畢業(yè)論文_J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機性能分析

1、華中科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目：J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機性能分析 準 考 證 號 姓 名 劉麗娟 指 導(dǎo) 教 師 李 曦 專 業(yè) 機電一體化 (首先你需要確認本文的核心內(nèi)容是你自己寫的,而不是抄襲的!其次,基本上不需要修改,目錄中藍色的可以刪除紅色是我建議的內(nèi)容,你根據(jù)自己的判斷進行取舍,如果你能確認論文不是照搬他人的,可直接打印,提交而且我可以負責(zé)地說你的論文可以通過)機械科學(xué)與工程學(xué)院 摘要模鍛件在汽車、工程機械、鐵路車輛、航空等工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，隨著這些工業(yè)的發(fā)展，對模鍛件的精度要求越來越高，精密鍛造將會成為模鍛件發(fā)展的必然趨勢。螺旋壓力機是最主要的模鍛件生產(chǎn)設(shè)備，而

2、J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機打擊能量可精確設(shè)置，成形精度高，制件公差小是生產(chǎn)精密模鍛件的理想設(shè)備。J58K數(shù)控電動螺旋壓力機采用了進口ABBACS800系列變頻器控制交流異步電機的驅(qū)動方案，技術(shù)先進且成熟。將基于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)成功的應(yīng)用于J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機，驅(qū)動系統(tǒng)的性能、可靠性以及長期運行的穩(wěn)定性等均有可靠的保障性。本文主要對J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機進行一個全面的分析，包括該技術(shù)現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展及現(xiàn)狀，及該系列設(shè)備的基本的相關(guān)原理的介紹和設(shè)備自身使用等方面的特點，以及從機械結(jié)構(gòu)、控制驅(qū)動方案、傳動方式、及總體的控制系統(tǒng)的方案做全面的介紹來分析J58

3、K系列數(shù)控電動螺旋壓力機各方面性能（尤其是高效和節(jié)能方面）的優(yōu)越性。同時也會對該系列設(shè)備目前發(fā)展的困境作分析以及未來發(fā)展做一個展望。關(guān)鍵詞：電動螺旋壓力機；直接轉(zhuǎn)矩控制；異步電機控制；精密鍛造 AbstractDie forgings are widely used in various industries, such as cars, engineering machinery, railway vehicles and aviation. With the development of those industries, the accuracy requirement on die f

4、orgings has become higher; precision forging will become an inevitable trend in the development of die forging. The screw press is a major die forgings production equipment; while the blow energy of J58K series numerical control electrically driven screw press can be set accurately, with higher form

5、ing precision and smaller tolerance. Therefore, it is the ideal equipment for manufacturing precision forging parts. J58K series numerical control electrically driven screw press adopted the driving solutions of imported ABBACS800 inverter control AC asynchronous motor. The technology is advanced an

6、d mature. Direct torque control technology of AC asynchronous motor is successfully applied to J58K series numerical control electrically driven screw press. The performance of driving system, reliability and long-term operational stability can be guaranteed.This thesis has conducted a thorough anal

7、ysis of J58K series numerical control electrically driven screw press; it involves the current development of this technology in China and abroad. It introduces the basic principles and features of this equipment. From the aspects of mechanical structure, control-driven scheme, transmission mode, an

8、d the overall scheme of the control system, this thesis makes a comprehensive introduction to the J58K series numerical control electrically driven screw press, and it analyzes the superior performance (especially high efficiency and energy saving) of this equipment. Additionally, the author of this

9、 thesis has made an analysis of the difficult progress of this equipment in present time as well as an outlook of this equipments future development. Keywords：electrically driven screw press； direct torque control； asynchronous motor control； high deformation energies目錄摘要Abstract1 緒論11.1 課題來源、背景及意義1

10、1.1.1課題的背景及目的和意義11.1.2性能分析的目的及意義11.2 螺旋壓力機主要傳動形式和國內(nèi)外現(xiàn)狀21.2.1螺旋壓力機的四種傳動形式及特點21.2.2國內(nèi)外相關(guān)現(xiàn)狀及分析31.3 后續(xù)各章介紹(本文的主要工作)42 J68K系列數(shù)控電動螺旋壓力機52.1 J58K數(shù)控電動螺旋壓力機基本原理52.2 J58K數(shù)控電動螺旋壓力機的特點72.3 J58K數(shù)控電動螺旋壓力機發(fā)展面臨的困難73 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機性能分析93.1從機械結(jié)構(gòu)進行性能分析93.1.1 機身93.1.2螺桿和螺母93.1.1滑塊93.1.1 齒輪93.2傳動方式進行性能分析103.3控制驅(qū)動系統(tǒng)性能分析

