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1、全自动五模五冲冷镦机的研制设计与研究DesignandResearch全自动五模五冲冷镦机的研制王文红顾卫彬(沙洲职业工学院机电工程系,江苏张家港215600;意士比机械(上海)有限公司,上海201801)摘要:五模五冲冷镦机可加工异型螺钉,空心或半空心铆钉及形状复杂之异形零件,是一种将盘元线材从矫直,送料,剪料,5工位nT-成形,至输送机输出成品的全自动加工设备.介绍了ES506五模五冲冷镦机的机械结构,液压与气压系统和PLC控制系统,并阐述其性能特点.关键词:五模五冲冷镦机液压系统气压系统可编程控制器触摸屏中图分类号:H315,TP273文献标识码:ADesignofautomaticfi
2、ve-modeandfive-punchcoldheadingmachineWANGWenhong.GUWeibin(Mechanical&ElectricalEngineeringDepartment,ShazhouProfessionalInstituteofTechnology,Zhangjiagang215600,CHN;Essebi(Shanghai)MachineryCo.,Ltd.,Shanghai201801,CHN)Abstract:Fivemodeandfive-punchcoldheadingmachinecanprocessabnormityshapedscre
3、ws,holloworemptyheartshapedrivetsandshapecomplicatedparts.ItSanautomaticprocessingequipment,whichcanmakeproductsfromthewireplateelementbystraightening,feeding,cuttingmaterials,5一positionmetalformingandtheoutputconveyingorfinishing.TheES506coldheadingmachinemechanicalstructure,hydraulicandpneumaticsy
4、stemsandPLCcontrolsystemsweredescribedindetail,andtheperformancecharacteristicswereintroduced.Keywords:Five-modeandFive-punchColdHeadingMachine;HydraulicSystem;PneumaticSystem;PLC;Tnl】hSren冷锻是指在冷态条件下的锻造加工,即在室温条件下,利用安装在设备上的模具将金属坯料成形为具有一定形状与使用性能的零件的塑性加工方法.冷锻是一种优质,高效,低成本的精密塑性成形工艺,可用于紧固件,轴类,杆类,齿轮和连接件等的净
5、成形或近净成形生产,具有切削加工无可比拟的优点,如制品尺寸精度高,机械性能好,材料利用率高,便于大批量自动化生产等.冷镦技术是冷锻技术引伸出的一种工艺,冷镦机是生产各类标准件,紧固件,异形件的工作母机.各种异型螺钉,空心或半空心铆钉及形状复杂之异形零件,由于其结构复杂,不可能一次成形,需要经过多次的锻造最后成形.为此,意士比机械(上海)有限公司研制出了ES506五模五冲冷镦机.1冷镦机结构及主要技术参数1.1冷镦机结构-136?图1为五模五冲冷镦机效果图.五模五冲冷镦机有5个加工工位,每个工位有独立的成形冲头组,母模组以及相关的调整部分,工料在各_丁位问由独立的夹爪传送.其加工过程:成卷的线材
6、经矫直器,双重超越离合器的送线机构进入剪模,用圆剪剪下一小段的毛料,用移动的夹料机构将毛料送入一模的模腔中,一冲模将毛料冲成预定的形状,顶出机构将一模腔中的料顶出模腔,顶出模腔的料被移动的夹爪夹住后移送到二模模腔口,然后被二冲模冲进二模腔成形.依次传送下去,最终成品从五模腔中顶出,通过输送机被送入成品箱.整个过程是线材被送进机器,成品被输送机送出,产品是通过5次冷锻逐渐成形的.该机主要由动力系统,成形系统,液压气动系统,通气系统和电气控制系统组成.(1)动力系统该机的主要动力源是主电动机,由皮带传送运动到连接曲柄轴的飞轮,台离合器组装在飞轮上,当离合器离开,飞轮空转,机器停止工作;到20盅11
