文/ 張清林?江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇?日本小松技術士事務所

伺服沖床的實際應用 （連載五）

文/ 張清林?江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇?日本小松技術士事務所

多工位搬運與最大拉深深度

通過伺服沖床進行多工位加工運轉(zhuǎn)方式大致分為兩種，第一種是沖床始終處于連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，多工位搬運裝置與沖床滑塊的運轉(zhuǎn)模式實現(xiàn)機械式或電氣上的同步，實現(xiàn)多工位搬運的方式；第二種是沖床處于斷續(xù)行程狀態(tài)，在沖床停止時實現(xiàn)多工位搬運，機械手的搬運一般采用這種方法。

第一種連續(xù)運轉(zhuǎn)方式是沖床在每個行程完成后不停止，生產(chǎn)率較高。多工位搬運裝置必須在與上模的動作不發(fā)生干涉的前提下，才能完成從模具中取出工件和送入工件的動作。一般的設定是在曲軸角度240°～295°之間的55°范圍內(nèi)實現(xiàn)夾持，在300°～60°的120°之間完成送料。圖1所示為二維多工位搬運裝置動作與沖床曲軸的關系。

三維多工位搬運裝置是在二維多工位搬運裝置的基礎上，增加了提起和放下的動作，那么原來二維搬運時用來夾持的55°角中的35°就被分割出來，在曲軸的240°開始到275°之間完成夾持的動作，留出5°的時間后開始提升，然后在提升完成前的5°開始搬運，也就是說在最后的5°中夾爪邊提升邊移動。

圖1 二維多工位搬運裝置的動作與沖床曲軸角度的關系

圖1中標明“最大拉伸深度H是沖床行程長度S的35%”，圖中的角度分配可以看出要使搬運裝置在實施夾持、搬運、放下等各個動作時，上、下運動的模具與夾爪、成形工件不發(fā)生干涉，最大拉深深度只能限制在沖床行程長度的35%以內(nèi)。對于三維多工位搬運裝置來說，由于需要上升和下降的動作，所以能夠拉深的深度中就被減少50%的升降行程高度，原因是多工位搬運裝置在提升時要與上模的上升保持同步，必須避免與上模發(fā)生干涉。此外，二維多工位搬運裝置的最大拉深深度是行程長度350mm的35%，約122mm，同樣的行程長度的沖床配置三維多工位搬運裝置時，如果搬運桿的提升量為80mm，提升量的50%就是40mm，因此最大拉深深度就減少了40mm，為82mm。三維搬運時拉深深度比二維搬運時要少，這一點在選擇帶有多工位搬運裝置伺服沖床時必須引起注意。

圖1是對行程的長度方向（垂直面）上與模具的干涉解析，在進行模具設計時，還必須有水平面的解析（圖2），充分做好分析就可以避免模具的導柱（或?qū)祝┡c搬運裝置上的夾爪發(fā)生干涉。當滑塊的行程長度350mm，送料步距250mm時，圖1中的格子部分是上模與夾爪的干涉部分領域，上側(cè)表示上死點附近，下側(cè)表示下死點附近，特別要對下側(cè)的下死點附近是否會產(chǎn)生干涉要正確評價。這與模具有著密切的關系，應與模具的設計人員一起進行技術性討論。

機械手搬運時的最大拉深深度

機械手搬運分直線式搬運和五軸多關節(jié)機械手（機器人）搬運的兩種方式。

⑴直線式搬運。沖床上的機械手是為提高生產(chǎn)效率而設置的專用設備。普通沖床在每個行程停止一次的斷續(xù)運轉(zhuǎn)方式使用的情況較多，但在使用伺服沖床的情況下，就可以實現(xiàn)不間斷的連續(xù)運轉(zhuǎn)機械手搬運方式。理論上斷續(xù)運轉(zhuǎn)方式的最大拉深深度，可以接近滑塊行程長度的50%，實際上還要受到?jīng)_床的公稱能力、發(fā)生位置和飛輪能量的制約。連續(xù)運轉(zhuǎn)方式和斷續(xù)運轉(zhuǎn)方式對于多工位搬運裝置都沒有影響。

⑵多關節(jié)機械手（五軸多工位機器人）的搬運方式。多關節(jié)機械手的動作速度決定了沖床要實現(xiàn)斷續(xù)運轉(zhuǎn)方式，最大拉深深度是滑塊行程長度的50%，同樣受上述條件的制約。

