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鍛造操作機(jī)的工作原理和技術(shù)要求 |
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鍛造操作機(jī)是為8MN快速液壓鍛造機(jī)組設(shè)計(jì)制造的專用機(jī)械手，是整個(gè)機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備之一。由于鍛造操作機(jī)打擊次數(shù)高、自動(dòng)化程度高，因此，操作機(jī)的性能應(yīng)滿足整個(gè)機(jī)組的快速性、高精度和高自動(dòng)化的要求。
1 鍛造操作機(jī)的動(dòng)作性能要求
鍛造操作機(jī)組是用于自由鍛的設(shè)備，依靠現(xiàn)代液壓控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制和快速打擊，從而在自由鍛過(guò)程中，使鍛件在短時(shí)間內(nèi)完成成形，保證鍛件的成形尺寸在精度控制范圍內(nèi)(例如拔長(zhǎng)件的徑向尺寸精度控制在±1mm內(nèi))。故對(duì)操作機(jī)的穩(wěn)定性、靈活性和可靠性提出很高的要求。
操作機(jī)采用框架式結(jié)構(gòu)，通過(guò)預(yù)緊螺栓現(xiàn)場(chǎng)安裝，便于運(yùn)輸和制造。整個(gè)操作機(jī)由小車、夾鉗、鉗桿和液壓系統(tǒng)組成，其完成的動(dòng)作如下：
�、傩≤囆凶撸盒≤囋谲壍郎锨昂笮凶�，帶動(dòng)整個(gè)操作機(jī)前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鍛造中的拔長(zhǎng)工藝。
�、趭A鉗旋轉(zhuǎn)：夾鉗夾持鍛件旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鍛件徑向尺寸的要求。
�、坫Q口夾緊：通過(guò)鉗口的夾緊和松開實(shí)現(xiàn)上下料，同時(shí)夾持鍛件完成變形工藝。
�、茔Q桿升降和傾斜：保證鍛件成形過(guò)程中，鍛件與砧面保持一個(gè)合適的距離，利于鍛件成形和散熱。
⑤鉗桿的水平左右移動(dòng)：有利于模具調(diào)整，使鍛件在砧座中心位置變形，防止偏載。
在整個(gè)鍛造過(guò)程中，鉗口的夾緊、鉗桿的升降和傾斜以及鉗桿的水平位移均發(fā)生在開始鍛造以前的調(diào)整過(guò)程中，因此，其控制采用簡(jiǎn)單的手動(dòng)控制，通過(guò)工人將位置調(diào)整好。而小車的前后行走和夾鉗的旋轉(zhuǎn)要配合鍛造過(guò)程一步一步地完成各種鍛造工藝。在拔長(zhǎng)工藝中，每次的送進(jìn)量和旋轉(zhuǎn)的角度都由小車和夾鉗來(lái)控制。小車和夾鉗的控制精度對(duì)整個(gè)拔長(zhǎng)工藝有決定性的影響。為此，設(shè)計(jì)的整個(gè)小車行走和夾鉗旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用直接液壓驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)液壓系統(tǒng)相互獨(dú)立，不相互干擾，這樣即保證了控制的可靠性和高精度，又使系統(tǒng)具有快速性。
2 鍛造操作機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是保證整個(gè)操作機(jī)性能指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。采用了雙計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中一臺(tái)作為控制計(jì)算機(jī)，另一臺(tái)作為監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)均采用研華公司制造的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，CPU為Intel公司的MMX166，實(shí)踐證明完全能保證控制性能的要求。采用PCL-726作為D/A輸出板、旋轉(zhuǎn)編碼器和控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。用數(shù)字量輸入/輸出板對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制。而監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)則對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào)通過(guò)壓力傳感器進(jìn)行檢測(cè)。控制計(jì)算機(jī)和監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)之間通過(guò)串行通訊口進(jìn)行通訊，將位移信號(hào)從控制機(jī)送到監(jiān)測(cè)機(jī)，并將壓力、位移信息顯示出來(lái)，便于操作人員掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。而壓力信號(hào)也送到控制機(jī)，用于控制過(guò)程。
利用C++語(yǔ)言對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行編程。由于Windows下無(wú)法進(jìn)行中斷操作，因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行在DOS系統(tǒng)下。對(duì)各個(gè)輸入/輸出板接口直接寫入或讀取，通過(guò)功放裝置對(duì)比例閥和開關(guān)閥實(shí)現(xiàn)控制。同時(shí)，充分利用C語(yǔ)言的圖形功能和計(jì)算機(jī)強(qiáng)大運(yùn)算能力，將輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)以圖形和數(shù)字的方式實(shí)時(shí)地顯示在屏幕上，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯得直觀，調(diào)試和故障診斷都比較簡(jiǎn)單。
3 鍛造操作機(jī)控制方法及結(jié)果
對(duì)操作機(jī)剛度和穩(wěn)定的要求比較高，并且鍛造過(guò)程中沖擊力的存在，導(dǎo)致操作機(jī)的質(zhì)量大，50kN操作機(jī)的質(zhì)量為40000kg�？焖龠\(yùn)動(dòng)時(shí)的慣量比較大，為此，采用的控制算法為：
U(k)=Kpe(k)+KD〔e(k)-e(k-1)〕2
式中：U(k)——控制器輸出；
e(k)——誤差；
Kp、KD——分別為比例增益、微分增益。
當(dāng)采樣周期為55ms、輸入為1000mm時(shí)，小車的實(shí)際階躍響應(yīng)曲線如圖2所示。夾鉗輸入轉(zhuǎn)角為45°時(shí)。
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