李 兵，Bert Brahmer，王立勤，王菁華，宋志強(qiáng)，魏志國，張建設(shè)

（1.濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東 濟(jì)南 250022；2.Voith Turbo H+L Hydraulic GmbH & Co.KG）

0 引言

數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床源于1932年美國WIEDEMANN公司，該公司發(fā)明的多工位沖床的轉(zhuǎn)盤式模具庫及轉(zhuǎn)塔沖床的基本工作原理一直延續(xù)至今。然而在其數(shù)十年的發(fā)展歷程中，始終伴隨著機(jī)械、液壓、模具、電控等相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展，在主傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤模具系統(tǒng)、板料送進(jìn)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等方面，不斷進(jìn)行著關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與升級(jí)，使其總體技術(shù)水平與性能持續(xù)提高。

作為沖壓動(dòng)力源的主傳動(dòng)系統(tǒng)，繼由傳統(tǒng)的機(jī)械型被液壓型替代后，正朝著伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)型方向轉(zhuǎn)化。以此為主要特征的新一代高性能數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床，具有技術(shù)領(lǐng)先、精度高、加工范圍廣、沖壓速度快、工藝適應(yīng)性好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，代表了數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的發(fā)展水平和方向。

目前，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的國內(nèi)需求大約3000 臺(tái)/年，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)式高性能機(jī)型約占兩成并呈上升趨勢(shì)。其中，濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司自主研發(fā)推出的SVR 專利技術(shù)的SP 型數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床（圖1a），以及率先應(yīng)用伺服沖壓技術(shù)的日本 AMADA 等公司先進(jìn)產(chǎn)品（圖 1b），均顯示了創(chuàng)新的技術(shù)特點(diǎn)與良好的市場(chǎng)前景。同時(shí)，目前仍作為主流機(jī)型的數(shù)控液壓轉(zhuǎn)塔沖床，也以德國VOITH H+L公司研發(fā)的應(yīng)用DECV 閥技術(shù)的新一代HDM 型伺服液壓系統(tǒng)，成為伺服液壓式主傳動(dòng)技術(shù)升級(jí)的標(biāo)志，使數(shù)控液壓轉(zhuǎn)塔沖床也快速步入新的伺服化發(fā)展階段。其代表性產(chǎn)品主要有濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司最新推出的HPD 型數(shù)控液壓轉(zhuǎn)塔沖床（圖 1c），以及德國 TRUMPF 公司的 Tupunch5000型數(shù)控液壓轉(zhuǎn)塔沖床（圖 1d）。

圖1 國內(nèi)外數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床

1 SVR可變連桿專利技術(shù)的伺服主傳動(dòng)系統(tǒng)

1.1 概述

數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床的技術(shù)關(guān)鍵在于伺服主傳動(dòng)技術(shù)。濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司近年來在跟蹤與分析國際先進(jìn)伺服沖壓技術(shù)的同時(shí)，在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)方面，進(jìn)行了持續(xù)深入的研究。不同于其他產(chǎn)品所采用的國外已有技術(shù)的主傳動(dòng)模式，創(chuàng)新提出并研制了連桿長度可變曲柄連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床主傳動(dòng)系統(tǒng)，形成了獨(dú)有發(fā)明專利（201110219184.7）的伺服主傳動(dòng)專利技術(shù)（圖2a）。該技術(shù)突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與工藝模式，實(shí)現(xiàn)了以小功率高速伺服電機(jī)取代大扭矩伺服電機(jī)達(dá)到高效率、低能耗的技術(shù)創(chuàng)新，成為新一代數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床行業(yè)的關(guān)鍵領(lǐng)先技術(shù)，開創(chuàng)了高效、柔性、綠色伺服沖壓技術(shù)發(fā)展的新途徑。

圖2 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)類型示意圖

該專利主傳動(dòng)技術(shù)不僅與國際先進(jìn)伺服主傳動(dòng)技術(shù)同步發(fā)展，且具有其獨(dú)特的技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)。如日本AMADA 等公司應(yīng)用于數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的主要結(jié)構(gòu)類型，一種是雙伺服電機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)（圖2b），將同步控制的兩臺(tái)伺服電機(jī)分別連接于曲軸的兩端的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，但必須采用大功率雙力矩伺服電機(jī)，以滿足公稱壓力和沖壓速度的要求，使其制造成本及能耗較高。

