1、曲柄压力机曲柄压力机，是指在曲柄压力机中，滑件安装在曲柄轴上，由于曲柄轴的旋转而在一定行程内竖直往复，并且向冲模冲压工件以成形所需产品。曲柄压力机包括机身、横置于机身下方的曲轴、两端分别与曲轴和滑块铰接的双连杆、位于连杆上方的滑块、位于滑块下方的工作台板、位于机身下方外侧并通过离合器与曲轴连接的飞轮、还包括滚珠导向装置。曲柄压力机 - 基本简介曲柄压力机是一种最常用的冷冲压设备，用作冷冲压模具的工作平台。其结构简单，使用方便。 在曲柄压力机中，滑件安装在曲柄轴上，由于曲柄轴的旋转而在一定行程内竖直往复，并且向冲模冲压工件以成形所需产品。本发明的曲柄压力机包括具有 V 形缩进部分的滑件以在两边框
2、间进行竖直往复运动；和导轨(G1、G2)，其表面对应缩进部分突出，从而，滑件可沿边框上的导轨无空隙地上下滑动。 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 1015 毫米处（或从下止点算起曲柄转角 约为 1530时）为计算基点设计的最大工作力。机械压力机是利用曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转变为滑块的直线往复运动，对坯料进行成形加工的锻压设备，能进行各种
3、冲压工艺以直接生成半成品或成品，在所有的锻压设备中，机械压力机所占的比例达到 80以上。机械压力机具有结构简单、生产率高等优点，因而被广泛用于电器机械、汽车、电子设备、仪器制造、国防工业、日用品等生产行业。它在工业中的大量应用虽已有近百年历史，但其传动形式并没有大的变化， 如图 11 所示。机械压力机是采用机械传动的锻压机器，通过传动系统把电机的运动和能量传给曲柄滑块机构，从而使坯科获得确定的变形，制成所需的工件。目前国内外广泛使用的机械压力机在驱动方式上仍沿用不可调速的普通交流异步电动机、离合器制动器、飞轮组合，这种驱动方式简单、易生产，但由于飞轮转动惯量很大，加之交流异步电动机额定滑差率很
4、小，位于飞轮之后的旋转系统的转速在一个工作周期中近似不变，从而使得通过这种传动系统实现变速难度很大，工艺适应性差，只适合于薄板冲裁和浅拉深，不能适应深拉深。在一些对工艺有较高要求的场合，常使用液压机或特殊的压力机。液压机虽然工作性能可控，但又有速度慢、生产效率低、结构复杂、易污染等缺点，应用范围受到较大限制。压力机普遍采用的控制系统仍是简单的 PLC 控制，但这些数控系统的功能集中在工作台 X、Y 轴上的移动定位、冲压速度、送料装置、工件夹钳等的控制上，而对于滑块位置、速度和冲压力的控制却无能为力 1。近年来，电子、通讯、家电及汽车工业等行业中板料加工生产的产品种类越来越丰富，形状也越发复杂，
5、改型频繁，为提高生产效率，降低成本，同时也要提高加工精度，对压力加工设备的性能和自动化水平要求也越来越高，为适应及时生产的要求，开发更为先进的驱动模式和数字控制系统已迫在眉睫。计算机技术、集成电路技术、智能控制技术等技术的进步带动了伺服控制技术的发展，使新型控制系统应用到机械压力机成为可能。采用交流伺服电机代替传统的交流异步电机直接驱动，取消飞轮和离合器制动器，结构简化，传动精度高，伺服电机与新型的控制系统相配合，可使滑块在运行的过程中能随时加速、减速或停止，动作灵活自由，下死点重复精度高，压力机械的柔性和适应性更好。因此，在采用交流伺服电机驱动的基础上，根据压力机加工特点，研究相匹配的专用控