11、113.4以總體方案進行性能分析133.5以能量進行性能分析144 J58K壓力機的實際應(yīng)用154.1基于J58K數(shù)控電動螺旋壓力機的自動化線154.2 J58K數(shù)控電動螺旋壓力機的其他外設(shè)155 總結(jié)與展望175.1總結(jié)175.2展望17致謝18參考文獻19第一章 緒 論1.1、課題來源，背景及研究意義2 9 15 21 隨著汽車、工程機械、鐵路車輛、航空、國防等工業(yè)的發(fā)展，對模鍛件的精度要求越來越高，近年來發(fā)展精密成形工藝已經(jīng)成為一個趨勢，鍛件將不再加工，將精鍛件的公差控制在0.010.05mm以內(nèi)，例如汽車傳動用的十字軸，內(nèi)外弧齒齒輪等都以實現(xiàn)凈形鍛造，汽車發(fā)動機連桿模鍛件質(zhì)量公差僅&#

12、177;4克，氣門采用精密模鍛成形后只需磨削加工。因此發(fā)展精密鍛壓設(shè)備已成為一個必然的趨勢。課題的背景及目的和意義傳統(tǒng)的模鍛設(shè)備如模鍛錘、熱模鍛壓力機，很難制作出精密模鍛件。要達到這些要求除了對模具，工藝等有嚴格的要求，同時使鍛壓設(shè)備邁上了新的臺階，使得高端精密鍛壓設(shè)備的研究與推廣達到了空前的熱潮。目前國內(nèi)的相當一部分大型高端鍛壓設(shè)備還需從國外引進，從而使得處于被動地位，因此我們急需自己掌握大型高端鍛壓設(shè)備的制造技術(shù)使得不受制于國外。螺旋壓力機由于滑塊沒有固定的下死點，行程可調(diào)，能量可根據(jù)需求設(shè)定及限力的工作特性，是生產(chǎn)精密模鍛件的理想設(shè)備。目前各方面技術(shù)的成熟使得國內(nèi)外都對螺旋壓力機進行了深

13、入的研究，有的也已將其研究成果轉(zhuǎn)為了生產(chǎn)力并成功推廣到市場。目前國外出現(xiàn)了多個系列的成熟產(chǎn)品。市場也刺激了國內(nèi)的螺旋壓力機的發(fā)展，國內(nèi)大型高端鍛壓設(shè)備的發(fā)展將開創(chuàng)國內(nèi)精密鍛造的新時代。例如武漢新威奇科技有限公司的J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的迅速成長。本文將主要針對武漢新威奇科技有限公司J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的各方面性能展開分析研究，并將其結(jié)合市場實例分析該系列的壓力機的性能與前景。同時高端鍛壓設(shè)備的發(fā)展也是符合現(xiàn)代節(jié)能、節(jié)才、高質(zhì)、高效的道路的，高檔鍛壓設(shè)備的發(fā)展將最大化的減輕工作人員的勞動強度，改善以往惡劣的工作環(huán)境體現(xiàn)人文的關(guān)懷。性能分析的目的和意義 在螺旋壓力機中主要有四種傳

14、動形式，摩擦壓力機、液壓螺旋壓力機、離合器式螺旋壓力機、電動螺旋壓力機。本課題將主要分析J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機。隨著鍛造行業(yè)的發(fā)展與精密鍛造的要求，越來越多的科研與生產(chǎn)機構(gòu)投入了大量的研究，武漢新威奇科技有限公司基于華中科技大學(xué)的科研基礎(chǔ)上也投入了大量的時間與物力，但依然與德國萬家頓等有著一定的差距，在設(shè)備的生產(chǎn)使用中J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機也依然面臨了很多的問題，對J58K數(shù)控電動螺旋壓力機的各方面性能進行深入的研究將有助于解決各類問題并縮短與德國設(shè)備的距離。也能讓該系列壓力機能更好的融入這個市場，解決其在市場上遇到的各類問題并作相關(guān)的完善。同時讓該系列壓力機能更加充分的發(fā)揮它

15、的特點，更大空間的解決客戶的特殊要求。甚至是能在其基礎(chǔ)上開發(fā)新的產(chǎn)品系列作多元化發(fā)展。1.2、螺旋壓力機的主要傳動形式和國內(nèi)外相關(guān)現(xiàn)狀及分析1 2 9 17 21 螺旋壓力機的工藝用途廣，對變形量大的工藝可提供較大的能量，對變形量小的可以提供較大的力量；鍛模的壽命較高、成本較低；鍛件豎向精度高；設(shè)備成本低、使用和維護方便。螺旋壓力機有四大類傳動形式，分為摩擦、電動、液壓、離合器。這四種形式的螺旋壓力機又各有特色，以下將結(jié)合國內(nèi)外的現(xiàn)狀對其進行分析和比較。螺旋壓力機的四種傳動形式及特點 四種傳動形式壓力機現(xiàn)介紹與比較如下 1、摩擦壓力機摩擦壓力機是最老的螺旋壓力機，結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格低廉是