圖2 多工位搬運裝置的動作與上模在水平面上的干涉關系

料片的供給裝置

無論是使用多工位搬運裝置還是機械手的搬運方式，最初料片的供給必須準確，并按照合適的時間曲線進行，否則就會造成生產(chǎn)率低下。需要注意以下幾方面：

⑴防止兩張送料。兩張料片同時送入模具是不允許的，這要依靠沖床的檢測系統(tǒng)來保證。首先，送入模具的素材一定要是單張并且確定地分離，考慮到萬一沒有分離的情況發(fā)生，就要設置檢測裝置進行監(jiān)視。如果料片上有油，分離就比較困難，供給誤送的幾率就比較大。

⑵定位和方向判別。要保證材料的位置放置準確，就要采用模具內(nèi)設置導柱、壓板等方法，如果是異形素材的話還應設置判別材料方向的感知器。

⑶模具內(nèi)的檢測器。在使用機械手進行材料供給時，一般都采用真空吸盤來將材料吸引、把持、移動，隨著搬運速度的加大，真空吸盤的吸引力被加速度所擊敗，片材的位置就會發(fā)生誤差，因此需要設置誤送檢出裝置。

換模的自動化和合理化

換模存在著一定的危險性，要求有嚴格的更換程序。

⑴升模器的延長導軌和模具的進出裝置（圖3）。將排列著許多滾柱或滾珠的滾道放置在工作臺的溝槽內(nèi)，下部設有抬模器。通過油壓或凸輪的方法使其上升，將模具舉起離開工作臺，模具可以在滾道上實現(xiàn)輕松移動。在工作臺的前面設置升模器的延長滾道（也稱為延長臂），卸模時把模具移動到延長滾道上后，再用吊車或叉車把模具移開，上模時反之。此種形式的自動化換模裝置，可承受的重量、延長滾道的強度一般在1000kg以下，如果模具較重，就要考慮采用較安全的移動式工作臺的方法。

圖3 模具交換用抬模器和延長滾道

⑵換模臺車。在沖床的前面或后面設置移動式臺車，臺車高度與工作臺的高度相同，臺車上表面設置排列有滾珠的滾道，使模具能夠順利地移動到?jīng)_床的工作臺上或從工作臺上移動到臺車上。

⑶移動式工作臺。采用移動式工作臺的換模方式一般是在模具重量超過5000kg時必須使用。這種方式主要有以下特點：

1)移動式工作臺的行走。在工作臺的側(cè)面安裝馬達驅(qū)動的車輪行走裝置，實行按鈕操作，在車輪內(nèi)部或在沖床的底座上設有升降功能，由此來實現(xiàn)模具的交換。

2)移動工作臺的行走方向。移動工作臺的行走方向可以是沖床的前后左右任何方向，應根據(jù)工廠的實際情況確定生產(chǎn)線的構(gòu)成和移動工作臺的移動方向。如果是只有一面工作臺，換模需要的時間就會較長，一般設置2面工作臺。兩面工作臺換模還可以采用十字形交換方式。

3)緩沖裝置的頂料銷的處理。每個成形品所需要的頂料桿位置不同，所以每更換一個產(chǎn)品都要進行頂料銷的重新調(diào)整。大型的沖床機械大多采用移動工作臺，頂料桿就存放在移動工作臺的銷釘孔內(nèi)，不需要進行頂料桿的重新調(diào)整。頂料桿是與緩沖裝置頂板的運動完全一致的上下運動，在不需要頂料桿時，在下模壓板的相應位置上可以開出能讓頂料桿躲避的空間，使頂料桿可以自由進出。

4)移動工作臺上的模具夾持。在沖床的外面進行模具交換時，使用模具夾鉗將下模鎖緊在工作臺上。模具夾鉗的夾緊是油壓式的，油壓是通過能夠伸縮自如的油管供給。

移動工作臺的行走、升降也需要使用卷取機來保證動力線的伸縮需要，沖床周邊自動化裝置需要的管路、檢測裝置，使用的電源插座都是通過設置在沖床內(nèi)接口進行自動化連接。

⑷模具的定位和模具與工作臺結(jié)合狀態(tài)的檢測。在工作臺上有2個以上凸出的銷栓，可以對模具的底板起著導向和定位的作用。在自動化交換系統(tǒng)銷栓的側(cè)面可以設置接近開關，從電氣的控制上確認模具與工作臺是否完全結(jié)合。

