Управление процессами и оборудованием обработки металлов давлением с циклами автоматических рабочих ходов

Управление процессами 

и оборудованием обработки металлов давлением 

с циклами автоматических рабочих ходов

Методические указания 

к выполнению лабораторной работы

Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана

УДК 621.7–52
ББК 34.5
У67

Авторы:
А.А. Анцифиров, Ю.А. Гладков, В.А. Кривошеин, Ю.В. Майстров

У67

ISBN 978-5-7038-4403-8

В методических указаниях изложены сведения, необходимые для 
освоения базовых принципов управления процессами и машинами в обработке 
металлов давлением в автоматическом режиме работы с циклами 
рабочих ходов и технологической паузой между ними, которая нужна для 
выполнения вспомогательных операций.
Рассмотрены практические вопросы создания систем управления кузнечно-
штамповочными машинами, описаны базовые программно-аппаратные 
средства автоматизации и приведен пример моделирования системы управления 
пневматическим молотом в автоматическом режиме с паузой между циклами 
штамповки. 
Для студентов специальности «Технологии и машины обработки металлов 
давлением».

                                                        УДК 621.7–52
                                                                                     ББК 34.5

                                                                               © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 
                                                                                     © Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-4403-8                                          МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/48/book1422.html

Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Технологии обработки давлением»

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

Управление процессами и оборудованием обработки металлов давлением 
с циклами автоматических рабочих ходов : методические указания к 
выполнению лабораторной работы / А. А. Анцифиров [и др.].  — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 18, [6] с. : ил.

Предисловие

Для решения задач повышения эффективности и конкурентоспособности 

отечественного 
заготовительного 
производства, 
заводов и машиностроительных предприятий актуальным становится 
вопрос в области автоматизации кузнечно-штамповочного 
оборудования отечественного машиностроения. Постановка целей 

автоматизированного 
управления 
кузнечно-штамповочным 
оборудованием в области заготовительного производства требует 
решения задач, к которым относятся не только приобретение теоретических 
знаний, но и получение практического опыта и навыков 
работы с современными программно-аппаратными средствами 
автоматизации. 
Методические указания к выполнению лабораторной работы для 
студентов старших курсов по дисциплине «Управление процессами и 
оборудованием обработки металлов давлением».
Целью лабораторной работы является освоение теоретических 
знаний лекционного и семинарского материалов для моделирования 
работы штамповочного молота в автоматическом режиме штамповки с 
циклами рабочих ходов, между которыми должна быть пауза, которая 
может быть необходима для выполнения вспомогательных операций, 
например, роботом-манипулятором. 
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, их отдельных механизмов 
студенты получают практические знания по составлению алгоритмов 
циклической работы кузнечно-штамповочных машин с числовым 
программным управлением, разрабатывают на основе алгоритмов тестовые 
программы, проводят на отладочных стендах испытания разработанных 
систем числового программного управления. 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ  
АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ КШМ

Управление кузнечно-штамповочной машиной (КШМ) или 
процессом обработки металлов давлением (ОМД) для случая работы 
КШМ с циклами выполнения технологических операций и переходов 
штамповки в автоматическом режиме характеризуется тем, 
что управляющие воздействия на объекты управления КШМ основываются 
на логике причинно-следственных связей. То есть цикл 
автоматической работы КШМ должен заканчиваться после выполнения 
требуемого количества рабочих ходов (переходов) штамповки 
и выполняться только в том случае, когда завершилось время, отведенное 
на работу вспомогательных устройств автоматизации. 
Формализация и последующая реализация управляющих воздействий 
на объекты управления в таком случае должна быть определена 
предварительно и логика управляющих воздействий на 
КШМ должным образом синхронизирована с логикой управления 
вспомогательными устройствами автоматизации технологического 
процесса штамповки. 
Кузнечно-штамповочное 
оборудование 
(КШО) 
и 
вспомогательные 
средства автоматизации, например роботы-манипуляторы, 
по своим классам и типам могут быть обобщены по элементам исполнительных 
механизмов систем управления, основанных на использовании 
пневматических или гидравлических элементов [1]. 
Подобное оборудование удобнее всего физически моделировать с 
помощью пневматических или гидравлических цилиндров плунжерного, 
а также поршневого типа. Управление положением таких 
цилиндров осуществляется с помощью электропневмо- или гидро- 
распределителей, а мониторинг текущего положения – с помощью 
датчиков дискретного или аналогового типа. 
Автоматизация в ОМД, помимо обычных цилиндров и управляемых 
линейных приводов на пневматическом приводе поступательного 
действия, может быть реализована с помощью поворотных 
приводов (рис. 1) пневматического типа [2]. 
Детальное конструктивное устройство привода продемонстрировано 
на рис. 2. 
Угол поворота приводов варьируется от 0°до 360°, момент, который 
может передавать такие поворотные приводы, достигает 150 Нм. 
Решение технологических задач ОМД может быть осуществлено 
также при помощи средств пневмоавтоматики [3], для этого 
можно использовать тандем-цилиндр (рис. 3).