6、制系统，以期达到成形加工过程的完美控制，为压力机自动化生产带来全新的突破。曲柄压力机是冲压及锻压生产中广泛使用的一种压力加工设备。曲柄压力机通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转变为冲压加工生产所需要的直线往复运动，在冲压加工生产中广泛用于冲裁、弯曲、拉深及翻边等工序。因此曲柄压力机又称为通用曲柄压力机，简称通用压力机它是冲压设备中最基本和应用最广泛的冲压锻压设备。下面以两种典型的通用压力机 JB23-63 通用压力机和 J31-315 曲柄压力机为例，介绍通用曲柄压力机的工作原理和基本结构组成。图 3-1 为 JB23-63 通用压力机的外形图，图 3-2 为其运动原理图工作原理为：电动机 1
7、 通过 v 带把运动传给大带轮 3,再经小齿轮 4、大齿轮 5 传给轴 7。连杆 9 上端装在曲轴上，下端与滑块 10 连接，把曲柄的旋转运动转变为滑块的直线往复运动，滑块运动的最高位置称为上止点位置，而最低位置称为下止点位置。冲压模具的上模 11 装在滑块上，下模 12 装在垫板 13 上。将板料放在上、下模之间，即能进行冲裁或其他冲压加工。曲轴 7 上装有离合器 6 和制动器 8，只有当离合器 6 和大齿轮 5 啮合时，曲轴 7 才开始转动。要使曲轴停止转动时，可将离合器与齿轮脱开和制动器制动。图 3-1 JB23-63 开式曲柄压力机图 图 3-2 JB23-63 开式曲柄压力机运动原理
8、图1电动机 2小带轮 3大带轮 4小齿轮 5大齿轮 6离合器 7曲轴 8制动 9连杆 10滑块 11上模 12下模 13垫板 14工作台 15机身当制动器制动时，曲轴停止转动，但大齿轮仍在曲轴上自由旋转。压力机在一个工作周期内有负荷的工作时间很短，大部分时间为无负荷的空程时间。为了使电动机的负荷均匀，有效地利用能量，采用飞轮的形式储存能量，通用压力机上大带轮即起着飞轮的作用。曲柄压力机一般由以下部分组成。工作机构。即曲柄滑块机构（或称曲柄连杆机构），它由曲轴、连杆、滑块等零件组成，其作用是将曲柄的旋转运动转变为滑块的直线往复运动，由滑块带动模具工作。传动系统。它包括齿轮传动、带传动等机构。将电
9、动机的能量和运动传递给工作机构，起能量传递作用和速度转换作用。操纵系统。包括离合器、制动器等部件，用以控制工作机构的工作和停止。能源系统。包括电动机、飞轮。飞轮能将电动机空行程运转时的能量储存起来，在冲压时再释放出来。支承部分。主要指机身，它把压力机所有部分联结成一个整体。承受全部工作变形力和各种装置的重力，并保证整机所要求的精度和强度。除上述基本部分外，还有多种辅助系统和装置，如润滑系统、安全保护装置、滑块平衡装置以及气垫等。曲柄压力机曲柄滑块机构类型曲柄滑块机构常见的形式有曲轴式、曲拐轴式、偏心轴式和偏心齿轮式曲柄滑块机构等 1。如图 3-3 所示。1. 曲轴驱动的曲柄滑块机构特点及使用场
10、合：曲轴式结构可以设计成较大的曲柄半径，但曲柄半径一般是固定的，故滑块的行程也不可调节。在工作中，曲轴既受弯矩又受扭矩，而且力是不断变化的。所以，加工技术要求较高，又由于大型曲轴锻造困难，因此，曲轴式的曲柄滑块机构在大型压力机上的应用受到限制。2. 曲拐轴驱动的曲柄滑块机构特点及使用场合：曲拐轴式曲柄滑块机构便于实现调节行程且结构较简单，但由于曲柄悬伸，受力情况较差，因此，主要在中小型压力机上应用。3. 偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构特点及应用场合：偏心齿轮工作时只传递扭矩，弯矩由心轴承受，因此偏心齿轮的受力比曲轴简单，心轴只承受弯矩，受力情况也比曲轴好，且刚度较大。此外，偏心齿轮的铸造比曲轴锻造
