本发明涉及精锻机控制系统技术领域，提供了一种精锻机操作机夹头旋转协作定量控制方法。该方法对于每个锻打道次均包括：针对每个锻打道次输入精锻机锻造工艺参数；建立二维直角坐标系，计算锤头锻打间歇时间，夹头旋转速度满足的要求，选择夹头旋转速度；通过锤头位置变化曲线，计算出蜗杆沿轴向运动的滑套的期望位置函数；电液位置伺服工作系统在滑套的期望位置函数控制下，夹头带动锻件以设定恒定速度转动，以配合锻件锻打；两侧操作机配合在导轨上进给，直至锻件锻后直径满足要求，结束当前锻造道次。本发明避免了锻件被锤头下压时产生旋转，扭曲；协调完成锻打过程；弥补了对夹头定量控制的空白。
一种精锻机操作机夹头旋转协作定量控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及精锻机控制系统技术领域，尤其涉及一种精锻机操作机夹头旋转协作定量控制方法。
背景技术
[0002] 精锻机，国外又称“径向锻机”，是由对称布于锻造箱的四锤头对中心的红热锻件进行往复锤打的大型工业精密锻造设备，整机包含了电气、机械以及液压的综合技术，是世界上最先进的锻造设备之一。世界上精锻机以奥地利GFM公司生产的精锻机最为典型。GFM精锻机按功能模块划分可为主机、旋转夹持夹头组件、液压组件、电控组件及辅助系统。由于GFM精锻机拥有较高的锻造精度和控制精度，在加工特种材料时有着无与伦比的优势，已成为军工单位和重点行业的关键设备。国内精锻机在国防军工、航空航天、机械制造以及民用高端锻造工艺领域如冶金等用途广泛。如在国防军工行业加工各类火炮炮管、枪械的来复线和弹膛，以及飞机、高铁、船舶、汽车等高强度车轴等领域作用突出。在其他领域，如精锻机还可以用做高强度、低塑性难熔金属开坯。
[0003] 主机锻造箱位于机器中央，两侧是操作机，操作机是精锻机最为重要的控制设备，上方是操作机夹头旋转的动力来源即电机，一侧是机械手即夹头，另一侧是抽芯油缸和送料油缸。两夹头结构相同用来实现待锻工件夹持、旋转、分度与制动运动。精锻机在正常工作时，锻件一边旋转一边沿导轨进给，同时中央锻造箱内四锤头以某一锻打频率对锻件进行脉冲式锻打。
[0004] 在锤头接触锻件的锻打期，锻件被锤头紧紧抱住，若锻件继续旋转，必使得锻件因硬拽产生内部晶体组织扭曲。GFM精锻机夹头的旋转控制一般利用蜗轮蜗杆结构,利用变频电机控制蜗杆旋转速度，利用液压系统通过蜗杆移动实现蜗轮(夹头)旋转的振荡性启停功能。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种精锻机操作机夹头旋转协作定量控制方法，以解决现有技术中无法克服的锻件锻造过程中锻件被锤头下压时产生旋转，扭曲的问题。
[0006] 本发明提供了一种精锻机操作机夹头旋转协作定量控制方法，针对不同锻件的完整锻造过程，分为多个锻打道次，对于每个锻打道次均包括：
[0007] S1针对每个锻打道次输入精锻机锻造工艺参数；
[0008] S2建立二维直角坐标系，选择锤头锻打时间起点和位置起点，计算锤头锻打间歇时间；
[0009] S3基于所述锻造工艺参数，计算出夹头旋转速度满足的要求，选择夹头旋转速度；
[0010] S4基于所述夹头旋转速度，通过锤头位置变化曲线，计算出蜗杆沿轴向运动的滑套的期望位置函数；
[0011] S5将所述滑套的期望位置函数以电信号形式输入至电液位置伺服工作系统；
[0012] S6所述电液位置伺服工作系统在所述滑套的期望位置函数控制下，使得夹头旋转停止时间内，所述锤头锻打所述锻件，在所述锤头锻打间歇期间，所述夹头带动所述锻件以设定恒定速度转动，以配合所述锻件完成锻打；
[0013] S7两侧操作机互相配合在导轨上进给，直至所述锻件锻后直径满足要求，则结束当前锻造道次。
