机械压力机液压保护装置电气控制原理Word下载.docx

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机械压力机液压保护装置的电气控制原理

摘要：

冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种加工方法。

机械压力机（英文名称：

mechanicalpress）是用来对模具实现压力加工提供劳动力和运动的设备，是一种结构精巧的通用性机械设备。

具有工作平稳、工作精度高、操作条件好、生产率高，易于实现机械化、自动化等特点，适于在自动线上工作，可广泛应用于汽车、船舶、农业机械、电器仪表、国防工业及日用品等工业制造部门。

引言：

世界锻压机床及成型机床的发展趋势

21世纪的制造业，正从以机器为特征的传统技术时代，向着以信息为特征的技术时代迈进，即用信息技术改造和提升传统产业。

经济全球化和世界市场一体化加速发展，不断加剧了制造商之间的竞争，提出了快速反应市场的要求，与之相适应，制造业对柔性自动化技术及装备的要求更加迫切而强烈。

同时，微电子技术和信息通信技术的快速发展，为柔性自动化提供了重要的技术支撑，工业装备的数控化、自动化、柔性化呈现蓬勃发展的态势。

世界锻压工业的柔性自动化发展不断加快。

冲压设备广泛应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域，其中，作为衡量一个国家工业水平的标志之一的汽车工业，被当今世界主要工业发达国家和新兴工业国家列为国民经济支柱产业，其发展主导了锻压技术及装备的发展，锻压技术的发展和进步基本围绕汽车工业的发展而进行。

激烈的市场竞争促使汽车更新换代的速度明显加快，产品的市场寿命周期进一步缩短；

与此同时，汽车变型品种日益增多，现代汽车工业生产日益呈现生产规模化、车型个性化，车型批量小、车型变化快、多车型共线生产、车身覆盖件大型化一体化的特征。

传统的加工单一品种的刚性生产线显然已不适应这种特征和市场形势发展的要求，其升级换代产品具有高柔性和高效率的自动化锻压设备，成为世界冲压技术及装备发展的主要潮流。

1．机械压机的工作原理

1.1简介

机械压机是通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动，对坯料进行成形加工的锻压机械。

机械压力机动作平稳,工作可靠,广泛用于冲压、挤压、模锻和粉末冶金等工艺。

机械压力机在数量上约占各类锻压机械总数的一半以上。

机械压力机的规格用公称工作力（千牛）表示，它是以滑块运动到距行程的下止点约10～15毫米处（或从下止点算起曲柄转角α约为15°

～30°

时）为计算基点设计的最大工作力（图1）。

1.2工作原理

机械压力机工作时由电动机通过皮带驱动大皮带轮（通常称作飞轮），通过制动器及离合器的动作，将飞轮瞬间惯性力经高速轴带动齿轮传导至曲柄滑块机构，使滑块和上模具直线下行，对金属板料施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件。