另一種是單伺服電機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)（圖2c），將伺服電機(jī)通過絲杠傳動(dòng)副與曲柄肘桿機(jī)構(gòu)相連，利用曲柄肘桿機(jī)構(gòu)特有的增力特性，雖可降低伺服電機(jī)的負(fù)載扭矩，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，公稱壓力和沖壓速度也不及前者。

本專利主傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)相比國內(nèi)外同類產(chǎn)品的獨(dú)特性在于，將單臺(tái)通用伺服電機(jī)直驅(qū)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，并通過連桿長度可變的技術(shù)創(chuàng)新，不僅解決了采用小慣量低扭矩伺服電機(jī)取代高成本大功率力矩電機(jī)的難題，而且使通用伺服電機(jī)高速、高性能特性與數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床快速、靈活的工藝特點(diǎn)完善結(jié)合，發(fā)揮出優(yōu)異的高效、節(jié)能及柔性化技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)。

1.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）采用高轉(zhuǎn)速、低扭矩的通用伺服電機(jī)直接與曲軸相連接，驅(qū)動(dòng)連桿長度可變的曲柄連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在專用數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制下，可實(shí)現(xiàn)沖壓與送進(jìn)軸的聯(lián)動(dòng)控制運(yùn)行的傳動(dòng)方案（圖3a）。

連桿為內(nèi)、外連桿的組合嵌入式結(jié)構(gòu)，由氣缸驅(qū)動(dòng)擺桿式機(jī)械結(jié)構(gòu)，在快速調(diào)節(jié)連桿長度的同時(shí)，帶動(dòng)墊塊補(bǔ)償連桿長度的變化，實(shí)現(xiàn)初始位置和打擊位置兩種長度的調(diào)節(jié)（圖3b）。

將數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的換模與沖壓時(shí)所需的兩種滑塊行程，分別通過可變的連桿長度與減小的曲軸偏心距的合理匹配，使公稱力矩降低，進(jìn)而減小其伺服電機(jī)的額定力矩和功率（圖 3c）。

圖3 長度可變連桿伺服主傳動(dòng)示意圖

（2）長度可變連桿結(jié)構(gòu)采用新型內(nèi)連桿、外連桿嵌套的形式。在外連桿上開有導(dǎo)向槽，墊塊可以在導(dǎo)向槽中自由滑動(dòng)。內(nèi)連桿、墊塊分別由兩側(cè)的連接板連接，外連桿上安裝具有導(dǎo)向作用的氣缸，導(dǎo)向氣缸與外連桿通過螺釘固定，導(dǎo)向氣缸活塞桿與墊塊固定；內(nèi)連桿與外連桿之間安裝壓縮彈簧，彈簧力可以支撐內(nèi)連桿、銷軸、滑塊以及打擊頭的重量。通過采用擺桿式機(jī)械結(jié)構(gòu)，使得對(duì)于連桿長度的調(diào)節(jié)更加方便快速，只用一個(gè)氣缸就可以實(shí)現(xiàn)初始位置和打擊位置兩種長度的調(diào)節(jié)，以滿足特定工藝要求。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）可變連桿及小偏心距曲軸設(shè)計(jì)，使伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩隨之成倍減小，與上述日本AMADA 公司同類機(jī)型相比，滿足同等公稱壓力（200kN）及沖壓速率（1800hpm），本專利技術(shù)采用通用型高速低功率（16kW）伺服電機(jī)，較其大功率（54kW）雙力矩伺服電機(jī)，具有顯著的效率與節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

（2）采用通用高速低扭矩伺服電機(jī)，在滿足數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床所需較大的模具提升及換位行程的同時(shí)，能夠通過較小的加工行程實(shí)現(xiàn)滿載荷沖壓及快速步?jīng)_等功能，應(yīng)用于SP 型數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床，其刻印速度 1800hpm，10mm 行程 1mm、25mm 間距步?jīng)_速度分別為1000hpm、500hpm，各指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2 應(yīng)用DECV閥技術(shù)的HDM型伺服液壓系統(tǒng)

