文／俞雪良·瑞士Bruderer AG公司

適用于高速沖壓的三種常用的驅(qū)動系統(tǒng)

文／俞雪良·瑞士Bruderer AG公司

技術(shù)負(fù)責(zé)人員在選擇機(jī)器時經(jīng)常會考慮這樣的問題：哪種機(jī)器在技術(shù)方面最適合產(chǎn)品的生產(chǎn)？哪種機(jī)器能更經(jīng)濟(jì)、高效地工作？從沖壓過程來看，所有這些考慮的方面都應(yīng)該取決于所要生產(chǎn)的零件，根據(jù)零件的類型和要求來考慮設(shè)備的生產(chǎn)商和機(jī)型。那么到底哪種系統(tǒng)適合自己的產(chǎn)品呢？下面我們就介紹一下高速沖壓中三種常用驅(qū)動系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用。

一般來說，高速沖壓中常用的驅(qū)動系統(tǒng)主要有以下三種：

⑴曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)，主要用于高速沖壓。

⑵曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)，主要用于普通沖壓和高速沖壓。

⑶肘關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)，主要用于普通沖壓和高速沖壓。

這些驅(qū)動系統(tǒng)各有其特征，在當(dāng)今不同的生產(chǎn)領(lǐng)域各有優(yōu)勢，所以很難說孰優(yōu)孰劣，作為生產(chǎn)企業(yè)，在選擇相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備時就要了解它們最佳的應(yīng)用領(lǐng)域。

曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)

工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

如圖1所示，滑塊的運(yùn)動是通過曲軸、連桿來實現(xiàn)的，其曲軸是前后方向布置的。行程運(yùn)動通過兩個推桿和其平行導(dǎo)軌來實現(xiàn)，在推桿的兩邊設(shè)有滑塊調(diào)整系統(tǒng)，該系統(tǒng)起兩個作用，即滑塊的調(diào)整、快速抬起和動態(tài)誤差補(bǔ)償。

圖1曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)

該驅(qū)動系統(tǒng)的配重系統(tǒng)可以在各個運(yùn)動位置平衡橫向、縱向的慣性力。不同模具重量引起的剩余力和沖壓力由機(jī)器墊腳下的油壓彈簧吸收。滑塊運(yùn)動是正弦曲線，那么滑塊運(yùn)動的加速度也是正弦曲線，從而運(yùn)動慣性力也就很小，這樣的話對機(jī)械壽命和運(yùn)動精度的影響就比較小。

對現(xiàn)代沖壓來說，曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)的下列優(yōu)點(diǎn)是非常必要的。例如，曲軸在受力時的彎度和扭轉(zhuǎn)程度是最小的，其轉(zhuǎn)動慣性也就最小，這樣對啟動和制動性能大有好處。這種系統(tǒng)在杠桿上還體現(xiàn)了另一種優(yōu)良特性，如圖2所示，沖壓過程中60％的沖壓力分布在曲軸上，各有20％的沖壓力分布到左右高度調(diào)節(jié)螺桿上，由于在左右高度調(diào)節(jié)螺桿上的沖壓力和動力很小，所以螺桿不需預(yù)緊，這樣螺桿在滑塊運(yùn)動中也可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以，在不中斷沖壓過程的情況下，滑塊的下死點(diǎn)精度不管在何種速度下都可以保證在一個很精準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。由伺服電機(jī)驅(qū)動的左右高度調(diào)節(jié)螺桿還可以用來補(bǔ)償由溫度引起的滑塊下死點(diǎn)位置的變化。

圖2曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)沖壓力的分布

更獨(dú)特的是滑塊的導(dǎo)向系統(tǒng)。因為沒有曲軸的側(cè)向力作用于滑塊上，所以圖1所示的沖壓機(jī)只在沖壓平面內(nèi)導(dǎo)向。如果沖壓力不在中間，那么滑塊就會傾斜?；瑝K上的沖頭相對于下模不可偏斜很多，否則沖頭會觸碰下模，引起磨損甚至沖頭斷裂，這種結(jié)構(gòu)使得滑塊轉(zhuǎn)點(diǎn)在沖壓平面內(nèi)，沖頭和下模之間的誤差比較小，所以磨損小，模具的壽命長，修模間隔時間長，生產(chǎn)效率也就提高了。

現(xiàn)代的曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)在沖程達(dá)到100mm時在技術(shù)實現(xiàn)上就會有所限制了，而且，當(dāng)沖壓力達(dá)到300t的時候，機(jī)器的自重也將會很大。

應(yīng)用領(lǐng)域

從曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理可知，該驅(qū)動系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：高效率、高精度，再加上該驅(qū)動系統(tǒng)還可以實現(xiàn)正弦運(yùn)動，所以曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)不僅適于高速沖壓，而且在生產(chǎn)過程中更適于加入組裝和激光焊接等。