[0014] 进一步地，所述精锻机锻造工艺参数，包括：锻打频率，夹头旋转速度，锻件锻前半径，锻后半径，偏心轴半径，偏心距，夹头滞后角度，滑套长度，夹头旋转驱动电机的速度，皮带上的减速比，蜗杆转动转化至蜗轮转动的减速比。
[0015] 进一步地，所述精锻机锻造系统锻造锻件过程是基于精锻机主机锻造箱内四锤头依靠偏心轴做偏心运动推动连杆往复运动进行的。
[0016] 进一步地，所述S2中锤头锻打间歇时间的计算式如下：
[0017] T'＝T‑TΔ
[0018] TΔ＝T1+T2
[0019] 其中，T'为锤头锻打间歇时间，T为锤头锻打周期即锻打频率的倒数，TΔ为夹头旋转停止时间间隔，T1为锤头接触锻件开始至锤头压下至锻件产生最大形变时的时间，T2为避免锻件与锤头接触造成损伤而设定的旋转滞后时间，为锻件产生最大形变时到锻件恢复旋转时的时差。
[0020] 进一步地，所述T1的获得，包括：建立所述二维直角坐标系，以偏心点A为坐标原点(0,0)，过偏心点A作水平线记为X轴，过A垂直X轴方向作竖直线记为Y轴，以A与A1两点作直线，该直线与X轴正向所夹的角称作偏心角记为θ，则以A1为圆心，偏心轴半径R为半径的圆为R圆，所述R圆绕偏心点A作逆时针旋转运动，则R圆上任取一点Q坐标用以下方程式表示：
[0021] (x‑acosθ)2+(y‑asinθ)2＝R2
[0022] 其中，x，y分别为Q点的横坐标和纵坐标，a为偏心距，
[0023] 令y＝asinθ，获得R圆在围绕偏心点A做圆周运动时在水平方向产生的位移，所述Q点在水平方向的位移即为锤头在水平方向锻打时的位移，则Q点横坐标的变化反应了所述锤头沿水平方向运动的位移变化，则所述锤头在水平方向往复锻打时的位移变化如下式：
[0024] x＝R+acosθ
[0025] 其中，x∈[R‑a,R+a]，此时x表示锤头在水平方向锻打时的位移变化；
[0026] 所述锤头开始接触锻件至锤头压下至锻件产生最大变形时位置之间的距离的表达式如下：
[0027] h＝(R+acosθ1)‑(R‑a)
[0028] ＝acosθ1+a
[0029] 其中，θ1是钝角，代表某一时刻的确定的偏心角；
[0030] 基于所述锤头开始接触锻件那一刻的位置与锤头下压至锻件达最大变形处位置之间的距离，同时是所述锻件锻前半径与设定的期望锻后半径之差，获得如下表达式：
[0031] h＝R1‑r
[0032] 其中，R1为锻件锻前半径，r为设定的期望锻后半径；
[0033] 令所述锤头开始接触锻件那一刻的位置与锤头下压至锻件达最大变形处位置之间的距离的表达式与所述锻件锻打前初始半径与设定的期望锻后半径r之差的表达式相等，求得θ1；
[0034] 基于所述精锻机在锻打开始后锻打频率保持不变，故锤头接触锻件开始至锤头压下至锻件产生最大形变时的时间T1在每次锻打中保持不变，根据R圆转动时，转动角速度而ω＝2πf，所以经过ΔT＝T1时间后，Δθ＝|θ1‑π|＝ω×ΔT＝2πfT1，解得T1，其中，f为精锻机在锻打开始后锻打频率，单位Hz。
[0035] 进一步地，所述T2的获得，包括：
[0036] 基于锤头从θ＝π开始回退时，对应水平X轴正方向，使得所述夹头滞后α°角度才能恢复旋转，以避免锻件恢复旋转的振动与锤头表面摩擦，其滞后时间可按下式求得：
[0037]
[0038] 基于所述锤头接触锻件并压下锻件开始至锤头压下至距离锻件最近的时间为T1，锤头从距离锻件最近位置回退开始时，考虑到锻件恢复旋转时产生振动，为避免锻件与锤头接触造成损伤，设定旋转滞后时间T2，计算出夹头旋转停止时间间隔。
[0039] 进一步地，所述S3中夹头旋转速度的获得，包括：
[0040] 基于每锻打一次后夹头控制锻件转过的角度、锻件锻后半径，单个锤头在相邻两次锻造后，锻件被锻后形成的肩部的关系式如下：