16、其主要特點。但是存在以下問題：該傳動形式的傳動效率比較低，滑塊下行時在0.65左右，滑塊回程時在0.35左右。耗能高，這在當今社會能源日益緊張的情況下是的摩擦壓力機的應(yīng)用受到了制約。它的高耗能也是不符合社會的長久的發(fā)展的。還有因為是靠摩擦傳動，摩擦帶容易磨損，需要經(jīng)常更換，從而導(dǎo)致打擊能量不能很精確地控制，特別是在使用過程中，摩擦盤在操作者上方，摩擦產(chǎn)生有毒粉塵從上落下被操作者吸入直接影響身心健康。2、液壓螺旋壓力機液壓螺旋壓力機是由高壓液體驅(qū)動壓力機工作的，相對于摩擦壓力機液壓螺旋壓力機具有高效節(jié)能的特點，又因液壓部件由很多標準的液壓元件構(gòu)成，易于設(shè)備工作能力的大型化。隨著航空和電力工業(yè)的發(fā)

17、展，大型葉片等零件的精鍛要求發(fā)展大噸位的螺旋壓力機，因而是的液壓螺旋壓力機得到了大力的發(fā)展。目前國外最大噸位的液壓螺旋壓力機達到了140MN。液壓螺旋壓力機在性能上優(yōu)于摩擦壓力機，但是也存在以下問題：液壓系統(tǒng)復(fù)雜，管道鋪設(shè)的工作量比較大，液壓泄露對環(huán)境也有污染。對維修技術(shù)水平要求比較高，一般鍛造廠維修比較困難。而且價格遠高于摩擦壓力機。3、離合器式螺旋壓力機1978年德國辛佩坎普研制出離合器式螺旋壓力機。其特點是是具有高的打擊能量，滑塊在小行程能輸出額定能量值和達到最大的鍛造力。目前最大噸位達到了112MN。離合器式螺旋壓力機也存在著一些問題：他的機器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，既有機械離合器傳動，又有用于

18、滑塊回程的液壓傳動。常用的滑塊回程方式是采用液壓缸推動滑塊，同時使螺桿作反向運動。在鍛擊和回程時，主螺桿和螺母的螺牙為同一受力面，潤滑液不易補充導(dǎo)致螺母螺牙容易損壞，為解決這個問題，德國哈森公司采用低速大扭矩液壓馬達，通過螺桿帶動滑塊回程，這樣使得原本就十分復(fù)雜的機器變得更為復(fù)雜。4、電動螺旋壓力機電動螺旋壓力機采用電機直接驅(qū)動飛輪，主機結(jié)構(gòu)比摩擦壓力機還要簡單，也沒有液壓螺旋壓力機復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，由于近年電力電子技術(shù)取得了大的進展，帶動電動螺旋壓力機得到很大發(fā)展，在國外得到廣泛應(yīng)用，噸位從1.6MN到250MN，最大冷擊力可達320MN，是目前除航空用模鍛液壓機外噸位最大的模鍛設(shè)備。德國生產(chǎn)

19、電動螺旋壓力機的主要企業(yè)有米勒.萬家頓，拉斯科等都有很多規(guī)格的產(chǎn)品面世。在第二章將會對電動螺旋壓力機作詳細的介紹。國內(nèi)外的相關(guān)現(xiàn)狀及分析目前國內(nèi)外都對螺旋壓力機進行了深入的研究，有的也已將其研究成果轉(zhuǎn)為了生產(chǎn)力。目前國內(nèi)外出現(xiàn)了多個列的成熟產(chǎn)品。華中科技大學(xué)（原華中理工系大學(xué)）在國內(nèi)最早于20世紀80年代初即開始了電動螺旋壓力機的研究與開發(fā)工作，并于1982年最先研制出國內(nèi)第一代電動螺旋壓力機，但由于當時技術(shù)水平的限制，沒有達到人們的預(yù)期效果，由于電機的頻繁啟停、發(fā)熱嚴重及啟動電流過大（達額定電流的35倍）對電網(wǎng)沖擊過大，從而無法將其推廣到市場。直到近年來電力電子、電機控制和計算機等技術(shù)得到了

20、飛速發(fā)展，為解決電動螺旋壓力機的相關(guān)難題帶來了新的曙光。2003年，華中科技大學(xué)根據(jù)國內(nèi)外最新的研究進展推出了國內(nèi)首臺第二代數(shù)控電動螺旋壓力機樣機，其公稱壓力位3150KN，長期許用載荷5000KN，在此基礎(chǔ)上通過大量的試驗獲得了寶貴的研究成果和豐富的工程經(jīng)驗，隨后武漢新威奇科技有限公司迅速將科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，推出了J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的產(chǎn)品，并很快得到了市場的青睞和用戶的認可。在國外電動螺旋壓力機更是取得了迅猛的發(fā)展，現(xiàn)在壓力機噸位從1.6MN到250MN，最大冷擊力可達320MN，是目前除航空用模鍛液壓機外噸位最大的模鍛設(shè)備。相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)例如Müller Weing

21、arten米勒.萬家頓公司生產(chǎn)的2.5MN250MN三個系列的多種規(guī)格的相關(guān)產(chǎn)品、LASCO拉斯科公司生產(chǎn)的有1.6MN32MN兩個系列的多種規(guī)格的產(chǎn)品，日本ENOMOTO榎本機工公司生產(chǎn)的2.3MN-10MN規(guī)格的產(chǎn)品。其中米勒.萬家頓的電動螺旋壓力機分輕、中、重三個系列，即PA、PSM/PSH、PZS系列，PSM和PSH系列結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，前者運動部分能量較小，后者運動部分能量較大。1.3、后續(xù)各章簡介第二章中將介紹J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的基本原理和特點，以及現(xiàn)階段面臨的問題。第三章將會對J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機各方面性能做詳細的分析，將從機械、電氣、機電一體化方面展開。第四章

