全伺服电镦机及电镦成型方法与流程

本发明涉及棒料镦粗技术领域，具体涉及一种全伺服电镦机及电镦成型方法。

背景技术：

电镦过程是对一根细长的合金工件在导电夹持缸和砧子缸之间通一低电压大电流，使工件利用自身的电阻加热至塑性成型温度，在液压系统的推动下，局部镦粗成形。但是现有的电镦机存在以下问题：1、采用油缸(气缸)推动滑块的中间，安装的时候会有偏差，受力不均会导致滑块倾斜稳定性差；2、在镦粗过程中，由于顶杆的速度无法实时调节，导致镦粗的温度无法始终在棒料镦粗所需的加热温度在设定范围内，整个过程无法检测，镦粗质量差；3、主夹钳夹持棒料的摩擦力无法预测，导致主夹钳的磨损严重，降低使用寿命；4、现有液压式电镦机容易漏油，需要定期换油，而且需要安装液压站，气动体积大，占用空间大，更换维修不方便，并且液压缸的运行速度和启停控制精度低；5、气动电镦机工作时行程不稳定气缸体积大动力不足加工出来的零件长度误差大。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种全伺服电镦机及电镦成型方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种全伺服电镦机，包括机架，所述机架上安装棒料夹持模块，所述棒料夹持模块上方的机架上安装砧头驱动机构，所述棒料夹持模块下方的机架上安装顶锻驱动机构，所述砧头驱动机构与顶锻驱动机构的结构相同，所述顶锻驱动机构包括滑块、压板、传动组件，所述滑块的两端分别螺纹连接有贯穿的丝杠，所述丝杠的一端与机架转动连接，所述丝杠的另一端与传动组件连接以驱动丝杠旋转，所述传送组件安装在机架上，所述压板位于滑块和传送组件之间并与丝杠转动连接，所述压板和传送组件之间固定两个压力传感器，两个压力传感器分别位于压板底部的两端，所述砧头驱动机构上的滑块底部中心部位固定砧头，所述顶锻驱动机构上的滑块顶部中心部位固定顶杆；所述顶杆插于连接座内并与其拆卸固定，所述连接座与滑块的中心部位固定，所述顶杆相对连接座可以沿其轴线移动。

优选的是，所述滑块两端内分别固定螺母，所述螺母内螺纹连接贯穿的丝杠，所述丝杠的一端转动连接支撑块，所述支撑块与机架固定。

在上述任一方案中优选的是，所述滑块的中心线与压板的中心线重合，所述滑块两端的丝杠沿滑块的中心线对称分布，两个所述压力传感器沿压板的中心对称分布。

在上述任一方案中优选的是，所述传送组件包括齿轮箱、伺服电机，所述齿轮箱和伺服电机均安装在机架上，所述齿轮箱内的主轴与伺服电机的输出轴连接，所述主轴与齿轮箱转动连接，所述齿轮箱内的主轴上固定有主动齿轮，所述主动齿轮两侧分别啮合有从动齿轮，所述丝杠的另一端伸进齿轮箱内与对应的从动齿轮连接。

在上述任一方案中优选的是，所述压力传感器的一端与压板固定，所述压力传感器的另一端与齿轮箱固定。

在上述任一方案中优选的是，所述全伺服电镦机还包括控制模块，所述控制模块包括控制台、plc控制器，所述plc控制器安装在控制台的内部。

在上述任一方案中优选的是，所述伺服电机上安装伺服驱动器，所述伺服驱动器上的485通讯接口与plc控制器上的485通讯接口连接，以读取伺服电机上的数据信息，所述伺服驱动器上的位置采集输出接口与plc控制器上的位置采集输入接口连接，以采集顶杆和砧头的位置信息，所述伺服驱动器的压力调节输入接口与plc控制器的压力调节输出接口连接，以驱动伺服电机的旋转。

在上述任一方案中优选的是，所述伺服驱动器的伺服报警输出接口与plc控制器上的伺服报警输入接口连接，所述plc控制器上的压力输入接口与压力传感器连接，以采集压力信号。