[0041]
[0042] 其中，α为每锻打一次后夹头控制锻件转过的角度、r为锻件锻造后半径、H为单个锤头在相邻两次锻造后，锻件被锻后形成的肩部；
[0043] 精锻机主机锻造箱内共有四个锤头，两两呈90度，并空间对称布置，经相邻两次锻打，相邻两锤头产生肩部，获得在锻件表面因肩部引起的直径误差的关系式如下：
[0044]
[0045] 其中，ε为在相邻两次锻打后锻件表面因肩部引起的直径误差，
[0046] 基于锻制圆钢国家标准对圆钢直径允许偏差规定，获得所述在锻件表面因肩部引起的直径误差与所述圆钢直径的关系式如下：
[0047] ε<0.02r
[0048] 解得α<16.12°
[0049] 由于α还满足如下关系式：
[0050] α＝v×360°/f
[0051] 基于偏心轴旋转了一周360度，所述锻件旋转一次，若每锻打一次夹头旋转的度数是16.12°，则计算出所述夹头旋转速度应满足的条件如下：
[0052] v×360°/f<16.12°
[0053] 其中，v为夹头旋转速度，单位r/s；
[0054] 基于夹头旋转驱动电机的速度，皮带上的减速比，蜗杆转动转化至蜗轮转动的减速度比，蜗轮转动同时为夹头转动，则夹头旋转速度的计算式如下：
[0055] v＝k1×k2×n
[0056] 其中，n为夹头旋转驱动电机的速度，单位r/min，k1为皮带上的减速比，k2蜗杆转动转化至蜗轮转动的减速度比，v为夹头旋转速度。
[0057] 进一步地，所述S4中滑套的期望位置函数的获得，包括：
[0058] 根据θ从0开始增大至360度，则锤头从距离锻件最远端开始做周期性的往复运动，将θ＝0位置作为每次锻造工作开始时锤头的初始位置，建立所述锤头位置变化的坐标系，在一个偏心运动周期内，锤头运动的位置曲线Γ为：
[0059] Γ＝R+acosθ
[0060] ＝R+acos(2πft)
[0061] 以锤头距离锻件最远端为启动锻打0时刻点，以蜗轮蜗杆完全啮合时的位置为滑套位移曲线的坐标原点，沿水平向右方向为滑套位移方向，建立滑套运动曲线的空间坐标系，所述锤头距离所述锻件最远，当所述锤头位置以正弦规律变化做进锤操作时逐渐接近锻件，蜗杆上的滑套要逐渐远离原点位置，滑套的位移变化也为正弦曲线，获得滑套的期望位置函数如下：
[0062] Γ'＝Z‑Z×cos(2πft)
[0063] 其中，Γ’为滑套的期望位置函数；
[0064] 基于Z的两倍值代表滑套前进至最大行程处的位置坐标，所述蜗轮和所述蜗杆早已分离不再啮合，使得在所述锤头下压至所述锻件达最大变形时所述夹头不再旋转，则当所述锤头在进锤时开始接触所述锻件的那一时刻，滑套前进至蜗轮蜗杆啮合与不啮合的临界位置为滑套长度的一半；
[0065] 设滑套长度为L，锻打周期为 则有：
[0066]
[0067] 其中t值为：
[0068]
[0069] 取k＝0，即第一个锻打周期计算，Z可由下式计算：
[0070]
[0071] 进一步地，所述夹头旋转停止期间是由所述蜗杆一端设置的液压油缸推动所述滑套做往复直线位移，且反向推动起到所述夹头旋转恢复时的加速作用的。
[0072] 本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
[0073] 1.本发明通过在锤头接触锻件的锻打期，避免了锻件被锤头紧紧抱住时所述锻件继续旋转，锻件因硬拽产生内部晶体组织扭曲；
[0074] 2.本发明通过GFM精锻机夹头的旋转控制一般利用蜗轮蜗杆结构,通过求得变频电机控制蜗杆旋转速度，在液压系统通过蜗杆移动实现夹头旋转的振荡性启停功能，协调完成锻件锻打过程。
附图说明
