文／俞雪良·博瑞達(dá)機(jī)械蘇州有限公司

Bruderer高速?zèng)_壓機(jī)的下死點(diǎn)測(cè)量、監(jiān)測(cè)和糾正方法

文／俞雪良·博瑞達(dá)機(jī)械蘇州有限公司

在設(shè)計(jì)高速?zèng)_床時(shí)，除了考慮所需的額定沖壓力、工作速度、模具夾持空間、送料方式等技術(shù)特性外，在研發(fā)過(guò)程中也要考慮精度和效率因素：⑴沖床的精度，包括上下臺(tái)面的平行度、下死點(diǎn)上死點(diǎn)位置、送料長(zhǎng)度等的重復(fù)精度；⑵沖床的剛性，主要指負(fù)荷時(shí)的變形；⑶性能，包括給定沖壓力時(shí)的沖床速度，以及連續(xù)工作模式時(shí)的送料長(zhǎng)度；⑷自動(dòng)化程度，包括機(jī)床調(diào)整、更換模具和材料、周邊相連設(shè)備的自動(dòng)化。不管外界有多少影響因素，保持高速?zèng)_壓是制造精密復(fù)雜零件的必要條件。

首先我們介紹一下模具閉合高度和切入深度及其修正的方法，切入深度就是當(dāng)滑塊在下死點(diǎn)時(shí)沖頭超過(guò)閉合高度量，如圖1所示。為了保證生產(chǎn)質(zhì)量和減少模具磨損，下死點(diǎn)的位置要求在整個(gè)沖壓過(guò)程中保持不變。這就要求：⑴補(bǔ)償由于速度變化引起的慣性力影響，比如從試沖速度到生產(chǎn)速度，機(jī)器啟動(dòng)速度到生產(chǎn)速度；⑵補(bǔ)償溫度變化引起的下死點(diǎn)誤差，比如冷機(jī)開到正常溫度時(shí)熱機(jī)的變化，機(jī)器停機(jī)引起的溫度變化，當(dāng)速度上升或機(jī)器溫度下降時(shí)，容易引起負(fù)的下死點(diǎn)誤差，當(dāng)速度下降或機(jī)器升溫時(shí)，容易引起正的下死點(diǎn)誤差。

圖1 模具閉合高度和切入深度

圖2 各部件傳遞的沖壓力

實(shí)現(xiàn)下死點(diǎn)調(diào)整機(jī)械機(jī)構(gòu)

對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，保證現(xiàn)代沖床的精度和生產(chǎn)過(guò)程的安全性是絕對(duì)必要的。這對(duì)沖床的機(jī)械和控制系統(tǒng)提出更高的要求，只有在兩者充分協(xié)調(diào)時(shí)，才能在各種生產(chǎn)環(huán)境下完成精密安全的沖壓過(guò)程。

由于速度與溫度的改變，滑塊的下死點(diǎn)位置會(huì)發(fā)生變化，沖床必須能測(cè)出此變化并自動(dòng)修正。為確?；瑝K下死點(diǎn)位置在整個(gè)沖床壽命周期內(nèi)保持極小的誤差，Bruderer的滑塊高度調(diào)整裝置安裝在機(jī)床床身上，由于杠桿原理，只有20%的沖壓負(fù)荷傳遞到各滑塊高度調(diào)整軸上，如圖2所示，此系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)是不受直接的沖壓撞擊，因而也無(wú)振動(dòng)傳到滑塊高度調(diào)整裝置上。經(jīng)過(guò)硬化處理與精磨的螺旋調(diào)整軸和蝸桿無(wú)磨損發(fā)生，可確保滑塊高度的調(diào)整精度，且滑塊在高速?zèng)_壓過(guò)程中可調(diào)整。

