精密高速沖床送料系統(tǒng)優(yōu)化

文／劉磊，楊里明，林清利，張長亮·齊齊哈爾二機床集團有限公司設(shè)計院

精密高速沖床送料系統(tǒng)優(yōu)化

文／劉磊，楊里明，林清利，張長亮·齊齊哈爾二機床集團有限公司設(shè)計院

劉磊，工程師，主要從事高速精密壓力機、自動鍛壓機與機械壓力機設(shè)計工作，主持完成的J75G-800高速精密壓力機項目獲得齊齊哈爾市科技成果三等獎，擁有專利7項，發(fā)表論文1篇。

技術(shù)背景

精密高速數(shù)控沖壓機床作為工業(yè)基礎(chǔ)裝備的重要組成部分之一，進入二十一世紀(jì)以來，中國沖壓機床行業(yè)經(jīng)過技術(shù)引進、合作生產(chǎn)及合資等多種方式的運作，快速提升了我國沖壓設(shè)備整體水平。但是國內(nèi)產(chǎn)品與國外名牌產(chǎn)品的差距并無明顯縮短。因此，我國沖壓設(shè)備行業(yè)和企業(yè)需以戰(zhàn)略思路分析技術(shù)差距并制定有效措施應(yīng)對當(dāng)前的機遇和挑戰(zhàn)。

精密高速數(shù)控沖床的生產(chǎn)效率很高，但是國內(nèi)還沒有廣泛采用，這其中主要有兩個原因。其一，由于各種因素國內(nèi)還沒有完全掌握精密高速數(shù)控沖床設(shè)計與制造技術(shù)，仍依賴進口，價格昂貴；其二，隨著我國微電機、家電、五金等行業(yè)的快速發(fā)展，國產(chǎn)沖壓設(shè)備存在的不足日益凸顯。表現(xiàn)在兩個方面，一是需要增加新的高性能設(shè)備以提高沖壓能力；二是上世紀(jì)八十年代的老舊設(shè)備需更新?lián)Q代。高端的沖壓設(shè)備技術(shù)與生產(chǎn)被國外所壟斷，價格極其昂貴。我國電機、摩托車、家電、五金等制造業(yè)的發(fā)展需要高檔次、價格適中的國產(chǎn)沖壓設(shè)備。首先需要具有高速、穩(wěn)定的送料系統(tǒng)來滿足精密高速沖床高速穩(wěn)定的生產(chǎn)特性，進而實現(xiàn)高速穩(wěn)定的沖壓生產(chǎn)。

近年來，隨著我國汽車、微型電機、家電、五金、儀表、電子信息等制造業(yè)的迅猛發(fā)展，相應(yīng)沖壓件的產(chǎn)量逐年大幅攀升。對沖壓件不僅在數(shù)量上而且在品質(zhì)上都提出了更高要求，因此也對沖壓設(shè)備技術(shù)提出了更高的要求，特別是在生產(chǎn)速度方面，這為沖壓裝備的發(fā)展提供了廣闊的市場空間?，F(xiàn)如今，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的高速沖床最高速度只能達到500～600次/分，并且在送料機構(gòu)上要達到此速度只能采用弗格森間歇機構(gòu)和齒輪組配合的結(jié)構(gòu)，也有采用伺服系統(tǒng)實現(xiàn)送料的機構(gòu)，但由于伺服電機響應(yīng)時間長的局限性，限制了沖床的生產(chǎn)速度每分鐘只能為幾百次，無法采用伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)更高速的送料，這樣的機構(gòu)限制了我國高速精密沖床的發(fā)展。

優(yōu)化設(shè)計

為了闡述優(yōu)化后送料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，首先介紹一下弗格森間歇機構(gòu)及伺服電機直連送料輪的老式機構(gòu)的主要特點與不足：弗格森機械結(jié)構(gòu)是通過沖床的曲軸端輸出動力驅(qū)動桿系從而帶動弗格森機構(gòu)實現(xiàn)間歇送料的，在改變送料規(guī)格時需要更換相應(yīng)的高精度齒輪組，從而改變齒輪組傳動比，送料輪轉(zhuǎn)動的弧長也隨之改變（所需送料長度即為送料輪轉(zhuǎn)動的弧長），進而滿足不同送料長度的送進需求，同時弗格森機構(gòu)及高精度的齒輪組均依靠進口，價格非常昂貴，除結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜并且使用壽命短外，操作極其繁瑣。伺服送料機構(gòu)是將伺服電機和送料輪直接相連，靠伺服電機快速的啟動和停止來實現(xiàn)送料輪的轉(zhuǎn)動和停止，依靠伺服電機主軸轉(zhuǎn)動的角度來控制送料輪轉(zhuǎn)動的弧長，實現(xiàn)間歇送料并滿足送料長度變化的要求，但伺服電機的響應(yīng)時間不可能無限縮短，具有局限性，無法滿足沖床高速沖次的要求。