[0075] 为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0076] 图1是本发明提供的一种精锻机操作机夹头旋转协作定量控制方法的流程图；
[0077] 图2是本发明提供的主机锤头偏心锻打原理简图；
[0078] 图3是本发明提供的压下量和锻件锻打前后直径的关系图；
[0079] 图4是本发明提供的相邻锻打过程中夹头旋转过程简图；
[0080] 图5是本发明提供的精锻机夹头旋停工作原理。
具体实施方式
[0081] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0082] 下面将结合附图详细说明根据本发明提供的一种精锻机操作机夹头旋转协作定量控制方法。
[0083] 图1是本发明提供的一种精锻机操作机夹头旋转协作定量控制方法的流程图。
[0084] 针对不同锻件的完整锻造过程，分为多个锻打道次，对于每个锻打道次均包括以下步骤：
[0085] S1针对每个锻打道次输入精锻机锻造工艺参数。
[0086] 精锻机锻造系统锻造锻件过程是基于精锻机主机锻造箱内四锤头依靠偏心轴做偏心运动推动连杆往复运动进行的。
[0087] 其中，精锻机锻造工艺参数包括：锻打频率，夹头旋转速度，锻件锻前半径，锻后半径，偏心轴半径，偏心距，夹头滞后角度，滑套长度，夹头旋转驱动电机的速度，皮带上的减速比，蜗杆转动转化至蜗轮转动的减速度比。
[0088] 精锻机锻造系统锻造锻件过程是基于精锻机主机锻造箱内四锤头环绕偏心轴做偏心运动推动连杆往复运动进行的。
[0089] 当时间从0开始逐渐增大，滑套质心位置从(0，0)开始按照正弦曲线逐渐增加，锤头位置从水平最大位移处逐渐减小；当锤头开始接触并锻压工件时，滑套质心位置水平前进至滑套长度一半处时，蜗轮与滑套开始分离，夹头旋转开始停止，之后随着时间继续增加，滑套继续沿水平右方向前进，锤头位置继续减小；当滑套前进至水平向右最大极限位置，锤头位置也到达下压行程的最小极限位置，锻件达最大变形状态，滑套与蜗轮早已无法啮合致使夹头不再旋转，当时间继续增大，锤头开始做退锤运动，滑套也开始后退，如此往复，完成锻打过程。
[0090] S2建立二维直角坐标系，选择锤头锻打时间起点和位置起点，计算锤头锻打间歇时间；
[0091] 锻件旋转的机械传动主要依赖于夹头内滑套实现的。操作机顶部动力电机在锻造过程中持续工作，电机通过轴输出扭矩，经皮带轮降速，驱动同轴蜗杆转动，动力再通过蜗轮蜗杆机构传递给蜗轮，带动蜗轮旋转，而蜗轮又与内滑套固连，从而带动内滑套旋转，进而实现夹头旋转。
[0092] 易知锻打周期即锻打频率f的倒数，是锤头压下并抱紧锻件的时间，该时间是夹头停止旋转的时间与间歇期也就是夹头带动锻件沿径向旋转的时间之和。
[0093] 夹头旋转停止时间间隔为TΔ，锤头接触锻件并压到最大变形的时间为T1，锤头退出时为避免坯料的损伤而设定的旋转滞后时间为T2，易得：S2中锤头锻打间歇时间的计算式如下：
[0094] T'＝T‑TΔ
[0095] TΔ＝T1+T2 (1)
[0096] 其中，T'为锤头锻打间歇时间，T为锤头锻打周期即锻打频率的倒数，TΔ为夹头旋转停止时间间隔，T1为锤头接触锻件开始至锤头压下至锻件产生最大形变时的时间，T2为避免锻件与锤头接触造成损伤而设定的旋转滞后时间，为锻件产生最大形变时到锻件恢复旋转时的时差。
[0097] 中央锻造箱的四锤头在锻料过程中从接触锻件开始至锤头脱离，此间夹头夹持锻件不应出现转动，其时间T1(单位s)与锻打频率f(单位r/s)、偏心距a(单位m)、压下量h(单位m)有关。