本发明还提供一种全伺服电镦机的电镦成型方法，所述电镦机为上述任一项所述的电镦机，包括以下步骤，

s1，电镦机工作时，首先为始镦阶段，将棒料通过棒料夹持模块夹持，然后砧头驱动机构中的伺服电机，带动对应的丝杠使对应的滑块带动砧头下移，直到下移至设定的砧头下端点的位置，此时砧头与棒料顶端处于接触状态，然后启动顶锻驱动机构中伺服电机，带动对应的滑块使顶杆上移，顶杆的顶端与棒料底端接触后，顶杆继续上移，同时砧头也开始上移，砧头对棒料进行加热以进行电镦操作；

s2，终镦阶段，砧头上移至设定的砧头上端点的位置时，砧头停止运动，步骤s1结束后，此时顶杆继续上移，终镦过程开始；

s3，在步骤s2中，顶杆上移过程中，顶杆压力和砧头与棒料成型位置所受的压力通过对应的滑块传递给压板，使压板两端的压力传感器将检测的压力信号实时发送至plc控制器，以读取对应的压力值，plc控制器将砧头两侧的压力值求平均值并与预设的棒料成型压力进行对比，如果砧头两侧的压力值的平均值与预设的棒料成型压力的差值位于压力预设区间内时，顶锻驱动机构中伺服电机不旋转，如果位于压力预设区间以外时，plc控制器发送信号以使顶锻驱动机构中伺服电机旋转，调节顶杆的上移速度，以达到砧头与棒料成型位置所受压力的实时调节，直到顶杆上移至设定的上端位置时，plc控制器控制伺服电机反转，顶杆在对应的伺服电机驱动下，回复至初始位置，终镦阶段结束；

s4，终镦阶段完成后，砧头驱动机构中的伺服电机启动，带动丝杠旋转，使滑块带动砧头上移至初始位置，与棒料脱离，然后打开棒料夹持模块，将棒料取出；

s5，首次终镦完成后，顶杆两侧压力值求得的平均值与砧头两侧压力值的平均值对比求得差值，plc控制器将该差值发送至显示屏进行显示，工作人员根据此差值来判断棒料夹持模块夹持棒料产生的摩擦力，以调节棒料夹持模块对棒料的夹持力，调节完成后，对剩余棒料重复按照步骤s1-s4进行镦粗成型。

在上述任一方案中优选的是，所述压力预设区间为预设的棒料成型压力的正负1％。

与现有技术相比，本发明提供的全伺服电镦机及电镦成型方法具有以下有益效果：

1、通过在砧头对应的压板两端分别安装压力传感器，可以实时检测砧头和棒料形成的成型位置的压力，从而可以调节顶杆的上移速度来改变成型位置的压力值，以保证镦粗成型所需温度在预设温度内以及成型的压力在预设的压力值内，保证镦粗效果，提高产品质量，并且一个滑块对应两根丝杠，使滑块运行平稳，避免推动滑块中间时因安装时会有偏差导致滑块倾斜稳定性差的问题，采用伺服电机作为动力驱动，整体结构简单，体积小，占用空间小，控制精度高，成型的产品质量和尺寸精度高，维修方便经济环保；

2、在顶杆对应的压板两端分别安装压力传感器，以检测顶杆所受压力，将砧头和棒料形成的成型位置的压力与顶杆压力作比较求差值，此差值即为棒料夹持模块对棒料产生的摩擦力，使摩擦力的数值可视化，从而可以根据摩擦力的大小调节棒料夹持模块的夹持力，使夹持力达到在不影响棒料镦粗成型效果的情况下，降低夹持力，以减少棒料和棒料夹持模块的摩擦力，减少棒料夹持模块中主夹钳的磨损，提高使用寿命；

3、将压力传感器检测的压力信号实时传送至plc控制器，根据压力值来调节顶杆的上移速度，全程实现了自动化控制，无需人工手动调节，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明提供的全伺服电镦机的一优选实施例的整体结构示意图；