22、將以J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機為中心設(shè)備的生產(chǎn)線作簡單介紹及其加以輔助設(shè)備可擴展的端口。第五章總結(jié)與愿景第二章 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機 在本章中將對J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機作簡單的介紹。包括其基本的工作原理，該系列設(shè)備的工作特點及該系列設(shè)備當前發(fā)展面臨的困難。2.1 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機基本原理1 7工作原理圖2-1 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機結(jié)構(gòu)示意簡圖圖2-1為J58K數(shù)控電動螺旋壓力機的結(jié)構(gòu)示意圖。大齒輪亦即飛輪，經(jīng)摩擦超載打滑裝置與螺桿連接，螺母安裝在滑塊內(nèi)。電機上的小齒輪帶動大齒輪作正反向旋轉(zhuǎn)，大齒輪、螺桿從而帶動滑塊上下運動，大齒輪有足夠的慣量，起著

23、飛輪儲能的作用。電動機用變頻器驅(qū)動。 圖2-2 飛輪速度變化曲線滑塊上裝有位移檢測裝置，可以實時精確測量滑塊位移?；瑝K下行時，飛輪加速，飛輪的角速度變化，如圖2-2所示，當飛輪加速到預(yù)設(shè)定的能量后，利用大齒輪儲存的動能帶動滑塊上的上模對鍛件毛坯加壓成形，大齒輪釋放能量后，隨即電動機反轉(zhuǎn)，帶動滑塊回程?；爻痰侥骋痪嚯x后， 電機進入制動狀態(tài)，由電動機轉(zhuǎn)為發(fā)電機，使大齒輪帶動滑塊回到預(yù)先設(shè)置的位置。將飛輪儲存的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，如?qū)動單元配備有能量回收裝置，這一部分電能可反饋到電網(wǎng)中，或者采用電阻消耗掉這部分能量?；瑝K回到上死點之后，制動器制動飛輪，使滑塊停止。從以上工作原理可以看出，電動機只有在壓制

24、鍛件時才能工作，無空載損耗，因而電動螺旋壓力機的能耗低，效率高。此外，由于滑塊回程時靠電機制動，機械制動器僅在滑塊接近上死點時才工作制動能量很小，一方面降低了能量消耗，另一方面可使制動器制動力矩大大減少。，制動材料不易磨損，不需經(jīng)常更換。數(shù)控電動螺旋壓力機基于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的計算機控制系統(tǒng)。采用特殊設(shè)計的異步電機和直接轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn)打擊能量準確控制。在觸摸屏上可方便地設(shè)置飛輪能量、滑塊行程等主要參數(shù)，還可按多模膛鍛造要求，預(yù)先設(shè)置每工步打擊能量，進行程序鍛造。機身上安裝了噸位儀，可現(xiàn)實打擊力，防止主機超載。2.2 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的特點7 21從電動螺旋壓力機的工作原理和結(jié)構(gòu)可以

25、看出，電動螺旋壓力機技術(shù)領(lǐng)先、方案成熟、操作方便、維護量小且自動化程度高，以下是其特點。1）打擊能量可精確設(shè)置，成形精度高，之間公差小，特別適合精密鍛造。 2）由于能精確控制打擊能量，可減輕模具載荷，比摩擦壓力機模具壽命明顯提高。 3）主機結(jié)構(gòu)簡單，故障率低，易于維護，與摩擦壓力機相比不需更換摩擦帶易損件；與液壓螺旋壓力機、離合器式螺旋壓力機相比，無液壓驅(qū)動單元，使用維護費用明顯減少。 4）可進行程序鍛造，主機能自動按預(yù)先設(shè)置的每工步打擊能量運行。打擊后滑塊還可在下死點停頓，停頓時間能預(yù)先設(shè)置，以適應(yīng)某些工藝的要求。 5）由于采用了變頻驅(qū)動，不會對工廠電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊和影響其他設(shè)備的正常運行。 6

26、）滑塊靜止時，電動機不工作，電耗低。當采用了飛輪能量回收裝置后，還可進一步降低電耗，提高效率。7）無下死點，不必調(diào)整模具高度，不會產(chǎn)生悶車現(xiàn)象。模具結(jié)構(gòu)簡單，換模容易。8）能方便調(diào)整行程高度，回程位置準確。9）安裝了噸位指示器，保證主機不致超載。2.3 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機發(fā)展面臨的困難1 現(xiàn)在電動螺旋壓力機技術(shù)已經(jīng)趨于成熟的狀態(tài)，但在社會的不斷地發(fā)展中已對設(shè)備有了更高的要求。在迎合這些需求的同時也遇到了很多的困難，下面將會結(jié)合現(xiàn)在的加工制造能力及相關(guān)技術(shù)的成熟度來分析相關(guān)的困難。理清現(xiàn)狀，明確未來努力的方向。在國產(chǎn)設(shè)備中能力大型化的發(fā)展還是有局限，J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機也不

