一種數控剪板機整體式托料機構的創新設計

2015-07-01 09:31:24王志惠

鍛壓裝備與制造技術 2015年3期

關鍵詞：動作

佘健，夏鵬，王志惠

（江蘇揚力數控機床有限公司，江蘇揚州225127）

0 引言

數控剪板機作為金屬板材加工的基礎設備，在汽車、機械、五金、家電等諸多領域都有廣泛應用。剪板機在剪切過程中，首先板材從剪板機的前方送料區域水平送入上、下刀口之間，當板材的前端接觸到由伺服電機驅動的后擋料部件后板材定位動作結束，壓料氣缸動作將板材壓緊，滑塊向下運動，上下刀口重合、交錯完成板材的剪切動作。剪板機托料機構主要作用是，當板材定位時，通過對板材的有效支撐，能夠防止板材因自重產生下垂變形，進而減小自重變形引起的定位誤差。在實際應用中，剪板機的托料機構對剪切精度有很大影響。

目前，剪板機的托料機構基本上采用非整體擺臂式結構[1]，這種結構具有結構簡單、輕巧、成本低、易于安裝調整、動作響應迅速等諸多優點，應用范圍較廣，但存在如下不足：①當剪切的工件呈細長條型時，由于托料架間存在的機械間隙，極容易出現漏料問題，漏掉的工件容易將機構卡死，引發機械故障和安全事故；②托料架的前端與下刀口間的距離較大，一般間距在250mm～300mm 范圍內，當剪切工件的長度較小時，托料機構無法對板材提供有效支撐，板料下垂影響剪切精度，當剪切薄板時問題尤為嚴重；③機構動作為單一的擺動動作，動作速度快、沖擊大，剪切下來的工件容易出現磕碰和撞擊，會對工件表面造成難以修補的損傷。

針對上述問題，本文創新性地設計了一種整體式托料機構，并運用數值仿真方法對其運動規律進行了仿真。該技術方案具有結構簡單、成本低廉、可有效支撐小尺寸板材、支撐平穩等諸多優點。本文可為數控剪板機技術改進及新機型研發提供參考。

1 機構設計及動作原理

如圖1 所示，該托料機構可以分解為升降機構和翻轉機構，其中升降機構主要由連桿1、支架2、連桿3 和升降氣缸等部件組成，翻轉機構主要由翻轉氣缸和整體式托料架兩部件組成。連桿1 和連桿3等長平行設置，左端分別與機架鉸接，右端分別與支架中間和下端進行鉸接，升降氣缸的缸體的端部在左側與機身鉸接，活塞桿的端部與支架的右側中部進行鉸接；整體式托料架在靠近左端的位置與支架的上部鉸接，翻轉氣缸的活塞桿的端部與托料架在靠近右端的位置鉸接，缸體的端部與支架右側下部鉸接。

圖1 機構原理圖

如圖2 所示，當機構完全升起至上極限位置時，整體式托料架的上表面與下刀口的上表面平齊，且整體式托料架的前端與下刀口間留有較小的距離d1，板材從剪板機的前部送料區域送至上、下刀口之間，經過整體式托料架的支撐后，板材前端與后擋料接觸實現精確定位。

圖2 機構在上極限位置的結構示意圖

當板材精確定位后，升降氣缸動作帶動由連桿1、連桿3、支架所構成的平行四邊形機構動作，支架、翻轉汽缸以及整體式托料架作為一個整體實現向下的平動至下極限位置，此時整體式托料架前部與下刀口間的距離d2小于或者等于在上極限位置時的距離d1。機構的下降動作完成后，滑塊帶動上刀口向下運動，上下刀口重合、交錯，實現板材的剪切動作，此時板材被切分為9A 和9B 兩個部分，如圖3 所示。板材的剪切動作完成后，翻轉汽缸動作，帶動整體式托料架繞左端的鉸接點翻轉，剪切下來的板材9B（工件）沿著整體式托料架上表面滑至工件收集區，如圖4 所示。

2 基于數值仿真的運動學仿真

本文設計的數控剪板機整體式托料機構以平面多連桿機構為基礎，機構的速度、加速度、驅動力以及慣量等參數對機構工作效率以及承載力都具有重要影響，這些參數是否匹配合理，對系統性能具有決定性的影響。傳統方法對上述參數及其在不同位置的變化情況進行直觀、定量分析有很大困難，而采用數值仿真的方法則可以輕松應付此類問題。

圖3 機構在下極限位置意圖

圖4 機構翻轉動作示意圖

建立的運動學模型及施加的約束條件如圖5 所示，本文對升降氣缸和翻轉氣缸在最大推力作用下的升降、翻轉動作進行了運動學仿真，獲得了相應的速度曲線和加速度曲線，仿真結果如6-9 所示。

圖5 運動學分析模型升降動作時整體式托料架重心位置的速度、加速度曲線分別如圖6、7 所示。由圖可知，升降動作在0.21s 內完成，重心速度在0～0.16s 范圍內呈非線性增加，0.16s 處的最高速度約為1400mm/s，0.16s～0.21s 范圍內重心速度呈非線性減小；0～0.16s 范圍內重心的加速度為正值，最大加速度為11000mm/s2，整體式托料加上升動作呈加速趨勢，0.16s～0.21s 范圍內重心加速度為負值并逐漸減小，最小加速度為-9000mm/s2，整體式托料架上升動作呈減速趨勢。