液压顶出试验平台控制系统设计

周 锋，董晓鹏，顾 泽，郭云斌

（扬力集团股份有限公司 锻造技术研究所，江苏 扬州 225127）

随着工业技术的迅速发展，为降低产品生产成本，提高生产效率、产品质量和材料利用率，国内外制造工业广泛采用各种先进的无切削、少切削工艺，比如精密冲压、精密锻造、压力铸造、冷挤压、热挤压以及等温超塑性成形等新工艺技术，代替传统的切削加工工艺。

在热模锻自动生产过程中，大部分的锻造工艺需要通过顶出机构将工件与模具分离，通过分离将工件移送至下一工序进行锻造或其他处理。以往在手工锻造后，通过机械式人工手动顶出，将工件从模腔中由人工夹取。但随着锻造产品自动化程度不断提高，人工顶出不再适合锻造自动化的工艺发展。本文设计的液压顶出试验平台，主要针对不同工况的锻造自动化顶出进行控制，保证液压系统在生产调试过程中，能模拟不同的工况要求，减少实际安装使用调试时间，尽早对设计进行验证。

1 设计方案

1.1 工作示意及流程背景

以4 工位锻造为例进行叙述。如图1 所示，该零件锻造工艺为：下料→镦粗→预锻→终锻→冲孔。

图1 工序图

工艺流程如下：①在第一工位采用成形镦粗，形成预锻的定位；第二工位主要成形法兰面和柄部，留作终锻保留下压量成形细柄；第三工位主要是挤细柄和深孔，并成形其余部分，中间细孔深挤有利于底部成形；第四工位是冲孔，将中间废料冲掉；②在锻造过程中第二、三、四工位需要上顶出或者下顶对工件进行管制，保证锻造过程中不跳料或工件顶起正常；③上下顶杆的启动节点、结束节点根据工艺要求进行调节，保证工件正常夹取转移。

1.2 数据接收与处理流程

如图2 所示，在触摸屏上选择工作模式、液压参数、设置检测温度。通过触摸屏与PLC 通讯，将相关数据写进PLC，PLC 与自动化机器人、主机角度编码器通过MODBUS 通讯，采集相关需要的数据，PLC 将各传感器的相关模拟量通过模数转换模块，存入到PLC 中进行处理。PLC 根据相关数据对执行机构进行控制。

图2 框架图

1.3 配置表

以IMF 温度及压力传感器、三菱PLC、三菱触摸屏为例，配置如表1 所示。

表1 系统配置表

1.4 通讯协议

触摸屏与PLC 通讯协议如图3 所示。

图3 通讯协议图

角度编码器、机器人（上位机）与试验平台通讯，采用MODBUS 通讯协议，采用MODBUS_RTU 协议的命令子集，使用读寄存器命令（0x03）和预置寄存器命令（0x06），每消息的开头和结尾至少有3.5 个字节的时间间隔。波特率：默认为9600bps。帧格式：1位起始位，8 位数据位，停止位/奇、偶校验可设置（默认停止位为1 的无校验，数据为十六进制）。

1.5 IFM 温度、压力传感器

相关传感器采集数据，PLC 对数据进行处理，监控整个液压系统的状态。根据液压系统的状态，对相关阀组进行控制，调整整个液压系统状态，使之处于最佳工作状态。

2 设计原理

2.1 工作流程

以单独一个顶出顶杆系统为例，其基本工作流程、逻辑控制叙述如下。表2 为顶出系统分配表。图4 为液压系统工作原理。

表2 分配表

图4 液压系统原理示意图

（1）根据液压系统要求，对相关参数进行设置，启动液压系统电机；

（2）液压系统开始工作，所有阀组处于待机状态；

（3）根据液压顶出系统工作模式，对顶出的启动信号进行处理，首先液压系统主阀打开，通过高压油管顶出顶杆；

（4）根据退回信号工作模式，对顶出的顶杆实施退回的信号。

3 程序编写与画面设计

3.1 程序工作动作流程

如图5 所示，对液压站系统的各个电机进行启动，选择运行模式，设置相关压力仪表数据如温度、压力、液位等，保证液压系统适配不同的顶出工况。

图5 参数设置画面

（1）模式选择。手动模式：通过角度编码器，与主机连接，将主机的实时角度通过MODBUS 通讯进行处理，根据锻造主机的工作角度随时进行顶出的启动角度的调整；自动模式：通过通讯将机械人（上位机）的启动信号。

（2）参数设置。通过对系统压力的设置，调整液压系统的系统压力值；通过对顶出压力的设置，调整顶出油压的顶出压力；通过系统温度的设置，检测系统油路温度；通过系统液位的设置，检测系统油路液位；通过以上参数的设置，对不同工况的顶出进行试验，以达到最好的顶出效果；

3.2 程序编写

（1）PLC 程序（部分），如图6 所示。

图6 PLC 程序（部分）

4 结束语

这种直观、简单的操作模式，能够适应大部分锻造顶出系统，解决了工件脱模分离工艺的问题，对于不同顶出工况的顶出系统，可以通过调整试验平台的参数，相应改变顶出的实际使用工况，满足不同工况下的顶出要求。通过通讯协议有效地与主机及机械人（上位机）进行数据交换，增加了系统的柔性，方便自动化产线的对接与使用。