步沖機機械系統總體設計

王軍 佳木斯技師學院，佳木斯 154004

步沖機機械系統總體設計

王軍 佳木斯技師學院，佳木斯 154004

本文通過對步沖機工作原理進行分析，確定步沖機機械系統的總體設計方案，從數控系統選擇、對工作臺、工作臺板、夾具、氣動系統等機械部分進行分析設計。

步沖機；機械系統；設計

引言

步沖機主要有機械系統，電氣控制系統和液壓控制系統三部分組成。其中機械系統包括工作臺、動力頭、刀架等部分組成，電動機和液壓系統都安裝在上面，由遙控裝置來控制電動機，通過電動機對液壓泵的控制，從而控制液壓馬達的轉速和液壓缸的活塞速度，以實現規定的動作。液壓泵驅動液壓馬達和液壓缸以實現動力頭帶動沖頭上下運動。由于動力頭、工作臺不是同時工作，因此如何實現它們協調運動是技術的關鍵。沖頭是通過液壓缸帶動實現其運動的，要達到對其的控制只要控制泵的驅動電機。而工作臺的X、Y方向運動是伺服電機帶動的，因此問題的關鍵就是對這三臺電機轉動和轉速的控制。因此可以通過PLC實現對它們運動的控制。由于電動機和絲杠連接在同一軸線上，所以在電動機與絲杠之間裝上一個彈性聯軸器，以消除抖動。

1.步沖機總體方案擬定

1．1 數控系統的設計

本數控系統通過控制面板輸入P L C，PLC通過步進電機來驅動控制XY坐標工作臺，工作臺拖動工件實現點位控制。同時，PLC協調控制夾具、移動沖具和沖頭，從而實現對鈑金沖孔加工的自動控制，在整個加工過程中，只需要完成上料和下料。

1.2 機械部分

為了實現沖床能自動加工鐵塔連接板，要設計X、Y坐標工作臺和移動沖具，其總體結構如圖1所示。

工件放在Y工作臺上，Y工作臺在X工作臺上，X工作臺與支架相連接，X、Y工作臺均由步進電機驅動，本課題步進電機選55BF004型號。步進電機發出脈沖，滾動絲杠螺母副實現傳動，從而實現了點位控制。

工作臺板作為沖床的重要零件，起到下連機身、上連模具的作用。工作臺板的厚度直接影響到裝模高度，對于普通沖床，裝模高度有統一的設計標準：一機部標準JB1395-74，工作臺板的厚度尺寸基本一致。隨著近幾年國內生產E/I鐵芯、電機定轉子的廠家不斷增多，對高速沖床的需求日益增多，國內鍛壓設備生產廠家也逐漸向高速沖床領域發展，技術水平和市場占有率也不斷提高。由于國內還沒有統一的參數標準，與之相配套的模具高度尺寸也不盡一致。這就導致相同的沖床經常改動工作臺板的厚度，甚至修改機身的相關尺寸以滿足不同的裝模高度要求。臺板厚度減小時，一般采取銑工作臺板下平面的方法，但當厚度減小太多時，一般需要更換材質重新投料加工。工作臺板厚度減小后，自身的剛度會降低，在高速沖壓時會變形加劇甚至損壞。本課題工作臺板設計如圖2所示。

圖1 步沖機總體設計方案

圖2 工作臺板結構圖

圖3 氣動系統原理圖

1．3 步沖機夾具設計

步沖機夾具設計的主要任務是根據設計任務要求，結合被加工零件、金切設備及其切削方式和參數，合理選擇定位方式，設計合理的定位支承元件、夾緊裝置、對刀元件、夾具體等裝置或元件。其設計流程的關鍵點是：首先應分析使用夾具時，造成被加工零件表面位置的加工誤差因素，合理分配夾具定位精度；其次要根據加工過程中被加工零件受到的切削力、慣性力及重力等外力的作用，合理選擇定位方式、支承點、夾緊點、夾緊力大小及其作用方向，設計合適的夾緊機構，以保證被加工零件的既定位置穩定可靠；第三是設計夾具對定：最后校核夾具關鍵零件強度和設備進刀抗力等，最終完成全套夾具圖設計。

夾具對定主要包括三個方面：一是夾具的定位，即夾具對切削成形運動的定位；二是夾具的對刀，指夾具對刀具地對準；三是分度和轉位定位（只對有分度和轉位夾具考慮）。影響夾具對切削成形運動的定位精度的環節一般有：元件定位面對夾具定位面的位置誤差，機床上用于與夾具連接和配合的表面即機床定位面對成形運動的位置誤差，以及連接處的配合誤差等。其中機床定位面對成形運動的位置誤差是由機床精度所決定。因此在夾具設計中，夾具的對定就是解決好夾具與機床的連接和配合問題，以及正確規定元件定位面對夾其定位面的位置要求。

2.氣動系統

因夾具與移動沖具均由氣缸來控制，本課題氣動系統如圖3所示。氣缸用來實現夾具夾緊。氣缸2和氣缸3共同實現移動沖具的換位。這3個氣缸都是通過P L C控制電磁閥來實現其活塞運動。為實現沖具的精確移位，保證重復定位精度誤差不超過±0.5mm，氣缸2和氣缸3的設計行程分別為52.34mm和104.68 mm。電磁閥選用三位五通氣動電磁閥，型號為K 3 5 D 2-10，電磁閥處于零位時實現氣缸自鎖。

3.結論

根據對步沖機機械系統的總體設計方案、數控系統選擇、對工作臺、工作臺板、夾具、氣動系統等機械部分進行優化，滿足了總體設計方案的要求。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.076