鈑金加工機(jī)械化自動(dòng)化淺析

任 揚(yáng)，陳玉蘭

（1.天津力神電池股份有限公司，天津 300384；2.濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東 濟(jì)南 250022）

1 前言

在美、日、西歐等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，新的技術(shù)革命對(duì)鍛壓機(jī)械行業(yè)影響巨大，其主要表現(xiàn)是先進(jìn)的電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使鍛壓機(jī)械向機(jī)電儀一體化發(fā)展，使鍛壓生產(chǎn)的輔助裝置智能化，并把它們靈活組成了各種自動(dòng)化生產(chǎn)線。其主要形式是柔性生產(chǎn)系統(tǒng)（FMS），為現(xiàn)代多品種小批量生產(chǎn)開(kāi)辟了新路。

板材柔性制造系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：①數(shù)控沖孔壓力加工設(shè)備；②直角剪板機(jī)；③無(wú)人運(yùn)送臺(tái)車(chē)；④自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)；⑤板材自動(dòng)測(cè)厚裝置；⑥負(fù)壓式高架吸盤(pán)送料裝置；⑦中央計(jì)算機(jī)控制室。

2 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床自動(dòng)化

本文主要討論數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的自動(dòng)化生產(chǎn)。數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床是一種先進(jìn)的鈑金設(shè)備，具有多工位壓力回轉(zhuǎn)頭、模具庫(kù)和自動(dòng)換模系統(tǒng)，大大提高了生產(chǎn)效率。再加上大面積的輔助工作臺(tái)，操作更加游刃有余。

2.1 機(jī)床本體部分

（1）該本體采用三箱體型框架，運(yùn)用有限元法，經(jīng)反復(fù)靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，剛性極高，工具中心保證不產(chǎn)生誤差。安裝方式非常簡(jiǎn)單，一般情況而言（視地質(zhì)情況而定）最大沖孔力在200kN 以?xún)?nèi)的采用直接在地面上使用調(diào)整墊板、頂緊及調(diào)整螺釘、減震墊等與地面聯(lián)結(jié)；而沖孔力在200kN 以上的機(jī)床需要在地基坑中預(yù)埋二次件，再將機(jī)床本體與二次件相聯(lián)結(jié)。經(jīng)測(cè)試，無(wú)論采用何種安裝方式，在機(jī)床正常運(yùn)行500h 之后，機(jī)床水平精度無(wú)任何偏差。

（2）另一個(gè)關(guān)鍵部位為回轉(zhuǎn)頭，俗稱(chēng)轉(zhuǎn)塔。如22工位和40 工位回轉(zhuǎn)頭，即一次可同時(shí)安裝不同大小的22 套和40 套沖模，這樣在首次建立了模具庫(kù)安裝模具完畢后，可長(zhǎng)時(shí)間不更換模具，大大減少了輔助工時(shí)，提高了工作效率。

這里有必要說(shuō)明在機(jī)床運(yùn)行中的自動(dòng)換模系統(tǒng)，其換模過(guò)程如下：當(dāng)1# 模具沖制完畢需更換模具進(jìn)行下一個(gè)沖制時(shí)，程控系統(tǒng)（CNC）將需要更換模具的信號(hào)傳送到控制板及伺服電機(jī)編碼器；此時(shí)氣動(dòng)銷(xiāo)釘（鎖定回轉(zhuǎn)頭的）也通過(guò)傳感器收到換模信號(hào)，其通過(guò)壓縮空氣將銷(xiāo)釘拔出；伺服電機(jī)收到信號(hào)后通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)，或逆時(shí)或順時(shí)。當(dāng)將所需模具轉(zhuǎn)到壓力中心時(shí)自動(dòng)停止，氣動(dòng)銷(xiāo)釘通過(guò)傳感器鎖住回轉(zhuǎn)頭，即可進(jìn)行沖制。

