鈑金加工機械化自動化淺析

任 揚，陳玉蘭

（1.天津力神電池股份有限公司，天津 300384；2.濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250022）

1 前言

在美、日、西歐等工業發達國家，新的技術革命對鍛壓機械行業影響巨大，其主要表現是先進的電子技術和計算機技術的應用使鍛壓機械向機電儀一體化發展，使鍛壓生產的輔助裝置智能化，并把它們靈活組成了各種自動化生產線。其主要形式是柔性生產系統（FMS），為現代多品種小批量生產開辟了新路。

板材柔性制造系統主要由以下幾個部分組成：①數控沖孔壓力加工設備；②直角剪板機；③無人運送臺車；④自動倉庫；⑤板材自動測厚裝置；⑥負壓式高架吸盤送料裝置；⑦中央計算機控制室。

2 數控轉塔沖床自動化

本文主要討論數控轉塔沖床的自動化生產。數控轉塔沖床是一種先進的鈑金設備，具有多工位壓力回轉頭、模具庫和自動換模系統，大大提高了生產效率。再加上大面積的輔助工作臺，操作更加游刃有余。

2.1 機床本體部分

（1）該本體采用三箱體型框架，運用有限元法，經反復靜、動態試驗，剛性極高，工具中心保證不產生誤差。安裝方式非常簡單，一般情況而言（視地質情況而定）最大沖孔力在200kN 以內的采用直接在地面上使用調整墊板、頂緊及調整螺釘、減震墊等與地面聯結；而沖孔力在200kN 以上的機床需要在地基坑中預埋二次件，再將機床本體與二次件相聯結。經測試，無論采用何種安裝方式，在機床正常運行500h 之后，機床水平精度無任何偏差。

（2）另一個關鍵部位為回轉頭，俗稱轉塔。如22工位和40 工位回轉頭，即一次可同時安裝不同大小的22 套和40 套沖模，這樣在首次建立了模具庫安裝模具完畢后，可長時間不更換模具，大大減少了輔助工時，提高了工作效率。

這里有必要說明在機床運行中的自動換模系統，其換模過程如下：當1# 模具沖制完畢需更換模具進行下一個沖制時，程控系統（CNC）將需要更換模具的信號傳送到控制板及伺服電機編碼器；此時氣動銷釘（鎖定回轉頭的）也通過傳感器收到換模信號，其通過壓縮空氣將銷釘拔出；伺服電機收到信號后通過傳動鏈帶動轉塔轉動，或逆時或順時。當將所需模具轉到壓力中心時自動停止，氣動銷釘通過傳感器鎖住回轉頭，即可進行沖制。

（3）自動換位夾鉗。在機床X 軸導軌上裝有一副長夾鉗，用來夾持板材。但其最大功能是可在超出機床允許的長度以外自動換位，這樣可沖制出超長沖壓件。例如一臺CENTRUM2500 沖床，其X軸最大尺寸為1250mm。但有些沖壓件長度達1700mm～1800mm，此時就可采用該功能，即當沖制完畢0～1250mm 面積內形狀后，使夾鉗自動換位至1250mm～2500mm 范圍內，再沖制余下部分，沖制完畢后再返回0～1250mm即可。大大方便了程序編制及板材應用范圍。

2.2 CNC程控部分

本文以日本村田機械公司（株） 獨立開發的“WIEDMAN”威德曼程序軟件系統為例予以說明。該軟件使用簡單直觀，對復雜形狀零件在短時間內也可完成編程。該軟件是由不同級別的軟件組成，從最簡單的“康巴斯TWO”到能自動排樣的“INTERGREN”，各具不同特點并可逐級升級。該軟件主要由近30 條語句組成，最常用的有：

（1）X Y DX DY（X Y 增值語句）

C（旋轉角度） T 模具工位號

（2）OFS/：局部坐標設定

FRM/：絕對坐標設定

REP/：夾鉗自動換位設定

MOV/：開始點的設定

（3）INC/：直線間隔沖

GRO/：格子沖

LAA/ SAA/：斜線間隔沖

（4）PAT*/ END*：子程序設置

MGR**/：提取子程序命令

（5）SYS/ SYC/：關于某一軸對稱沖命令

這里X、Y 坐標值都是相對原點的相對值，這樣在編制程序時就更簡便了。下面舉例說明。

例1：如圖1 所示零件，可如下編程：

X50Y50T05

(I=5,R=2.5)

INC/R 30 4

INC/U 40 4

例2：如圖2 所示零件，可如下編程：

OFS/X100Y150

PAT1/

.

.

