大噸位高速精密沖床的研發(fā)

黎近秋，牟聯(lián)滿，趙利平

（1.東莞市高技能公共實(shí)訓(xùn)中心，廣東東莞 523297；2.東莞市泰基山機(jī)械設(shè)備有限公司，廣東東莞 523770）

0 引言

隨著我國EI、電機(jī)、連接器、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、航空LED、汽車、非標(biāo)五金等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，沖壓制造行業(yè)對(duì)生產(chǎn)力有著越來越高的要求，傳統(tǒng)的普通沖床已經(jīng)無法達(dá)到高速?zèng)_壓效果，因此將會(huì)逐漸被更有優(yōu)勢(shì)的高速精密沖床所代替[1]。中國高速?zèng)_壓零件加工行業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，最大的技術(shù)進(jìn)步還是沖壓速度、精密度的極大提升，國內(nèi)高速精密沖床發(fā)展飛快，從低速向高速、從普通到精密是中國高速?zèng)_床的重要轉(zhuǎn)變，也是中國高速精密沖床市場發(fā)展的必然結(jié)果。

國內(nèi)高速?zèng)_床生產(chǎn)廠家雖起步較晚但發(fā)展較快，已推向市場的高速?zèng)_床產(chǎn)品大都可以基本滿足國內(nèi)用戶的使用要求，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。但是國內(nèi)高速?zèng)_床產(chǎn)品和國際一流水平產(chǎn)品相比，除了在性價(jià)比上占有優(yōu)勢(shì)，在產(chǎn)品的精度、設(shè)定轉(zhuǎn)速、機(jī)床穩(wěn)定性、耐用壽命和性能等指標(biāo)上還存在很大差距[2]。

1 高速精密沖床結(jié)構(gòu)

高速精密沖床如圖1所示，主要由曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)組件、滑塊調(diào)模組件、大直徑長導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)、潤滑油回油路系統(tǒng)等組成[3]。4個(gè)大直徑滑塊長導(dǎo)柱與2條大直徑的調(diào)整螺桿穿過滑塊均布連接，使滑塊在沖壓動(dòng)作時(shí)高效、平穩(wěn)地完成沖壓動(dòng)作。

1.1 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)組件

圖1 高速精密沖床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

當(dāng)電動(dòng)馬達(dá)接收到控制系統(tǒng)指令后，馬達(dá)啟動(dòng)，帶動(dòng)1組皮帶輪與飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)。曲軸上的滑動(dòng)軸承均勻分布在曲軸上，使曲軸受力均勻。采用動(dòng)平衡裝置，曲軸動(dòng)平衡軸頸處兩段向上偏心，曲軸滑塊連桿軸頸處兩段向下偏心。利用曲軸偏心量來達(dá)到產(chǎn)品的行程數(shù)，左端與冷油機(jī)聯(lián)接。曲軸內(nèi)部深孔油路，保證了具備液體潤滑的條件下可長時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2所示為曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)組件。

圖2 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)組件

1.2 八圓導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)組件

如圖3所示，裝夾上模沖頭即滑塊，采用八圓導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)與滑塊聯(lián)接。油路進(jìn)油入滑塊4個(gè)位置，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊上下滑動(dòng)。確保在多功能復(fù)合沖壓模具沖壓復(fù)雜多工序的產(chǎn)品時(shí)，滑塊的工作精度——平衡度、垂直度是完全達(dá)到的[4]。

圖3 八圓導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)組件

1.3 潤滑油回油路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

潤滑油回油路的循環(huán)冷卻系統(tǒng)中（圖4），潤滑油起到的主要作用如下。

（1）潤滑作用。潤滑油減小運(yùn)轉(zhuǎn)部件自身與2個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)部件之間的摩擦，使機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)更靈活。

（2）降溫作用。機(jī)臺(tái)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)因功產(chǎn)生一定熱量，而潤滑油可以通過循環(huán)冷卻把一部分熱量散發(fā)出去，從而保證機(jī)臺(tái)在正常的溫度環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）耐磨損作用。潤滑油在設(shè)備零部件的表面會(huì)形成一層薄薄的油膜，油膜作為一種介質(zhì)可以避免零部件的直接接觸，延長配件的使用壽命。