Рис. 1. Поворотный пневматический привод

Рис. 2. Устройство поворотного привода:

1 — корпус цилиндра; 2 — задняя крышка
  

Рис. 3. Тандем-цилиндр

Ход цилиндров достигает 150 мм, а сила, которую эти цилиндры могут 
развивать, — 18281 Н (1864 тс). Используя такие цилиндры, можно 
выполнять технологические операции деформирования. Устройство тандем-
цилиндров показано на рис. 4.

Рис. 4. Конструктивное устройство тандем-цилиндра

1 — поршень; 2 — передняя и задняя крышки цилиндра; 3 — корпус цилиндра

Всю совокупность средств пневмоавтоматики можно собирать в 
модульные узлы и конструкции, используя полученные решения автоматизации 
в ОМД как для технологических, так и для вспомогательных 
операций. Такие модули автоматизации (рис. 5) способны воспринимать 
комбинированные нагрузки и осуществлять вспомогательные 
операции, например, межоперационный перенос заготовок от одной 
позиции технологической цепочки процесса ОМД к другой [4]. 
Процесс фиксации и удержания заготовок на подобных модулях 
автоматизации осуществляется при помощи специальных захватов, 
которые могут быть двух- или трехточечными [5]. Сила сжатия на таких 
захватах достигает 770 Н на каждую губку. Пример двухточечного 
захвата и его конструктивное исполнение показаны на рис. 6, 7.
Управление рассмотренными выше средствами автоматизации 
удобно осуществлять с помощью электропневмораспределителей от 
ПЛК. 
Современные задачи автоматизации КШО требуют согласованной 
работы главных механизмов и вспомогательных устройств, рассматриваемых 
в рамках практических занятий, чье слаженное функционирование 
должно осуществляться благодаря обеспечению временных 
циклограмм работы КШО с помощью таймеров ПЛК. Помимо согласованности 
работы КШО часто возникает необходимость осуществить 
заданное количество технологических операций, например, для случаев 
автоматизированной штамповки поковок на молотах или вырубки 
нужного количества отверстий по ширине ленты с заданным шагом. 
Для решения подобных задач в автоматизации процессов ОМД используются 
счетчики. 

Рис. 5. Комбинация линейных и поворотных приводов модуля 
перемещения заготовок

Рис. 6. Двухточечный захват:

1 — фиксатор губок захвата; 2 — клин с принудительным управлением; 3 — поршень 
с магнитом

Рис. 7. Конструктивное исполнение двухточечного захвата:

1 — крышка; 2 — фиксатор губок захвата; 3 — поршень с магнитом; 4 — корпус захвата

Рассматриваемые задачи управления КШО в ОМД следует решать 
на базе современных программно-аппаратных средств автоматизации 
технологических процессов. 

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ 
УПРАВЛЕНИЯ КШО В АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ 
С ЦИКЛАМИ ОПЕРАЦИЙ

Числовое программное управление (ЧПУ) исполнительными механизмами 
КШО и совокупностью средств автоматизации, рассмотренных 
выше, может быть аппаратно осуществлено при помощи 
программируемого реле LOGO!Basic с соответствующими модулями 
расширения для ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов 
управления, а также для обратной связи (рис. 8).
Подробные сведения о функциональности и эксплуатации 
этого реле изложены в документации [6]. 
Построение системы ЧПУ для работы КШО в автоматическом режиме 
с циклами операций необходимо выполнять в специальной среде 
программирования LOGO! Soft Comfort [7, 8] компании Siemens. 
Элементы, с помощью которых должно осуществляться программирование 
логики согласованной работы КШО и средств автоматизации 
с учетом реализации циклов работы оборудования, 
нужно выбирать на панели инструментов программирования или 
путем активации на панели инструментов соответствующей функ-

циональной группы программных элементов Co (Constant) или SF 
(Special Function) [8].

БЛОК-СХЕМЫ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ КШМ 
В АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ 
И ЦИКЛАМИ ОПЕРАЦИЙ

Последовательность работы главных исполнительных механизмов 
КШМ и средств автоматизации удобно формализовывать с помощью 
блок-схемы алгоритма работы системы управления КШО. 
Пример блок-схемы алгоритма циклов работы в автоматическом режиме 
физической модели штамповочного молота при его запуске от нажатия 
кнопки, вызывающего перемещение вниз ударной массы, может 
быть составлен согласно рис. 9. Задание разгона ударной массы штамповочного 
молота осуществляется параметром T1 и во время моделирования 
работы штамповочного молота, перед его ходом вниз, будет выдерживаться 
соответствующая пауза. Выполнение паузы между циклами 
рабочих ходов молота задается параметром T2. 
Подобный алгоритм можно использовать для моделирования 
работы циклов рабочих ходов других КШМ с выдержкой рабочего 
органа в крайнем верхнем положении в пределах одного цикла, необходимой, 
например, для работы грейферного перекладчика поковок 
между переходами штамповки, а пауза между циклами может 
быть нужна для работы роботов-манипуляторов. 

Рис. 8. Программируемое реле LOGO! Basic с модулями расширения

Рис. 9. Блок-схема алгоритма перемещения ударной массы 
штамповочного молота вниз