[发明专利]大尺寸金属钣金件精密超塑气胀成形自动控制系统

说明书

技术领域

本发明属于先进机械制造自动化装备领域。具体是涉及一种大尺寸金属钣金件精密超塑气胀成形自动控制系统。

背景技术

超塑气胀成形技术在现代的航空、航天及交通车辆制造领域占据重要地位。目前，金属钣金件超塑气胀成形过程主要采用人工手动完成，气压调节的难度较大，劳动强度高；人工操作具有较大的主观性和局限性，且人工无法实现按材料的理论P-T曲线进行调节，导致控制精度低，加剧了零件厚度变薄不均匀程度，降低了零件的成形质量和力学性能。尤其大尺寸零件的精确控制将显著提高产品的性能。

发明内容

本发明的目的是解决当前工业用超塑气胀成形过程中控制系统的设计和应用问题，提供一种可批量生产大尺寸金属钣金件精密超塑气胀成形的自动控制系统，以提高超塑气胀成形操作的自动化程度和精度，减轻工人的劳动强度。

实现以上目的所采用的技术方案为：包括气源、总减压阀、总电磁阀、气压传感器、下模减压阀、上模进气电磁阀、上模放气电磁阀、下模进气电磁阀、下模放气电磁阀、上位机、超塑气胀成形装置、温度控制仪、执行机构，其中气源的出口通过管道与总减压阀同轴相连，总减压阀的出口通过管道连于执行机构的入口。气压传感器安装在执行机构的输出端，总电磁阀的输入端连于执行机构的输入端，总电磁阀的输出端连于执行机构的输出端，气压传感器的输出端分别连于上模进气电磁阀的输入端和下模减压阀的输入端，上位机分别通过RS485总线连于执行机构和气压传感器，下模减压阀的输出端通过管道连于下模进气电磁阀的输入端，下模进气电磁阀的输出端通过管道连于下模放气电磁阀的输入端，下模放气电磁阀安装在下模的放气管道处，上模进气电磁阀的输出端通过管道连于上模放气电磁阀的输入端，上模放气电磁阀安装在上模出气管道处，超塑气胀成形装置的上模端连于上模进气电磁阀的输出端和上模放气电磁阀的输入端连接处，超塑气胀成形装置的下模端连于下模进气电磁阀的输出端和下模放气电磁阀输入端的连接处，上模进气电磁阀、上模放气电磁阀、下模进气电磁阀、下模放气电磁阀均分别通过隔离I/O接口连于上位机，与超塑气胀成形装置相连的温度控制仪通过RS485总线连于上位机。所述执行机构包括控制减压阀、步进电机、步进电机控制器，其中，步进电机与控制减压阀通过旋转轴轴向连接，步进电机控制器的三相交流输出连于步进电机的输入，控制步进电机的转速和方向，步进电机控制器的输入端分别通过转速I/O接口和方向I/O口连于上位机。所述的超塑气胀成形装置包括加热电阻丝和温度传感器，置于超塑气胀成形装置内的加热电阻丝与温度传感器相连，温度传感器通过电缆连于与上位机相连的温度控制仪。

本发明的优点在于：

(1)执行机构利用电磁阀和减压阀的并联安装，可以灵活和可靠的实现“自动功能”和“手动功能”的切换；采用基于RS485总线的主从式控制，RS485总线的使用可以使得系统的数据远程传输更为可靠，主从控制方式可方便的进行系统装配、集成和维护；

(2)电磁阀阵列的使用和上位机的隔离I/O控制简化了气路设计，使得气路的控制更加高效、可靠和方便，同时也简化了上位机的软件设计；大功率步进电机的使用能够适应各种尺寸零件的成形操作，且避免了较大的控制累计误差。

(3)整体方案利用对系统建模的方法，实现了对超塑气胀成形的自动化操作，大大减少了人工干预的程度，提高了大尺寸钣金件超塑气胀成形的精密度。

4、附图说明

图1：大尺寸金属钣金件精密超塑气胀成形自动控制系统

图2：执行结构示意图

图3：超塑气胀成形装置示意图

图中：1、气源2、总减压阀3、总电磁阀4、控制减压阀5、步进电机6、气压传感器7、下模减压阀8、上模进气电磁阀9、上模放气电磁阀10、下模进气电磁阀11、下模放气电磁阀12、上位机13、超塑气胀成形装置14、温度控制仪15、步进电机控制器16、执行结构17、加热电阻丝18、温度传感器

5、具体实施方式

现结合附图1、附图2和附图3详细说明本发明的具体实现方式。

一种大尺寸金属钣金件精密超塑气胀成形自动控制系统，主要包括三个子系统：自动功能/手动功能切换子系统、系统的校正子系统、金属钣金件的超塑气胀成形子系统等。