重载操作机控制系统设计(附件)
操作机是通过夹持锻件，配合锻造压机完成各种自由锻造工艺的辅助机械。锻造操作机的基本动作有夹钳夹紧/松开、平行升降、上下倾斜、车体行走、钳架体左右平移、左右侧摆、旋转。针对这些动作，对操作机的各执行机构设计其液压控制系统、电气控制系统。同时在各机构中搭建平行架机，平行机架与各运动的液压缸杆的运动轨迹平行，在各平行机架上设置行程开关，在液压缸的活塞杆上安装挡块，以此来达到各分机构的运动位置控制。对于夹钳旋转机构，采用步进电机结和减速器以及齿轮传动的方法，使夹钳旋转固定角度。旋转角度可以由PLC发出的脉冲数控制。关键词 锻造操作机，液压控制，PLC控制，步进电机
目 录
1 绪论 1
1.1 选题研究背景 1
1.2 锻造操作机介绍 3
1.3 国外锻造操作机的发展及现状 4
1.4 国内锻造操作机的研究现状 5
1.5 国内控制系统方面的研究现状 6
2 操作机控制系统的方案设计 6
2.1 锻造操作机动作流程 6
2.2 总体方案设计 8
3 液压系统设计 10
3.1 大车行走系统 10
3.2 升降、上下倾斜系统 11
3.3 推送系统 12
3.4 侧向平移摆移系统 13
3.5 夹钳夹持系统 14
4 电气控制设计 15
4.1 总体设计要求 15
4.2 PLC的选型与简介 15
4.2.1 PLC的选型 15
4.2.2 三菱FX系列简介 16
4.3 控制系统硬件设计 16
4.4 PLC输入输出地址分配 17
4.5 PLC外部接线图 20
4.6 控制系统软件设计 21
4.6.1 主机构控制软件设计 21
4.6.2 夹钳旋转控制软件设计 31
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
1 绪论
1.1 选题研究背景
制造业是国民经济 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的基础和主体，是体现一个国家生产能力水平和综合实力的标志。大型铸锻件制造是我国重大装备制造业的关键技术之一，对我国经济发展、实现工业化有着深远影响。随着我国经济的高速发展，重型机械、冶金轧钢、电力发电、兵器与航空航天、石油化工等设备的研发将对大型锻件的需求量在不断增加，大型铸锻件企业发展迅猛。截至2009年，国内拥有千吨以上自由锻造水压机的大型铸锻件生产企业已 超过35家，大型自由锻液压机数量已居世界首位；我国已研制成功世界领先的 1.85万吨油压机，大型铸锻件生产能力已达到：一次性提供钢水重量最大达到 773吨，优质合金真空钢锭最大为560吨，最大合金钢锻件310吨，最大铸钢件为492吨至500吨。图1.1所示为50MW汽轮机整体转子锻件在山东泰安华伟集团华伟重工生产基地一次性锻造成功，该锻件由泰安华伟重工1.2万吨大型自由锻液压机一次锻造而成。图1.2所示为宝钛股份有限公司用钛合金材料生产的13米长的台阶轴。图1.3所示为东北特钢生产出的大型整体水轮机锻件产品，该产品为水轮机主轴，长6200mm，最大直径1950mm，重量为64.5吨。图1.4所示为贵州航宇科技公司生产的民用高端航空发动机锻件。
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图1.1 汽轮机转子 图1.2 台阶轴
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图1.3 水轮机主轴 图1.4 航空发动机锻件