（4）抗腐蝕作用。潤滑油本身具有防腐作用，可以克服水蝕對(duì)設(shè)備的危害。

以上4個(gè)作用中，潤滑和降溫效果的好壞，將直接影響機(jī)臺(tái)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.4 卡模時(shí)解模組件

圖4 潤滑油回油路系統(tǒng)

當(dāng)機(jī)床在沖壓產(chǎn)品時(shí)，在下死點(diǎn)附近被卡死，離合器打滑，滑塊不能動(dòng)作。產(chǎn)生這種狀況時(shí)，泰基山高速?zèng)_床可以通過4組拉桿組件內(nèi)的液壓活塞卸除壓力，將卡?，F(xiàn)象解除。用簡單巧妙的方法，輕松解決了卡模后需要花較長時(shí)間和力氣才能解決的難題，既省時(shí)省力，又無需損壞某個(gè)零件、部件或模具，這是液壓快速解模裝置實(shí)用性的關(guān)鍵所在[5]。圖5所示為卡模時(shí)解模組件。

圖5 卡模時(shí)解模組件

2 高速精密沖床工作原理

沖壓工件時(shí)，通過變頻電動(dòng)機(jī)和3條皮帶帶動(dòng)1組皮帶輪、飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。曲軸帶動(dòng)調(diào)整螺桿上下移動(dòng)，通過油壓進(jìn)油到鎖?；钊?，油壓加壓后鎖?；钊c滑塊連接，同時(shí)抱緊調(diào)整螺桿直徑作上下移動(dòng)，滑塊兩側(cè)4個(gè)大孔穿過4條滑塊長導(dǎo)柱上下滑動(dòng)。4個(gè)大直徑滑塊導(dǎo)柱和2條大直徑的調(diào)整螺桿與滑塊均布連接，使滑塊在沖壓動(dòng)作時(shí)高效、平穩(wěn)地完成沖壓動(dòng)作，保證了滑塊大面積工作面每個(gè)位置的平行度、垂直度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，確保在多功能復(fù)合沖壓模具沖壓復(fù)雜多工序的產(chǎn)品時(shí)，滑塊的工作精度——平衡度、垂直度是完全達(dá)到的[6]。

鎖緊拉桿依次穿過曲軸箱、中段和底座，鎖緊拉桿的一末端由拉桿上螺母固定于曲軸箱內(nèi)，另一末端由拉桿下螺母固定于底座內(nèi)，拉桿下螺母與底座內(nèi)表面之間夾持一液壓活塞模塊，液壓活塞模塊包括液壓活塞、活塞活動(dòng)桿和液壓進(jìn)油口，連接啟動(dòng)油壓泵浦單元，可維持液壓活塞對(duì)底座的壓力。在固定鎖緊拉桿的下方加裝1組液壓活塞裝置，該液壓活塞裝置內(nèi)的液壓活塞與底座的內(nèi)表面之間相互靠近，可通過液壓進(jìn)油口輸入壓力，使液壓活塞壓緊底座的內(nèi)表面形成鎖緊力。當(dāng)發(fā)生卡死時(shí)，可以將液壓活塞裝置卸荷，從而令拉桿下螺母與底座之間恢復(fù)縫隙，實(shí)現(xiàn)解模。

工件沖壓完成后，機(jī)構(gòu)手回到原位，操作面板上按下“緊急停止”，檢查上模座、下模座模具沖頭是否有磨損，使飛輪與剎車離合器脫離，切斷電源，放出剩余空氣。將工作臺(tái)面涂防銹油，重復(fù)下一個(gè)工作循環(huán)。