2.1 概述

過去的30 多年，液壓主傳動(dòng)技術(shù)一直主導(dǎo)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的發(fā)展。當(dāng)前，作為新一代技術(shù)的伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)系統(tǒng)，以其快速高效及節(jié)能降耗的特點(diǎn)，在高性能機(jī)型中有逐漸替代液壓系統(tǒng)而成為主流的趨勢(shì)。然而，作為目前仍為主導(dǎo)類型的數(shù)控液壓轉(zhuǎn)塔沖床，其液壓主傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)也朝著伺服直驅(qū)、快速高精度、閉環(huán)數(shù)控、節(jié)能易維護(hù)等方向進(jìn)展。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓系統(tǒng)技術(shù)，以其在沖壓速度快、過載保護(hù)強(qiáng)、噪聲控制好、大噸位性價(jià)比高等方面特點(diǎn)，使液壓技術(shù)的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)得到進(jìn)一步發(fā)揮，也共同引領(lǐng)了當(dāng)前伺服沖壓新技術(shù)的發(fā)展。

德國VOITH H+L 公司最新研制的HDM 型液壓系統(tǒng)，采用了DECV 伺服電機(jī)直驅(qū)主閥型系統(tǒng)技術(shù)，使液壓主傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展步入了一個(gè)新的階段。該系統(tǒng)在沖壓效率及精度、 技術(shù)性能與可靠性等方面較上一代產(chǎn)品有較大提升，實(shí)現(xiàn)了最大行程速度280mm/s、公稱壓力 300kN、位置精度 0.025mm、4mm行程沖頭速度900hpm、1mm 行程沖頭速度2800hpm等優(yōu)良的技術(shù)特性，并在系統(tǒng)成本、能源效率和市場(chǎng)競(jìng)爭力等方面優(yōu)勢(shì)明顯。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

HDM 型液壓系統(tǒng)主要由閥體油缸（圖 4a）、液壓站與電子控制器等三部分組成。由其液壓原理圖（圖 4b） 可見，通過采用 DECV 主閥 1 和 80bar 低壓回路控制，實(shí)現(xiàn)在40kN 以下沖壓力時(shí)的快速節(jié)能運(yùn)行；而在40kN 以上沖壓力時(shí)，通過高壓泵6 和轉(zhuǎn)換閥2，控制285bar 高壓回路連通油缸上腔，使高壓泵只在較大載荷沖壓時(shí)建立壓力并直接作用于油缸活塞4。通過沖壓力與沖壓速度的合理匹配，只需配置11kW 主電機(jī)即可滿足優(yōu)良的技術(shù)性能，且明顯降低系統(tǒng)成本并達(dá)到良好的能源效率。

HDM 液壓系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新主要在于DECV 主控制閥（圖4c），如何避免高壓泵的高壓及流速對(duì)控制閥的干擾也是其技術(shù)關(guān)鍵。該控制閥以德國VOITH H+L 公司成熟的機(jī)械拷貝閥為基礎(chǔ)，不同于通常的伺服閥通過電磁線圈控制，而直接由專門研制的FL56 型伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有優(yōu)化的磁電路與動(dòng)態(tài)特性以及特有的機(jī)械結(jié)構(gòu)。通過伺服電機(jī)精確檢測(cè)和控制主閥閥芯位置，以及零側(cè)隙齒輪齒條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥芯的線性驅(qū)動(dòng)，使NG10 規(guī)格的DECV閥的快速連續(xù)響應(yīng)時(shí)間高達(dá)7ms。同時(shí)還具有故障安全功能，可對(duì)故障位閥芯進(jìn)行精確的機(jī)械調(diào)整。

圖4 DECV 閥技術(shù)的HDM 型液壓系統(tǒng)示意圖

HDM 型液壓系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新還包括HS4 型電子控制器（圖5a），它同時(shí)兼容并提升了以往版本的電子控制器，適用于德國VOITH H+L 公司多系列規(guī)格的液壓系統(tǒng)。