圖3曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)

曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)

工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

如圖3所示，滑塊的驅(qū)動是通過偏心軸和曲軸，再由兩個推桿推動滑塊來實現(xiàn)的，推桿的側(cè)向力必須由驅(qū)動箱體出口的導(dǎo)軌或滑塊外導(dǎo)軌承載。

滑塊和配重系統(tǒng)最起碼由3個偏心輪驅(qū)動，這樣主軸的慣性比較大，就會影響啟動和停機(jī)性能?；瑝K的高度調(diào)節(jié)是通過連桿關(guān)節(jié)里一個運(yùn)動的部件來實現(xiàn)的，這樣的話，其慣性力和沖壓沖擊力就很大。該驅(qū)動系統(tǒng)，調(diào)節(jié)機(jī)械機(jī)構(gòu)承受50％的沖壓力，在這樣的力的作用下，再在沖壓過程中去調(diào)節(jié)滑塊就很困難，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，其結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜而且零件的磨損也很厲害。

曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)的缺陷在于滑塊調(diào)節(jié)系統(tǒng)和軸承的壽命相對比較短?；瑝K的轉(zhuǎn)點(diǎn)在滑塊平面內(nèi)，這樣上模沖頭的磨損就比較厲害，模具壽命相對就要短，修模就要相對頻繁一些。滑塊和機(jī)體在溫度變化時會收縮或膨脹，從而使導(dǎo)軌受力，這樣導(dǎo)軌的壽命也會相應(yīng)變短。

應(yīng)用領(lǐng)域

曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)常應(yīng)用于多臺連接系統(tǒng)中，適于大型拉深零件和汽車大型件的生產(chǎn)，該驅(qū)動系統(tǒng)的沖程可以達(dá)到200mm。

肘關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)

圖4肘關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)

工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

如圖4所示，滑塊運(yùn)動是通過上肘關(guān)節(jié)來實現(xiàn)的，推桿的側(cè)向力由驅(qū)動箱上的導(dǎo)軌支撐，滑塊高度的調(diào)節(jié)是通過下肘關(guān)節(jié)來實現(xiàn)的。

除了在驅(qū)動箱體上有2個滑塊導(dǎo)軌外，在沖壓平面上還有4個滑塊導(dǎo)軌，這樣的導(dǎo)軌排列方式可使滑塊的轉(zhuǎn)點(diǎn)位于沖壓平面內(nèi)的兩個導(dǎo)軌層之間。

通過改變肘臂的尺寸，可以使滑塊在下死點(diǎn)位置附近放慢速度，在上死點(diǎn)位置附近又加快速度。不過，這會導(dǎo)致在上死點(diǎn)位置附近滑塊的加速度很高，為了避免過高的加速度，防止驅(qū)動系統(tǒng)的磨損和離合剎車時制動力過大，使用該驅(qū)動系統(tǒng)的沖壓機(jī)運(yùn)行速度不能太高。

許多大型沖壓機(jī)制造商希望在下死點(diǎn)位置附近速度可以慢一些，以使零件可以在拉深和彎曲過程中達(dá)到更好的質(zhì)量，但大多數(shù)大型沖壓機(jī)都沒有用比較復(fù)雜的肘關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，而是用減速機(jī)構(gòu)來替代，這樣的話，即便不需太多的復(fù)雜機(jī)構(gòu)也可以在下死點(diǎn)位置附近達(dá)到速度較低的效果。

應(yīng)用領(lǐng)域

由于肘關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)無法實現(xiàn)正弦曲線運(yùn)動，所以使用該驅(qū)動系統(tǒng)的沖壓機(jī)其運(yùn)行速度不能太高，不過當(dāng)有效沖程比較小時，其運(yùn)行速度還是可以達(dá)到一個比較高的值的。肘關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)最適宜用于大噸位、大行程、低速度的沖壓機(jī)中，但因為肘關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜，所以在大型沖壓機(jī)中往往還是用減速機(jī)構(gòu)來替代肘關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。

結(jié)束語

不同的驅(qū)動系統(tǒng)，就有不同的最佳應(yīng)用領(lǐng)域。在選擇沖壓機(jī)時，要考慮的因素很多，驅(qū)動系統(tǒng)的選擇就是其中不可忽視的因素，在不確定選用何種驅(qū)動系統(tǒng)時，最好到?jīng)_壓機(jī)的生產(chǎn)廠家做沖壓試驗，以便找到最佳的方案。

俞雪良，瑞士聯(lián)邦高級工程師，大中華區(qū)總經(jīng)理，從1991年起開始從事精密機(jī)械和自動化控制設(shè)計方向的研究，近年來主要從事高速精密沖壓技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)。