數(shù)控折彎機自動回轉(zhuǎn)換模及快速夾緊系統(tǒng)

王菁華，胡智明，顧忠新，易成剛，馮 莉

（1.濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250022；2.鄭州精益達汽車零部件有限公司，河南 鄭州 450000）

數(shù)控折彎機自動回轉(zhuǎn)換模及快速夾緊系統(tǒng)

王菁華1，胡智明1，顧忠新1，易成剛2，馮 莉1

（1.濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250022；2.鄭州精益達汽車零部件有限公司，河南 鄭州 450000）

本文針對數(shù)控折彎機在模具存儲、快速換模及模具快速夾緊等方面的特點，研發(fā)出一種節(jié)能、高效、安全的自動回轉(zhuǎn)換模及夾緊系統(tǒng)，并詳細介紹其結(jié)構(gòu)特點、技術特點和工作過程，以及在FWD250-3000型數(shù)控折彎機中的實際應用效果。與傳統(tǒng)換模方式進行對比分析，顯示了其節(jié)能、高效、安全等技術特點。可為新系統(tǒng)的推廣應用及相關設計提供有益的技術參考。

折彎機；模具；自動回轉(zhuǎn)換模；快速夾緊

數(shù)控折彎機主要用于金屬板材整體彎曲成形，在滑塊一次行程后，即能將板材折彎成一定幾何形狀，通過更換模具和多次折彎還可得到比較復雜的各種截面形狀[1]。其與數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床、數(shù)控剪板機構(gòu)成了金屬板材加工缺一不可的配套設備，廣泛應用于多品種、批量生產(chǎn)的金屬板材加工行業(yè)，如飛機、船舶、汽車制造、電器開關、電子設備、儀器儀表、醫(yī)療器械等行業(yè)。

伴隨著新技術的不斷發(fā)展應用，數(shù)控折彎機技術的發(fā)展突出體現(xiàn)為節(jié)能、高效以及智能化等方面；同時隨著用戶對折彎工藝、效率等要求的不斷提高，加之折彎工件樣式豐富多樣，需要的模具種類越來越多，且模具日趨復雜與昂貴[2]。因此，研發(fā)一種集模具存儲、快速換模及模具夾緊為一體的系統(tǒng)具有重要意義。

根據(jù)換模方式的不同，折彎機可分為手動換模折彎機和自動換模折彎機[3]。手動換模折彎機（圖1）主要用于模具重量較輕且模具種類較少的情況下，操作工從模具柜架（圖2）中分別取出模具并安裝到折彎機上、下模位。自動換模折彎機主要技術特點是能夠?qū)崿F(xiàn)模具的自動更換，其具有代表性的是湖北黃石LVD自動換模折彎機和德國通快自動換模折彎機。

圖1 手動換模折彎機

圖2 模具柜架

湖北黃石LVD折彎機自動換模系統(tǒng)主要包括模具庫和機械手，模具庫設置在主機床身內(nèi)部，折彎機上、下模整齊平行單層擺放，機械手可以實現(xiàn)X、Y、Z三個方向運動，換模靈活快速。其特點是模具庫存在于折彎機床身內(nèi)部，空間利用率較高。適用于小型折彎機，適合于模具結(jié)構(gòu)小、種類較多的用戶。

德國通快折彎機自動換模系統(tǒng)則將模具庫存放于主機之外，其模具庫裝置是一個模具柜架。上模存儲在柜架上層，下模存儲在柜架下層。當需要進行換模時，傳接模具的橫梁可將上、下模推入工作工位。其特點是存儲模具數(shù)量較大，但需占用主機外空間。

針對上文提出的數(shù)控折彎機在模具存儲、快速換模及模具快速夾緊等方面的特點，濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司研發(fā)出一種節(jié)能、高效、安全的自動回轉(zhuǎn)換模及夾緊系統(tǒng)，本文詳細介紹其結(jié)構(gòu)特點、技術特點和工作過程，以及在FWD250-3000型數(shù)控折彎機（圖3）中的實際應用效果。文件還與傳統(tǒng)換模方式進行對比與分析，不僅可使讀者對其節(jié)能、高效、安全等技術特點有進一步了解，也能為此新系統(tǒng)的推廣應用以及相關設計提供有益的技術參考。

圖3 FWD250-3000自動換模折彎機

2 動回轉(zhuǎn)換模及夾緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動回轉(zhuǎn)換模及夾緊系統(tǒng)由模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)、模具后檔及搬運機構(gòu)、轉(zhuǎn)盤定位鎖緊機構(gòu)和模具快速夾緊機構(gòu)三部分組成。

2.1 模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)

