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温挤压工艺是近年来国内外发展迅速的一种毛胚精化新型工艺,其具有成型容易、加工精度高、节能环保等特点,尤其适用于形状复杂的非轴对称异形零件的成形加工,具有非常广泛的应用前景。但在传统的温挤压生产中,自动化程度相对滞后,仍多采用人工作业,生产效率低,且安全性差,工伤事故时有发生。因此,温挤压自动化生产系统急需研发和改进。
本文主要针对温挤压生产过程中效率低、安全性差等问题,基于电测法原理及气动-PLC控制技术,设计研发了在线模具应力监测预警系统、预热炉自动进料装置、挤压机自动上下料机械手和模具自动冷却与润滑装置,并根据温挤压工作流程及要求,设计了基于以上自动化装置的驱动系统及控制系统,使温挤压生产过程实现全自动化。本文具体研究内容如下:
首先,提出了利用电测法原理及气动-PLC控制技术设计研发温挤压自动化生产系统的设计思路,并对系统实现的机理做了深入的研究与分析。
其次,针对模具因应力破坏而导致失效变形、开裂、崩裂及其带来的安全问题,基于电测法原理,设计研发在线模具应力监测及预警系统。利用电阻应变传感器将模具应变信息转换为电信号,选用WS-3811应变仪对电信号进行放大、A/D转换等处理,最后由工业计算机VibSYS软件分析显示。工业计算机与PLC保持通讯,及时反馈预警,实现对模具的实时安全性保护,为实现温挤压生产自动化奠定了基础。
再次,针对人工预热炉进料、挤压机上下料及冷却润滑精度低、效率低、危险性大等问题,基于气动-PLC控制技术设计研发了预热炉自动进料装置、挤压机自动上下料机械手以及模具自动冷却与润滑装置。详细分析了三个装置的结构设计原理,制定了自动化系统总体结构的设计方案;根据运动学方程、驱动力及强度等理论计算方法,确定了各装置执行元件的空间位置、运动规律、工作参数及选型标准,以满足其定位精度、可靠性及稳定性等要求。
最后,根据温挤压生产自动化系统的工作流程及工作要求,设计了基于温挤压生产系统自动化的气动驱动系统及控制系统。分析了气动伺服系统的工作原理及执行元件的选型原则,并选定了各执行元件型号,设计了系统气动回路。选用三菱FX2N-64MR型号PLC作为系统控制核心,选用三菱FX2N-16EX型号输入扩展模块作为辅助元件,制定了其I/O接口分配方案,编写并优化了系统的控制程序。