文／陳永強，逯憲斌·河北沃克曼數(shù)控機械有限公司

數(shù)控沖床模具庫結(jié)構(gòu)淺析

文／陳永強，逯憲斌·河北沃克曼數(shù)控機械有限公司

數(shù)控沖床是一種利用數(shù)控技術(shù)對板料進行沖孔和落料的壓力機，它的工作臺可以按設(shè)定的程序做左右和前后移動，模具可以自動調(diào)換或自動裝卸，因而能用單次沖裁方式或步?jīng)_沖裁方式加工出各種形狀和尺寸的零件。數(shù)控沖床由于其多模具、定位精準以及加工靈活的優(yōu)勢，已成為鈑金加工領(lǐng)域的核心加工裝備。從上世紀六十年代美國威德曼公司發(fā)明數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床以來，五十年時間不斷有各種新技術(shù)融入了該類產(chǎn)品，形成了功能完善、相對通用的沖床。

模具庫是數(shù)控沖床的核心部件，對整機加工精度有重要影響。數(shù)控沖床的模具庫結(jié)構(gòu)從功能上可以分為兩種，一是實現(xiàn)快速選擇模具，二是實現(xiàn)快速拆裝模具。

作為一種典型的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)塔式模具庫可以將不同規(guī)格的模具提前安裝到模具庫的相應(yīng)工位上，在使用時，轉(zhuǎn)塔快速旋轉(zhuǎn)到程序指定的模具位置進行沖壓。模具在轉(zhuǎn)塔上的工位分布有單圈和多圈兩種，如圖1所示。

單圈分布的轉(zhuǎn)塔加工無死區(qū)，機床所有的模具位都可以單獨安裝模具導向鍵，從而可以安裝非圓模具及異形模具，滿足了復(fù)雜加工工藝的需求。此外，單圈分布的轉(zhuǎn)塔可以選擇更多的旋轉(zhuǎn)工位，一般都可以分布2～4個，甚至可以根據(jù)客戶的需求定制6個旋轉(zhuǎn)工位。每個旋轉(zhuǎn)工位都可以360°旋轉(zhuǎn)，并且可以安裝多子模拓展出更多的工位，滿足加工需求。單圈分布的轉(zhuǎn)塔每個模具的下模都是單獨的下模座，更換模具時更快捷，但是由于受轉(zhuǎn)塔大小的限制，導致單圈分布的轉(zhuǎn)塔不可能有很多的工位，一般單圈分布轉(zhuǎn)塔的工位數(shù)都不會超過40個。多圈分布轉(zhuǎn)塔的模具位一般有2～3圈，可裝模具位數(shù)甚至可以達到70個。多圈分布的轉(zhuǎn)塔打擊頭一般采用可以移動的機械結(jié)構(gòu)，它可在不同的模具圈分布位上移動，使沖頭能夠打擊到每個模具，但無形中增加了機床的故障及檢修率。多圈分布的轉(zhuǎn)塔由于是多個模具共用一個下模座，無法做到每個模具位都安裝非圓模具及異形模具，使得在復(fù)雜工藝加工時可能造成二次裝夾，降低了加工效率。

河北沃克曼數(shù)控機械有限公司的WME332A型轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，采用單圈分布厚轉(zhuǎn)塔，如圖2所示，其材料為高剛性高耐磨的球墨鑄鐵。該轉(zhuǎn)塔由伺服電機驅(qū)動減速器帶動鏈輪鏈條轉(zhuǎn)動，機械結(jié)構(gòu)緊湊，負載、動力匹配合理，傳動穩(wěn)定性高，精密調(diào)校的轉(zhuǎn)塔定位裝置可以確保精確選刀。此系列機型轉(zhuǎn)塔有30、32、36、40等工位可以選擇，標配2個旋轉(zhuǎn)工位，可以選配4個旋轉(zhuǎn)工位，每個旋轉(zhuǎn)工位都可以安裝多子模滿足各種復(fù)雜工藝的需求。

國內(nèi)外轉(zhuǎn)塔式數(shù)控沖床普遍采用這種快速選擇模具的轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)，由于模具已提前安裝好，使用時只需要根據(jù)程序快速選擇相應(yīng)的模具即可沖壓，效率高，故障率也低。

另一種模具快速換模機構(gòu)是通過實現(xiàn)模具的快速拆裝來達到目的，德國通快公司的數(shù)控沖床就是這類結(jié)構(gòu)的典型例子，它的模具庫是直線式的，即將模具庫裝在移動工作臺的X向滑枕上，模具隨滑枕左右運動，直接向主滑塊上安裝和拆卸模具。這種換模方式是在早期的手動快速換模方式下發(fā)展而來的。圖3所示為通快公司早期的TC235型手動快速換模裝置的結(jié)構(gòu)簡圖，沖頭2、凹模5和卸料圈4預(yù)先與換模手把7組裝在一起，然后插入滑塊和工作臺中間。沖頭鎖緊缸1、凹模鎖緊缸6及卸料圈鎖緊缸3的活塞大端腔進油，通過斜面機構(gòu)把沖頭、凹模和卸料圈分別鎖緊。拔出換模手把，即完成換模操作。更換時間僅需6～12s，方便迅速。

此種形式的數(shù)控沖床結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，但與自動換模式相比生產(chǎn)效率較低。于是通快公司在此手動快速換模基礎(chǔ)上開發(fā)出了直線式自動換模機構(gòu)。

通快公司的TruPunch 3000直線自動換模式數(shù)控沖床采用內(nèi)置工作臺，模具裝在該工作臺的滑枕上，更換比較容易，如圖4所示。由于模具向主滑塊的安裝和拆卸是整體的，因而沖頭和凹模容易對中，間隙比較均勻，有利于降低零件孔邊的粗糙度。由于滑枕的長度限制，該機可安裝18套模具，有些模具是組合式的，可以安裝2、4、6或12個單個模具，每套模具都可以繞其軸線在360°范圍內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)，因此可以大大減少更換模具的次數(shù)。

比利時的HACO數(shù)控沖床則在手動快速換模機構(gòu)基礎(chǔ)上開發(fā)出了轉(zhuǎn)塔式刀庫快速換模機構(gòu)，其Q5 2522-20型的轉(zhuǎn)塔式刀庫如圖5所示，更換模具時旋轉(zhuǎn)刀庫通過CNC選擇合適的模具，然后快速安裝到主滑塊上。相對于直線式刀庫，轉(zhuǎn)塔式刀庫能夠安裝更多的模具，該數(shù)控沖床可安裝20套模具，有些模具是組合式的，可以安裝2、4、6或12個單個模具，每套模具都可以繞其軸線在360°范圍內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)。