7、LU茎1.牛弟期当离合器吸合,飞轮传动机器工作.当机器运转的时候,曲柄轴传送运动至主滑块,主滑块上有5个冲模,曲柄轴的偏心距离影响着主滑块的冲程,冲程越长,所能生产的铆钉就越长.旋转曲柄轴通过连杆使主滑块前后往返运动,传送冲击力.同时曲柄轴传送运动至侧向轴,完成剪线,传送机构的移动,线材的定量进给和母模顶出运动等.主电动机的速度可通过变频器调节.1一线材矫直器;2一送线机构;3一成型加工区;4一主糟台;5一主马达电动机;6一制动离合毪轮;7一油盘;8一机台;9一成品出E1.图1五模五冲冷镦机效果图(2)成形系统包括线材矫直机构,送线机构,剪线用的剪模机构,冲头和成形及其顶出机构,母模和成形及其
8、顶出机构,修边机构等.(3)液压气动系统气动系统控制离合器的离合,完成机器的工作和停止,同时气动系统实现气动夹子动作,保护等;润滑液压系统润滑机器的所有运动机件;冷却液压系统在工作区域冷却模具与产品.冷却系统和润滑系统是2个相互独立的加压循环系统.(4)通气系统由一台离心式抽油烟机排除由机器冷却油在成形过程中产生的烟雾.(5)电气控制系统机器的所有操作和安全控制受西门子PLC控制,另有触摸屏调节机器速度,显示产量计数及异常情况报警等.1.2ES506五模五冲冷镦机主要技术参数母模数:5;冲头数:5;线径:37.5mm;剪断长度:680mm;母模顶出长度:660mm;冲头顶出长度:20mm;最高
9、生产速度:310件/min;锻造力:509.8kN;剪模直径:28mm;母模直径:50mm;最大帽沿直径:tb27h2mm;主电动机:20kW.2液压气压系统设计2.1液压系统冷镦机的液压系统由润滑液压系统和冷却液压系统组成.润滑,冷却液压系统是分离的,各自独立.润u0并;0DesignandRooreh设计与研究滑和冷却的功能不一样,所以要使用不一样的油.2.1.1润滑液压系统冷镦机的润滑系统用于各运动机构的润滑.由于各运动关节的间隙较小,润滑油采用加压润滑,压力保持在1MPa,特别是曲柄轴中供油量一定要足,且压力要稳定.润滑液压系统如图2所示,选用变量叶片泵和可以手动和自动控制的密封式过滤
10、器,装有压力开关;此外,润滑的末端和曲柄轴上都安装了压力开关,如果润滑油过滤阻塞,系统的压力不足(小于0.6MPa),机器停止工作,以保证设备安全.另外,油箱中装有液位开关,缺油时停止机器.同时选用两位四通电磁阀,对机器的润滑部位进行问歇润滑,适应机器的需要.润滑时间可通过触摸屏由PLC来设置和调整.压图2润滑液压系统图2.1.2冷却液压系统冷却液压系统在工作区域冷却模具与产品,如图3所示.冷却液压系统比较简单,只需要将冷却油按需要问歇供油.选用齿轮泵供油,两位四通电磁阀换向.冷却时间可通过触摸屏由PLC来设置和调整.图3冷却液压系统图设计与研究Des_gnandResearch两位三通手阀送
11、线气缸模组图4气压原理图2.2气压系统五模五冲冷镦机气压原理图如图4所示.从原理图可知,压缩空气通过气动三联件后分别进人离合器控制系统,气动夹子控制系统,送线控制系统以及手动控制的吹气和顶出机构系统.气源是直接由空压机提供,它通过气动三联件(分水过滤器,减压阀,油雾器)到达三位五通气压电磁阀,当电磁阀Yv4A,YV4B都失电,离合器离开,机器停止工作.当电磁阀YV4A动作是高压,在高速运动时使用高压模式.电磁阀YV4B动作进入低压系统,在低速运动时使用此模式.机器的高压工作模式压力为0.7MPa,低压模式工作压力为0.4MPa.高低压通过梭阀控制气流的方向,高低压的调节是通过减压阀控制的.气动
12、夹子的气压必须要稳定,为了维持气压的稳定,设计了5L的储气罐.当出现短料的时候,YV9,YV8,YV2动作,气动夹子自动张开,线材被锁住,送线轮系统泄气,压线轮自动松开不再送料,机器停止.3控制系统设计冷镦机设有手动,低压点动,高压点动和自动4种生产模式.手动模式用于机器的手动调整及设备维修,此时机器主电动机停止工作,离合器吸合,用手柄插入飞轮的孔中,撬动飞轮,机器动作.点动模式用于点动调试机器,此时电动机起动,双手同时操作点动按钮,每按一下,离合器合上一次,机器动作一下;低压点动机器速度必须在40件/rain以下,高压点动机器速度在40件/min至最高之间.机器调试好后,点动没有问题,机器的
