文／劉磊，楊里明，林清利，張長(zhǎng)亮·齊齊哈爾二機(jī)床集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)院

精密高速?zèng)_床送料系統(tǒng)優(yōu)化

文／劉磊，楊里明，林清利，張長(zhǎng)亮·齊齊哈爾二機(jī)床集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)院

劉磊，工程師，主要從事高速精密壓力機(jī)、自動(dòng)鍛壓機(jī)與機(jī)械壓力機(jī)設(shè)計(jì)工作，主持完成的J75G-800高速精密壓力機(jī)項(xiàng)目獲得齊齊哈爾市科技成果三等獎(jiǎng)，擁有專(zhuān)利7項(xiàng)，發(fā)表論文1篇。

技術(shù)背景

精密高速數(shù)控沖壓機(jī)床作為工業(yè)基礎(chǔ)裝備的重要組成部分之一，進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)沖壓機(jī)床行業(yè)經(jīng)過(guò)技術(shù)引進(jìn)、合作生產(chǎn)及合資等多種方式的運(yùn)作，快速提升了我國(guó)沖壓設(shè)備整體水平。但是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外名牌產(chǎn)品的差距并無(wú)明顯縮短。因此，我國(guó)沖壓設(shè)備行業(yè)和企業(yè)需以戰(zhàn)略思路分析技術(shù)差距并制定有效措施應(yīng)對(duì)當(dāng)前的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

精密高速數(shù)控沖床的生產(chǎn)效率很高，但是國(guó)內(nèi)還沒(méi)有廣泛采用，這其中主要有兩個(gè)原因。其一，由于各種因素國(guó)內(nèi)還沒(méi)有完全掌握精密高速數(shù)控沖床設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，仍依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格昂貴；其二，隨著我國(guó)微電機(jī)、家電、五金等行業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)沖壓設(shè)備存在的不足日益凸顯。表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是需要增加新的高性能設(shè)備以提高沖壓能力；二是上世紀(jì)八十年代的老舊設(shè)備需更新?lián)Q代。高端的沖壓設(shè)備技術(shù)與生產(chǎn)被國(guó)外所壟斷，價(jià)格極其昂貴。我國(guó)電機(jī)、摩托車(chē)、家電、五金等制造業(yè)的發(fā)展需要高檔次、價(jià)格適中的國(guó)產(chǎn)沖壓設(shè)備。首先需要具有高速、穩(wěn)定的送料系統(tǒng)來(lái)滿(mǎn)足精密高速?zèng)_床高速穩(wěn)定的生產(chǎn)特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高速穩(wěn)定的沖壓生產(chǎn)。

近年來(lái)，隨著我國(guó)汽車(chē)、微型電機(jī)、家電、五金、儀表、電子信息等制造業(yè)的迅猛發(fā)展，相應(yīng)沖壓件的產(chǎn)量逐年大幅攀升。對(duì)沖壓件不僅在數(shù)量上而且在品質(zhì)上都提出了更高要求，因此也對(duì)沖壓設(shè)備技術(shù)提出了更高的要求，特別是在生產(chǎn)速度方面，這為沖壓裝備的發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)空間。現(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的高速?zèng)_床最高速度只能達(dá)到500～600次/分，并且在送料機(jī)構(gòu)上要達(dá)到此速度只能采用弗格森間歇機(jī)構(gòu)和齒輪組配合的結(jié)構(gòu)，也有采用伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)送料的機(jī)構(gòu)，但由于伺服電機(jī)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的局限性，限制了沖床的生產(chǎn)速度每分鐘只能為幾百次，無(wú)法采用伺服系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高速的送料，這樣的機(jī)構(gòu)限制了我國(guó)高速精密沖床的發(fā)展。

優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了闡述優(yōu)化后送料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，首先介紹一下弗格森間歇機(jī)構(gòu)及伺服電機(jī)直連送料輪的老式機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)與不足：弗格森機(jī)械結(jié)構(gòu)是通過(guò)沖床的曲軸端輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)桿系從而帶動(dòng)弗格森機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇送料的，在改變送料規(guī)格時(shí)需要更換相應(yīng)的高精度齒輪組，從而改變齒輪組傳動(dòng)比，送料輪轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)也隨之改變（所需送料長(zhǎng)度即為送料輪轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)），進(jìn)而滿(mǎn)足不同送料長(zhǎng)度的送進(jìn)需求，同時(shí)弗格森機(jī)構(gòu)及高精度的齒輪組均依靠進(jìn)口，價(jià)格非常昂貴，除結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜并且使用壽命短外，操作極其繁瑣。伺服送料機(jī)構(gòu)是將伺服電機(jī)和送料輪直接相連，靠伺服電機(jī)快速的啟動(dòng)和停止來(lái)實(shí)現(xiàn)送料輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止，依靠伺服電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度來(lái)控制送料輪轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)間歇送料并滿(mǎn)足送料長(zhǎng)度變化的要求，但伺服電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間不可能無(wú)限縮短，具有局限性，無(wú)法滿(mǎn)足沖床高速?zèng)_次的要求。

