锻造操作机的工作原理和技术要求-江苏宏程锻压机床有限公司

锻造操作机是为8MN快速液压锻造机组设计制造的专用机械手，是整个机组实现自动化的关键设备之一。由于锻造操作机打击次数高、自动化程度高，因此，操作机的性能应满足整个机组的快速性、高精度和高自动化的要求。

1　锻造操作机的动作性能要求

　　锻造操作机组是用于自由锻的设备，依靠现代液压控制技术实现高精度的位置控制和快速打击，从而在自由锻过程中，使锻件在短时间内完成成形，保证锻件的成形尺寸在精度控制范围内(例如拔长件的径向尺寸精度控制在±1mm内)。故对操作机的稳定性、灵活性和可靠性提出很高的要求。
　　操作机采用框架式结构，通过预紧螺栓现场安装，便于运输和制造。整个操作机由小车、夹钳、钳杆和液压系统组成，其完成的动作如下：

　　①小车行走：小车在轨道上前后行走，带动整个操作机前后运动，实现锻造中的拔长工艺。

　　②夹钳旋转：夹钳夹持锻件旋转，实现锻件径向尺寸的要求。

　　③钳口夹紧：通过钳口的夹紧和松开实现上下料，同时夹持锻件完成变形工艺。

　　④钳杆升降和倾斜：保证锻件成形过程中，锻件与砧面保持一个合适的距离，利于锻件成形和散热。

　　⑤钳杆的水平左右移动：有利于模具调整，使锻件在砧座中心位置变形，防止偏载。

　　在整个锻造过程中，钳口的夹紧、钳杆的升降和倾斜以及钳杆的水平位移均发生在开始锻造以前的调整过程中，因此，其控制采用简单的手动控制，通过工人将位置调整好。而小车的前后行走和夹钳的旋转要配合锻造过程一步一步地完成各种锻造工艺。在拔长工艺中，每次的送进量和旋转的角度都由小车和夹钳来控制。小车和夹钳的控制精度对整个拔长工艺有决定性的影响。为此，设计的整个小车行走和夹钳旋转系统采用直接液压驱动。两个液压系统相互独立，不相互干扰，这样即保证了控制的可靠性和高精度，又使系统具有快速性。

2　锻造操作机计算机控制系统

　　控制系统是保证整个操作机性能指标的关键技术之一。采用了双计算机控制系统，其中一台作为控制计算机，另一台作为监测计算机。两台计算机均采用研华公司制造的工业控制计算机，CPU为Intel公司的MMX166，实践证明完全能保证控制性能的要求。采用PCL-726作为D/A输出板、旋转编码器和控制计算机构成闭环控制系统。用数字量输入/输出板对开关量进行控制。而监测计算机则对液压系统的压力信号通过压力传感器进行检测。控制计算机和监测计算机之间通过串行通讯口进行通讯，将位移信号从控制机送到监测机，并将压力、位移信息显示出来，便于操作人员掌握设备的运行情况。而压力信号也送到控制机，用于控制过程。

利用C++语言对控制系统进行编程。由于Windows下无法进行中断操作，因此，计算机系统运行在DOS系统下。对各个输入/输出板接口直接写入或读取，通过功放装置对比例阀和开关阀实现控制。同时，充分利用C语言的图形功能和计算机强大运算能力，将输入数据和输出数据以图形和数字的方式实时地显示在屏幕上，使整个计算机系统显得直观，调试和故障诊断都比较简单。

3　锻造操作机控制方法及结果

　　对操作机刚度和稳定的要求比较高，并且锻造过程中冲击力的存在，导致操作机的质量大，50kN操作机的质量为40000kg。快速运动时的惯量比较大，为此，采用的控制算法为：

U(k)=Kpe(k)+KD〔e(k)-e(k-1)〕2

式中：U(k)——控制器输出；
　　　e(k)——误差；
　　　Kp、KD——分别为比例增益、微分增益。
　　当采样周期为55ms、输入为1000mm时，小车的实际阶跃响应曲线如图2所示。夹钳输入转角为45°时。