3 高速精密沖床的特色與創(chuàng)新

（1）高速精密沖床在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與調(diào)整方面，從選材、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面實(shí)現(xiàn)了設(shè)備在運(yùn)行過程中的高精度及穩(wěn)定性。一是曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由軸承端座、曲軸箱支承銅套和曲軸軸承等組成。二是調(diào)整螺桿配合結(jié)構(gòu)，包括滑塊、調(diào)整螺桿、調(diào)整齒輪副鎖?；钊葌鲃?dòng)鏈。機(jī)械加工無法達(dá)到此精度，用內(nèi)外圓螺紋磨床也很難達(dá)到。將調(diào)整螺桿大齒輪的齒輪長度一分為二，不修改原齒輪總長，這樣機(jī)械加工比較容易達(dá)到此精度，降低加工成本，提高效率。三是連桿曲軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)。曲軸與滑塊連桿的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，采用了新型的連桿曲軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)，在曲軸與連桿之間安裝多個(gè)單列圓柱滾子軸承。

（2）高速精密沖床曲軸內(nèi)循環(huán)潤滑結(jié)構(gòu)解決了容易造成潤滑不足、零件過早磨損、抱軸等不良現(xiàn)象。通過冷油機(jī)、連接軸直接給曲軸上各個(gè)支承旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承、銅套或銅瓦24 h源源不斷地提供有壓力的冷卻后潤滑油，確保曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)部分不會(huì)因?yàn)楣┯筒蛔愣鹩蜏厣?，從而產(chǎn)生抱軸或過早磨損現(xiàn)象。曲軸上旋轉(zhuǎn)部分通常用飛濺潤滑或噴射潤滑，這兩種潤滑不可靠，油膜不會(huì)均勻，或飛濺，噴射潤滑油的位置偏、角度偏差。

（3）高速精密沖床解決在調(diào)模操作時(shí)，工作人員由于操作不慎出現(xiàn)卡模，導(dǎo)致長時(shí)間恢復(fù)的問題，通過一種使用數(shù)字顯示的模高調(diào)整結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的人工調(diào)整模高?？焖俳饽０ㄦi緊拉桿、曲軸箱、中段和底座，鎖緊拉桿依次穿過曲軸箱、中段和底座，一末端由上螺母固定于曲軸箱內(nèi)，另一末端由下螺母固定于底座內(nèi)。下螺母與底座內(nèi)表面之間夾持有一液壓活塞模塊，液壓活塞模塊包括液壓活塞、活塞活動(dòng)桿和液壓進(jìn)油口，連接啟動(dòng)油壓泵浦單元，可維持液壓活塞對(duì)底座的壓力。在固定鎖緊拉桿的下方加裝1組液壓活塞裝置，該液壓活塞裝置內(nèi)的液壓活塞與底座的內(nèi)表面之間相互靠近，可通過液壓進(jìn)油口輸入壓力，使液壓活塞壓緊底座的內(nèi)表面形成鎖緊力。當(dāng)發(fā)生卡死時(shí)，可以將液壓活塞裝置卸荷，從而使下螺母與底座之間恢復(fù)縫隙，實(shí)現(xiàn)解模。數(shù)字顯示的模高調(diào)整結(jié)構(gòu)由齒輪減速電機(jī)（或盤式電機(jī)）、鏈輪副、萬向連接軸、蝸桿副、滑塊調(diào)整螺桿副等組成。這種新型模高調(diào)整結(jié)構(gòu)，無論模高調(diào)整30 mm或50 mm,都可以通過模高指示器數(shù)字顯示出調(diào)模高的深度（包括顯示高速?zèng)_床當(dāng)時(shí)的閉合高度），數(shù)字顯示精度為0.01 mm，完全滿足生產(chǎn)高端沖壓產(chǎn)品的技術(shù)要求[7]。

4 結(jié)束語

本文解決的關(guān)鍵問題：一是在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)中采用滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承相互結(jié)合的方式，保證摩擦因數(shù)小、傳動(dòng)效率高，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的滑動(dòng)軸承，保證具備液體潤滑的條件下可長時(shí)間高速動(dòng)轉(zhuǎn)；二是設(shè)計(jì)新的曲軸內(nèi)循環(huán)潤滑結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在各曲軸位置上制作曲軸分流道，通過冷油機(jī)注入潤滑油到各軸承位置內(nèi)部，保證曲軸不會(huì)由于油溫升高或供油量不足，發(fā)生抱軸和軸承過早磨損現(xiàn)象[8]。