[0098] 精锻机主机锻造箱内四锤头锻打过程是基于偏心轴的偏心运动，由于锻造箱内四锤头(可设为左、右、上、下侧锤头)在空间中互相间隔90度对称布置，现以右侧锤头往复锻打运动过程为例，经简化，如图1所示，圆心A1半径为R的圆(记为R圆，其代指偏心轴)绕偏心点A作逆时针旋转运动，偏心距为a，锤头(左侧梯形所示)随R圆的偏心转动在水平方向形成往复运动，形成脉冲式锻打过程。锤头沿水平方向运动的位移可由R圆上某点坐标的水平横坐标计算获得，具体计算过程如下：
[0099] 图2是本发明提供的主机锤头偏心锻打原理简图。
[0100] T1的获得，包括：
[0101] 建立所述二维直角坐标系，以偏心点A为坐标原点(0,0)，过偏心点A作水平线记为X轴，过A垂直X轴方向作竖直线记为Y轴，以A与A1两点作直线，该直线与X轴正向所夹的角称作偏心角记为θ，则以A1为圆心，偏心轴半径R为半径的圆为R圆，所述R圆绕偏心点A作逆时针旋转运动，则R圆上任取一点Q坐标用以下方程式表示：
[0102] (x‑acosθ)2+(y‑asinθ)2＝R2 (2)
[0103] 其中，x，y分别为Q点的横坐标和纵坐标，a为偏心距，
[0104] 令y＝asinθ，获得R圆在围绕偏心点A做圆周运动时在水平方向产生的位移，Q点在水平方向的位移即为锤头在水平方向锻打时的位移，则Q点横坐标的变化反应了锤头沿水平方向运动的位移变化，则锤头在水平方向往复锻打时的位移变化如下式：
[0105] x＝R+acosθ (3)
[0106] 其中，x∈[R‑a,R+a]，此时x表示锤头在水平方向锻打时的位移变化；
[0107] 以坐标系x轴正向为锤头回退方向，负向为下压方向，R圆逆时针围绕A旋转分析，当θ＝0+2kπ,(k＝0,1,2L)时，锤头在距离锻件最远位置在x轴最右侧，当θ＝π+2kπ,(k＝0,1,2L)时，锤头下压接触锻件锻造至最大锻造量，此时也是锻件最大变形处，获得坐标系下，锤头在水平方向位移(也即在一个锻打周期锤头的行程)的范围是 其中，x
表示锤头在水平方向锻打时的位移变化；
[0108] 锤头开始接触锻件那一刻的位置与锤头下压至锻件达最大变形处位置之间的距离的表达式如下：
[0109] 锤头开始接触锻件那一刻的位置为对应R圆上代表锤头水平位移变化的参考点Q点横坐标取某一特定θ1的情况，与锤头下压至锻件达最大变形处位置(对应θ＝π+2kπ,(k＝0,1,2L))之间的距离，考虑到水平向右为坐标系，为使距离为正，该距离如下：
[0110]
[0111] 其中，是钝角，代表某一时刻的确定的偏心角；
[0112] 图3是本发明提供的压下量和锻件锻打前后直径的关系图。
[0113] 基于锤头开始接触锻件那一刻的位置与锤头下压至锻件达最大变形处位置之间的距离，同时是锻件锻前半径与设定的期望锻后半径之差，获得如下表达式：
[0114] h＝R1‑r (5)
[0115] 其中，R1为锻件锻打前初始半径，r为设定的期望锻后半径；
[0116] 令锤头开始接触锻件那一刻的位置与锤头下压至锻件达最大变形处位置之间的距离的表达式与锻件锻打前初始半径与设定的期望锻后半径r之差的表达式相等，即令公式(4)与公式(5)相等，则求得θ1。
[0117] 基于精锻机在锻打开始后锻打频率保持不变，故锤头接触锻件开始至锤头压下至锻件产生最大形变时的时间T1在每次锻打中保持不变，根据R圆转动时，转动角速度而ω＝2πf，所以经过ΔT＝T1时间后，Δθ＝|θ1‑π|＝ω×ΔT＝2πfT1，解得T1，其中，f为精锻机在锻打开始后锻打频率，单位Hz，于是T1即得。
[0118] T2的获得，包括：
[0119] 基于锤头从θ＝π开始回退时，对应水平X轴正方向，使得夹头滞后α。角度才能恢复旋转，以避免锻件恢复旋转的振动与锤头表面摩擦，其滞后时间可按下式求得：
[0120]