（3）自動(dòng)換位夾鉗。在機(jī)床X 軸導(dǎo)軌上裝有一副長(zhǎng)夾鉗，用來(lái)夾持板材。但其最大功能是可在超出機(jī)床允許的長(zhǎng)度以外自動(dòng)換位，這樣可沖制出超長(zhǎng)沖壓件。例如一臺(tái)CENTRUM2500 沖床，其X軸最大尺寸為1250mm。但有些沖壓件長(zhǎng)度達(dá)1700mm～1800mm，此時(shí)就可采用該功能，即當(dāng)沖制完畢0～1250mm 面積內(nèi)形狀后，使夾鉗自動(dòng)換位至1250mm～2500mm 范圍內(nèi)，再?zèng)_制余下部分，沖制完畢后再返回0～1250mm即可。大大方便了程序編制及板材應(yīng)用范圍。

2.2 CNC程控部分

本文以日本村田機(jī)械公司（株） 獨(dú)立開(kāi)發(fā)的“WIEDMAN”威德曼程序軟件系統(tǒng)為例予以說(shuō)明。該軟件使用簡(jiǎn)單直觀，對(duì)復(fù)雜形狀零件在短時(shí)間內(nèi)也可完成編程。該軟件是由不同級(jí)別的軟件組成，從最簡(jiǎn)單的“康巴斯TWO”到能自動(dòng)排樣的“INTERGREN”，各具不同特點(diǎn)并可逐級(jí)升級(jí)。該軟件主要由近30 條語(yǔ)句組成，最常用的有：

（1）X Y DX DY（X Y 增值語(yǔ)句）

C（旋轉(zhuǎn)角度） T 模具工位號(hào)

（2）OFS/：局部坐標(biāo)設(shè)定

FRM/：絕對(duì)坐標(biāo)設(shè)定

REP/：夾鉗自動(dòng)換位設(shè)定

MOV/：開(kāi)始點(diǎn)的設(shè)定

（3）INC/：直線間隔沖

GRO/：格子沖

LAA/ SAA/：斜線間隔沖

（4）PAT*/ END*：子程序設(shè)置

MGR**/：提取子程序命令

（5）SYS/ SYC/：關(guān)于某一軸對(duì)稱(chēng)沖命令

這里X、Y 坐標(biāo)值都是相對(duì)原點(diǎn)的相對(duì)值，這樣在編制程序時(shí)就更簡(jiǎn)便了。下面舉例說(shuō)明。

例1：如圖1 所示零件，可如下編程：

X50Y50T05

(I=5,R=2.5)

INC/R 30 4

INC/U 40 4

例2：如圖2 所示零件，可如下編程：

OFS/X100Y150

PAT1/

.

.

END1

OFS/Y600

SYM/X450

PAT1

SYC/

OFS/X0Y0

X1250Y1280M30

以上列舉的僅為較簡(jiǎn)單的編程，對(duì)于大型或復(fù)雜形狀的零件基本方法一致。所需計(jì)算的每點(diǎn)坐標(biāo)相應(yīng)多一些，但采用該軟件也可以迅速進(jìn)行編程或修改。

另外，在程控部分，當(dāng)程序編制完畢后可在屏幕上進(jìn)行各點(diǎn)預(yù)演，以檢查程序是否正確，是否能正常沖制。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)預(yù)演警報(bào)。最常見(jiàn)的為X、Y 超程，即X、Y 坐標(biāo)在機(jī)床源程序限定參數(shù)中規(guī)定X、Y 均在±20mm 范圍內(nèi)，超出該范圍機(jī)床就會(huì)報(bào)警，自動(dòng)停止沖制。這時(shí)需查找坐標(biāo)是否超程，更改即可。在程序編制中不僅可置點(diǎn)，還可規(guī)定工作臺(tái)移動(dòng)速度。即在某一語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)需變速，可加入M80、M81、M82、M83 四速，其中，M80 為 100%機(jī)床全速；M81為 75%機(jī)床全速；M82 為 50%機(jī)床全速；M83 為25%機(jī)床全速。

2.3 專(zhuān)用模具部分

沖孔專(zhuān)用模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有沖頭座、沖頭、安裝螺釘、聚氨脂打料圈、凹模座、凹模等組成。設(shè)計(jì)上保證了消耗件沖頭和凹模充分利用。

22 工位和40 工位沖床根據(jù)不同外形尺寸可有以下不同工位：①A 工位：～12.7；②B 工位：～25；③C工位：～38；④D 工位：～50；⑤E 工位：～64；⑥F 工位：～76；⑦I 工位（旋轉(zhuǎn)工位）：～50。