END1

OFS/Y600

SYM/X450

PAT1

SYC/

OFS/X0Y0

X1250Y1280M30

以上列舉的僅為較簡單的編程，對于大型或復雜形狀的零件基本方法一致。所需計算的每點坐標相應多一些，但采用該軟件也可以迅速進行編程或修改。

另外，在程控部分，當程序編制完畢后可在屏幕上進行各點預演，以檢查程序是否正確，是否能正常沖制。有時會出現預演警報。最常見的為X、Y 超程，即X、Y 坐標在機床源程序限定參數中規定X、Y 均在±20mm 范圍內，超出該范圍機床就會報警，自動停止沖制。這時需查找坐標是否超程，更改即可。在程序編制中不僅可置點，還可規定工作臺移動速度。即在某一語句執行時需變速，可加入M80、M81、M82、M83 四速，其中，M80 為 100%機床全速；M81為 75%機床全速；M82 為 50%機床全速；M83 為25%機床全速。

2.3 專用模具部分

沖孔專用模具結構簡單，有沖頭座、沖頭、安裝螺釘、聚氨脂打料圈、凹模座、凹模等組成。設計上保證了消耗件沖頭和凹模充分利用。

22 工位和40 工位沖床根據不同外形尺寸可有以下不同工位：①A 工位：～12.7；②B 工位：～25；③C工位：～38；④D 工位：～50；⑤E 工位：～64；⑥F 工位：～76；⑦I 工位（旋轉工位）：～50。

（1）A～D 工位：為快換工位。不論是只更換沖頭、凹模，還是一次性更換（包括剛性脫料、模套），一般熟練工人可在3～4min 內更換完畢，更換過程為：首先在換模狀態下，取下壓圈，拿出上模（包括沖頭和上模鋼套），再取出凹模，拆掉上模中的安裝螺釘，拿出沖頭（安裝需要的沖頭），將需要的凹模按指定方向安裝于凹模座中，再安裝沖頭放好壓圈即可，盤車后再安裝打料圈。

（2）E、F、I 工位：安裝更換模具同上。但由于模具模套外形尺寸較大，且需調正起始零度，故需要較長時間，但一般情況下在8min 內也可完成。另外，旋轉工位顧名思義即可在360°內任意旋轉，可在編程中指定旋轉角度，作傾斜、直、弧線沖制，而垂直平行方向裁邊，大大減少了回轉頭旋轉所浪費的時間。

分析旋轉工位的結構及使用情況，作者認為以一個伺服電機同時帶動上下旋轉工位模具為最佳。如以兩個伺服電機分別帶動上下旋轉工位模具旋轉，易造成由于參數變動或丟失而引起上下模旋轉角度出現些許偏差，上下模嚴重啃口報廢。目前國外生產該類設備的廠家已經逐漸改雙電機為單電機帶動，避免了可能的事故，且使參數簡化，易于查看及維修。

（3）關于特殊模具的安裝及調整

一般情況下，特殊模具如沖圓臺、沖方臺、翻邊、拉伸或敲漏孔模具，均采用工作部分與模套同時安裝于一體，這樣可大大減少換模時間。對于圓臺、方臺、翻邊的高度調整，采用加裝墊片的方法，即用銅皮或薄板（0.5t、0.6t 等）剪切成模具外形大小，加裝于上模與模套之間來降低下死點位置，從而達到要求的深度或高度，效果良好。

（4）關于模具間隙的選用

這里主要指沖孔模而非成形模。按我國設計沖孔模間隙的標準，間隙值c=（6～10）%t（板厚）。但此經驗公式不適于該機床。按照幾年來的實際操作經驗，其間隙值c=（14-22）%t。依據該經驗公式設計雙邊間隙，經實踐，沖制的零件毛刺幾乎無，且無變形，接口無痕跡等。針對以上區別，作如下分析；①我國設計間隙的經驗公式是以一般速度的普通曲柄壓力機為基礎，沖次（次/分鐘）較低。而高速沖孔機床是在高速狀態下沖制，材料的受力和產生的回彈反作用力對比大不相同。②我國對沖裁模的熱處理水平還較低，間隙值的計算就較為保守，故需適當減小間隙以避免磨損后間隙過大而報廢。

以上分析主要針對機床的主要部分。其他幾種輔助裝置如自動卸料裝置、自動倉庫、吸盤、刃磨機等不再一一贅述。

[1]李碩本，主編.沖壓工藝學.北京：機械工業出版社，1989.

[2]權修華，劉成鋼，主編.沖壓自動化與壓力機改造.合肥：安徽科學技術出版社，1992.