27、例外，目前還無法像米勒.萬家頓那樣制造出超大噸級的電動螺旋壓力機。從而使得設(shè)備能力大型化發(fā)展受到了限制。目前國內(nèi)的設(shè)計水平，零件的制造加工水平，裝配過程中的工藝控制水平等都是限制大型化發(fā)展的原因之一。目前J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機是朝著精密鍛造發(fā)展的，相比以前的自由鍛或者普通模鍛的水平有了較大的提高，但也并非說是達到了一個很高的水平，和德國的設(shè)備比起來還是有一定的差距，如何使質(zhì)量公差、尺寸公差達到更高的水平也是一個挑戰(zhàn)，目前國內(nèi)的設(shè)備的制造加工精度及裝配精度上都和國外還有一定的差距從而導(dǎo)致了我們設(shè)備的精度也達不到設(shè)計的要求?，F(xiàn)在社會的能源日益緊缺，因此節(jié)能、高效已經(jīng)成為了一個發(fā)展的必然趨勢

28、。相對于摩擦壓力機J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機在耗能上有了很大的改善，如何的進一步改善，提高其效率也將是必須考慮的。如何的提高效率也是目前的值得深究的方向。還有在設(shè)備的外形結(jié)構(gòu)上我們?nèi)绾胃倪M能像日本榎本機工的設(shè)備那樣美觀和恰到好處，這樣既美觀又節(jié)約了原材料，這也將是我們應(yīng)該自我提升的地方。綜上所述，提高制造工藝水平和加工精度提高設(shè)備的可靠性，節(jié)能、節(jié)材都將是以后發(fā)展的總要部分。以上這些不僅僅是J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機發(fā)展的困難，也是當前國內(nèi)設(shè)備發(fā)展都會遇到的困難。第三章 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機性能分析在本章中將會對J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的性能進行全面的分析，包括其機械結(jié)

29、構(gòu)上，傳動方式及控制系統(tǒng)等。在J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機中無論是機械傳動結(jié)構(gòu)，傳動方式上還是電力拖動系統(tǒng)及控制方式都經(jīng)過了科學(xué)的理論論證和實踐的驗證其可靠性高、性能優(yōu)良。3.1 從機械結(jié)構(gòu)進行性能分析1 8 12 17 21 機身該系列中J58K-1600及以下的數(shù)控電動螺旋壓力機的機身均采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)，由于鑄造加工的限制J58K-2500及以上的機身均采用組合結(jié)構(gòu)，機身經(jīng)過三維有限元分析和優(yōu)化設(shè)計，在降低局部應(yīng)力，保證強度及剛度的條件下，使機身具有合理的結(jié)構(gòu)。螺桿和螺母螺桿和螺母是壓力機的最主要的受力和傳動零件，其結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)滿足靜、動強度的要求。該系列壓力機的螺桿和螺母的結(jié)構(gòu)參數(shù)是根據(jù)

30、多年積累的經(jīng)驗選擇的，螺桿采用高強度合金鋼，螺母采用高強度鑄銅。由于考慮到國產(chǎn)的材料和制造工藝與德國公司尚有差距，因此我們采用了更大的安全系數(shù)(一般取1.2-1.3)。例如Müller Weingarten公司5MN電動螺旋壓力機的螺桿直徑為180mm，而J58K-500螺桿直徑為225mm，加大安全系數(shù)使得該系列設(shè)備的可靠性有了一個相對的提高。防止設(shè)備在非正常使用過程中出現(xiàn)裂紋等情況?；瑝K由于模鍛工藝的發(fā)展，要求進一步提高滑塊的導(dǎo)向精度和承受偏心載荷的能力，提高滑塊的外形尺寸的高寬比是個有效措施。J58K系列的壓力機的采用了長滑塊、X型導(dǎo)軌。在熱鍛加工時由于熱量使滑塊膨脹，對導(dǎo)軌間

31、隙產(chǎn)生影響，X型導(dǎo)軌因具有較長的力臂，又因?qū)蛎娉瘦椛錉畈贾?，滑塊受熱膨脹對導(dǎo)軌間隙影響甚微，能適應(yīng)熱加工的要求。滑塊有較長的導(dǎo)向，并采用了鑄鋼結(jié)構(gòu)，可承受合理的偏心負載，長滑塊長導(dǎo)軌使得設(shè)備的導(dǎo)向精度也大大提高，抗過載和偏載能力強。齒輪J58K系列壓力機是經(jīng)小齒輪帶動大齒輪傳動，齒輪是其重要傳動部件。該系列小齒輪是經(jīng)過反復(fù)的試驗選擇的特殊材料制造的，強度高且重量輕，慣量不到相同尺寸鋼齒輪的1/5，這樣可以保證電機軸在頻繁的正反轉(zhuǎn)沖擊中受損最小，壽命最長；另外小齒輪與驅(qū)動電機軸采用摩擦連接，通過摩擦打滑安全保護裝置可保證打擊力超載時小齒輪可以打滑，進一步的保護電機。該系列大齒輪采用組合型式，在

