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11引言锻压工业在制造业中占领着重要的地位。它广泛应用于汽车、农业机械、电器仪表、国防工业以及日用品等生产部门。由于电子技术、信息技术、计算机技术的高速发展，也带动了锻压工业向着数控方向发展。它必将成为数控装备的一个重要的组成部分。2压力机特点锻压生产已有悠久的历史，但采用锻压机械生产却只有百余年的历史。锻压工业在机床工业中占有着重要的地位。十九世纪三十年代，世界上出现了第一台简易的平锻机和蒸汽锤。六十年代生产了一些冲压用的液压机。二十世纪前期，由于汽车工业的兴起，曲柄压力机及其他锻压设备得到了迅速发展。由于采用现代化的锻压工艺生产工件具有效率高、质量好、能量省和成本低的特点，所以，工业先进的国家越来越多地采用锻压工艺代替切削工艺和其他工艺。[3]锻压生产在工业生产中的地位越来越重要，锻压机械在机床中所占的比重也越来越大。80年代中后期，锻压机械的拥有量在日本为34%，美国32.4%。随着工业的发展，压力机的品种和数量也越来越多，质量要求也越来越高，压力越来越大。它在机械制造工业以及其他工业的锻压生产中的作用越来越显著。[16]冲压设备广泛应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域，其中，作为衡量一个国家工业水平的标志之一的汽车工业，被当今世界主要工业发达国家和新兴工业国家列为国民经济支柱产业，其发展主导了锻压技术及装备的发展，锻压技术的发展和进步基本围绕汽车工业的发展而进行。近年来，曲柄压力机正向着高速和高精度的方向发展，并努力降低噪音，提高安全性，扩大自动化程度，改善劳动条件。特别是采用微型计算机控制的压力机，更具有先进的水平。[17]22.1课题中开式压力机简介本课题所研究的系列压力机为干式离合开式固定台压力机，其传动系统由交流电动机经过V带带动飞轮，将能量储存于飞轮中，通过干式离合器－制动器，经过一对齿轮减速，带动曲轴连杆机构，使滑块产生上下往复运动。它典型的外形结构如图2-1所示：图2-1该系列开式压力机主要性能参数：项目单位计数参数公称力KN1600公称力行程mm6滑块行程mm180行程次数/min35-50最大装模高度mm350滑块中心至机身距离mm380主电机功率KW15使用空气压力MPa0.55净重Kg145003压力机结构框图建立系统可靠性模型建立的目的是对系统的可靠性指标进行分配、预计、评估的基础，3同时可以根据可靠性模型优化系统设计方案。本章建立系统可靠性模型包括两部分内容：一是绘制系统可靠性框图；二是建立相应的可靠性数学模型。绘制系统可靠性框图根据不同的用途也包含两部分的内容：基本可靠性框图和任务可靠性框图的绘制可靠性框图是用图形的方法简明扼要地直观表达系统各个功能单元之间的可靠性逻辑关系。可靠性框图中的方框代表功能单元，方框之间的连接线不代表任何单元。系统内部各个单元之间的导线、连接器等应作为一个独立的单元放入方框中。可靠性框图与系统的原理图有着明显的区别，二者不能混淆。可靠性框图表示系统各个功能单元之间的可靠性逻辑关系，系统原理图表示各个功能单元之间的物理关系。可靠性框图的绘制是在分析系统结构及功能的基础上进行的[6]。3.1机床结构及功能分析压力机主要由机身，动力与传动系统，冲压系统，气动系统，PLC控制及电气系统，润滑系统，六部分组成，其组成结构图如图3-2所示，图3-1该机床工作原理图如图所示4图3-23.1.1机身机身是压力机的主要支撑部分，主要由机身，导轨，顶模器，储气筒，工作板台，等附件构成，机床的机械精度和结构参数直接影响到工件的加工质量，特别是对导轨和工作板台的精度要求很高，这样才能保证加工精度，轴承座的加工表面精度要求较高，这样才能与轴承有效配合，油箱盖端盖的密封性也有较高要求，由于机身体主要起支撑及防护作用，机身体必须有较强的刚度保证，机身体的组成结构图如3-3所示。