Пневмогидравлический пресс: схема управления на станок

Краткий ответ: пневмогидравлический пресс на станке собирают из пяти узлов: цилиндра-усилителя, регулятора давления, распределителя 5/2 на подвод и возврат, распределителя 3/2 на узел усиления и датчика касания детали. Цикл идёт строго по порядку: пуск двумя кнопками, быстрый подвод на воздухе, касание, включение усиления, возврат. Усилие задаёт одно давление за регулятором: F = K × p. Пример: для усилия 6 000 кгс цилиндр Ø80 исполнения 5T (K = 1 000) настраивают на 6 кгс/см², то есть около 0,59 МПа.

Из чего состоит схема управления пневмогидравлического пресса?

Силовую часть мы не придумываем: усилие даёт цилиндр-усилитель, а воздух в него подаёт обычная пневмоавтоматика. Состав с позициями:

листайте таблицу вбок →

Как устроен сам цилиндр и откуда берутся тонны, разобрано в статье про пневмогидравлический цилиндр: быстрый подвод на воздухе, усиление на коротком ходе, возврат.

Позиции 1–3 и 5 соединены обычной пневмолинией; у распределителей 4V и 3V и регуляторов ARG присоединительная резьба внутренняя G, а дроссели AS бывают и с резьбой, и с цанговым присоединением под трубку.

В каком порядке работает цикл?

Сначала состояние всех элементов в покое, потом четыре шага. Таблица — это и есть логика схемы; её удобно проверять перебором: в каждой строке известно, что включено и что произойдёт при отказе.

листайте таблицу вбок →

Распределитель 5/2 серии 4V210 — однокатушечный, с пружинным возвратом, рабочее давление 0,15–0,8 МПа. Распределитель 3V — 3/2 с пилотным управлением, 0,15–0,8 МПа (прямого действия, 0–0,8 МПа, только малый 3V1); основное исполнение — нормально закрытое. Нормально закрытый 3/2 здесь важен: пока нет сигнала, узел усиления отрезан от воздуха и сброшен в атмосферу.

Два условия в шаге 2 — «датчик сработал» и «обе кнопки удерживаются» — соединяют последовательно. Если оператор отпустил любую кнопку, оба распределителя обесточиваются одновременно и цилиндр возвращается. Выдержку времени на шаге 3 берут из пробной запрессовки или опрессовки: на ней смотрят, за сколько секунд усилие делает работу.

Датчик касания нужен потому, что ход усиления короткий — 5–20 мм. Если включить усиление раньше касания, этот ход сработает вхолостую, а усилие в детали не появится. Поэтому датчик ставят на оснастку или на упор так, чтобы он срабатывал в момент контакта инструмента с деталью.

Как рассчитать давление и подобрать цилиндр на реальном артикуле?

Исходные данные примера: станок, на котором нужно усилие 6 000 кгс (≈ 59 кН) с уже учтённым запасом, полный ход 100 мм, сеть 10 бар. Усилие взято как допущение примера: для вашей операции его берут из паспорта инструмента, расчёта детали или пробы.

1. Исполнение. По таблице усилий каталога SNS для Ø80 исполнения 5T (в прайсе WAALPC дан только ряд в тоннах) коэффициент K = 1 000 кгс на 1 кгс/см², наибольшее усилие при 7 кгс/см² — 7 000 кгс. 6 000 кгс укладывается, запас по усилию около 17 %.
2. Давление. p = F / K = 6 000 / 1 000 = 6,0 кгс/см², то есть 6,0 / 10,2 ≈ 0,59 МПа.
3. Проверка по узлам. Регулятор ARG работает в диапазоне 0,1–0,85 МПа, распределитель 4V — 0,15–0,8 МПа, 3V — 0,15–0,8 МПа. Давление 0,59 МПа входит во все диапазоны.
4. Усилие подвода. У Ø80 на подводе приходится 50 кгс на каждый 1 кгс/см²: при 6 кгс/см² это 300 кгс. Этого хватает, чтобы довести шток до детали, но не сжать её: деталь должна стоять на упоре, а не на весу.
5. Ход. Рабочий участок операции должен уложиться в ход усиления 5–20 мм; остальные до 100 мм цилиндр проходит на подводе.
6. Артикул. MPTD-80-1~100, 469 680 ₸. Цилиндр с регулируемым полным ходом позволяет менять высоту детали без переделки оснастки. Исполнение 5T в артикуле не кодируется: для Ø80 в прайсе WAALPC оно одно.

