Управление процессами и оборудованием обработки металлов давлением в автоматическом режиме

Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана

Управление процессами 

и оборудованием обработки металлов давлением 

в автоматическом режиме

Методические указания 

к выполнению лабораторной работы

УДК 621.7–52
ББК 34.5
           У67

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/48/book1421.html

Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Технологии обработки давлением»

Рекомендовано 
Редакционно-издательским советом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве методических указаний

А в т о р ы : 
А.А. Анцифиров, Ю.А. Гладков, В.А. Кривошеин, Ю.В. Майстров

                                                                                                         © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016
                                                                                                         © Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-4402-1                                                            МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 

У67
Управление процессами и оборудованием обработки металлов давлением 
в автоматическом режиме : методические указания к выполнению 
лабораторной работы / А. А. Анцифиров [и др. ]. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 21, [4] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4402-1

В методических указаниях представлены базовые сведения об управлении 
процессами и машинами в обработке металлов давлением в автоматическом 
режиме работы с непрерывными циклами рабочих ходов кузнечно-
штамповочного оборудования. Рассмотрены вопросы практического 
создания систем управления кузнечно-штамповочными машинами с автоматическим 
режимом, описаны основные программно-аппаратные средства 
автоматизации и приведен пример моделирования системы управления 
пневматическим молотом в автоматическом режиме штамповки.
Для студентов специальности «Технологии и машины обработки металлов 
давлением».

                                                                                                     УДК 621.7–52
                                                                                                      ББК 34.5

Предисловие

Автоматизация в области кузнечно-штамповочного оборудования (
КШО) отечественного машиностроения позволяет решать 
задачи повышения эффективности и конкурентоспособности отечественного 
заготовительного производства, заводов и машиностроительных 
предприятий. Для автоматизированного управления 
кузнечным оборудованием в области заготовительного производства 
требуется, помимо теоретических знаний, наличие практического 
опыта работы с современными программно-аппаратными 
средствами автоматизации. 
Методические указания к выполнению лабораторной работы 
предназначены студентам старших курсов по дисциплине «Управление 
процессами и оборудованием обработки металлов давлением».
Целью лабораторной работы является освоение теоретических 
навыков лекционного и семинарского материалов для моделирования 
работы кузнечно-штамповочного оборудования в автоматическом 
режиме штамповки с паузой между рабочими ходами, 
в течение которой может осуществляться перенос заготовки на 
следующий переход штамповки. Путем практического изучения 
основных функций программируемых логических контроллеров 
(ПЛК) и реле, среды и элементов систем программного управления 
контроллерами, последующего составления отладочного стенда, 
для физического моделирования работы кузнечно-штамповочных 
машин или их отдельных механизмов студенты получают практические 
знания по составлению алгоритмов работы кузнечно-штамповочных 
машин с числовым программным управлением, разрабатывают 
на основе алгоритмов тестовые программы, проводят 
на отладочных стендах испытания разработанных систем числового 
программного управления автоматической работы кузнечно-
штамповочных машин. 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ 
О СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ 
(в случае автоматической работы КШМ)

Управление кузнечно-штамповочной машиной (КШМ) или 
процессом обработки металлов давлением (ОМД) требуется в случае 
необходимости выдержки рабочего органа в крайнем верхнем 
положении, например, для возможности осуществления переноса 
заготовки из предварительной позиции перехода штамповки на 
следующую. Для аккумулирования энергии удара в других случаях. 
Автоматические управляющие воздействия на объект управления — 
привод КШМ, характеризуются тем, что цель управления 
формируется и задается предварительно, перед запуском КШМ, 
при этом произведена оценка тех или иных параметров объекта, 
изучена реакция объекта на автоматическое воздействие, само 
управление формализовано и реализуется путем автоматического 
воздействия на исполнительные механизмы и сервоприводы 
КШМ. 
Большинство классов и типов КШМ обобщены по элементам 
исполнительных механизмов систем управления, к которым могут 
относиться пневмо- или гидроцилиндры поршневого или плунжерного 
типа, управляемые с помощью электромагнитных пнев-
мо- или гидрораспределителей [1]. 
Автоматический режим работы главных и вспомогательных 
исполнительных механизмов кузнечно-штамповочного оборудования (
КШО) физически удобно моделировать с помощью таких 
средств автоматизации, как: 

• элементы пневмо- и гидроавтоматики;
• элементы электропневмо- и электрогидроавтоматики;
• датчики для мониторинга процессов ОМД.
Помимо обычных пневматические цилиндры в современных 
средствах автоматизации ОМД могут исполнять роль управляемых 
линейных приводов [2] с механическим зацеплением (рис. 1), например 
для транспортировки заготовки между операциями штамповки, 
что существенно упрощает механическую часть устройства 
перемещения поковок.
Краткие сведения об устройстве таких приводов представлены 
ниже.