图3-3按钮主控制器指示灯、仪表气动系统驱动系统润滑系统机床加工检测反馈5项目名称项目名称项目名称1垫板2上活塞3上缸体4隔板5下活塞6下缸体7下盖8轴套9O型圈10缓冲螺钉11孔用xy型密封圈12轴用xy型密封圈13O型圈14螺母15活塞杆16缓冲垫17管接头表3-1机身为一整体结构，中部贯通，曲轴支承在前后均为整体的铜套内，齿轮安装在机身的封闭箱体内，上有盖板，箱内注油，使齿轮浸于油内，箱底部有放油管和放油球阀，由于使用浓油润滑，出油可以过滤后接入油箱循环使用，注油的高度由机身左侧的油标确定。机身后上部左右内壁上的两个支撑板来固定电机。机身中部固定有用于储存离合器与平衡缸用气的气泵。导轨部分导轨分为左导轨和右导轨，左右两侧导轨必须保证很高的平行度。导板分为前导板，中导板和后导板，导板起衬垫作用。导轨是滑块的运动副，滑块为整个压力机的工作部，滑轨的安装必须保证高的几何精度，否则会给滑块的工作带来不利影响。顶模器顶模器为选配部件，作用是在冲压过程中将模具顶出，这里介绍圆形顶出面的纯气式顶模器。顶模器的顶出功能由上活塞实现上活塞和下活塞由活塞杆联接在一起，并在各自的汽缸内，以缸体的内圆表面作为向导，做上、下运动。上活塞的上平面敷设了一层钢板，顶杆就置于其上，穿过工作台板垫板的孔和模具相连。压缩空气由汽缸底部通入，经活塞杆轴孔进入上汽缸。活塞上、下死点均装有缓冲垫，以减少冲击。整个气垫安装在机身工作台面上的一个沉孔内。顶出模的顶出力可以通过改变进入汽缸的压缩空气压力进行调整。顶模器的气源由专用储气筒及减压阀提供。气缸内活塞润滑由气路中的油雾器提供。顶模器结构图如图3-4所示。零件名称如表所示。6图3-4项目名称项目名称项目名称1垫板2上活塞3上缸体4隔板5下活塞6下缸体7下盖8轴套9O型圈10缓冲螺钉11孔用xy型密封圈12轴用xy型密封圈13O型圈14螺母15活塞杆16缓冲垫17管接头表3-2平衡缸在机身顶部悬挂了两个平衡缸，其活塞杆与滑块体左右两侧壁相连接，以平衡滑块及上模重量，提高平衡缸的运动精度。平衡缸是机床相对独立的部件，可以将平衡缸划分到机身部分。平衡缸的缸体为薄壁筒倒装结构，调整压力机几何精度后，滑块位置偏移，靠平衡缸活塞杆与滑块相连的连接块的间隙进行补偿。平衡缸的润滑用空气管路中的油雾器实现的。其结构图如图3-5所示。零件名称如表3-2所示。7图3-5项目名称项目名称项目名称1油封2O型圈3油封4O型圈5缸盖6活塞7汽缸8活塞杆9缸底表3-33.1.2动力与传动系统驱动系统压力机的动力与传动系统主要工作方式为：电动机经三角皮带、摩擦离合器—制动器及传动齿轮驱动曲轴作回传运动。电动机通过橡胶减震垫固定在支撑板上。传动齿轮采用浸油润滑。在曲轴前端部设有曲柄转角指示装置，在与曲轴同步的链轮轴尾部装有一个链轮，它将曲轴的运动同步传送给凸轮控制箱，以此发出压力机操作的各种控制信号，其结构如图3-6.8图3-6项目名称项目名称项目名称1前支承压盖2O型圈3前支承4前轴承5曲轴6大齿轮7齿轮端盖8链轮9小皮带轮10电机11调整螺栓12电机底板13离合器及制动器14轴套15O型圈表3-4传动系统中主要由一个曲轴，一个传动轴，大齿轮，飞轮，电机构成，内包括6个O型圈、2个轴承，这些为易损件。离合器与制动器离合器分为干式离合器和湿式离合器，此系列压力机采用组合式气动干式摩擦离合器—制动器，活塞在弹簧力的作用下，将制动摩擦片压紧在制动摩擦盘上，使制动器处于制动状态。当压缩空气（额定为0.55Mpa）通过空气旋转接头进入汽缸时，活塞压缩弹簧，制动器脱开，离合器结合。当压缩空气通过电磁阀释放时，在弹簧力的作用下，离合器脱开，制动器结合。摩擦片的原始间隙为2毫米，材料为半金属摩擦材料。摩擦片的总允许磨损量为4毫米。干式摩擦离合器的结构图如图3-7所示。9图3-7项目名称项目名称项目名称1O型圈2O型圈3油封4卸荷套5连接板6离合器与制动器7外压盖8O型圈9旋转接头10O型圈11O型圈12内压盖13O型圈14外隔套15内隔套16轴承17齿轮轴18轴套19轴承座20飞轮21制动导向销22离合导向销表3-5离合及飞轮机构一共有6个O型圈，3个轴承，2个油封，这些都是易磨损件。