（1）A～D 工位：為快換工位。不論是只更換沖頭、凹模，還是一次性更換（包括剛性脫料、模套），一般熟練工人可在3～4min 內(nèi)更換完畢，更換過(guò)程為：首先在換模狀態(tài)下，取下壓圈，拿出上模（包括沖頭和上模鋼套），再取出凹模，拆掉上模中的安裝螺釘，拿出沖頭（安裝需要的沖頭），將需要的凹模按指定方向安裝于凹模座中，再安裝沖頭放好壓圈即可，盤(pán)車(chē)后再安裝打料圈。

（2）E、F、I 工位：安裝更換模具同上。但由于模具模套外形尺寸較大，且需調(diào)正起始零度，故需要較長(zhǎng)時(shí)間，但一般情況下在8min 內(nèi)也可完成。另外，旋轉(zhuǎn)工位顧名思義即可在360°內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)，可在編程中指定旋轉(zhuǎn)角度，作傾斜、直、弧線沖制，而垂直平行方向裁邊，大大減少了回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)所浪費(fèi)的時(shí)間。

分析旋轉(zhuǎn)工位的結(jié)構(gòu)及使用情況，作者認(rèn)為以一個(gè)伺服電機(jī)同時(shí)帶動(dòng)上下旋轉(zhuǎn)工位模具為最佳。如以?xún)蓚€(gè)伺服電機(jī)分別帶動(dòng)上下旋轉(zhuǎn)工位模具旋轉(zhuǎn)，易造成由于參數(shù)變動(dòng)或丟失而引起上下模旋轉(zhuǎn)角度出現(xiàn)些許偏差，上下模嚴(yán)重啃口報(bào)廢。目前國(guó)外生產(chǎn)該類(lèi)設(shè)備的廠家已經(jīng)逐漸改雙電機(jī)為單電機(jī)帶動(dòng)，避免了可能的事故，且使參數(shù)簡(jiǎn)化，易于查看及維修。

（3）關(guān)于特殊模具的安裝及調(diào)整

一般情況下，特殊模具如沖圓臺(tái)、沖方臺(tái)、翻邊、拉伸或敲漏孔模具，均采用工作部分與模套同時(shí)安裝于一體，這樣可大大減少換模時(shí)間。對(duì)于圓臺(tái)、方臺(tái)、翻邊的高度調(diào)整，采用加裝墊片的方法，即用銅皮或薄板（0.5t、0.6t 等）剪切成模具外形大小，加裝于上模與模套之間來(lái)降低下死點(diǎn)位置，從而達(dá)到要求的深度或高度，效果良好。

（4）關(guān)于模具間隙的選用

這里主要指沖孔模而非成形模。按我國(guó)設(shè)計(jì)沖孔模間隙的標(biāo)準(zhǔn)，間隙值c=（6～10）%t（板厚）。但此經(jīng)驗(yàn)公式不適于該機(jī)床。按照幾年來(lái)的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，其間隙值c=（14-22）%t。依據(jù)該經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)雙邊間隙，經(jīng)實(shí)踐，沖制的零件毛刺幾乎無(wú)，且無(wú)變形，接口無(wú)痕跡等。針對(duì)以上區(qū)別，作如下分析；①我國(guó)設(shè)計(jì)間隙的經(jīng)驗(yàn)公式是以一般速度的普通曲柄壓力機(jī)為基礎(chǔ)，沖次（次/分鐘）較低。而高速?zèng)_孔機(jī)床是在高速狀態(tài)下沖制，材料的受力和產(chǎn)生的回彈反作用力對(duì)比大不相同。②我國(guó)對(duì)沖裁模的熱處理水平還較低，間隙值的計(jì)算就較為保守，故需適當(dāng)減小間隙以避免磨損后間隙過(guò)大而報(bào)廢。

以上分析主要針對(duì)機(jī)床的主要部分。其他幾種輔助裝置如自動(dòng)卸料裝置、自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)、吸盤(pán)、刃磨機(jī)等不再一一贅述。

[1]李碩本，主編.沖壓工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

[2]權(quán)修華，劉成鋼，主編.沖壓自動(dòng)化與壓力機(jī)改造.合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，1992.