CN103406478A

CN103406478A - 一种变量控制输出的电镦机及其控制方法

Info

Publication number: CN103406478A
Application number: CN2013103291381A
Authority: CN
Inventors: 黄汝坚
Original assignee: Individual
Current assignee: Zhongshan City Xiaolan Town Fuchang Electromechanical Equipment Factory
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: CN103406478B

Abstract

本发明公开了一种变量控制输出的电镦机及其控制方法，电镦机包括电镦模块；顶针模块；夹持模块，设置在电镦模块与夹持模块之间，用于夹置棒料以保持棒料平衡；电流加热模块，其正负输出端分别连接电镦头与夹持模块之间棒料部分的两端，并在所述棒料部分输出线性变化的电流。本发明电镦机的控制系统采用变量控制模式，通过线性的增大电流和压力，使蒜头在成形过程中按比例的供给电流和压力，可以使蒜头成形过程更加均匀以得到最理想的蒜头形状，使内部金相结构更加流线化，气杆和蒜头衔接为平滑曲线，在后续气门使用过程中，气门不会因为气杆和蒜头衔接处的受力不均而断裂，且还可以提高生产速度。

Description

一种变量控制输出的电镦机及其控制方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，尤其是一种变量控制输出的电镦机及其控制方法。

背景技术

传统发动机气门的制造过程中，电镦是第一道的生产工序，且气门的质量好坏完全取决于电镦的生产过程，如图1所示，气门生产过程中第一工序是由气门专用材料（棒料）先通过电流不断加热，使棒料软化，再通过顶针的挤压使棒料直径不断增大，在顶针的挤压过程中，电镦头向上以一定的速度移动，以空出空间使棒料形成如蒜头状的气门头部（行业内俗称蒜头），当蒜头增大到足够的直径后，再由冲压机冲压成气门毛坯，再由后面的一系列加工工序使毛坯成气门。

传统电镦机的工作方式具有以下两个特点：（1）传统的机器构造基本都使用液压传动方式，所有的参数都是由油路板上的调压和调速阀设定，在整个电镦过程中不能改变。（2）加热电流的设定是通过变压器换挡或通过电子调压调定，电镦过程中不能改变。因此，传统的电镦过程只是设定电镦过程电流强度和镦头速度的一次参数，且在整个蒜头增大过程中，参数保持不变，这种做法在气门生产中，常常出现气门的气杆和蒜头衔接不平滑（没有平滑的曲线，而是骤变尺寸的衔接，蒜头形状不明显），在后续气门使用过程中，气门会因为气杆和蒜头衔接处的受力不均而断裂；此外，恒定的速度也不是最佳的，影响生产效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明要解决的技术问题是提供一种变量控制输出的电镦机及其控制方法。

本发明采用的技术方案是：一种变量控制输出的电镦机，用于将棒料加工成发动机气门的毛坯，包括：

电镦模块，包括电镦头和第一驱动电机，该第一驱动电机用于驱动电镦头变速运动；

顶针模块，包括顶针和第二驱动电机，所述顶针与电镦头相对设置且其间隔以放置棒料，所述第二驱动电机用于驱动顶针变力矩运动；

夹持模块，设置在电镦模块与夹持模块之间，用于夹置棒料以保持棒料平衡；

电流加热模块，其正负输出端分别连接电镦头与夹持模块之间棒料部分的两端，并在所述棒料部分输出线性变化的电流。

所述第一驱动电机为伺服电机或加变速器的步进电机。

所述第二驱动电机为伺服电机或加变速器的步进电机。

所述电流加热模块包括2DA模拟量输出模块、与2DA模拟量输出模块的输出端连接的驱动电压输出模块、与驱动电压输出模块连接的加热变压器，所述加热变压器的正负输出端分别连接电镦头与夹持模块之间棒料部分的两端。

所述夹持模块由可闭合与分离的两夹持件组成。

所述电镦模块、顶针模块和夹持模块沿纵向分布。

一种通过电镦机加工棒料成气门蒜头的控制方法，包括以下步骤：（1）自动计算棒料加工长度和加热电流的比例，并通过调压系统对加热电流作线性变量控制；（2）自动计算棒料加工长度和锻镦压力的比例，并通过力距控制对顶针压力作变力输出控制；（3）自动计算棒料加工长度和速度的比例，再通过伺服变速系统对电镦头作变速控制。

