王軍 佳木斯技師學(xué)院，佳木斯 154004

步?jīng)_機(jī)機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

王軍 佳木斯技師學(xué)院，佳木斯 154004

本文通過(guò)對(duì)步?jīng)_機(jī)工作原理進(jìn)行分析，確定步?jīng)_機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，從數(shù)控系統(tǒng)選擇、對(duì)工作臺(tái)、工作臺(tái)板、夾具、氣動(dòng)系統(tǒng)等機(jī)械部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。

步?jīng)_機(jī)；機(jī)械系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

引言

步?jīng)_機(jī)主要有機(jī)械系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)三部分組成。其中機(jī)械系統(tǒng)包括工作臺(tái)、動(dòng)力頭、刀架等部分組成，電動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)都安裝在上面，由遙控裝置來(lái)控制電動(dòng)機(jī)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)對(duì)液壓泵的控制，從而控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和液壓缸的活塞速度，以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)和液壓缸以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭帶動(dòng)沖頭上下運(yùn)動(dòng)。由于動(dòng)力頭、工作臺(tái)不是同時(shí)工作，因此如何實(shí)現(xiàn)它們協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)是技術(shù)的關(guān)鍵。沖頭是通過(guò)液壓缸帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)的，要達(dá)到對(duì)其的控制只要控制泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。而工作臺(tái)的X、Y方向運(yùn)動(dòng)是伺服電機(jī)帶動(dòng)的，因此問(wèn)題的關(guān)鍵就是對(duì)這三臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)速的控制。因此可以通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)它們運(yùn)動(dòng)的控制。由于電動(dòng)機(jī)和絲杠連接在同一軸線上，所以在電動(dòng)機(jī)與絲杠之間裝上一個(gè)彈性聯(lián)軸器，以消除抖動(dòng)。

1.步?jīng)_機(jī)總體方案擬定

1．1 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)控制面板輸入P L C，PLC通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)控制XY坐標(biāo)工作臺(tái)，工作臺(tái)拖動(dòng)工件實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。同時(shí)，PLC協(xié)調(diào)控制夾具、移動(dòng)沖具和沖頭，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鈑金沖孔加工的自動(dòng)控制，在整個(gè)加工過(guò)程中，只需要完成上料和下料。

1.2 機(jī)械部分

為了實(shí)現(xiàn)沖床能自動(dòng)加工鐵塔連接板，要設(shè)計(jì)X、Y坐標(biāo)工作臺(tái)和移動(dòng)沖具，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工件放在Y工作臺(tái)上，Y工作臺(tái)在X工作臺(tái)上，X工作臺(tái)與支架相連接，X、Y工作臺(tái)均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，本課題步進(jìn)電機(jī)選55BF004型號(hào)。步進(jìn)電機(jī)發(fā)出脈沖，滾動(dòng)絲杠螺母副實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)位控制。

工作臺(tái)板作為沖床的重要零件，起到下連機(jī)身、上連模具的作用。工作臺(tái)板的厚度直接影響到裝模高度，對(duì)于普通沖床，裝模高度有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：一機(jī)部標(biāo)準(zhǔn)JB1395-74，工作臺(tái)板的厚度尺寸基本一致。隨著近幾年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)E/I鐵芯、電機(jī)定轉(zhuǎn)子的廠家不斷增多，對(duì)高速?zèng)_床的需求日益增多，國(guó)內(nèi)鍛壓設(shè)備生產(chǎn)廠家也逐漸向高速?zèng)_床領(lǐng)域發(fā)展，技術(shù)水平和市場(chǎng)占有率也不斷提高。由于國(guó)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與之相配套的模具高度尺寸也不盡一致。這就導(dǎo)致相同的沖床經(jīng)常改動(dòng)工作臺(tái)板的厚度，甚至修改機(jī)身的相關(guān)尺寸以滿足不同的裝模高度要求。臺(tái)板厚度減小時(shí)，一般采取銑工作臺(tái)板下平面的方法，但當(dāng)厚度減小太多時(shí)，一般需要更換材質(zhì)重新投料加工。工作臺(tái)板厚度減小后，自身的剛度會(huì)降低，在高速?zèng)_壓時(shí)會(huì)變形加劇甚至損壞。本課題工作臺(tái)板設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖1 步?jīng)_機(jī)總體設(shè)計(jì)方案