HS4 型電子控制器基于32 位CPU 的CLC/PLC控制器，配置了RS-232、USB、以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線如CAN、Profibus 等通用接口，以及數(shù)字I/O、閥控狀態(tài)、位置和壓力傳感器等信號(hào)接口，另外還包含了直接驅(qū)動(dòng)DECV 閥的SV2 模塊。在專門設(shè)計(jì)的固件程序控制下，可實(shí)現(xiàn)快速步?jīng)_與成形、滾壓、刻印等特殊工藝的編程，并可針對(duì)不同的工藝和模具類型調(diào)整優(yōu)化相應(yīng)的參數(shù)。同時(shí)，在線跟蹤記錄傳感器數(shù)據(jù)和沖壓狀態(tài)信息，并適時(shí)將出現(xiàn)故障時(shí)的相關(guān)信息記錄于USB 存儲(chǔ)卡，用于故障分析與排除。專門用于調(diào)試和診斷的Punchmaster PC 軟件，可通過HS4 型電子控制器在線跟蹤加載數(shù)據(jù)或?qū)σ汛鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)離線分析（圖5b），還可通過以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)。

圖5 HS4 型電子控制器與Punchmaster 軟件界面

上述可見，新一代DECV 閥技術(shù)的HDM 型液壓系統(tǒng)，具有伺服驅(qū)動(dòng)、高效率、低成本和調(diào)試、診斷與維護(hù)方便等特點(diǎn)，使數(shù)控液壓轉(zhuǎn)塔沖床性能與可靠性提升到新的水平。目前，應(yīng)用DECV 閥技術(shù)并沿承高低壓雙回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有更高性能的HDE 型液壓系統(tǒng)也已推出，它采用15kW 電機(jī)即可滿足300kN 公稱壓力與3mm 行程沖頭速度1800hpm 的要求，能夠更好地發(fā)揮伺服液壓技術(shù)特點(diǎn)并提高能源效率，節(jié)省功耗。

3 伺服沖壓相關(guān)協(xié)同技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用

綜上所述，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)型主傳動(dòng)系統(tǒng)新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，在技術(shù)領(lǐng)先、快速高效、性能提升、工藝優(yōu)化及節(jié)能降耗等方面，使數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床具有新的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和性能特點(diǎn)。然而，為使伺服主傳動(dòng)核心技術(shù)充分發(fā)揮高性能優(yōu)勢(shì)，還要與數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的轉(zhuǎn)盤選模系統(tǒng)、高速送進(jìn)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及軟件等技術(shù)協(xié)同配合與提升。上述SPH 型數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床，即融合了多項(xiàng)創(chuàng)新專利技術(shù)與設(shè)計(jì)，主要包括：

（1）分度工位功能擴(kuò)展技術(shù)。通過增配分度工位的數(shù)量、擴(kuò)展可分度模具類型及規(guī)格、提高其安裝互換性以及多子模的應(yīng)用，充分發(fā)揮可分度模具的特有優(yōu)勢(shì)。

（2）多子模性能提升技術(shù)。通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)將多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模具組合集成構(gòu)成多子模并安裝于分度工位，不僅實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)A 工位模具通用且可互換安裝，其中任意一套模具還可進(jìn)行二次分度沖壓，擴(kuò)展轉(zhuǎn)模的數(shù)量與效率，提高其適應(yīng)性與經(jīng)濟(jì)性。

（3）轉(zhuǎn)盤雙排工位及選模技術(shù)。該技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了在單一獨(dú)立型分度頭配置的轉(zhuǎn)盤上配置雙排工位的功能，較國外現(xiàn)有技術(shù)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)； 同時(shí)與主傳動(dòng)及轉(zhuǎn)模結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，進(jìn)行功能集成擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外排工位模具選擇沖壓功能。

為便于讀者進(jìn)一步了解以上技術(shù)內(nèi)容，分述如下。

3.1 多重模具互換型分度工位及模具系統(tǒng)技術(shù)