机械压力机在锻压工作完成后滑块上行，离合器自动脱开，制动器制动，使滑块停止在上死点附近（图2）。

每个曲柄滑块机构称为一个“点”。

最简单的机械压力机采用单点式，即只有一个曲柄滑块机构。

有的大工作台面机械压力机，为使滑块底面受力均匀和运动平稳而采用双点或四点结构。

机械压力机的载荷是冲击性的，即在一个工作周期内锻压工作的时间很短。

短时的最大功率比平均功率大十几倍以上，因此在传动系统中都设置有飞轮。

按平均功率选用的电动机启动后，飞轮运转至额定转速，积蓄动能。

凸模接触坯料开始锻压工作后，电动机的驱动功率小于载荷，转速降低，飞轮释放出积蓄的动能进行补偿。

锻压工作完成后，飞轮再次加速积蓄动能，以备下次使用。

机械压力机上的离合器与制动器之间设有机械及电气连锁装置,以保证离合器接合前制动器一定松开,制动器制动前离合器一定脱开。

机械压力机的操作分为连续、单次行程和寸动或微调，大多数是通过控制离合器和制动器来实现的。

滑块的行程长度不变，但其底面与工作台面之间的距离（称为装模高度或封闭高度），可以通过调节丝杆调整其高度。

在生产过程中，有可能会发生超过压力机公称工作压力。

为保证设备及模具的安全，在压力机上设计有液压过载保护装置。

为了保证操作者人身安全，压力机上面装有光电保护及双手操作按钮人身保护装置。

1.3压力机的分类

机械压力机一般按机身结构型式和应用特点来区分。

1.3.1按机身结构型式分：

有开式和闭式两类。

【1】开式压力机：

也称冲床，应用最为广泛。

开式压力机多为立式（图3）

机身呈C形，前、左、右三面敞开,结构简单、操作方便、机身可倾斜某一角度,以便冲好的工件滑下落入料斗,易于实现自动化。

但开式机身刚性较差，影响制件精度和模具寿命，仅适用于40～4000千牛的中小型压力机。

【2】闭式压力机：

机身呈框架形（图4），机身前后敞开，刚性好，精度高，工作台面的尺寸较大，适用于压制大型零件，公称工作力多为1600～60000千牛。

冷挤压、热模锻和双动拉深等重型压力机都使用闭式机身。

1.3.2按应用特点分

有双动拉深压力机、多工位自动压力机、回转头压力机、热模锻压力机和冷挤压机。

【1】双动拉深压力机（图5）:

它有内、外两个滑块,用于杯形件的拉深成形。

拉深前外滑块首先压紧板料外缘，然后内滑块带动凸模拉深杯体，以防板坯外缘起皱。

拉深完成后内滑块先回程，外滑块后松开。

内外滑块公称工作力之比为（1.7～1）:

1。

图5双动内外滑块压力机

【2】多工位自动压力机（图6）：

在一台压力机上设有多个工位，装置多道成形模具，坯料依次自动向下一工位移动。

在压力机的一次行程中，各工位同时进行各道成形工序，制成一个工件。

图6多工位自动压力机

【3】回转头压力机：

在滑块与工作台之间设有可装置数十组模具的回转头，可按需要选用模具。

坯料放在模具上而不再移动。

每次行程完毕，回转头转动一个位置，完成一道工序。

这种压力机定位精度高，便于调整产品，一机多用，多用于冲制仪器底板和面板等。

回转头压力机可配上数控系统，根据编好的指令选用模具和板材成形部位，自动完成复杂的冲压工作。

【4】热模锻压力机：

用于模锻件生产。

机身刚度大，导向面长,承受偏载能力强。

过去多用曲柄连杆机构,为提高刚性多已改用双滑块式和楔式。

双滑块式结构较简单，重量轻；

楔式结构支承面积大，但传动效率低。

模锻时滑块在下止点附近容易卡死（俗称闷车），所以设有脱出装置。

机械中有上下顶出装置，能实现多模膛锻造,锻件精度较高，适于大批量生产。

最大规格为160兆牛。

【5】冷挤压机：

用于冷、温态挤压金属零件，如枪弹壳、牙膏管等。

冷挤压机一般是立式的，特点是刚度好，导向精度高，工作压力大，工作台面小，工作行程长。

由于压力机整机PLC控制程序比较复杂，现以压力机的液压保护过载装置为典型，介绍一下该装置电器动作的PLC电气控制。

2．压力机的液压保护过载装置PLC的电气控制

2.1液压保护过载装置的工作原理

液压保护过载装置一般由气动泵、卸荷阀、压力继电器、电磁阀、压力表等元件组成。

如图7所示

图7液压保护过载装置原理图

1.气源　2.油雾器　3，4.电磁阀　5，14.减压阀　6.气动泵　7.消音器　8.油箱　9.滤油器　10.截止阀　11，12.进出油单向阀　13.止回单向阀　15.卸荷阀　16.压力继电器　17.压力表及缓冲阀　18.液压缸