32、功能上可分為內(nèi)圈和外圈兩部分，外圈即打滑部分。鍛擊時，當壓力達到或超過一定值（打滑力Ph）時，其轉(zhuǎn)矩達到臨界摩擦力矩，外圈相對于內(nèi)圈產(chǎn)生打滑，從而達到超載保護的目的。壓力小于打滑力時不產(chǎn)生打滑，和整體飛輪一樣的起作用。表3-1摩擦、高能和電動螺旋壓力機比較一覽結(jié)構(gòu)使用維護滑塊末速打擊力抗偏載能力模具壽命價格摩擦復(fù)雜有易損件，無力能顯示1.6PgH/B=0.9短便宜高能最復(fù)雜有易損件，有力能顯示0.5m/s1.25PgH/B=1.58長最貴J58K電動簡單無易損件，可控力能0.7m/s1.6PgH/B=1.38長適中其中要說明的是，通過分析和論證表明高能的高寬比H/B雖然最大，但其為上圓柱導(dǎo)向，

33、下短滑塊導(dǎo)向，二者很難調(diào)整至同時起作用，故其H/B=1.58為假象，實際遠不如J58K電動H/B=1.38。3.2傳動方式進行性能分析1 4 14 電動螺旋壓力機目前有兩種傳動形式。一是電機轉(zhuǎn)子與螺桿軸連為一體的直接傳動形式，如Müller Weingarten公司45MN以下的電動螺旋壓力機、日本ENOMOTO公司的JDS型產(chǎn)品和華中科技大學(xué)80年代初研制成功的JD58-100型電動螺旋壓力機，這一方案的特點是傳動環(huán)節(jié)少，但要設(shè)計低速、大扭矩專用電機，螺桿導(dǎo)套磨損后會影響電機的氣隙，電機出現(xiàn)故障時不太容易維護。二是電機經(jīng)齒輪或皮帶傳動帶動螺桿的形式，Müller Wein

34、garten公司PZS系列44MN-320MN產(chǎn)品、LASCO公司和日本ENOMOTO公司500ZES型產(chǎn)品采用這一方案，其中日本ENOMOTO公司采用皮帶傳動方式，而Müller Weingarten和LASCO采用更加高效的齒輪傳動方式。這一方案的特點是專用電機轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，可以設(shè)計少數(shù)幾種規(guī)格的專用電機系列供不同噸位壓力機使用，電機出現(xiàn)故障時，更換方便，維護簡單；同時導(dǎo)套磨損后不會影響電機性能。在深入的研究各種形式的具體特點后，最終決定J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機采用雙電機驅(qū)動的齒輪傳動方式，相同規(guī)格的兩臺電機180度對稱固定在機身頂部，是飛輪受力均衡，以避免螺桿導(dǎo)套（

35、銅套）產(chǎn)生偏磨。3.3控制驅(qū)動系統(tǒng)性能分析4 5 6 7 14 18 19 20電動螺旋壓力機電力控制系統(tǒng)主要有兩種形式，以Müller Weingarten公司為代表的變頻技術(shù)驅(qū)動的交流異步電機驅(qū)動方案和以ENOMOTO公司為代表的永磁交流伺服電機驅(qū)動方案?，F(xiàn)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，將基于矢量控制技術(shù)的永磁交流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)和基于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)均以成功應(yīng)用于電動螺旋壓力機，兩種驅(qū)動方案均能實現(xiàn)設(shè)備的設(shè)計參數(shù)目標且能長期穩(wěn)定運行，對電網(wǎng)無沖擊；通過大量的對比試驗證明了基于直接轉(zhuǎn)矩控制的交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)矩響應(yīng)和輸出能力，以及電機溫升等關(guān)鍵方面均優(yōu)于永磁交流伺

36、服驅(qū)動系統(tǒng)，且適用于電動螺旋壓力機的大功率交流伺服電機價格昂貴，大噸位電動螺旋壓力機目前無法采用，所以直接轉(zhuǎn)矩控制交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)性價比更高；且直接轉(zhuǎn)矩控制無需軸端編碼器反饋，在鍛壓工藝強震動的惡劣環(huán)境中環(huán)節(jié)越少，故障率越低?；谝陨犀F(xiàn)狀，J58K系列采用變頻技術(shù)的交流異步電機的驅(qū)動方案。直接轉(zhuǎn)矩控制作為最先進的交流調(diào)速技術(shù)，ABB公司已將其完全的商品化并有了成熟的產(chǎn)品并獲得了好的市場推廣應(yīng)用，即ABB ACS800系列變頻器產(chǎn)品。J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機采用進口ABB ACS800系列變頻器控制交流異步電機驅(qū)動方案，技術(shù)成熟且先進，驅(qū)動系統(tǒng)的性能、可靠性以及長期運行的穩(wěn)定性均有保障