11、容易解决，但总体结构相对复杂些。所以，偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构常用于大中型压力机中。 图 3-3 曲柄滑块类型交流伺服曲柄压力机交流伺服曲柄压力机原理交流伺服曲柄压力机式是在传统的曲柄压力机上，摒弃飞轮和离合器等耗能部件基础，用计算机控制的交流伺服电动机替代三相异步电动机，通过曲柄连杆等执行机构将电动机的旋转运动转化为滑块的直线运动，在不改变机械结构的前提下，利用伺服控制技术任意更改滑块运动特性曲线，对滑块的位移和速度进行全闭环控制，实现滑块运动特性可控，工作性能和工艺适应性大大提高，更好的满足了冲压加工柔性化、智能化的需求。如图 3-2 所示是交流伺服曲柄压力机的结构简图。通过皮带齿轮减速
12、，交流伺服电机驱动曲轴旋转，通过曲柄连杆机构获得滑块的直线运动；通过控制伺服电机的转速和扭矩，使滑块的运动特性曲线可调，压力可控；通过位移传感器以实现滑块的位移和速度反馈。交流伺服曲柄压力机的工作特点由于伺服压力机采用计算机控制的交流伺服电机直接驱动滑块的传动形式，可对压力机滑块的位置、速度、运动轨迹实现控制，使压力机获得了柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性大大提高 22。与传统压力机相比，伺服压力机的特征如下 24：（1）滑块运动可控 由于把原动机从不能调节和控制的普通电动机改为 CNC 控制、可任意调节的伺服电机，自动化和智能化程度提高，设备使用者可根据工艺要求编织出适合于加工工艺
13、的滑块运动方式，可以获得任意的滑块特性，设备的工艺适应性扩大；可以根据不同的工艺采用相应的优化曲线，提高工作性能，甚至可以扩大加工范围（如镁合金的冲压加工等）。（2）制品精度高 通过闭环反馈控制，始终保证下死点的精度。一方面，伺服压力机的运动可以精确控制，一般均装有滑块位移检测和行程调节装置，滑块的任意位置可以准确控制（伺服压力机滑块位置精度一般可达 mm）；另一方面，滑块运动特性可控、可以优化，例如拉深、弯曲及压印时，适当0.1的滑块曲线可减少回弹，提高制件精度。（3）提高生产率 伺服压力机行程可以方便地调整，能根据成形工艺需要，使压力机在必要的行程工作，生产效率得以提高。其工作频率不但高于
14、液压机，而且可以高于普通机械压力机。（4）噪声低，模具寿命长 通过低噪声模式（即降低滑块与板料的接触速度），与通用机械压力机相比，可大幅减少噪声，而且模具的振动小，寿命长长。伺服压力机的环保特性体现在它具有液压机的性能，但又没有液压系统，完全消除了油液污染；又由于传动系统简化，传动噪声大大减少；滑块运动特性优化，减少了工艺噪声，如静音冲裁，极大地改善了生产环境。（5）简化传动环节，减少维修和节省能量 取消了机械传统压力机的飞轮、离合器等耗能元件，简化了机械传动结构，传动环节大大减少，维修工作量也相应减少；伺服电机本身比普通感应电动机的效率高，且消除了飞轮空转耗能、摩擦离合器耗能等耗能环节，大大
15、降低了伺服压力机的能耗，运行成本也大幅降低。伺服曲柄压力机交流伺服驱动控制系统控制系统结构及功能伺服系统，是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值) 任意变化的自动控制系统。整个伺服数控压力机的控制系统结构包括两大组成部分 17：(1) 以人机交互平台为主的上位机系统。利用串口或者网络通信把整理后的数据参数传送给上位机，经上位机解释译码后显示在上位机操作界面。上位机系统的主要优点是使加工人员更加方便地完成工艺参数的设置、计数设置、机器设置和查询工艺管理，同时监控当前零件的加工状态、机器运行状态等等，使整个数控压力机的操作可视化，人性化。(2) 以数控装置为核心的下位机系