由于离合器属于外购件，资料比较少，对其具体构造没有分析的必要。电机属于外购件，只对其整体进行分析，对其具体构造没有分析的必要。电机实物如图3-83.1.3冲压系统冲压系统是压力机的主要工作系统，通过曲轴的转动，带动滑块作上下运动，冲压系统主要分为连杆，滑块以及滑块附件等。滑块与连杆的联接部比较复杂，也很重要。10滑块滑块体是一个整体铸造箱型结构，左右两侧为六面矩形导轨，滑块底面有模柄孔和“T”型槽，以紧固模具。冲压系统的结构图：3-9所示图3-9项目名称项目名称项目名称1连杆瓦2上轴瓦3下轴瓦4连杆5球头螺杆6O型圈7球形盖板8油标9球头销轴10球套11球头座12滑块体13止模螺栓14防护套15油封16方形盖板17内套18O型圈19保险器20退料器21电机表3-6液压超载保护装置滑块体内设有液压超负荷保护装置。如图3-10所示，装置具有瞬时排放高压液体压力有的特点。超载后，高压液体压力迅速排放到油箱，实现对滑块的卸载。超载后，超负荷红色信号灯亮，气动泵自动补油，当液压垫油达到所需值时，气动泵自动停止工作，气动泵工作压力位0.45-0.5Mpa之间。11图3-10调模装置滑块内部安装有调模电机，可以调整模具的高度，调模电机的工作原理：电机驱动链轮，链轮与蜗杆相连，再由蜗杆带动安装在连杆上的蜗轮，实现上下移动。如图3-11，图为滑块的剖视图。图3-11项目名称项目名称项目名称1蜗轮2油封3蜗杆4轴承5油封6链轮7制动电机底板8电机9O型圈表3-73.1.4气动系统压力机的气动系统主要由顶模器管路，气动泵管路，离合器管路，平衡缸管路组成，不同支路中均设有气路必须的安全阀、调压阀等，气动系统为压力机的12正常工作提供保护、平衡以及驱动离合器，是压力机非常重要的部分。气动原理图如图3-12所示。管接头以及管路的装配精度需要保证，安装要紧固，避免漏气漏油等影响机床工作性能的故障。图3-12项目名称项目名称项目名称1气动二联件2吹件3储气筒（顶模器）4安全阀（顶模器）5放水阀（顶模器）6调压阀（顶模器）7离合器调压阀8压力继电器9安全阀10气动泵调压阀11电磁阀12安全双联阀13放水阀14平衡缸调压阀15安全阀16放水阀表3-8压缩空气由位于机身后下方外壁处送入，压缩空气经过空气滤清器、减压阀及油雾器后进入离合器平衡缸用储气筒及顶模器储气筒，压力为0.7Mpa压缩空气作为气源。压缩空气通过二联件进入平衡缸及离合器储气筒，离合器储气筒出口经一个双联安全电磁阀进入摩擦离合器汽缸，另一个出口经截止阀进气动泵，平衡缸储气筒出口分别通往左右两个平衡缸，顶模器储气筒只有一个出口进入顶模器。离合器储气筒上安装有安全阀和压力继电器，平衡缸储气筒装有安全阀，储气筒内的凝结水可由球阀排出。133.1.5润滑系统本系列压力机的润滑分为以下三种方式：油池浸油润滑：a）传动齿轮浸在机身的齿轮箱内，加油时可卸下油箱顶盖，油量由装在机身侧面的圆形油标指示，油箱底部设有放油阀，有线槽可将回油引入回收装置中。b）调节模高度的涡轮蜗杆装在滑块内的油池中，油池的油量由滑块前面的油标显示，涡轮蜗杆的润滑采用46号抗磨液压油，根据调模的频次，一般每3个月更换一次。c）浓油集中润滑：浓油润滑通过电动泵润滑。电动浓油泵由PLC控制（加油时间设定：开机加油，由递进式分配检测开关发出8个循环动作后，油泵停止工作，机床再动作3000次，如此循环），无需人工操作。浓油采用0号极压理基脂润滑脂。油枪分散润滑，主要有以下几处：a)制动电机处链条，浓油，6个月；b)凸轮控制器处链条，浓油，6个月；c)连杆内螺纹，46号抗磨液压油，3个月；d)飞轮内轴承，浓油，6个月；e)离合器导向套，46号抗磨液压油，每班一次；f)平衡缸活塞导向处，手动稀油润滑，每周一次；图3-12为机床浓油润滑示意图，包括PLC控制部，润滑部位表。14图3-13润滑系统主要由管路，管接头，浓油泵，分油器，滤油器，油缸构成，安全装置安全装置主要包括：（1）