图2为图1所示实施例中顶杆与连接座连接的结构示意图；

图3为图1中伺服驱动器的电路原理图；

图4为图1中plc控制器的电路原理图。

图中标注说明：1、机架；2、丝杠；3、滑块；4、压板；5、压力传感器；6、伺服电机；7、砧头；8、顶杆；9、齿轮箱；10、棒料夹持模块；11、连接座；12、凹槽。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

如图1-4所示，按照本发明提供的全伺服电镦机的一实施例，包括机架1，所述机架1上安装棒料夹持模块10，所述棒料夹持模块10上方的机架1上安装砧头7驱动机构，所述棒料夹持模块10下方的机架1上安装顶锻驱动机构，所述砧头7驱动机构与顶锻驱动机构的结构相同，所述顶锻驱动机构包括滑块3、压板4、传动组件，所述滑块3的两端分别螺纹连接有贯穿的丝杠2，所述丝杠2的一端与机架1转动连接，所述丝杠2的另一端与传动组件连接以驱动丝杠2旋转，所述传送组件安装在机架1上，所述压板4位于滑块3和传送组件之间并与丝杠2转动连接，所述压板4和传送组件之间固定两个压力传感器5，两个压力传感器5分别位于压板4底部的两端，所述砧头7驱动机构上的滑块3底部中心部位固定砧头7，所述顶锻驱动机构上的滑块3顶部中心部位固定顶杆8。所述丝杠为滚珠丝杠。

通过在砧头7和顶杆8两侧分别设置压力传感器5，通过滑块3和压板4与丝杠2的连接，滑块3将顶杆8压力和砧头7棒料成型位置的压力分别通过丝杠2传递给压板4，压板4上的传感器检测对应的压力值，从而可以检测出顶杆8压力和砧头7与棒料成型位置的压力值，而砧头7与棒料成型位置的压力值即为棒料成型所需的压力值，根据棒料成型所需的压力来驱动伺服电机6调节顶杆8上移速度，保证顶杆8上移送料过程中所需的温度始终保持在棒料的成型温度以及成型所需的压力，提高了棒料的成型效果，压力传感器5实现了对棒料成型所需压力的实时检测，顶杆8上移送料的速度能够实时调节，棒料镦粗质量好。顶杆和砧头的运动均采用伺服电机推动，推进容易控制、行程精确。

其中，棒料夹持模块10用于夹持棒料，棒料夹持模块10包括一对主夹钳，一对主夹钳用于夹持棒料并对棒料通入电流进行加热，由于棒料夹持模块10的结构为现有技术，对本领域技术人员来说是已知的，因此，在此不再详细赘述。

将砧头7和棒料形成的成型位置的压力与顶杆8压力作比较求差值，此差值即为棒料夹持模块10对棒料产生的摩擦力，使摩擦力的数值可视化，从而可以根据摩擦力的大小调节棒料夹持模块10的夹持力，使夹持力达到在不影响棒料镦粗成型效果的情况下，降低夹持力，以减少棒料和棒料夹持模块10的摩擦力，降低棒料夹持模块10中主夹钳的磨损，提高使用寿命，而夹持力过小会使棒料镦粗质量不好。

所述滑块3两端内分别固定螺母，所述螺母内螺纹连接贯穿的丝杠2，所述丝杠2的一端转动连接支撑块，所述支撑块与机架1固定。

所述滑块3的中心线与压板4的中心线重合，所述滑块3两端的丝杠2沿滑块3的中心线对称分布，两个所述压力传感器5沿压板4的中心对称分布。

在本实施例中，压板4两侧的压力传感器5对称分布，并且滑块3的压力通过两个丝杠2间接的传递给压板4，使检测的压力更加稳定，而且一个滑块3连接两个丝杠2，滑块3运行更加平稳，使压力传感器5检测的压力更加稳定准确，避免采用一个丝杠2驱动时，因滑块3的不平衡而导致压力检测的不准确。

所述传送组件包括齿轮箱9、伺服电机6，所述齿轮箱9和伺服电机6均安装在机架1上，所述齿轮箱9内的主轴与伺服电机6的输出轴连接，所述主轴与齿轮箱9转动连接，所述齿轮箱9内的主轴上固定有主动齿轮，所述主动齿轮两侧分别啮合有从动齿轮，所述丝杠2的另一端伸进齿轮箱9内与对应的从动齿轮连接。