37、。下圖3-1為J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機打擊過程中通過每10ms采樣滑塊位移和速度而繪出的典型的滑塊打擊流程時間曲線： 圖3-1 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的滑塊打擊流程曲線上圖中，OA段為滑塊打擊下行階段，AB段為滑塊打擊鍛件，飛輪等運動部分釋放能量階段（試驗中工作臺上墊橡皮代替鍛件吸收能量），BC段為滑塊回程加速階段，CD段為滑塊回程減速階段，至設(shè)定打擊行程位置，滑塊速度減至接近零速，剎車動作，將滑塊固定。轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和穩(wěn)定輸出是電動螺旋壓力機穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。因此J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的交流異步電機驅(qū)動的拖動系統(tǒng)控制方案是重點。異步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制能

38、實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速恒定控制，且不帶編碼器反饋減少了故障環(huán)節(jié)，提高了穩(wěn)定性。控制系統(tǒng)以可編程控制器S7-200 CPU226為核心，輔以模擬量輸入/輸出、圖3-2 硬件總體結(jié)構(gòu)圖數(shù)字量輸入/輸出等擴展模塊，再加上外圍的控制電路和控制對象硬件總體系統(tǒng)如圖3-2所示。3.4以總體方案進行性能分析7 J58系列總體方案圖如3-3所示，可簡單分為幾個部分。人機交互潤滑系統(tǒng)頂料系統(tǒng)擴展外設(shè)故障診斷驅(qū)動系統(tǒng)控制核心 圖3-3 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機控制系統(tǒng)總體方案控制核心是系統(tǒng)的大腦，它由基于可編程控制器（簡稱PLC）的硬件和軟件組成，根據(jù)輸入輸出信號和參數(shù)來檢測設(shè)備的運行狀態(tài)、控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，實現(xiàn)

39、打擊能量精確控制盒滑塊準確滑塊準確回程等，保證設(shè)備正確、穩(wěn)定和可靠運行。人機交互包括基于觸摸屏的用于設(shè)置和顯示參數(shù)曉得人機界面和由按鈕盒指示燈組成的操作面板，J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機人機界面友好，操作簡單、方便，操作員只需要根據(jù)產(chǎn)品工藝設(shè)置好打擊行程和打擊能量，其他包括能量控制和流程控制的一切都由數(shù)控系統(tǒng)完成。驅(qū)動系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，由它來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)和穩(wěn)定輸出，保證電機溫升穩(wěn)定，實現(xiàn)電動螺旋壓力機的全能量設(shè)計要求并具有長期穩(wěn)定運行能力。潤滑系統(tǒng)負責(zé)潤滑電動螺旋壓力機的必要組成部分，如軸承、銅套、鍾塊、螺旋副和導(dǎo)軌副等，是優(yōu)化設(shè)備運行性能和提高設(shè)備壽命的重要保障。 頂料系統(tǒng)也是電

40、動螺旋壓力機的必要組成部分，按動力可分為氣動和液壓頂料，按功能又分為上頂料和下頂料等，具體方案可按用戶產(chǎn)品需要而定。 故障診斷系統(tǒng)采集來自驅(qū)動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和外設(shè)擴展等各個部分的傳感器檢測信號，提示系統(tǒng)報警信息并具有一定的故障診斷能力。 擴展外設(shè)部分包括電動螺旋壓力機周邊的常見外設(shè)，如自動上下料機構(gòu)、自動噴石墨裝置等，使得電動螺旋壓力機可以很方便的擴展成自動化生產(chǎn)線，降低工人勞動強度，減少認得敢于，提高產(chǎn)品的一致性，這將在下一章自動化中作詳細講解。 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機采用編碼器裝置實時的檢測滑塊唯一和速度，可直接計算設(shè)備的運動部分能量，從而與驅(qū)動系統(tǒng)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)打擊能量的

41、準確控制盒滑塊的準確回程。3.5以能量進行性能分析11 19眾所周知螺旋壓力機屬于定能量的鍛造設(shè)備，主要依據(jù)其運動部分的能量做功，有效能量是螺旋壓力機最重要的一個參數(shù)，反應(yīng)了設(shè)備的打擊效率和節(jié)能水平。根據(jù)電動螺旋壓力機的有效能量試驗行業(yè)標準，鍛造型壓力機在公稱力時的有效能量不應(yīng)低于運動部分能量的60%。J58K-630型數(shù)控電動螺旋壓力機有效能量檢測報告得出其摩擦損耗能量不超過標稱能量的5%，公稱壓力下機器的彈性變形能不超過10%，因此其在公稱壓力下的打擊能量不會低于運動部分總能量的85%，遠超過了其行業(yè)標準，具有很高的打擊效率，這正反應(yīng)了J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的高校和節(jié)能。第四章 以

42、J58K壓力機為中心設(shè)備的生產(chǎn)線 4.1基于J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的自動化線10 13J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的突出優(yōu)點是自動化程度高，用戶只需要再人機界面上設(shè)置好打擊行程和打擊能量，其他計算和控制只用交給壓力機控制系統(tǒng)自動完成即可。鍛造車間的勞動環(huán)境惡劣、勞動強度高，西方發(fā)達國家規(guī)定鍛工的工作壽命僅10年，且每周工作時間有嚴格的控制，在我國，隨著勞動保障法的進一步完善，勞動者的保護將進一步強，勞動力成本將大大提高。因此追求并實現(xiàn)自動化生產(chǎn)是每一個鍛造企業(yè)的迫切需要，這也是數(shù)控電動螺旋壓力機必將面對的應(yīng)用現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢。典型的鍛造生產(chǎn)線由加熱、鐓粗、預(yù)鍛和終鍛、切邊等幾道工