所述步骤（1）包括：（11）数据初始化，即设定初始电压a1、终点电压a2、顶针行程长度L1；（12）初始化数据读入及完成；（13）计算在行程L1内每间隔s的平均电压b1,b1=（a1-a2）*s /L1;（14）启动 2DA模拟量输出模块以输出加热电压，并输出在顶针实时位置L2时的电压值（b1*L2/s＋a1）给驱动电压输出模块，以控制加热变压器线性调节方式输出加热电压，同时反馈L2给2DA模拟量输出模块；（15）比较L1和L2的大小，若L1>L2则2DA模拟量输出模块继续工作并控制加热电压输出，若L1<=L2则停止加热。

所述步骤（2）包括：（21）数据初始化，即设定初始压力A1、终点压力A2、顶针行程长度L1；（22）机器原点设定；（23）初始化数据读入及完成；（24）计算顶针在行程L1内每间隔s的平均压力B1,B1=（A1-A2）*s /L1;（25）启动伺服电机正转，推动顶针上升，并输出随顶针实时位置L2变化的压力值（B1*L2/s＋A1）给伺服电机驱动模块，以驱动伺服电机对顶针力矩控制，且驱动模块实时反馈L2至伺服电机；（26）比较L1和L2的大小，若L1>L2则继续推动顶针上升，若L1<=L2则驱动伺服电机反转使顶针回到原点，并重新计算B1。

所述步骤（3）包括：（31）数据初始化，即设定电镦头初始速度C1、终点速度C2、行程长度e1；（32）初始化数据读入及完成；（33）计算电镦头在行程长度e1内每间隔s的平均速度D1,D1=（C1-C2）*s/e1;（34）启动伺服电机反转推动电镦头下降至预设最低点；（35）当顶针开始上升时，伺服电机正转推动电镦头上升，并输出电镦头实时行程量e2的速度值（D1＊e2/s＋C1）给伺服电机驱动模块，以驱动伺服电机对电镦头进行变速控制，且驱动模块实时反馈e2至伺服电机；（36）比较e1和e2的大小，若e1>e2则继续推动电镦头上升，若e1<=e2则停止上升并重新计算D1。

本发明的有益效果：

本发明电镦机的控制系统采用变量控制模式，从放入棒料开始时，初始电流和压力设为较小，而随着棒料的不断缩短和蒜头的不断增大，线性的增大电流和压力，使蒜头在成形过程中按比例的供给电流和压力，可以使蒜头成形过程更加均匀，内部金相结构更加合理，且还可以提高生产速度；此外，电镦头的速度变化能直接改变蒜头的形状，通过参数的设定可使电镦头在上升过程中呈线性的变速，从而得到最理想的蒜头形状，使内部金相结构更加流线化，气杆和蒜头衔接为平滑曲线，在后续气门使用过程中，气门不会因为气杆和蒜头衔接处的受力不均而断裂。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是传统电镦机的结构示意图；

图2是本发明电镦机的结构示意图Ⅰ；

图3是本发明电镦机的结构示意图Ⅱ；

图4是本发明电镦机的变速控制流程图；

图5是本发明电镦机的加热电流作线性变量控制流程图；

图6是本发明电镦机的变速力矩控制顶针流程图；

图7是本发明电镦机的变速控制电镦头流程图。

具体实施方式

参考图2、图3所示，一种变量控制输出的电镦机，用于将棒料加工成发动机气门的毛坯，包括：电镦模块，包括电镦头1和第一驱动电机2，该第一驱动电机2用于通过第一升举器3驱动电镦头1变速运动；顶针模块，包括顶针4和第二驱动电机5，所述顶针4与电镦头1相对设置且其间隔以放置棒料6，第二驱动电机5用于通过第二升举器7驱动顶针4变力矩运动；夹持模块8，设置在电镦模块与夹持模块之间，用于夹置棒料6以保持棒料6平衡；电流加热模块9，其正负输出端分别连接电镦头1与夹持模块8之间棒料部分的两端，并在所述棒料部分输出线性变化的电流。