[0121] 基于锤头接触锻件并压下锻件开始至锤头压下至距离锻件最近的时间T1和为锤头退出时为锤头从距离锻件最近位置回退开始时，考虑到锻件恢复旋转时产生振动，为避免锻件与锤头接触造成损伤，设定旋转滞后时间T2，计算出夹头旋转停止时间间隔。
[0122] 采用经验法，具体实现如下：由工程师根据经验，得出θ2与θ3所夹角 的值(例如θ2＝150°，θ3＝210°时所夹角为 )，假设当锤头在θ＝θ2时开始接触锻件进行锻打，在θ＝θ3时锤头在回退中开始脱离锻件，显然θ从θ2开始到θ3这一过程，四锤头处在接触锻件并锻打的状态，此过程所耗时间即为夹头旋转停止时间间隔TΔ，按下式求得：
[0123]
[0124] S3基于所述锻造工艺参数，计算出夹头旋转速度满足的要求，选择夹头旋转速度；
[0125] 图4是本发明提供的相邻锻打过程中夹头旋转过程简图。
[0126] S3中夹头旋转速度的获得，包括：
[0127] 基于每锻打一次后夹头控制锻件转过的角度、锻件锻后半径，单个锤头在相邻两次锻造后，锻件被锻后形成的肩部的关系式如下：
[0128]
[0129] 其中，α为每锻打一次后夹头控制锻件转过的角度、r为锻件锻造后半径、H为单个锤头在相邻两次锻造后，锻件被锻后形成的肩部；
[0130] 精锻机主机锻造箱内共有四个锤头，两两呈90度，并空间对称布置，经相邻两次锻打，相邻两锤头产生肩部，获得在锻件表面因肩部引起的直径误差的关系式如下：
[0131]
[0132] 其中，ε为在相邻两次锻打后锻件表面因肩部引起的直径误差，
[0133] 基于锻制圆钢国家标准对圆钢直径允许偏差规定，获得在锻件表面因肩部引起的直径误差与圆钢直径的关系式如下：
[0134] ε<0.02r (10)
[0135] 解得，
[0136] α<16.12° (11)
[0137] 由于α还满足如下关系式：
[0138] α＝v×360°/f
[0139] 基于偏心轴旋转了一周360度，锻件旋转一次，若每锻打一次夹头旋转的度数是16.12°，则计算出夹头旋转速度v(单位r/s)应满足的条件如下：
[0140] v×360°/f<16.12° (12)
[0141] 其中，v为夹头旋转速度，单位r/s；
[0142] 基于夹头旋转驱动电机的速度，皮带上的减速比，蜗杆转动转化至蜗轮转动的减速比，蜗轮转动同时为夹头转动，则夹头旋转速度的计算式如下：
[0143] v＝k1×k2×n (13)
[0144] 其中，n为夹头旋转驱动电机的速度，单位r/s，k1为皮带上的减速比，k2蜗杆转动转化至蜗轮转动的减速度比，v为夹头旋转速度。
[0145] S4基于所述夹头旋转速度，通过锤头位置变化曲线，计算出蜗杆沿轴向运动的滑套的期望位置函数；
[0146] 图5是本发明提供的精锻机夹头旋停工作原理。
[0147] 从精锻机锤头接触锻件开始，在锻打的过程中，夹头如果保持连续的旋转，必然造成锻件的扭转或机械传动系统的刚性破坏，这对产品和机械系统都是不允许的，如何控制夹头带着锻件旋转，同时避开锤头压紧锻件的过程，是夹头旋转协作控制系统的工作。
[0148] 该系统主要用于锻造过程中锻件的制动和主电机持续旋转产生的能量缓存，制动过程实质上是在蜗轮旋转速度最小范围内完成，并非完全停止不动，通过移动蜗杆轴向位置来补偿蜗轮，蜗轮固连有夹头，蜗轮的旋转，在操作机动力电机不停止的情况下，夹头能快速进行旋转的振荡启停动作，从而适应了精锻机快速锻打的工作情况。一般来说，采用普通的电机启停方案不利于电机的使用寿命，且无法适应高频率锻打的需求。
[0149] 为了匹配锤头的高频锻打，具体的精锻机夹头旋转的振荡启停控制原理如图5所示。
[0150] 精锻机在工作过程中，夹头夹持锻件沿导轨匀速进给，在锻造回转体截面锻件时，锤头与锻件的接触时刻，锻件必须停止旋转，为实现高的锻造频次，电机带动的蜗杆在锻造过程中始终以恒定速度在转动，所以在非固定位蜗杆一端设置有液压油缸用以推动蜗杆上的滑套做往复直线位移，实现蜗轮在短时间内停止转动，且反向推动更能起到夹头旋转恢复时的加速作用。