当装模高度调整不当或出现双料时，压力机会过载。

这时液压缸内压力急剧升高，卸荷阀高压腔压力大于背压腔背压，推动活塞下移开启回油口，液压油快速泄回油箱。

滑块在平衡器的作用下，上移20mm，保护压力机和模具不受损伤；

同时压力继电器和行程开关动作，切断离合器控制线路，压力机停止；

电磁阀3、4关闭气源并且快速排掉卸荷阀背压腔空气，“正常”指示灯灭，“卸荷”指示灯亮，压力机不能开动。

压力机故障排除以后，将操纵站液压保护开关旋到“重调”位置，开动“寸动”行程，将滑块升到上死点。

此时电磁阀3、4接通气源，压缩空气进入卸荷阀下腔，使活塞上升复位，关闭液压缸回油通道；

同时压缩空气进入气动泵，推动气动活塞往复运动，从而带动液压柱塞往复运动。

于是，低压油被吸入油箱，经单向阀输出到液压缸中，逐渐升压至规定压力。

此时液压垫复位，压力继电器和卸荷阀的行程开关动作，液压保护“卸荷”指示灯灭，“正常”指示灯亮，液压过载保护系统恢复正常。

将液压保护工作选择开关旋到“正常”位置，压力机就可以正常工作了。

2.2电器控制

2.2.1PLC的选择

PLC的选型要尽量系统化、通用化。

不同厂家的PLC固然不能够通用,就是同一厂家的不同系列的PLC之间的通用性也有差别。

相同的接线方式、相同的手持编程器、相同的通信接口、相同的编程软件、相同的通信协议会给设计者、使用者带来很大方便。

PLC的选型要注意输入输出点数要留有一定的裕量,特别高速压力机控制系统的设计。

因为压力机特别是高速压力机是和板料校平机、送料机等周边设备一起同步工作的,因此,压力机的PLC要给这些设备留有控制输出接口,并且留有检测周边设备运行状态的输入接口。

另外,新设计的系统由于设计时考滤欠周到,或者说出于新增一些功能都需要额外的输入输出点。

很多型号的PLC可以对输入点进行滤波设定,这可以减少干扰输入信号造成的误动作。

如果PLC的输入不能进行滤波设定,可以在编程时进行软件滤波。

这样做在压力机的PLC控制系统中很有必要,因为压力机工作震动较大,装于机身上的气压压力继电器、油压压力继电器、运行检测开关等电器元件由于振动易产生短时的误动作。

另外,系统启动时也容易产生误检测。

压力机外部故障统计数据表明,PLC控制系统的故障有80%以上是外围元器件所造成的,可见外围元器件的选型对PLC控制系统的可靠性是非常重要的。

变频器的选型尤为重要,有些变频器对周围环境产生较强的电磁辐射,使PLC无法正常工作。

非接触式的接近开关优于接触式的限位开关,按钮、接触器等电器元件应选择新型高可靠性的,这样虽然制造成本有所上升,但PLC控制系统的可靠性得到了大大的提高,设备故障引起的损失得到了最大限度的降低。

同时也提高了产品质量,降低了产品售后服务费用。

2.2.2PLC的控制程序

现以OMRONCJ1M系列PLC为例，编写液压保护程序。

（1）液压保护系统程序如下图所示。

液压保护系统程序

（2）液压保护系统还需要和行程操作有一定的连锁动作。

当液压保护在卸荷状态时，行程操作是不能开动的，见下图。

液压保护系统与行程的连锁

当滑块没有在上死点范围内卸荷，我们需要让滑块返回到上死点范围再将系统压力恢复。

这时滑块有两种停车状态，每一种状态我们都不能让滑块继续往下运行，以免将液压保护装置、模具、人员等造成损伤及伤害。

一种是在180度以前，这时需要反向开动滑块返回上死点恢复系统；

另一种是在180度以后，这时需要正向开动滑块返回上死点恢复系统。

见下图所示。

液压保护与行程操作

（3）液压保护系统还要与滑块调整动作有一定的连锁，见下图。

当液压保护系统卸荷后，开动滑块调整会将滑块调整机械机构造成损伤；

另外液压保护在打压过程中，滑块是往下运动的，距离大约有20cm，这样也会造成装模高度的不准确。

液压保护与滑块调整的连锁

2.3常见电器故障及排除方法

由于压力机滑块往复动作频繁，且工作时伴有剧烈振动，因此，有可能液压保护装置电器元件的松动可能会出现一些故障，造成压力机停车。

现就几点可能出现的现象进行分析。

（1）液压保护卸荷限位的松动，会造成液压保护气源阀及气动泵阀无输出，系统不工作，压力无法建立。

（2）液压保护压力继电器松动，压力建立后，卸荷灯亮，正常灯不亮，液压保护电机在系统高压力情况下超负荷工作，电流过大将空开冲开，如果长时间运行有可能会将电机烧坏。

所以压力继电器是控制电机在低压力状态下，使液压保护系统快速建立低压，而系统高压是由气动泵来建立的。

三总结

感谢我的老师在此次培训中付出的努力，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；

他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

在整个论文的编写过程中，不仅把压力机的原理复习了一遍，同时也对液压保护装置系统以及程序的控制有了更加深入和具体的理解和认识。

四参考文献

[1]可编程序控制器原理应用网络.合肥:

中国科学技术大学出版社,2002

[2]OMRON可编程控制器操作手册

[3]PLC技术应用200例.微计算机信息,2003

[4]可编程序控制器及其应用.成都:

电子科技大学出版社

[5]机械压力机使用说明书

[6]机械制图.第四版.北京:

高等教育出版社,1993:

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