大型锻造压机是大型锻件制造的核心装备，由其锻造出的大锻件的质量直接影响我国装备制造业的发展和工业化建设，提高大型锻件的制造能力和技术水平符合国家发展的需要，具有重大的经济价值和行业影响。图1.5所示为美国莱赫重型锻造公司生产的已有100多年历史的自由锻造水压机，目前还在使用。这台10000吨水压机可锻造270吨，直径3.3米的钢锭。1964年12月，沈阳重型机械厂制造出国内第一台万吨级水压机——1.2万吨级水压机，如图1.6所示。由于我国经济的发展对于大型锻造设备的需求不断增加，必须要加大对大型锻压机的研究制造，在这个大环境下，国内主要的重型机械厂，如一重、二重、西安三角航空等，都在研究设计和制造新的大型自由锻造压机。二重开发出140MN锻压机，一重自主设计制造的150MN水压机，如图1.7所示。2012年3月，西安三角航空制造出中国首台40000吨级模锻液压机，如图1.8所示，使得我国成为世界大锻件制造大国。
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图1.5 莱赫重型锻造水压机 图1.6 沈阳重型1.2万吨水压机
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图1.7 一重150MN锻压机 图1.8 西安三角航空40000吨级锻压机
锻造根据成型时金属流动方式分为模锻和自由锻两种，模锻是金属在一定形状的锻模膛内受压整体成型的锻造方式，常用于大批量锻件生产。自由锻造则是局部变形，通过锻造设备的上下砧座对坯料施加压力，使金属逐步产生各个方向的自由变形，常用于单件小批量和大型锻件生产。例如汽轮机转子、水轮机主轴等。这些大型锻件无法用模锻的方法生产，只能在自由锻造压力机上实现。
锻造操作机的发展对大型锻件加工能力有着深远影响。在大型锻件的锻造过程中，如果没有大型重载锻造操作机的配合，只能依靠行车配合液压机工作，而行车动作效率低下、难以进行复杂动作等特点增加了工件的回炉次数，拖延了工件的锻造时间，严重影响了锻造效率。因此，很有必要对锻造操作机进行研究设计。
1.2 锻造操作机介绍
锻造操作机是用夹钳夹持锻件配合锻造压机完成各种复杂的自由锻造工艺的辅助机械，相当于手工锻造的火钳，可实现锻造机械化、自动化。近年来国内外锻造企业大都采用锻造操作机配合锻压机作业，可实现机械化操作，可减少锻件回炉次数，提高劳动生产率，降低生产消耗，减轻劳动强度。同时，利用计算机可以将锻造操作机与自由锻造液压机联合起来，通过编程软件实现自动、联动控制。锻造操作机主要由操作机的车体、执行机构、液压系统以及电气控制系统组成。锻造操作机的现场实物图如下图1.9所示。
目 录
1 绪论 1
1.1 选题研究背景 1
1.2 锻造操作机介绍 3
1.3 国外锻造操作机的发展及现状 4
1.4 国内锻造操作机的研究现状 5
1.5 国内控制系统方面的研究现状 6
2 操作机控制系统的方案设计 6
2.1 锻造操作机动作流程 6
2.2 总体方案设计 8
3 液压系统设计 10
3.1 大车行走系统 10
3.2 升降、上下倾斜系统 11
3.3 推送系统 12
3.4 侧向平移摆移系统 13
3.5 夹钳夹持系统 14
4 电气控制设计 15
4.1 总体设计要求 15
4.2 PLC的选型与简介 15
4.2.1 PLC的选型 15
4.2.2 三菱FX系列简介 16
4.3 控制系统硬件设计 16
4.4 PLC输入输出地址分配 17
4.5 PLC外部接线图 20
4.6 控制系统软件设计 21
4.6.1 主机构控制软件设计 21
4.6.2 夹钳旋转控制软件设计 31
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
1 绪论
1.1 选题研究背景