16、统。主要任务是与上位机进行实时通讯、完成压力机的逻辑控制、故障处理与程序执行；下位机根据检测参数情况实时调整控制策略，形成一个闭环控制系统，并实时检测气压油压变化、载荷变化、床身变形等情况。整个加工过程中，与上位机系统进行实时的数据交换，准确反应加工信息。控制系统结构图如图 3-3 所示。该控制系统硬件主要由 PLC、驱动器、凸轮开关、行程开关、继电器、光电编码盘和位移传感器等组成。考虑到曲柄压力机工作环境中常具有强干扰等情况，控制系统采用 PLC作为主控制器，采用矢量控制的交流伺服电机作为驱动元件。采用 PLC 控制方案具有高可靠性、模块化结构、安装维修简单等特点，对于曲柄压力机的抗干扰和实
17、用性有很大的优势，有利于该项技术的产品化和产业化 17。现采用三菱公司的 FX3U-48MT 型 PLC 作为主控制器，选用 Pro-face 公司的 GP3000 触摸屏作为 PLC的人机对话工具，输入主要为各种操作按钮和传感器，输出主要为伺服驱动器、控制继电器，电磁阀、接触器及信号灯等。PLC 控制系统功能如图 3-4 所示 17。图 3-4 压力机的 PLC 控制系统功能示意图3.3.2 交流伺服驱动控制器永磁交流伺服电机的驱动控制系统是一个包含电流(转矩)环、速度环和位置环的三闭环运动控制系统，对于伺服电机的控制将直接影响到伺服曲柄压力机的性能 17。3.3.3 电机驱动控制系统组成电
18、机驱动控制系统包括：交流伺服驱动器、外接电容储能系统、伺服电机本体、速度位置传感器(旋转编码器)。交流伺服驱动器接收 PLC 的控制信号，完成控制系统对电机点动、制动、正、反转运动控制等功能。电机在变速、换向时采用电磁制动，作为发电机运行，而工作瞬间则需要很大的瞬时电流。安装了一个大容量电容，作为“电子飞轮”，存储制动时的电能并在冲压工作时释放，以减少能量消耗并减少工作瞬间电机大电流对电网的冲击。3.3.4 滑块运动控制系统压力机通过位移传感器来实时测定滑块的位移、速度及高度，并将此信息反馈给伺服马达，以此构成封闭的控制系统，能更高精度地确定滑块的下死点位置。滑块运动控制系统如图 3-5。图
19、3-5 滑块运动控制系统模型图曲柄压力机 - 技术参数曲柄压力机的技术参数反映了压力机的工艺能力、加工零件的尺寸范围以及有关生产率 等指标，现分述如下: 1.公称压力 Pg 及公称压力行程 Sg 曲柄压力机的公称压力(或称额定压力)是指滑块离下死点前某一特定距离(此特定距离称为公称压力行程或额定压力行程)或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度(此特定角度称为公称压力角或额定压力角)时，滑块所容许承受的最大作用力。 2.滑块行程 S 它是指滑块从上死点到下死点所经过的距离。它的大小将反映压力机的工作范围。 3.滑块行程次数 n 它是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。行程次数