對(duì)滑塊高度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的需求

要充分發(fā)揮機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢(shì)，必須確保其與控制系統(tǒng)的完美結(jié)合。Bruderer開發(fā)的B型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配置先進(jìn)的軟件能夠完全滿足質(zhì)量和靈活性的所有要求。例如，每臺(tái)裝有B型控制系統(tǒng)的沖床都標(biāo)準(zhǔn)配置了滑塊高度的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)整功能。此系統(tǒng)在沖床工作時(shí)根據(jù)沖速變化連續(xù)調(diào)節(jié)滑塊高度，確保滑塊BDC（下死點(diǎn)）精度保持穩(wěn)定以達(dá)到無(wú)瑕疵生產(chǎn)。一旦動(dòng)態(tài)曲線被精確設(shè)定后，只需一個(gè)按鍵動(dòng)作，調(diào)整參數(shù)就會(huì)存入相應(yīng)的模具參數(shù)中，此系統(tǒng)最多可存儲(chǔ)500套模具參數(shù)。對(duì)于由溫度變化而引起的BDC（下死點(diǎn)）的偏離，可選用Bruderer的下死點(diǎn)測(cè)量與控制系統(tǒng)選件。它能監(jiān)測(cè)滑塊的下死點(diǎn)位置，如果所測(cè)誤差超過(guò)設(shè)定的偏離值（如0.01mm）時(shí)，在沖壓過(guò)程中滑塊高度會(huì)自動(dòng)調(diào)回到原來(lái)的高度，因?yàn)橛写诉x件，采用閉環(huán)測(cè)量與調(diào)整功能，Bruderer沖床可補(bǔ)償任何外部因素造成的下死點(diǎn)偏離。

圖3 靜態(tài)誤差調(diào)節(jié)控制

靜態(tài)糾正

所有Bruderer沖壓機(jī)均配備有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下死點(diǎn)的糾正。在換模模式下，最大靜態(tài)改正值可以設(shè)定，比如0.1mm，改正的步距也可設(shè)定，比如0.01mm，這樣可以改正10步，這些數(shù)據(jù)都可以存儲(chǔ)在相應(yīng)的模具數(shù)據(jù)里，如圖3所示。在調(diào)?；蜻B續(xù)運(yùn)行模式下，這個(gè)數(shù)據(jù)還可以改正和儲(chǔ)存。靜態(tài)改正在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的值是不變的。比如，轉(zhuǎn)速在100r/s時(shí)滑塊向下的改正值是0.01mm，速度在1500r/s時(shí)滑塊向下的改正值還是0.01mm。

動(dòng)態(tài)糾正

動(dòng)態(tài)糾正是借助于曲線來(lái)改正下死點(diǎn)的值的，機(jī)器里存儲(chǔ)了25條改正曲線，根據(jù)不同產(chǎn)品和要求來(lái)選曲線，一般情況下，速度越快，改正值越大。我們也可以根據(jù)產(chǎn)品要求自行制定改正曲線，比如在100r/s的速度下，沖壓力是28t，產(chǎn)品的壓印尺寸不好，通過(guò)把靜態(tài)下死點(diǎn)的值改為0.02mm，產(chǎn)品壓印尺寸質(zhì)量很好，這時(shí)的沖壓力是32t，那么將這個(gè)基礎(chǔ)沖壓力設(shè)為曲線改正標(biāo)準(zhǔn)，在速度為300r/s時(shí)，改正動(dòng)態(tài)下死點(diǎn)的值，一直到?jīng)_壓力為32t時(shí)為止，再將速度換到500r/s，改正動(dòng)態(tài)下死點(diǎn)的值，讓沖壓力也到32t，這樣，我們就可以做一條改正曲線，在機(jī)器速度變化時(shí)，保證沖壓力不變，從而保證壓印尺寸不變。

通過(guò)測(cè)量行程改正下死點(diǎn)的系統(tǒng)

Bruderer沖床上雖標(biāo)配有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的下死點(diǎn)改正，但是，模具的局部發(fā)熱，機(jī)器機(jī)身的發(fā)熱，還有模具限位塊以及上模卸料板的精度誤差，這些因素仍不容忽視。若他們不影響產(chǎn)品質(zhì)量，就不需要改正由于這些因素引起的上死點(diǎn)或下死點(diǎn)的變化。否則，就必須測(cè)量和糾正這些誤差。

目前有兩種測(cè)量方法，一種是用非接觸式測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量整個(gè)行程和上下死點(diǎn)，該系統(tǒng)如圖4所示。它通過(guò)磁帶、磁傳感器以及集成于沖床控制系統(tǒng)中的軟件模塊來(lái)工作。測(cè)量系統(tǒng)非常堅(jiān)固，安裝在裝模區(qū)靠近條料進(jìn)口的一側(cè)。系統(tǒng)允許在“連續(xù)行程”和“設(shè)定”操作狀態(tài)下測(cè)量滑塊位置。