[0151] 具体来说，由伺服阀驱动液压缸推动蜗杆上的滑套沿蜗杆中心轴线为基准做水平频繁往复运动，蜗杆沿水平方向的速度即滑套沿轴向速度速度，当滑套移动到中心位置时，使蜗轮与蜗杆咬合，由于左侧的蜗杆在电机通过皮带轮驱动下做不间断匀速旋转运动，在蜗轮蜗杆咬合的瞬间，蜗轮转过一定角度，此时就完成了蜗轮即夹头的快速旋转，于是通过这一机构便可以使蜗杆的连续匀速动作，变为夹头(蜗轮)频繁的起动和制动动作，即旋转速度随锤头锻打不停地变化，起到协作的作用。因而夹头的振荡启停是与液压缸双向运动相匹配的。
[0152] 据上，夹头的旋转协作只和滑套的位移曲线有关，滑套的位置控制即为关键，为得到滑套的期望位置曲线，需分析锤头运动曲线。
[0153] S4中滑套的期望位置函数的获得，包括：
[0154] 由图2和公式(2)可知，
[0155] 根据θ从0开始增大至360度，则锤头从距离锻件最远端开始做周期性的往复运动，将θ＝0位置作为每次锻造工作开始时锤头的初始位置，建立锤头位置变化的坐标系，在一个偏心运动周期内，锤头运动的位置曲线Γ为：
[0156]
[0157] 以锤头距离锻件最远端为启动锻打0时刻点，以蜗轮蜗杆完全啮合时的位置也就是滑套质心位置为滑套位移曲线的坐标原点，沿水平向右方向为滑套位移方向，建立滑套运动曲线的空间坐标系，锤头距离锻件最远，当锤头位置以正弦规律变化做进锤操作时逐渐接近锻件，蜗杆上的滑套要逐渐远离原点位置，滑套的位移变化也为正弦曲线，获得滑套的期望位置函数如下：
[0158] Γ'＝Z‑Z×cos(2πft) (15)
[0159] 其中，Γ’为滑套的期望位置函数。
[0160] 基于Z的两倍值代表滑套前进至最大行程处的位置坐标，蜗轮蜗杆早已分离不再啮合，使得在锤头下压至锻件达最大变形时夹头不再旋转，基于达最大变形由锤头锻打间歇时间和滑套长度获得，分析知最理想的情况是当锤头在进锤时开始接触锻件的那一时刻，滑套前进至蜗轮蜗杆啮合与不啮合的临界位置，临界位置为滑套长度的一半；
[0161] 设滑套长度为L，锻打周期为 则有：
[0162]
[0163] 其中t值为：
[0164]
[0165] 取k＝0，即第一个锻打周期计算，Z可由下式计算：
[0166]
[0167] 当时间t从0开始逐渐增大，滑套质心位置从(0，0)开始按照正弦曲线逐渐增加，锤头位置从(R+a，0)逐渐减小；当锤头开始接触并锻压工件时，滑套质心位置前进至(L/2，0)处，蜗轮与滑套开始分离，夹头旋转开始停止，之后随着t继续增加，滑套继续沿水平右方向前进，锤头位置继续减小；当滑套质心位置前进至(2Z,0)时，滑套前进至极限位置，锤头位置也到达下压行程的极限位置(R‑a，0)，锻件达最大变形状态，滑套和蜗轮早已无法啮合致使夹头不再旋转；当t继续增大，锤头开始做退锤运动，滑套也开始后退。
[0168] S5将所述滑套的期望位置函数以电信号形式输入至电液位置伺服工作系统；
[0169] S6所述电液位置伺服工作系统在所述滑套的期望位置函数控制下，使得夹头旋转停止时间内，所述锤头锻打所述锻件，在所述锤头锻打间歇期间，所述夹头带动所述锻件以设定恒定速度转动，以配合所述锻件完成锻打；
[0170] 夹头旋转停止期间是由蜗杆一端设置的液压油缸推动滑套做往复直线位移，且反向推动起到夹头旋转恢复时的加速作用的。
[0171] S7两侧操作机互相配合在导轨上进给，直至所述锻件锻后直径满足要求，则结束当前锻造道次。
[0172] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