為了突破精密高速?zèng)_床間歇送料的技術(shù)瓶頸，解決現(xiàn)有沖壓機(jī)床送料裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣和使用壽命短等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)刻苦鉆研，研制出一種伺服電機(jī)和機(jī)械桿系傳動(dòng)相結(jié)合的機(jī)構(gòu)，來(lái)滿(mǎn)足沖床的高速度要求，并且此伺服送料裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

這種伺服送料裝置包括擺桿、彈簧、上送料輪、凸輪、送料伺服電機(jī)、上料伺服電機(jī)以及萬(wàn)向節(jié)等零部件。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是將送料伺服電機(jī)的電機(jī)軸連接于凸輪，上料伺服電機(jī)通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與上送料輪相連，上送料輪連接有擺桿，擺桿上置有彈簧，送料伺服電機(jī)和上料伺服電機(jī)與控制柜內(nèi)控制系統(tǒng)電路相連，從而組成伺服送料系統(tǒng)，利用上料伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制送料動(dòng)作持續(xù)的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)間歇送料，進(jìn)而簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，延長(zhǎng)使用壽命。

具體實(shí)施方式

首先，將原有的弗格森間歇送料機(jī)構(gòu)繁瑣的桿系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪組、弗格森間歇機(jī)構(gòu)等大量零部件取消掉，從而簡(jiǎn)化了送料機(jī)構(gòu)，使之獨(dú)立于沖床外，可以靈活拆卸與安裝，用一套簡(jiǎn)單的擺桿及凸輪等機(jī)構(gòu)配以?xún)蓚€(gè)伺服電動(dòng)機(jī)既可以滿(mǎn)足間歇、快速送料以及不同規(guī)格長(zhǎng)度材料的送進(jìn)要求。下面就介紹優(yōu)化機(jī)構(gòu)的動(dòng)作特點(diǎn)。

精密高速數(shù)控沖床優(yōu)化后的高速伺服送料系統(tǒng)如圖1所示，該送料裝置包括擺桿1、彈簧2、上送料輪3、凸輪4、送料伺服電機(jī)5、上料伺服電機(jī)6以及萬(wàn)向節(jié)7。送料伺服電機(jī)5的軸連接有凸輪4，上料伺服電機(jī)6通過(guò)萬(wàn)向節(jié)7與上送料輪3相連，上送料輪3上連接有擺桿1，擺桿1上置有彈簧2，送料伺服電機(jī)5和上料伺服電機(jī)6與控制柜內(nèi)控制電路相連。該沖床高速伺服送料裝置在現(xiàn)有沖床送料裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，主要是由送料伺服電機(jī)5和上料伺服電機(jī)6取代復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)。

當(dāng)機(jī)床主滑塊作周期運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)電器系統(tǒng)控制送料伺服電機(jī)5的轉(zhuǎn)數(shù)與主機(jī)相同，連接在電機(jī)軸上的凸輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)，可曲線控制擺叉在每周期擺動(dòng)一次，使得上送料輪3與下送料輪及板材料每周期產(chǎn)生一次分離，這樣就控制了送料持續(xù)的時(shí)間，而上送料輪3由萬(wàn)向節(jié)7與上料伺服電機(jī)6相連，上料伺服電機(jī)6一直以定數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就解決了機(jī)床高速下伺服電機(jī)直連送料輪機(jī)構(gòu)時(shí)響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)而無(wú)法滿(mǎn)足高速送料的瓶頸問(wèn)題，并由彈簧2產(chǎn)生送料所需的正壓力，從而實(shí)現(xiàn)間歇送料并且上料伺服電機(jī)6由控制系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)數(shù)，這樣可實(shí)現(xiàn)每一周期里送料長(zhǎng)度的隨意調(diào)節(jié)。由于此機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)是一直以穩(wěn)定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，避開(kāi)了伺服電機(jī)頻繁快速啟、停的響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題，從而完全可以匹配沖床的高速度要求，可以說(shuō)即使沖床沖次要求達(dá)到1000次/分，此種送料機(jī)構(gòu)都可以輕松與之匹配。

這種送料機(jī)構(gòu)在價(jià)格方面也具有非常大的優(yōu)勢(shì)，所有零部件均可采用國(guó)產(chǎn)零件，且零件的數(shù)量和重量都大大減少，加工難度也大幅降低，從而極大地降低了制造成本，提高了間歇送料速度，滿(mǎn)足了精密高速?zèng)_床的高速度要求。

圖1 精密高速數(shù)控沖床送料優(yōu)化系統(tǒng)

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前我國(guó)沖壓機(jī)床的市場(chǎng)極具潛力，應(yīng)用前景看好，通過(guò)此機(jī)構(gòu)的成功研制為縮短與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家沖壓機(jī)床技術(shù)生產(chǎn)水平的差距做好鋪墊。