制造业是国民经济 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的基础和主体，是体现一个国家生产能力水平和综合实力的标志。大型铸锻件制造是我国重大装备制造业的关键技术之一，对我国经济发展、实现工业化有着深远影响。随着我国经济的高速发展，重型机械、冶金轧钢、电力发电、兵器与航空航天、石油化工等设备的研发将对大型锻件的需求量在不断增加，大型铸锻件企业发展迅猛。截至2009年，国内拥有千吨以上自由锻造水压机的大型铸锻件生产企业已 超过35家，大型自由锻液压机数量已居世界首位；我国已研制成功世界领先的 1.85万吨油压机，大型铸锻件生产能力已达到：一次性提供钢水重量最大达到 773吨，优质合金真空钢锭最大为560吨，最大合金钢锻件310吨，最大铸钢件为492吨至500吨。图1.1所示为50MW汽轮机整体转子锻件在山东泰安华伟集团华伟重工生产基地一次性锻造成功，该锻件由泰安华伟重工1.2万吨大型自由锻液压机一次锻造而成。图1.2所示为宝钛股份有限公司用钛合金材料生产的13米长的台阶轴。图1.3所示为东北特钢生产出的大型整体水轮机锻件产品，该产品为水轮机主轴，长6200mm，最大直径1950mm，重量为64.5吨。图1.4所示为贵州航宇科技公司生产的民用高端航空发动机锻件。
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图1.1 汽轮机转子 图1.2 台阶轴
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图1.3 水轮机主轴 图1.4 航空发动机锻件
大型锻造压机是大型锻件制造的核心装备，由其锻造出的大锻件的质量直接影响我国装备制造业的发展和工业化建设，提高大型锻件的制造能力和技术水平符合国家发展的需要，具有重大的经济价值和行业影响。图1.5所示为美国莱赫重型锻造公司生产的已有100多年历史的自由锻造水压机，目前还在使用。这台10000吨水压机可锻造270吨，直径3.3米的钢锭。1964年12月，沈阳重型机械厂制造出国内第一台万吨级水压机——1.2万吨级水压机，如图1.6所示。由于我国经济的发展对于大型锻造设备的需求不断增加，必须要加大对大型锻压机的研究制造，在这个大环境下，国内主要的重型机械厂，如一重、二重、西安三角航空等，都在研究设计和制造新的大型自由锻造压机。二重开发出140MN锻压机，一重自主设计制造的150MN水压机，如图1.7所示。2012年3月，西安三角航空制造出中国首台40000吨级模锻液压机，如图1.8所示，使得我国成为世界大锻件制造大国。
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图1.5 莱赫重型锻造水压机 图1.6 沈阳重型1.2万吨水压机
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图1.7 一重150MN锻压机 图1.8 西安三角航空40000吨级锻压机
锻造根据成型时金属流动方式分为模锻和自由锻两种，模锻是金属在一定形状的锻模膛内受压整体成型的锻造方式，常用于大批量锻件生产。自由锻造则是局部变形，通过锻造设备的上下砧座对坯料施加压力，使金属逐步产生各个方向的自由变形，常用于单件小批量和大型锻件生产。例如汽轮机转子、水轮机主轴等。这些大型锻件无法用模锻的方法生产，只能在自由锻造压力机上实现。
锻造操作机的发展对大型锻件加工能力有着深远影响。在大型锻件的锻造过程中，如果没有大型重载锻造操作机的配合，只能依靠行车配合液压机工作，而行车动作效率低下、难以进行复杂动作等特点增加了工件的回炉次数，拖延了工件的锻造时间，严重影响了锻造效率。因此，很有必要对锻造操作机进行研究设计。
1.2 锻造操作机介绍
锻造操作机是用夹钳夹持锻件配合锻造压机完成各种复杂的自由锻造工艺的辅助机械，相当于手工锻造的火钳，可实现锻造机械化、自动化。近年来国内外锻造企业大都采用锻造操作机配合锻压机作业，可实现机械化操作，可减少锻件回炉次数，提高劳动生产率，降低生产消耗，减轻劳动强度。同时，利用计算机可以将锻造操作机与自由锻造液压机联合起来，通过编程软件实现自动、联动控制。锻造操作机主要由操作机的车体、执行机构、液压系统以及电气控制系统组成。锻造操作机的现场实物图如下图1.9所示。
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