⑸下腳廢料的處理（圖4）。下腳廢料的處理也是沖壓工廠的重要作業(yè)，如果出現(xiàn)滯留堵塞可能會造成生產(chǎn)停滯的嚴重后果。從模具內(nèi)排出來或取出來的下腳料，落在沖床的底座下邊或前后位置，這些下腳料的大小不一、形狀復雜，所以需要在產(chǎn)生下腳料的位置設置滑道、輸送帶等，使下腳廢料能夠順暢地排除。對于較大的下腳料還要在模具內(nèi)增加將其切斷的工位，將大的下腳廢料分割以達到不影響自動處理的目的。

圖4 下腳廢料的處理

伺服沖床的應用分析

伺服沖床的介紹和實際應用至今已經(jīng)連載了2年時間了，本期作為最終篇與各位讀者再見。在日本大約20年前開始生產(chǎn)伺服沖床，到目前為止制造廠生產(chǎn)的沖床大約有80%是伺服沖床。歐洲（EU）從2000年開始迅速發(fā)展，至今仍在發(fā)展中，成熟的伺服沖床制造企業(yè)和生產(chǎn)出的臺數(shù)還不多。在中國隨著經(jīng)濟發(fā)展的大趨勢，伺服沖床也表現(xiàn)出急速發(fā)展和普及的態(tài)勢，這也說明中國已經(jīng)開始進入了伺服技術發(fā)展的時代。先行者先得利，能夠先行一步學習、掌握伺服技術的企業(yè)將會獲得良好的回報。

截至目前，伺服沖床機械在各個沖壓生產(chǎn)領域內(nèi)都表現(xiàn)出不凡的成績，但伺服沖床的性能受到評價最高的還是來源于汽車零部件的制造行業(yè)。在汽車的零部件中，使用了很多高張力、高強度的鋼板，這種鋼板的成形性很差，不能準確地復印出模具形狀、模具的咬死等現(xiàn)象頻繁發(fā)生。面對這些問題，解決的最好方法就是使用伺服沖床進行加工。把高張力鋼板加熱到800～1000℃,再進行沖壓加工的熱沖壓成形方法開始應用。加熱的鋼板在模具內(nèi)急劇冷卻成形，一舉解決了高張力鋼板的成形難和形狀精度差的問題，這其中伺服沖床發(fā)揮了主力作用。

另外，實現(xiàn)汽車輕量化另外一個方法就是越來越多的使用復合材料，這將會給沖床帶來偏心負荷過大的嚴重問題。解決偏心負荷問題僅僅靠伺服沖床也是遠遠不夠的，迄今為止伺服沖床也還不能滿足金屬沖壓成形的許多現(xiàn)實問題，也就是說伺服沖床并不是萬能。伺服沖床要根據(jù)使用需要進行設計、制造，但是如果對伺服沖床沒有足夠的理解和認知，即使使用了良好的機能，也并不能發(fā)揮伺服沖床的實際功能，反之還有可能造成設備損壞。

無論是拉伸、彎曲、落料還是鈑金、溫鍛、冷鍛，甚至熱鍛都可能用伺服沖床來完成的時代已經(jīng)到來，沖床的制造廠家與使用廠家的信息溝通、技術交流和研究開發(fā)是雙方共同發(fā)展的基本條件。決不能小看了伺服沖床的發(fā)展前景，它有著龐大的空間等待我們?nèi)ラ_發(fā)和利用。

但遺憾的是，中國的伺服沖床設計和制造還停留在論文研究、樣機開發(fā)和展機展出的階段，實現(xiàn)低速高扭矩的伺服電機國產(chǎn)化和伺服沖床的量產(chǎn)還很艱難，驅(qū)動放大器和控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)離國際上的先進水平還相差甚遠。因而，中國伺服沖床的使用也就遠遠沒有普及，人們對高價的進口伺服沖床，還只能是望洋興嘆和心有余而力不足。在此基礎上，江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司擔負著這種責任和使命，在2年前已開始了引進海外伺服專家，整合大量的人力和財力，著手了重點開發(fā)伺服沖床的研發(fā)隊伍，如今已經(jīng)取得了重點技術突破，完全實現(xiàn)了興鍛—CPTEK獨立自主民族品牌的伺服沖床國產(chǎn)化和量產(chǎn)。在交付給客戶使用后，受到了廣大客戶認可。感謝沖壓行業(yè)的技術人員對伺服沖床知識普及和推廣的長期關注，希望使用伺服沖床的廠家能在技術改造，工藝革新過程中，享受使用伺服沖床的紅利并不斷發(fā)展壯大。