圖2 工作臺(tái)板結(jié)構(gòu)圖

圖3 氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖

1．3 步?jīng)_機(jī)夾具設(shè)計(jì)

步?jīng)_機(jī)夾具設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合被加工零件、金切設(shè)備及其切削方式和參數(shù)，合理選擇定位方式，設(shè)計(jì)合理的定位支承元件、夾緊裝置、對(duì)刀元件、夾具體等裝置或元件。其設(shè)計(jì)流程的關(guān)鍵點(diǎn)是：首先應(yīng)分析使用夾具時(shí)，造成被加工零件表面位置的加工誤差因素，合理分配夾具定位精度；其次要根據(jù)加工過(guò)程中被加工零件受到的切削力、慣性力及重力等外力的作用，合理選擇定位方式、支承點(diǎn)、夾緊點(diǎn)、夾緊力大小及其作用方向，設(shè)計(jì)合適的夾緊機(jī)構(gòu)，以保證被加工零件的既定位置穩(wěn)定可靠；第三是設(shè)計(jì)夾具對(duì)定：最后校核夾具關(guān)鍵零件強(qiáng)度和設(shè)備進(jìn)刀抗力等，最終完成全套夾具圖設(shè)計(jì)。

夾具對(duì)定主要包括三個(gè)方面：一是夾具的定位，即夾具對(duì)切削成形運(yùn)動(dòng)的定位；二是夾具的對(duì)刀，指夾具對(duì)刀具地對(duì)準(zhǔn)；三是分度和轉(zhuǎn)位定位（只對(duì)有分度和轉(zhuǎn)位夾具考慮）。影響夾具對(duì)切削成形運(yùn)動(dòng)的定位精度的環(huán)節(jié)一般有：元件定位面對(duì)夾具定位面的位置誤差，機(jī)床上用于與夾具連接和配合的表面即機(jī)床定位面對(duì)成形運(yùn)動(dòng)的位置誤差，以及連接處的配合誤差等。其中機(jī)床定位面對(duì)成形運(yùn)動(dòng)的位置誤差是由機(jī)床精度所決定。因此在夾具設(shè)計(jì)中，夾具的對(duì)定就是解決好夾具與機(jī)床的連接和配合問(wèn)題，以及正確規(guī)定元件定位面對(duì)夾其定位面的位置要求。

2.氣動(dòng)系統(tǒng)

因夾具與移動(dòng)沖具均由氣缸來(lái)控制，本課題氣動(dòng)系統(tǒng)如圖3所示。氣缸用來(lái)實(shí)現(xiàn)夾具夾緊。氣缸2和氣缸3共同實(shí)現(xiàn)移動(dòng)沖具的換位。這3個(gè)氣缸都是通過(guò)P L C控制電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)其活塞運(yùn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)沖具的精確移位，保證重復(fù)定位精度誤差不超過(guò)±0.5mm，氣缸2和氣缸3的設(shè)計(jì)行程分別為52.34mm和104.68 mm。電磁閥選用三位五通氣動(dòng)電磁閥，型號(hào)為K 3 5 D 2-10，電磁閥處于零位時(shí)實(shí)現(xiàn)氣缸自鎖。

3.結(jié)論

根據(jù)對(duì)步?jīng)_機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、數(shù)控系統(tǒng)選擇、對(duì)工作臺(tái)、工作臺(tái)板、夾具、氣動(dòng)系統(tǒng)等機(jī)械部分進(jìn)行優(yōu)化，滿足了總體設(shè)計(jì)方案的要求。

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