具体的，所述转轴伸进齿轮箱9内并与其转动连接，齿轮箱9内的转轴上套有从动齿轮，以使主动齿轮与驱动从动齿轮带动丝杠2旋转，砧头7驱动机构上的伺服电机6位于齿轮箱9的上方，顶锻驱动机构上的伺服电机6位于齿轮箱9的下方。

所述压力传感器5的上端与压板4固定，所述压力传感器5的下端与齿轮箱9的顶端固定。

所述顶锻驱动机构中的滑块3顶部中心部位固定顶杆8，所述砧头7驱动机构中的滑块3底部中心部位固定砧头7。

所述全伺服电镦机还包括控制模块，所述控制模块包括控制台、plc控制器，所述plc控制器安装在控制台的内部。

所述伺服电机6上安装伺服驱动器，所述伺服驱动器上的485通讯接口与plc控制器上的485通讯接口连接，以读取伺服电机6上的数据信息，数据信息比如为，伺服电机6的扭矩、转速等信息，所述伺服驱动器上的位置采集输出接口与plc控制器上的位置采集输入接口连接，以采集顶杆8和砧头7的位置信息，所述伺服驱动器的压力调节输入接口与plc控制器的压力调节输出接口连接，以驱动伺服电机6的旋转。所述plc控制器的型号为st60。

其中，plc控制器上的位置采集输入接口包括dia0输入接口、dia1输入接口、dia2输入接口、dia3输入接口，顶杆8对应的伺服驱动器上的位置采集输出接口包括dia0输出接口，dia1输出接口，dia0输出接口和dia1输出接口与plc控制器上对应的dia0输入接口、dia1输入接口连接，砧头7对应的伺服驱动器上的位置采集输出接口包括dia2输出接口、dia3输出入接口，且与plc控制器上对应的dia2输入接口、dia3输入接口连接，以读取顶杆8和砧头7的位置信息。

其中，plc控制器的压力调节输出接口包括dqa0输出接口、dqa1输出接口、dqa2输出接口、dqa3输出接口，顶杆8对应的伺服驱动器的压力调节输入接口包括dqa0输入接口、dqa2输入接口，且与plc控制器上对应的dqa0输出接口、dqa2输出接口连接，砧头7对应的伺服驱动器的压力调节输入接口包括dqa1输入接口、dqa3输入接口，且与plc控制器上对应的dqa1输出接口、dqa3输出接口连接；dqa0输出接口与dqa0输入接口连接、dqa1输出接口与dqa1输入接口连接，以向伺服驱动器发送脉冲信号，以驱动伺服电机6旋转，来调节顶杆8的上移速度和位置；dqa1输出接口与dqa1输入接口连接、dqa3输出接口与dqa3输入接口连接，以向伺服驱动器发送伺服电机6正转或反转信号，进行旋转方向的判定。

所述伺服驱动器的伺服报警输出接口dic0与plc控制器上的伺服报警输入接口dic0连接，当伺服电机6出现故障时，向plc控制器发送报警信号，以使伺服电机6停止运动以及停止其他相关动作。

所述plc控制器上的压力输入接口与压力传感器5连接，以采集压力信号，通过plc控制器来控制伺服电机的转速、转矩和方向，从而控制棒料镦粗成型中的温度、成型压力、成型形状等加工参数。

其中，plc控制器上的压力输入接口包括顶锻左压力输入接口、顶锻右压力输入接口、砧头7左压力输入接口和砧头7右压力输入接口，顶锻左压力输入接口和顶锻右压力输入接口与顶杆8两侧对应的压力传感器5连接，砧头7左压力输入接口和砧头7右压力输入接口与砧头7两侧对应的压力传感器5连接。

控制台上设有显示屏以及多个控制按钮，多个控制按钮和显示屏均与plc控制器连接，plc控制器将压力传感器5检测的压力信息发送至显示屏上进行显示，多个控制按钮包括顶杆8上按钮、顶杆8下按钮、砧头7上按钮、砧头7下按钮等。