Рис. 1. Линейный привод Festo:

1 — регулируемое демпфирование в конечных положениях; 2 — каретка механически 
связана с поршнем; 3 — защитная полоса защищает привод от пыли 
и грязи; 4 — корпус профиля; 5 — паз для монтажа и установки датчиков положения; 
6 — поршень; 7 — выбор положения подвода воздуха с любой из трех 
сторон крышки

Продольное представление устройства конструкции линейного 
привода показано на рис. 2.

 

Рис. 2. Продольный разрез линейного привода: 

1 — задняя крышка; 2 — профиль; 
3 — защитная полоска; 4 — поршень с кареткой

Перемещение пневматических линейных приводов достигает 
от 10 до 3000 мм, кроме этого направляющие подобных линейных 

приводов [2] могут воспринимать динамические нагрузки, схематично 
показанные на рис. 3. 
Для обычных условий эксплуатации в ОМД величины динамических 
воздействий на направляющие могут достигать следующих 
значений: 
Fz = 5000 Н
Mx = 32 Нм
My = 750 Нм
Mz = 140 Нм.
Тяжелые производственные условия в ОМД требуют использования 
линейных приводов, направляющие которых способны 
выдерживать значительные динамические нагрузки, значения которых 
могут достигать таких величин, как:
Fy = 5400 Н
Fz = 5600 Н
Mx = 375 Нм
My = 560 Нм
Mz = 540 Нм.
Решение задач автоматизации в ОМД путем использования 
вспомогательных исполнительных механизмов может быть осуществлено 
с помощью линейных приводов (рис. 4), у которых вместо 
механического соединения выполнено магнитное соединение 
каретки [3]. 

 

Рис. 3. Воздействие сил и моментов на линейный привод

Рис. 4. Линейный привод с магнитным соединением

Продольный вид конструктивного исполнения линейных приводов 
с магнитным соединением каретки представлен на рис. 5.

 

Рис. 5. Продольный разрез линейного привода с магнитным соединением 
каретки: 

1 — концевая плита; 2 — направляющие; 3 — каретка; 4 — корпус цилиндра; 
5 — крышки цилиндра 

Рассмотренные выше линейные приводы совокупно можно 
также использовать в комбинации с целью образования простых и 
недорогих трех координатных манипуляторов, служащих, например, 
для переноса и позиционирования заготовки/поковки в штампе (
рис. 6) или перемещения готовой поковки массой до 500 кг на 
манипуляторе арочного типа (рис. 7). 

 

Рис. 6. Комбинированное использование линейных приводов

Управление линейными приводами, как и в случае с обычными 
цилиндрами, осуществляется при помощи распределителей (рис. 8), 
поэтому подача сжатого воздуха в полости цилиндра может осуществляться 
с помощью 5/2 распределителя с электроуправлением от программируемого 
логического контроллера. 
Управление КШО в автоматическом режиме требует согласованности 
работы всех главных и исполнительных механизмов, поэтому 
на практике всегда рассматриваются вопросы работы всех узлов 
КШМ и вспомогательных средств автоматизации согласно их 
временным циклограммам, которые в автоматизации реализуются 
с помощью таймеров.

Рис. 7. Манипулятор арочного типа на базе линейных приводов с механическим 
зацеплением: 

1 — захваты; 2 — опоры; 3 — линейный привод; 4 — узлы разводки пневмомаги-
стралей и кабелей; 5 — узел крепления приводов

Рис. 8. Пневматическая схема управления линейными 
приводами: 

1 — пневматический цилиндр; 2 — регулируемый дроссель 
с обратным клапаном; 3 — распределитель

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА 
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КШО 
(в автоматическом режиме)

Для реализации аппаратной части системы числового программного 
управления (ЧПУ) как основными механизмами КШО 
ударного действия, так и вспомогательными средствами автоматизации, 
которые рассмотрены выше, для технологического процесса 
ОМД достаточным будет использование программируемого реле 
LOGO! с аналоговым модулем ввода/вывода сигналов обратной 
связи и управления [4] (рис. 9) компании Siemens. Необходимые 
сведения о функциональности и эксплуатации этого реле подробно 
изложены в документации [4]. 
Построение системы ЧПУ для работы КШО в автоматическом 
режиме должно осуществляться в специальной среде программирования 
LOGO! Soft Comfort [5] компании Siemens (рис. 10). 

Рис. 9. Программируемое реле LOGO! Basic с аналоговым модулем выходов:

1 — клеммы подключения цепей нагрузки; 2 — дисплей; 3 — интерфейс подключения 
текстового дисплея; 4 — клеммы подключения цепей питания; 5 — клеммы 
подключения входных цепей; 6 — интерфейс внутренней шины; 7 — интерфейс 
карты памяти/кабеля LOGO!–PC; 8 — клавиатура