20、越高，生产率越高，但次数超过一定数值以后，必需配备机械化自动化送料装置，否则不可能实现高生产率。 4.最大装模高度 H 及装模高度调节 H 装模高度是指滑块在下死点时，滑块下表面到工作台板上表面的距离。当装棋高度调节装置将滑块调整到最上位置时，装模高度达最大值，称为最大装模高度。装模高度调节装置所能调节的距离，称为装模高度调节量。 5.工作台板及滑块底面尺寸 它是指压力机工作空间的平面尺寸。它的大小直接影响所安装的模具的平面尺寸以及压力机平面轮廓的大小。 6.喉深 它是指滑块的中心线至机身的距离，是开式压力机和单柱压力机的特有参数。尺寸选得太小，则加工的零件尺寸受到限制。尺寸选得过大，则给机身
21、的设计，特别是刚度设计带来困难。曲柄压力机的工作原理以 J31-315 型开式压力机为例，其工作原理见下图 。电动机 1 带动皮带传动系统 2，3，将动力传到小齿轮 6，通过 6 和 7，8 和 9 两级齿轮减速传到曲柄连杆机构，大齿轮 7 同时又腾飞轮作用。最本级齿轮9 制成偏心齿轮结构，它的偏心轮部分就是曲柄，曲柄可以在芯轴 10 上旋转。连杆 12 一端连到曲轴偏心轮;另一端与滑块铰接，当偏心齿轮 9 在与小齿轮 8 啮合转动时，连杆摆动，将曲轴的旋转运动转变为滑块的往复直线运动。上模装在滑块上，下模固定在垫板上，滑块带动上模相对下模运动，对放在上、下模之间的材料实现冲压。1-电动机 2
22、-小皮带轮 3-大皮带轮 4-制动器 5-离合器 6-小齿轮7-大齿轮 8-小齿轮 9-偏心齿轮 10-芯轴 11-机身 12-连杆13-滑块 14-上模 15-下模 16-垫板 17-工作台 18-液压气垫在电动机不切断电源情况下，滑块的动与停是通过操纵脚踏开关控制离合器 5 和制动器 4 实现的。踩下脚踏开关，制动器松闸，离合器结合，将传动系统与曲柄连杆机构连通，动力输进，滑块运动;当需要滑块停止运动时，松开脚踏开关，离合器分离，将传动系统与曲柄连杆机构脱开，同时运动惯性被制动器有效地制动，使滑块运动及时停止。曲轴式, 曲拐式偏心齿轮式曲柄压力机区别和特点。1、曲轴驱动的曲柄滑块机构工作原
23、理：曲轴旋转时，连杆作摆动和上、下运动，使滑块在导轨中作上、下往复直线运动。特点：曲轴双端支承，受力好；滑块行程较大，行程不可调。大型曲轴锻造困难，受弯、扭作用，制造要求高。适用范围：主要用于较大行程的中小型压力机上。二、曲拐驱动的曲柄滑块机构工作原理：当曲拐轴转动时，偏心套的外圆中心以曲拐轴的中心为圆心做圆周运动，带动连杆、滑块运动。特点：曲拐轴单端支承，受力条件差；滑块行程可调（偏心套或曲拐轴颈端面有刻度）。便于调节行程且结构简单，但曲柄悬伸刚度差。适用范围：主要用于中、小型压力机上。 三、偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构工作原理：偏心齿轮在芯轴上旋转时，其偏心颈就相当于曲柄在旋转，从而带动连杆
24、使滑块上下运动。特点：偏心齿轮芯轴双端支承，受力好；偏心齿轮只传递扭矩，弯矩由芯轴承受；受力情况比曲轴好，芯轴刚度大。结构相对复杂，但铸造比曲轴锻造容易解决。适用范围：常用于大中型压力机上。 三种结构的区别：曲轴式压力机行程不可调；偏心齿轮式和曲拐式压力机的行程可设计成可调节结构；设备总体结构曲拐式更美观。曲柄压力机的安全操作(1)安装模具时必须使模具的闭合高度与压力机的闭合高度相适应。调整压力机的闭合高度时，应采用寸动冲程。压力机的工作台不允许处于最低极限位置，而应处于其调节量的中限，模具固定要牢靠。 (2)工作前认真检查压缩空气的压力，当压力小于 3.92266X105Pa(4kgcm2)时，不得开动压力机。检查设备的操纵系统、润滑系统是否正常。检查离合器、制动器及防护装置是否安全完好。