3.1.1 概述

模具技術(shù)的提升也是數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，為提高加工效率、擴(kuò)展機(jī)床工藝性能，增模位規(guī)格數(shù)量的同時(shí)，可分度模位、雙排標(biāo)準(zhǔn)模位及多子模等功能配置與應(yīng)用，代表了先進(jìn)模具技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于國外高性能機(jī)型（圖6a）。其中，分度模位上、下模套，由分別裝于上、下轉(zhuǎn)盤的兩套蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，同步回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)內(nèi)裝異形模具的分度（圖 6b）。

但以上功能應(yīng)用所需的相應(yīng)機(jī)構(gòu)及控制模式尚有以下問題：

（1）模具分度裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且多套配置，成本高；由于安裝在轉(zhuǎn)盤上，使其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，不利于快速運(yùn)行。

圖6 國外模具分度技術(shù)及轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖

（2）分度工位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)盤中軸分布于兩端，分度工位數(shù)量的擴(kuò)充不僅受其結(jié)構(gòu)限制，同時(shí)因占用空間較大，分度工位的增加將明顯減少標(biāo)準(zhǔn)模位數(shù)量，雙排標(biāo)準(zhǔn)工位也只起到一定的補(bǔ)償作用，模具數(shù)量的擴(kuò)展必須通過增加轉(zhuǎn)盤直徑來滿足。

本項(xiàng)目產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用了發(fā)明專利（201110241 395.0）的多重模具互換型分度工位及模具系統(tǒng)技術(shù)（圖7a）。同時(shí)，采用分度裝置獨(dú)立于轉(zhuǎn)盤之外的形式，從而使單套蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)裝置即可支持多套分度工位（見圖7b），降低了以上功能帶來的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，減輕了對(duì)轉(zhuǎn)盤標(biāo)準(zhǔn)工位及回轉(zhuǎn)性能的不利影響。

圖7 本專利模具分度技術(shù)及轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）對(duì)安裝于轉(zhuǎn)盤分度模位的上、下旋轉(zhuǎn)套，采用E 型標(biāo)準(zhǔn)模（4-1/2″） 工位?？撞⑴c大規(guī)格工位（3-1/2″）分度模座互換安裝的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

（2）上分度工位模座裝入轉(zhuǎn)盤時(shí)，可直接安裝D型（3-1/2″）異形模具（圖 8a），以及通過標(biāo)準(zhǔn)模具轉(zhuǎn)換套安裝 C 型（2″）異形模具（圖 8b）；上分度工位模座取出轉(zhuǎn)盤時(shí)，可直接安裝專利技術(shù)的6 個(gè)A 型（1/2″）多子模（圖 8c），或 E 型（4-1/2″）標(biāo)準(zhǔn)成型模（圖8d）。

圖8 多重模具互換型分度工位結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）該創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多種類型模具的互換安裝，且操作方便；使模具系統(tǒng)互換性提高、規(guī)格和數(shù)量擴(kuò)充、工藝適應(yīng)性增強(qiáng)、功能更完善；通過配置互換型轉(zhuǎn)模及多子模的轉(zhuǎn)盤，提高了模位的適用性，并可根據(jù)需要使模位數(shù)變換擴(kuò)充。

（2）同現(xiàn)有技術(shù)相比，多重互換分度模位的使用，使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單，可有效利用轉(zhuǎn)盤空間增加模位數(shù)量；在豐富模具功能的同時(shí)，極大簡化了沖床控制機(jī)構(gòu)；分度模位互換性極強(qiáng)，分度工位數(shù)量、位置可根據(jù)具體要求設(shè)置，受限制因素小。

3.2 雙位變換沖壓裝置及雙排模具系統(tǒng)技術(shù)

3.2.1 概述

數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床雙排模具結(jié)構(gòu)可有效增加可供使用的模具數(shù)量，擴(kuò)展設(shè)備加工工藝范圍；國外現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)外排工位的選擇，采用一種可移動(dòng)打擊頭實(shí)現(xiàn)，即由氣缸帶動(dòng)變換位置的打擊頭移動(dòng)裝置完成，該裝置安裝于滑塊上并隨其上下運(yùn)動(dòng)（圖9a）。目前絕大部分主流數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床均設(shè)有模具分度工位，但由于該結(jié)構(gòu)中打擊頭移動(dòng)裝置安裝在沖壓位置上方，模具回轉(zhuǎn)裝置只能安裝在上、下轉(zhuǎn)盤上，結(jié)構(gòu)尤為復(fù)雜，且增加了轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)部件重量（圖9b）。