為了突破精密高速沖床間歇送料的技術(shù)瓶頸，解決現(xiàn)有沖壓機床送料裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣和使用壽命短等問題，經(jīng)過刻苦鉆研，研制出一種伺服電機和機械桿系傳動相結(jié)合的機構(gòu)，來滿足沖床的高速度要求，并且此伺服送料裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低和使用壽命長的優(yōu)點。

這種伺服送料裝置包括擺桿、彈簧、上送料輪、凸輪、送料伺服電機、上料伺服電機以及萬向節(jié)等零部件。簡單地說，就是將送料伺服電機的電機軸連接于凸輪，上料伺服電機通過萬向節(jié)與上送料輪相連，上送料輪連接有擺桿，擺桿上置有彈簧，送料伺服電機和上料伺服電機與控制柜內(nèi)控制系統(tǒng)電路相連，從而組成伺服送料系統(tǒng)，利用上料伺服電機實現(xiàn)控制送料動作持續(xù)的時間，實現(xiàn)間歇送料，進而簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，延長使用壽命。

具體實施方式

首先，將原有的弗格森間歇送料機構(gòu)繁瑣的桿系傳動機構(gòu)、齒輪組、弗格森間歇機構(gòu)等大量零部件取消掉，從而簡化了送料機構(gòu)，使之獨立于沖床外，可以靈活拆卸與安裝，用一套簡單的擺桿及凸輪等機構(gòu)配以兩個伺服電動機既可以滿足間歇、快速送料以及不同規(guī)格長度材料的送進要求。下面就介紹優(yōu)化機構(gòu)的動作特點。

精密高速數(shù)控沖床優(yōu)化后的高速伺服送料系統(tǒng)如圖1所示，該送料裝置包括擺桿1、彈簧2、上送料輪3、凸輪4、送料伺服電機5、上料伺服電機6以及萬向節(jié)7。送料伺服電機5的軸連接有凸輪4，上料伺服電機6通過萬向節(jié)7與上送料輪3相連，上送料輪3上連接有擺桿1，擺桿1上置有彈簧2，送料伺服電機5和上料伺服電機6與控制柜內(nèi)控制電路相連。該沖床高速伺服送料裝置在現(xiàn)有沖床送料裝置基礎(chǔ)上進行改進，主要是由送料伺服電機5和上料伺服電機6取代復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)。

當(dāng)機床主滑塊作周期運動時，通過電器系統(tǒng)控制送料伺服電機5的轉(zhuǎn)數(shù)與主機相同，連接在電機軸上的凸輪4的轉(zhuǎn)動，可曲線控制擺叉在每周期擺動一次，使得上送料輪3與下送料輪及板材料每周期產(chǎn)生一次分離，這樣就控制了送料持續(xù)的時間，而上送料輪3由萬向節(jié)7與上料伺服電機6相連，上料伺服電機6一直以定數(shù)轉(zhuǎn)動，這樣就解決了機床高速下伺服電機直連送料輪機構(gòu)時響應(yīng)時間太長而無法滿足高速送料的瓶頸問題，并由彈簧2產(chǎn)生送料所需的正壓力，從而實現(xiàn)間歇送料并且上料伺服電機6由控制系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)數(shù)，這樣可實現(xiàn)每一周期里送料長度的隨意調(diào)節(jié)。由于此機構(gòu)伺服電機是一直以穩(wěn)定的速度轉(zhuǎn)動，避開了伺服電機頻繁快速啟、停的響應(yīng)時間問題，從而完全可以匹配沖床的高速度要求，可以說即使沖床沖次要求達到1000次/分，此種送料機構(gòu)都可以輕松與之匹配。

這種送料機構(gòu)在價格方面也具有非常大的優(yōu)勢，所有零部件均可采用國產(chǎn)零件，且零件的數(shù)量和重量都大大減少，加工難度也大幅降低，從而極大地降低了制造成本，提高了間歇送料速度，滿足了精密高速沖床的高速度要求。

圖1 精密高速數(shù)控沖床送料優(yōu)化系統(tǒng)

結(jié)束語

綜上所述，目前我國沖壓機床的市場極具潛力，應(yīng)用前景看好，通過此機構(gòu)的成功研制為縮短與工業(yè)發(fā)達國家沖壓機床技術(shù)生產(chǎn)水平的差距做好鋪墊。