本发明的第一驱动电机2和第二驱动电机5均采用伺服电机或加变速器的步进电机。

其中，本发明的电流加热模块9包括2DA模拟量输出模块、与2DA模拟量输出模块的输出端连接的驱动电压输出模块、与驱动电压输出模块连接的加热变压器，加热变压器的正负输出端分别连接电镦头1与夹持模块8之间棒料部分的两端。

如图2所示，夹持模块8由可闭合与分离的两夹持件组成。本发明中电镦模块、顶针模块和夹持模块沿纵向分布，电镦机的上下部各设有一双导轨10，以供电镦头1、和连接顶针4和第二升举器7的滑块11在其上滑动。

如图4所示，为本发明电镦机的变速控制方法，即一种通过电镦机加工棒料成气门蒜头的控制方法，包括以下步骤：（1）自动计算棒料加工长度和加热电流的比例，并通过调压系统对加热电流作线性变量控制；（2）自动计算棒料加工长度和锻镦压力的比例，并通过力距控制对顶针压力作变力输出控制；（3）自动计算棒料加工长度和速度的比例，再通过伺服变速系统对电镦头作变速控制。

如图5所示，为加热电流作线性变量控制流程，包括：（11）数据初始化，即设定初始电压a1（v）、终点电压a2（v）、顶针行程长度L1（mm）；（12）初始化数据读入及完成；（13）计算在行程L1内每间隔s的平均电压b1（v）,b1=（a1-a2）*s /L1;（14）启动 2DA模拟量输出模块以输出加热电压，并输出在顶针实时位置L2时的电压值（b1*L2/s＋a1）给驱动电压输出模块，以控制加热变压器线性调节方式输出加热电压，同时反馈L2给2DA模拟量输出模块；（15）比较L1和L2的大小，若L1>L2则2DA模拟量输出模块继续工作并控制加热电压输出，若L1<=L2则停止加热。

如图6所示，为变速力矩控制顶针压力的流程，包括：（21）数据初始化，即设定初始压力A1（N）、终点压力A2（N）、顶针行程长度L1（mm）；（22）机器原点设定；（23）初始化数据读入及完成；（24）计算顶针在行程L1内每间隔s的平均压力B1（N）,B1=（A1-A2）*s /L1;（25）启动伺服电机正转，推动顶针上升，并输出随顶针实时位置L2变化的压力值（B1*L2/s＋A1）给伺服电机驱动模块，以驱动伺服电机对顶针力矩控制，且驱动模块实时反馈L2至伺服电机；（26）比较L1和L2的大小，若L1>L2则继续推动顶针上升，若L1<=L2则驱动伺服电机反转使顶针回到原点，并重新计算B1。

如图7所示，为电镦头变速控制的流程，包括：（31）数据初始化，即设定电镦头初始速度C1（mm/s）、终点速度C2（mm/s）、行程长度e1（mm）；（32）初始化数据读入及完成；（33）计算电镦头在行程长度e1内每间隔s的平均速度D1（mm/s）,D1=（C1-C2）*s/e1;（34）启动伺服电机反转推动电镦头下降至预设最低点；（35）当顶针开始上升时，伺服电机正转推动电镦头上升，并输出电镦头实时行程量e2的速度值（D1＊e2/s＋C1）给伺服电机驱动模块，以驱动伺服电机对电镦头进行变速控制，且驱动模块实时反馈e2至伺服电机；（36）比较e1和e2的大小，若e1>e2则继续推动电镦头上升，若e1<=e2则停止上升并重新计算D1。

其中，本发明电镦机的变速控制方法的步骤（1）、（2）、（3）中间隔s为0.01mm。

本发明电镦机的控制系统采用变量控制模式，从放入棒料6开始时，加热初始电流和顶针压力设为较小，而随着棒料6的不断缩短和蒜头12的不断增大，线性的增大电流和压力，使蒜头12在成形过程中按比例的供给电流和压力，可以使蒜头12成形过程更加均匀，内部金相结构更加合理，且还可以提高生产速度；此外，电镦头1的速度变化能直接改变蒜头12的形状，通过参数的设定可使电镦头1在上升过程中呈线性的变速，从而得到最理想的蒜头形状，使内部金相结构更加流线化，气杆和蒜头衔接为平滑曲线，在后续气门使用过程中，气门不会因为气杆和蒜头衔接处的受力不均而断裂。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种变量控制输出的电镦机，用于将棒料加工成发动机气门的毛坯，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种变量控制输出的电镦机，其特征在于:所述第一驱动电机为伺服电机或加变速器的步进电机。