用這種方法，首先要矯正標(biāo)準(zhǔn)的上下死點(diǎn)位置，需要注意的是，所有測(cè)量值是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)位置測(cè)量而得的，這種方法可以測(cè)量和顯示：⑴在調(diào)模和連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，測(cè)量并顯示上死點(diǎn)和下死點(diǎn)位置以及行程大??；⑵在連續(xù)狀態(tài)下測(cè)量并顯示上死點(diǎn)或下死點(diǎn)位置，設(shè)定上死點(diǎn)極限停機(jī)位置，如果停機(jī)了，那么手動(dòng)改正下死點(diǎn)或下死點(diǎn)位置，然后再啟動(dòng)機(jī)器；⑶在連續(xù)狀態(tài)下上下死點(diǎn)可自動(dòng)控制和改正。需要指出的是，要么改正上死點(diǎn)偏差，要么改正下死點(diǎn)偏差。

這種方法的最大用處是調(diào)模和測(cè)量下死點(diǎn)的過(guò)盈量，此外，如果沒(méi)有模具限位塊的接觸，它可直接測(cè)量下死點(diǎn)位置而控制下死點(diǎn)。沖壓力檢測(cè)是一個(gè)檢驗(yàn)的方法，經(jīng)常觀察沖壓力的變化也可確定下死點(diǎn)在生產(chǎn)過(guò)程中的變化。

圖4 非接觸式測(cè)量系統(tǒng)

通過(guò)測(cè)量下死點(diǎn)改正下死點(diǎn)的系統(tǒng)

改正下死點(diǎn)的另一種方法是，在模具里裝上可測(cè)到0～2mm渦流的測(cè)距傳感器(POSA）。Bruderer沖床可裝8個(gè)模擬POSA距離測(cè)量傳感器。用這種傳感器既可以起到監(jiān)控作用，也可以用來(lái)控制滑塊的位置精度。

傳感器具有監(jiān)控功能

傳感器實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的過(guò)程如圖5所示。

圖6中，通道1的校正值為0.188mm，通道2的校正值是1.079mm，設(shè)置的上偏差為0.03mm，下偏差為0.03mm，實(shí)際誤差為0.006mm，超過(guò)上下設(shè)定限時(shí)，可以立刻停機(jī)或上死點(diǎn)停機(jī)。

傳感器作為反饋控制信號(hào)

傳感器傳遞反饋控制信號(hào)的過(guò)程如圖7所示。

圖5 傳感器監(jiān)控過(guò)程圖

圖6 監(jiān)控通道設(shè)置，包括上下限設(shè)置

圖7 傳感器傳遞反饋控制信號(hào)

滑塊執(zhí)行位置控制時(shí)，只能用通道1和通道2個(gè)模擬傳感器的修正值。其他的還要用來(lái)做疊料、廢料和漏料監(jiān)測(cè)用。用紅框圈起來(lái)的是用這種0～2mm的測(cè)距傳感器來(lái)糾正下死點(diǎn)，如圖8所示，傳感器的校正值是1.199mm，下限為0.1mm，上限為0.1mm，改正步距為0.01mm。測(cè)量校正值必須在連續(xù)狀態(tài)下進(jìn)行。一般經(jīng)過(guò)多個(gè)行程計(jì)算出平均值才能復(fù)位，復(fù)位值必須在測(cè)量的線性范圍內(nèi)，復(fù)位值是基準(zhǔn)值，以后的測(cè)量值將基于這個(gè)測(cè)量值自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖8 測(cè)量通道設(shè)置，包括上下限設(shè)置

圖8的左上方是設(shè)定要求的模具閉合高度，第二條是實(shí)際模高，左下方是靜態(tài)改正，右下方是動(dòng)態(tài)改正。如果使用了滑塊切入深度測(cè)量控制，靜態(tài)改正和動(dòng)態(tài)改正就不能再使用，因?yàn)闇y(cè)量切入深度時(shí)，所有的誤差都包含在測(cè)量值里了。

結(jié)束語(yǔ)

高速?zèng)_床在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，直接糾正下死點(diǎn)的誤差。二十多年來(lái)，該技術(shù)還在不斷地完善和發(fā)展。這里介紹了四種改正方法，隨著應(yīng)用的多樣化，改正方法還在繼續(xù)開發(fā)。Bruderer馬上要推出通過(guò)測(cè)試沖壓力改正下死點(diǎn)位置的系統(tǒng)，從而對(duì)有限位塊的模具起到改善零件質(zhì)量、提高模具壽命的好處。