本項(xiàng)目采用雙位沖壓的創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了雙排模具、多子摸、互換型分度工位等功能（圖9c），充分集成了上述伺服主傳動(dòng)及模具分度裝置的功能并加以擴(kuò)展與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，形成了發(fā)明專利（201120306345.1）的雙排模具系統(tǒng)技術(shù)（圖 9d）。

圖9 本專利與國外雙排工位技術(shù)及轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖

3.2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）如圖10a 所示，將適用于單排模具的整體式滑塊，變?yōu)榭上鄬?duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩段組合結(jié)構(gòu)，下端的打擊

圖10 雙排工位技術(shù)及轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖

桿頭部為靴形，沖壓位置有中心主沖位及單側(cè)副沖位，主沖位固定于滑塊中心，副沖位可通過分度機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)其變位裝置圍繞主沖位旋轉(zhuǎn)定位；通過功能集成化創(chuàng)新設(shè)計(jì)，打擊桿側(cè)向上下兩個(gè)銷釘與分度驅(qū)動(dòng)套內(nèi)相應(yīng)導(dǎo)槽構(gòu)成打擊桿轉(zhuǎn)位的離合機(jī)構(gòu)。

（2）轉(zhuǎn)盤包括 A、B、C、D 四種標(biāo)準(zhǔn)類型工位及互換型分度工位，其中的A、B 型工位采用雙排設(shè)計(jì)，可最大效度利用轉(zhuǎn)盤空間，有效增加模位數(shù)量；通過配置雙排A、B 工位即可將900mm 直徑32 工位標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤擴(kuò)充至 56（2MT）工位（圖 10b）。

（3）通過伺服主傳動(dòng)滑塊上下與上分度驅(qū)動(dòng)套旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)打擊桿的離合轉(zhuǎn)位，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外模位及多子模的選擇。當(dāng)分度裝置位于0°時(shí)，打擊桿適于單排工位模具（圖10c） 及雙排工位中的前排模具（圖10d）沖壓；當(dāng)分度裝置位于180°時(shí)，副沖位可通過分度機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)其變位裝置圍繞主沖位旋轉(zhuǎn)，定位于雙排工位中的前排模具（圖10e）沖壓。在豐富數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床模具配置、擴(kuò)展設(shè)備工藝性能的同時(shí)，極大簡化了數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床結(jié)構(gòu)。

3.2.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）整體結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，可最大限度利用轉(zhuǎn)盤空間，有效增加模位數(shù)量；

（2）通過打擊頭的回轉(zhuǎn)功能，既可實(shí)現(xiàn)多子模、雙排模具選擇沖壓，更創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了多子模的二次分度沖壓；在豐富沖床功能的同時(shí)，極大簡化了沖床控制機(jī)構(gòu)。

3.3 裝載標(biāo)準(zhǔn)模及可分度的多子模技術(shù)

3.3.1 概述

在數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床轉(zhuǎn)盤模位數(shù)固定的基礎(chǔ)上，為更有效增加可供使用的模具數(shù)量，擴(kuò)展設(shè)備加工工藝范圍，需要采用多子模（圖 11a）。國外技術(shù)結(jié)構(gòu)采用在外形尺寸等同D 工位上下模的模座基礎(chǔ)上，內(nèi)部安裝專用的多支專用型小規(guī)格凸凹模（圖11b）；并借助于專用的氣缸鎖定裝置與模具回轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)子模的選擇、沖壓（圖 11c）。上述多子模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且只能裝載特制的上模，增加了模具庫存種類和數(shù)量。

本項(xiàng)目產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種可裝載標(biāo)準(zhǔn)模具，并可實(shí)現(xiàn)二次分度沖壓的專利（201120306344.7）技術(shù)的裝載標(biāo)準(zhǔn)模及可分度的多子模。