3.根据权利要求1所述的一种变量控制输出的电镦机，其特征在于: 所述第二驱动电机为伺服电机或加变速器的步进电机。

4.根据权利要求1所述的一种变量控制输出的电镦机，其特征在于:所述电流加热模块包括2DA模拟量输出模块、与2DA模拟量输出模块的输出端连接的驱动电压输出模块、与驱动电压输出模块连接的加热变压器，所述加热变压器的正负输出端分别连接电镦头与夹持模块之间棒料部分的两端。

5.根据权利要求1所述的一种变量控制输出的电镦机，其特征在于:所述夹持模块由可闭合与分离的两夹持件组成。

6.根据权利要求1所述的一种变量控制输出的电镦机，其特征在于:所述电镦模块、顶针模块和夹持模块沿纵向分布。

7.一种通过电镦机加工棒料成气门蒜头的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）自动计算棒料加工长度和加热电流的比例，并通过调压系统对加热电流作线性变量控制；（2）自动计算棒料加工长度和锻镦压力的比例，并通过力距控制对顶针压力作变力输出控制；（3）自动计算棒料加工长度和速度的比例，再通过伺服变速系统对电镦头作变速控制。

8.根据权利要求7所述的一种通过电镦机加工棒料成气门蒜头的控制方法，其特征在于：所述步骤（1）包括：（11）数据初始化，即设定初始电压a1、终点电压a2、顶针行程长度L1；（12）初始化数据读入及完成；（13）计算在行程L1内每间隔s的平均电压b1,b1=（a1-a2）*s /L1;（14）启动 2DA模拟量输出模块以输出加热电压，并输出在顶针实时位置L2时的电压值（b1*L2/s＋a1）给驱动电压输出模块，以控制加热变压器线性调节方式输出加热电压，同时反馈L2给2DA模拟量输出模块；（15）比较L1和L2的大小，若L1>L2则2DA模拟量输出模块继续工作并控制加热电压输出，若L1<=L2则停止加热。

9.根据权利要求7所述的一种通过电镦机加工棒料成气门蒜头的控制方法，其特征在于：所述步骤（2）包括：（21）数据初始化，即设定初始压力A1、终点压力A2、顶针行程长度L1；（22）机器原点设定；（23）初始化数据读入及完成；（24）计算顶针在行程L1内每间隔s的平均压力B1,B1=（A1-A2）*s /L1;（25）启动伺服电机正转，推动顶针上升，并输出随顶针实时位置L2变化的压力值（B1*L2/s＋A1）给伺服电机驱动模块，以驱动伺服电机对顶针力矩控制，且驱动模块实时反馈L2至伺服电机；（26）比较L1和L2的大小，若L1>L2则继续推动顶针上升，若L1<=L2则驱动伺服电机反转使顶针回到原点，并重新计算B1。

10.根据权利要求7所述的一种通过电镦机加工棒料成气门蒜头的控制方法，其特征在于：所述步骤（3）包括：（31）数据初始化，即设定电镦头初始速度C1、终点速度C2、行程长度e1；（32）初始化数据读入及完成；（33）计算电镦头在行程长度e1内每间隔s的平均速度D1,D1=（C1-C2）*s/e1;（34）启动伺服电机反转推动电镦头下降至预设最低点；（35）当顶针开始上升时，伺服电机正转推动电镦头上升，并输出电镦头实时行程量e2的速度值（D1＊e2/s＋C1）给伺服电机驱动模块，以驱动伺服电机对电镦头进行变速控制，且驱动模块实时反馈e2至伺服电机；（36）比较e1和e2的大小，若e1>e2则继续推动电镦头上升，若e1<=e2则停止上升并重新计算D1。