Для станка с частой работой в линии смотрите быстрый тип MPTF, от 442 200 ₸: чем он отличается от стандартного, описано в статье про MPTF и MPT. Для одного типоразмера детали достаточно стандартной MPT, от 243 240 ₸.

Какой распределитель 3/2 брать на узел усиления?

Узел усиления — воздушный поршень большого диаметра, и его полость нужно заполнить быстро, иначе цикл растянется. Поэтому клапану нужно достаточное проходное сечение: у самого малого 3V1 проходное отверстие всего 1,2 мм. Объём полости и расход узла усиления в наших источниках не опубликованы, поэтому серию 3V не выбирайте на глаз: назовите нам цилиндр, и мы подберём клапан по сечению.

Что случится при отказе и как защитить оператора?

При решении о поведении пресса при отказе исходим из того, что безопасное состояние — верхнее положение штока без усилия.

• Пропало электричество. Обе катушки обесточиваются: 3V закрывается и сбрасывает узел усиления, 4V пружиной подаёт воздух на возврат. Усилие снимается, шток уходит вверх.
• Пропал воздух. Масло в усилителе теряет давление вместе с воздухом, усилие исчезает. Шток может остановиться посередине хода: деталь из зоны не вынимать, пока зона не безопасна.
• Оборвался шланг. Поведение зависит от места обрыва; проверяйте на стенде, а не по схеме.

Пуск двумя кнопками и ограждение зоны — обязательный минимум для пресса, где в зону могут попасть руки. Для самодельного станка и для станка, который работает на людей, соответствие требованиям безопасности подтверждают отдельной оценкой рисков; эту статью как такую оценку использовать нельзя. Поведение при отказе питания и воздуха всегда проверяйте на стенде.

Скорость подвода и возврата настраивают дросселями AS на портах цилиндра, по выходящему воздуху: слишком резкий подвод бьёт по детали и оснастке. Шум сброса убирает глушитель PSL.

Типичные ошибки

• Включают усиление до касания. Ход усиления 5–20 мм тратится в пустоту, усилие не появляется.
• Подают сеть 10 бар напрямую. Рабочий предел наших серий — 0,8 МПа, регулятор обязателен.
• Нет упора под деталью. На подводе цилиндр даёт малое усилие, деталь «плывёт», касание не фиксируется.
• Один распределитель на всё. Без отдельного 3/2 узел усиления включается вместе с подводом, и ход усиления кончается раньше, чем шток дойдёт до детали.
• Выдержку берут «по ощущениям». Время подбирают пробой на образце, а не из памяти.
• Усилия выше 0,7 МПа берут из таблицы. Таблица в каталоге доведена до 7 кгс/см²; выше этого значения усилия не приводим.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры и усилители;
• Регуляторы давления AR;
• Калькулятор усилия цилиндра;
• Калькулятор скорости цилиндра.

Частые вопросы

Какие элементы нужны для пневмогидравлического пресса?

Цилиндр-усилитель, регулятор давления, распределитель 5/2 на подвод и возврат, распределитель 3/2 на узел усиления, датчик касания и кнопки двуручного пуска.

Зачем два распределителя?

Первый ведёт подвод и возврат, второй включает усиление только после касания детали. Так ход усиления тратится на работу, а не на пустой путь.

Чем задаётся усилие пресса?

Давлением воздуха за регулятором: F = K × p, где K берут из таблицы изготовителя для диаметра и исполнения цилиндра.

Что будет при пропадании электричества?

В описанной схеме обе катушки обесточиваются, усиление отключается, шток уходит в верхнее положение. Поведение проверяют на стенде.

Можно ли собрать такой пресс своими руками?

Пневмоавтоматику собрать можно, но защиту рук и безопасность станка подтверждают отдельной оценкой рисков. Двуручный пуск и ограждение — минимум.

Нужен ли датчик касания, если есть реле времени?

Реле времени допустимо, если положение детали стабильно. Датчик надёжнее, когда высота детали меняется.