在本实施例中，所述顶杆8插于连接座11内并与其可拆卸固定，所述连接座11与滑块3的中心部位固定，所述顶杆8相对连接座11可以沿其轴线移动，顶杆8通过连接座11固定在滑块3的中心部位，连接座11上的顶部设有螺纹孔，所述顶杆8与螺纹孔螺纹连接，所述连接座11外侧壁的顶端设有与螺纹孔连通的安装孔，所述顶杆8的侧壁上设有呈条状的凹槽12，所述凹槽12内设有多个沿顶杆8的轴线竖向排列的螺纹盲孔，顶杆8的底端插于螺纹孔内并与其螺纹连接，顶杆8的顶端延伸至连接座11的上方，连接座11上的安装孔与顶杆8上的一个螺纹盲孔通过螺栓可拆卸连接，以使顶杆8与连接座11固定。

顶杆8与连接座11的螺纹连接，使顶杆8相对连接座11可以上下调节，从而可以调节顶杆8的顶端与滑块3之间的距离，避免因棒料过长，滑块3在丝杠2上运动到极限位置时也无法与顶住棒料的底端，适用范围更广。

本发明还提供一种全伺服电镦机的电镦成型方法，包括以下步骤，

s1，始镦阶段，将棒料通过棒料夹持模块10夹持，然后砧头7驱动机构中的伺服电机6，带动对应的丝杠2使对应的滑块3带动砧头7下移，直到下移至设定的砧头7下端点的位置，此时砧头7与棒料顶端处于接触状态，然后启动顶锻驱动机构中伺服电机6，带动对应的滑块3使顶杆8上移，顶杆8的顶端与棒料底端接触后，顶杆8继续上移，同时砧头7也开始上移，砧头7对棒料进行加热以进行电镦操作；

s2，终镦阶段，砧头7上移至设定的砧头7上端点的位置时，砧头7停止运动，步骤s1结束后，此时顶杆8继续上移，终镦过程开始；

s3，在步骤s2中，顶杆8上移过程中，顶杆8压力和砧头7与棒料形成的成型位置所受的压力通过对应的滑块3传递给丝杠再传递给压板4，使压板4两端的压力传感器5将检测的压力信号实时发送至plc控制器，以读取对应的压力值，plc控制器将砧头7两侧的压力值求平均值并与预设的棒料成型压力进行对比，如果砧头7两侧的压力值的平均值与预设的棒料成型压力的差值位于压力预设区间内时，plc控制器不向伺服驱动器发送信号，此时顶锻驱动机构中的顶杆8保持原有速度不变，如果位于压力预设区间以外时，plc控制器向伺服驱动器发送压力调节信号以使顶锻驱动机构中伺服电机6正转或反转，调节顶杆8的上移速度，以达到砧头7与棒料成型位置所受压力的实时调节，直到顶杆8上移至设定的上端位置时，plc控制器控制伺服电机反转，顶杆8在对应的伺服电机6驱动下，回复至初始位置，终镦阶段结束；

s4，终镦阶段完成后，砧头7驱动机构中的伺服电机6启动，带动丝杠2旋转，使滑块3带动砧头7上移至初始位置，与棒料脱离，然后打开棒料夹持模块10，将棒料取出。

所述压力预设区间为预设的棒料成型压力值的正负1％，在这个压力预设区间内，顶杆8按照原有速度上移。

s5，首次终镦完成后，顶杆8两侧压力值求得的平均值与砧头7两侧压力值的平均值对比求得差值，plc控制器将该差值发送至显示屏进行显示，工作人员根据此差值来判断棒料夹持模块10夹持棒料产生的摩擦力，以调节棒料夹持模块10对棒料的夹持力，调节完成后，对剩余棒料重复按照步骤s1-s4进行镦粗成型。

在始镦阶段和终镦阶段过程中，plc控制器实时读取顶杆和砧头的位置信息。

本领域技术人员不难理解，本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。