43、序完成，至少需要4-5個操作工，而且由于人為的不確定因素，產(chǎn)品的一致性也難以完全保證，因此構(gòu)建自動化生產(chǎn)線是鍛造企業(yè)的迫切要求和發(fā)展趨勢。下面以國內(nèi)某氣門生產(chǎn)廠家以J58K系列電動數(shù)控螺旋壓力機為中心設(shè)備組建的氣門自動化生產(chǎn)線為例來介紹自動化鍛造線。該氣門自動化生產(chǎn)線以J58K-160型數(shù)控電動螺旋壓力機為核心設(shè)備，輔以4臺數(shù)控電鐓機組成。該自動化機組使用機器人實現(xiàn)取料和上料操作，采用自動下料裝置實現(xiàn)下料操作。該生產(chǎn)線實現(xiàn)了從上料、電鐓、測溫控制、終鍛至下料的全自動化，原來需要3-4名操作工負責(zé)的鍛造生產(chǎn)線現(xiàn)在只需要1名操作工負責(zé)監(jiān)控和質(zhì)檢即可，在減少勞動力和減輕勞動強度的同時，帶來的是產(chǎn)品質(zhì)

44、量以及產(chǎn)品一致性的提高。據(jù)用戶的統(tǒng)計，該生產(chǎn)線氣門鍛件尺寸精度和幾何形狀的一致性大大提高，鍛件合格率將近100%，特別氣門總長的偏差由原來的0-4.0mm減小至±0.25mm，減少了3-4道粗加工和半道精加工工序，工藝的改進及采用數(shù)控電動螺旋壓力機生產(chǎn)使得模具的壽命超過了5萬件，相對于原摩擦壓力機的模具壽命提高了近10倍。這主要得益于J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的外設(shè)擴展功能的健全及設(shè)備的性能達到了一定的高度。4.2 J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的其他外設(shè)13電動螺旋壓力機周邊典型的自動化外設(shè)包括有自動上下料裝置、自動噴石墨裝置、自動測溫裝置等。前面介紹的氣門鍛造線中的自動上料機

45、器人和自動下料裝置即屬于其中；另外出于保護模具和鍛造成型后便于脫模的目的，噴石墨也是模鍛件生產(chǎn)中的必要環(huán)節(jié)，如果能使用自動噴石墨裝置，必將大大減輕工人的勞動強度，且保證該操作的一致性和均勻性。在鍛造生產(chǎn)中，零件毛坯都要先進行加熱后再進入到鍛造生產(chǎn)，而零件毛坯加熱后是否達到了其理想的溫度在這以前的鍛造生產(chǎn)中都沒有精確的測量過，現(xiàn)在在設(shè)備中只要加入自動測溫裝置就可輕松的解決這個問題，只要自動檢測到加熱的毛坯沒有達到設(shè)定的溫度可以放棄模鍛生產(chǎn)，減少了不必要的生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和降低了廢品率。在國內(nèi)某鍛造廠家的實際應(yīng)用中當檢測到毛坯件沒有達到應(yīng)有的溫度時，機械手將其直接丟入了廢品框而不是送到壓力機中

46、進行模鍛。這也是其高效節(jié)能的一個體現(xiàn)。在未來的不斷發(fā)展中，除了這些常見的外設(shè)之外，根據(jù)生產(chǎn)及市場的需要將會開發(fā)更多的外圍設(shè)備來使得J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機具有更強的市場競爭力和與先進的模鍛技術(shù)接軌。第五章 總結(jié)與展望 5.1總結(jié) 本文對J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機有了一個初步的介紹，現(xiàn)總結(jié)如下。 以可編程控制器S7-200CPU226和變頻驅(qū)動器為控制核心的電動螺旋壓力機的控制系統(tǒng)，采用了先進的變頻調(diào)速技術(shù)，雙電機驅(qū)動的齒輪傳動的方式，基于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的交流異步電機的拖動系統(tǒng)，具有抓舉響應(yīng)快，輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，避免了電機頻繁正反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的峰值電流引起的對電網(wǎng)的沖擊和干擾，有效抑制了電機溫升，保證了系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)了電動螺旋壓力機的穩(wěn)定運行。 在機械結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計也使得該系列設(shè)備的精度等問題相對于傳統(tǒng)設(shè)備有了一個提高。 以上所敘述的類容都表達出了J58K系列數(shù)控電動螺旋壓力機的運行的穩(wěn)定性和可靠性。同時向Müller Weingarten米勒.萬家頓設(shè)備的穩(wěn)定和高精度以及日本榎本機工設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計都將是我們要好好的學(xué)習(xí)的 5.2展望 基于現(xiàn)在的工業(yè)的發(fā)展和對精密模鍛的發(fā)展趨勢，J58K系列