13、润滑和冷却都调到适当状态,油烟机,输送机已打开,安全门都关好,按下自动按钮,机器进入自动生产.冷镦机设有安全控制以保证设备与操作者安全.包括:润滑液压系统压力必须稳定在1MPa,当安装在泵出口以及各润滑末端的压力开关的压力小于0.6MPa,机器自动停止工作;润滑油箱和冷却油箱中分别装有液位开关,缺油时自动停止机器;当线材用完或短料,电感接近开关感应,控制机器自动停止;各安全门(主门,后门,侧门,进线门,飞轮门)没关上,各区域位置开关控制机器自动停止;主电动机热过载机器自动停止.五模五冲冷镦机的工作特点是动作时间短,变换频率高,且工作安全要求高.因此,其电气控制系统切换频繁,考虑机器工作效率和可
14、靠性,采用PLC;同时考虑方便调整工艺参数与实时监控加工过程,操作系统使用触摸屏.3.1系统硬件PLC选西门子s7200系列可编程控制器,主机CPU224,外加3个EM221,1个EM222,2个EM223数字量扩展模块和1个EM232模拟量扩展模块;触摸屏选用西门子公司生产的TP一170触摸屏.五模五冲冷镦机控制原理结构图如图5所示.对PLC来讲,输入信号有用于手动点动自动控制茎:ul平弟I删输送机润滑和冷却泵油烟机DesignandResearch设计与研究电磁阀l(电动机显示信号lf警示信号fJ继电接触器f指示灯ll中间继电接触器ll变频器TP170触摸屏触摸屏信号输入PLC信号输出PL
15、C主机CPU224lEM221lEM221EM222EM2231EM22lIEM223EM232图5控制原理结构图的按钮,液位开关,压力开关,位置开关和各种感应器开关,共有数字量输入信号36个.输出信号有液压气压电磁阀,输送机,冷却泵,润滑泵,油烟机以及各动作指示灯,共有数字量输出信号24个以及主电动机变频调速用的模拟量输出信号1个.3.2PLC控制软件设计3.2.1触摸屏界面设计首先在计算机上应用触摸屏工具软件SIMATICWinCCflexibleMicro,根据生产工艺的控制要求进行界面设计,并作好相关设定,再进行编译,在计算机与触摸屏正确通信后,下载给触摸屏TP170.触摸屏界面设计有
16、主界面,生产界面,润滑冷却时间调整界面,警示界面.各界面之间切换方便,快捷.主界面显示本设备的名称及型号.生产界面显示目前生产的产量,累计的总产量,设定的产量,电动机的速度(就是每分钟机器生产产品的数量).目前产量和累计产量是机器每生产1件就累计1件,当达到设定的产量机器自动停止生产.润滑冷却界面主要用于在机器运转中润滑和冷却的时间调整.警示界面当机器处于不正常工作状态时,通过感应器检测到后通过画面警示并停机.故障信息有润滑油压不足,润滑油不足,冷却油不足,短料,电动机热过载,各安全门(主门,后门,侧门,进线门,飞轮门)没关上.3.2.2PLC程序设计为利于程序设计和维护,冷镦机PLC的软件设
17、计成主程序和各子程序结构,每个子程序一直属于调用状态.子程序有短料检测,产量计数,生产模式,电动机运转,附件工作(包括输送机,冷却泵,油烟机),手动,自动,润滑,报警,气动和运转指示.4结语ES506五模五冲冷镦机是一种将盘元线材从矫直,送料,剪料,5工位加工成形,至输送机输出成品的全自动加工设备,可加工异型螺钉,空心或半空心铆钉及形状复杂之异形零件,适合于铝,铁,不锈钢等材料.其加工工位多,更利于加工精度较高,形状较复杂的产品;冲模具更替及机器作适当调整,就可扩大加工范围,增强加工能力.同时,成形标准稳定,生产效率高.以中碳合金钢为例,加工能力最高可达每分钟310件.另外,安全可靠,操作方便
18、,机器配有故障检出器及安全保护装置,当设备故障时自动停机.控制系统采用PLC,大大提高了系统的可靠性,柔性,运行更加稳定;操作系统采用触摸屏,显示直观,操作简易,为设备的调整及维护提供了便利条件.生产实践证明,设备运行稳定可靠,自动化程度高,产品质量好,适应大批量的生产.参考文献1赵震,陈军,吴公明.冷温热挤压技术M.北京:电子工业出版社,2008.2http:/www.essebi-machinery.corn3左健民.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2007.4张扬.s7200PLC原理与应用系统设计M.北京:机械工业出版社,2007.第一作者:王文红,女,1968年生,副教授,工程硕士,主要从事机电控制技术教学和研究工作.(编辑吕伯诚)(收稿日期:2011一O104)文章编号:111241如果您想发表对本文的看法.请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置.
