任 揚,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)
在美、日、西歐等工業(yè)發(fā)達(dá)國家,新的技術(shù)革命對鍛壓機(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)開辟了新路。
板材柔性制造系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成:①數(shù)控沖孔壓力加工設(shè)備;②直角剪板機(jī);③無人運送臺車;④自動倉庫;⑤板材自動測厚裝置;⑥負(fù)壓式高架吸盤送料裝置;⑦中央計算機(jī)控制室。
本文主要討論數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的自動化生產(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、模具庫和自動換模系統(tǒng),大大提高了生產(chǎn)效率。再加上大面積的輔助工作臺,操作更加游刃有余。
(1)該本體采用三箱體型框架,運用有限元法,經(jīng)反復(fù)靜、動態(tài)試驗,剛性極高,工具中心保證不產(chǎn)生誤差。安裝方式非常簡單,一般情況而言(視地質(zhì)情況而定)最大沖孔力在200kN 以內(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)測試,無論采用何種安裝方式,在機(jī)床正常運行500h 之后,機(jī)床水平精度無任何偏差。
(2)另一個關(guān)鍵部位為回轉(zhuǎn)頭,俗稱轉(zhuǎn)塔。如22工位和40 工位回轉(zhuǎn)頭,即一次可同時安裝不同大小的22 套和40 套沖模,這樣在首次建立了模具庫安裝模具完畢后,可長時間不更換模具,大大減少了輔助工時,提高了工作效率。
這里有必要說明在機(jī)床運行中的自動換模系統(tǒng),其換模過程如下:當(dāng)1# 模具沖制完畢需更換模具進(jìn)行下一個沖制時,程控系統(tǒng)(CNC)將需要更換模具的信號傳送到控制板及伺服電機(jī)編碼器;此時氣動銷釘(鎖定回轉(zhuǎn)頭的)也通過傳感器收到換模信號,其通過壓縮空氣將銷釘拔出;伺服電機(jī)收到信號后通過傳動鏈帶動轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動,或逆時或順時。當(dāng)將所需模具轉(zhuǎn)到壓力中心時自動停止,氣動銷釘通過傳感器鎖住回轉(zhuǎn)頭,即可進(jìn)行沖制。
(3)自動換位夾鉗。在機(jī)床X 軸導(dǎo)軌上裝有一副長夾鉗,用來夾持板材。但其最大功能是可在超出機(jī)床允許的長度以外自動換位,這樣可沖制出超長沖壓件。例如一臺CENTRUM2500 沖床,其X軸最大尺寸為1250mm。但有些沖壓件長度達(dá)1700mm~1800mm,此時就可采用該功能,即當(dāng)沖制完畢0~1250mm 面積內(nèi)形狀后,使夾鉗自動換位至1250mm~2500mm 范圍內(nèi),再沖制余下部分,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。
本文以日本村田機(jī)械公司(株) 獨立開發(fā)的“WIEDMAN”威德曼程序軟件系統(tǒng)為例予以說明。該軟件使用簡單直觀,對復(fù)雜形狀零件在短時間內(nèi)也可完成編程。該軟件是由不同級別的軟件組成,從最簡單的“康巴斯TWO”到能自動排樣的“INTERGREN”,各具不同特點并可逐級升級。該軟件主要由近30 條語句組成,最常用的有:
(1)X Y DX DY(X Y 增值語句)
C(旋轉(zhuǎn)角度) T 模具工位號
(2)OFS/:局部坐標(biāo)設(shè)定
FRM/:絕對坐標(biāo)設(shè)定
REP/:夾鉗自動換位設(shè)定
MOV/:開始點的設(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)于某一軸對稱沖命令
這里X、Y 坐標(biāo)值都是相對原點的相對值,這樣在編制程序時就更簡便了。下面舉例說明。
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單的編程,對于大型或復(fù)雜形狀的零件基本方法一致。所需計算的每點坐標(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)行各點預(yù)演,以檢查程序是否正確,是否能正常沖制。有時會出現(xiàn)預(yù)演警報。最常見的為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)床就會報警,自動停止沖制。這時需查找坐標(biāo)是否超程,更改即可。在程序編制中不僅可置點,還可規(guī)定工作臺移動速度。即在某一語句執(zhí)行時需變速,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。
沖孔專用模具結(jié)構(gòu)簡單,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,盤車后再安裝打料圈。
(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,故需要較長時間,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)所浪費的時間。
分析旋轉(zhuǎn)工位的結(jié)構(gòu)及使用情況,作者認(rèn)為以一個伺服電機(jī)同時帶動上下旋轉(zhuǎn)工位模具為最佳。如以兩個伺服電機(jī)分別帶動上下旋轉(zhuǎn)工位模具旋轉(zhuǎn),易造成由于參數(shù)變動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)重啃口報廢。目前國外生產(chǎn)該類設(shè)備的廠家已經(jīng)逐漸改雙電機(jī)為單電機(jī)帶動,避免了可能的事故,且使參數(shù)簡化,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、沖方臺、翻邊、拉伸或敲漏孔模具,均采用工作部分與模套同時安裝于一體,這樣可大大減少換模時間。對于圓臺、方臺、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降低下死點位置,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。按我國設(shè)計沖孔模間隙的標(biāo)準(zhǔn),間隙值c=(6~10)%t(板厚)。但此經(jīng)驗公式不適于該機(jī)床。按照幾年來的實際操作經(jīng)驗,其間隙值c=(14-22)%t。依據(jù)該經(jīng)驗公式設(shè)計雙邊間隙,經(jīng)實踐,沖制的零件毛刺幾乎無,且無變形,接口無痕跡等。針對以上區(qū)別,作如下分析;①我國設(shè)計間隙的經(jīng)驗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。而高速沖孔機(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比大不相同。②我國對沖裁模的熱處理水平還較低,間隙值的計算就較為保守,故需適當(dāng)減小間隙以避免磨損后間隙過大而報廢。
以上分析主要針對機(jī)床的主要部分。其他幾種輔助裝置如自動卸料裝置、自動倉庫、吸盤、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.沖壓自動化與壓力機(jī)改造.合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,1992.