模仿真軟件AMEsim及其應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓,2006，(6):124-126. [13] 邊海岸, 戴雙獻(xiàn). 四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理研究[J].中國(guó)機(jī)械工程師, 2007, (7): 92-93. [14] 王積偉, 章宏甲. 液壓與氣壓傳動(dòng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007. [15] 李玉琳. 液壓元件與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū) ２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）： 本課題針對(duì)企業(yè)需求，首先研究3150KN四柱式?jīng)_壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的組成，進(jìn)而基于AMESim進(jìn)行沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行數(shù)字建模仿真，并完成動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)床液壓系統(tǒng)優(yōu)化的目的。 原始數(shù)據(jù)具體要求如下： 3150KN液壓機(jī)基本參數(shù)為： 公稱力：3150KN，頂出力：630KN，液體最大工作壓力：25MPa，滑塊行程：800mm，頂出行程：300mm，開(kāi)口高度：1250mm，工作臺(tái)面有效尺寸左右×前后：基型1120×1120mm2 技術(shù)要求具體要求如下： 滑塊行程速度：快速下行V1 150mm/s，慢速下行V2 25mm/s，工作V310mm/s，回程V4 80mm/s，頂缸頂出及退回速度V5 50mm/s 工作要求具體要求如下： （1）對(duì)3150KN四柱式液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行需求分析并進(jìn)行總體設(shè)計(jì)； （2）進(jìn)行機(jī)床液壓控制系統(tǒng)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，計(jì)算并確定液壓系統(tǒng)各部分的尺寸，其中主要包括油缸尺寸和液壓泵規(guī)格的確定和各個(gè)閥的選型； （3）運(yùn)用AMESim軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，解決換向壓力沖擊大和回程速度慢的問(wèn)題； （4）按要求提供設(shè)計(jì)文檔及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)： 該生通過(guò)閱讀與本課題相關(guān)的參考文獻(xiàn)，進(jìn)行了一些總結(jié)和思考，撰寫的本文獻(xiàn)綜述能夠反映“沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的課題背景以及相關(guān)知識(shí)，論文撰寫尚通順，符合規(guī)范，達(dá)到了撰寫文獻(xiàn)綜述要求和目的，為畢業(yè)設(shè)計(jì)后期分析打下了基礎(chǔ)。 2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： “沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這一課題的深度、廣度及工作量均適中，合適學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間完成，希望該生能獨(dú)立的進(jìn)行沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的研究，完成課題的要求，撰寫畢業(yè)論文，達(dá)到進(jìn)行科研訓(xùn)練和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 10