圖11 國外多子模技術(shù)及模具結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）本項(xiàng)目采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將6 個(gè)1/2″標(biāo)準(zhǔn)模具組合集成構(gòu)成多子模并安裝于分度工位，并可實(shí)現(xiàn)分度沖壓的多子工位復(fù)合模具裝置（圖12a）；模具更換時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)模具無異，只需將上下模組件直接拔插入即可（圖12b）；多子模采用的專利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，通過與可變連桿與模具分度功能的集成擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)了多子模二次分度（圖12c）。

（2）通過變連桿機(jī)構(gòu)、雙沖頭機(jī)構(gòu)及分度裝置對(duì)旋轉(zhuǎn)副沖頭驅(qū)動(dòng)及離合控制等，實(shí)現(xiàn)兩種沖壓方式：

圖12 本專利多子模技術(shù)及模具結(jié)構(gòu)示意圖

①多子模選定及零位沖壓：包含多子模的上、下模座隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床打擊位時(shí)，多子模位中正前方的子模正好對(duì)應(yīng)打擊塊的打擊部位，副沖頭鎖定而分度裝置獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的方式可選擇任一個(gè)子模進(jìn)行零方位沖壓（圖 13a）。

②多子模二次分度沖壓： 所有子模位均可安裝非圓異形模具，其二次分度沖壓時(shí)首先進(jìn)行上述子模的選定（圖13b），然后以副沖頭與分度裝置同步旋轉(zhuǎn)的方式可使選定的子模實(shí)現(xiàn)二次任意分度（圖13c）。

圖13 本專利多子模沖壓及控制方式示意圖

3.3.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）可裝載標(biāo)準(zhǔn)模具，模具安裝方便快捷；減少了模具庫存種類、數(shù)量。

（2）通過對(duì)模具上分度裝置模套、滑塊以及打擊頭等相關(guān)零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)控軸控制功能擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)子模分度沖壓，極大擴(kuò)展了多子模功能與轉(zhuǎn)盤模具庫容量及模具使用的工藝范圍。

4 結(jié)束語

國際金屬板材加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，主要特征體現(xiàn)為高速、高效、節(jié)能、高可靠性、復(fù)合化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化等。數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床伺服沖壓主傳動(dòng)技術(shù)，以其技術(shù)領(lǐng)先、精度高、加工范圍廣、沖壓速度快、工藝適應(yīng)性好、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，已成為其順應(yīng)高速節(jié)能化加工發(fā)展方向的核心技術(shù)，協(xié)同高速?zèng)_壓工藝與模具技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)等，代表了數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的發(fā)展水平和方向。

近年來，濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司在積極跟蹤國際先進(jìn)數(shù)控伺服沖壓技術(shù)的同時(shí)，著力于提高關(guān)鍵技術(shù)與核心技術(shù)的自主研發(fā)能力、 提升產(chǎn)品的技術(shù)水平、 加強(qiáng)創(chuàng)新和前瞻性技術(shù)的研究與應(yīng)用。集成SVR 可變連桿等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)自主研制的SP 型數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床，在主要技術(shù)指標(biāo)方面達(dá)到國外先進(jìn)水平；應(yīng)用DECV 閥技術(shù)的HPD 型數(shù)控伺服液壓轉(zhuǎn)塔沖床，代表了最新液壓主傳動(dòng)技術(shù)水平。以上數(shù)控高效、柔性、節(jié)能等創(chuàng)新技術(shù)與產(chǎn)品的推出，不僅滿足了金屬板材加工行業(yè)對(duì)高性能設(shè)備需求，也為本行業(yè)領(lǐng)域提升技術(shù)水平，促進(jìn)國產(chǎn)數(shù)控板材沖壓設(shè)備的發(fā)展起到積極的作用。

[1]李 兵.數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床的最新發(fā)展—Servo V.R 可變連桿伺服主傳動(dòng)技術(shù).鍛壓裝備與制造技術(shù)，2012，47（3）：13-17.

[2]Bert Brahmer.Vorteile hydraulischer Antriebe beim Stanzen unbestritten.MM MaschinenMarkt，2013，（5）.