2.1.1 結(jié)構(gòu)特點

模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)設置于床身內(nèi)部，床身左、右側(cè)板上設置有軸承座，在軸承座上通過軸承安裝轉(zhuǎn)盤軸，在轉(zhuǎn)盤軸上設置隨轉(zhuǎn)盤軸樞轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)輪盤，左、右兩個回轉(zhuǎn)輪盤通過剛性連接軸和聯(lián)軸器連接在一起并由右轉(zhuǎn)盤軸驅(qū)動，確保左、右回轉(zhuǎn)輪盤同步旋轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)盤軸通過減速器與伺服電機連接，為整個模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)提供動力。每個回轉(zhuǎn)輪盤上安裝有若干個能夠自轉(zhuǎn)的掛接軸。在回轉(zhuǎn)輪盤周向盤面開設有與掛接軸一一對應的銷孔，銷孔中安裝有錐套。同時，回轉(zhuǎn)輪盤上開設有若干個工藝孔（圖4）。

圖4 模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

折彎機上模兩側(cè)安裝有導向板，折彎機下模兩側(cè)安裝有模具掛板，模具掛板外側(cè)開設有與掛接軸相配合的型槽，折彎機上模與下模通過導向板與模具掛板的配合固定在一起。折彎機上、下模通過掛接軸掛接在回轉(zhuǎn)輪盤上，由于具備以上特征，回轉(zhuǎn)輪盤在整個旋轉(zhuǎn)過程中折彎機模具始終保持豎直位置、不會翻轉(zhuǎn)、不會左右串動。

2.1.2 技術特點

（1）模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)存在于折彎機床身內(nèi)部，空間布置合理。

（2）模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)通過回轉(zhuǎn)輪盤旋轉(zhuǎn)來進行換模操作，空間利用率大幅提高，換模效率提高。

（3）回轉(zhuǎn)輪盤上開設有若干個工藝孔，不但可減輕模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)的整體重量，而且結(jié)構(gòu)更加合理。

（4）整體機構(gòu)簡單，占用空間小，可最大限度地利用轉(zhuǎn)盤空間，增加模具數(shù)量。

2.2 模具后檔及搬運機構(gòu)

2.2.1 結(jié)構(gòu)特點

圖5 模具后檔及搬運機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

模具后檔及搬運機構(gòu)（圖5）通過相對布置的左、右兩支架固定于折彎機床身內(nèi)部。兩支架內(nèi)部分別分布有第一、第二X軸絲杠和第一、第二X軸導軌，固定于左支架上的伺服電機通過皮帶、皮帶輪與第一、第二X軸絲杠相連接，驅(qū)動擋指沿X軸方向運動。

第一、第二X軸導軌與左、右支撐座固定連接，左、右支撐座上開設有垂向布置的導向孔和螺母座孔，導向柱穿過導向孔與橫梁連接，第一、第二R軸絲杠穿過螺母座孔與橫梁連接。固定于橫梁上的伺服電機通過皮帶、皮帶輪與第一、第二R軸絲杠相連接，驅(qū)動擋指沿Y方向運動。

橫梁上部設置有擋指驅(qū)動裝置，驅(qū)動擋指沿Z方向運動。擋指驅(qū)動裝置包括設置在橫梁上面的第一、第二Z軸導軌，擋指通過滑塊騎跨在兩根Z軸導軌上，與擋指固定連接的伺服電機通過齒輪與齒條的嚙合帶動其沿兩根導軌滑動。

模具后檔及搬運機構(gòu)搬運折彎機模具時，模具掛板與左右擋指接觸，當擋指抬起折彎機模具時，模具能夠瞬間自動找正，搬運模具更加安全可靠。

模具后檔及搬運機構(gòu)同時兼具折彎機后擋料功能。在擋指前端安裝有圓柱銷，板料通過接觸圓柱銷圓柱面進行板料精確定位。

2.2.2 技術特點

（1）模具后檔及搬運機構(gòu)兼具板料定位功能，使折彎機整機更加簡化，而且制作成本降低，經(jīng)濟實用性好。

（2）模具后檔及搬運機構(gòu)中擋指可以沿X、Y、Z三方向運動，靈活實現(xiàn)從模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)到工作臺，從工作臺到模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)的搬運轉(zhuǎn)換，減少非工作時間，優(yōu)化生產(chǎn)力。

（3）模具后檔及搬運機構(gòu)中擋指前端裝設有圓柱銷，通過線定位使得板料定位更加準確。

2.3 轉(zhuǎn)盤定位鎖緊機構(gòu)

從調(diào)查情況看，我市農(nóng)業(yè)保險工作雖然取得了加快發(fā)展，但在工作中還存在一些問題，主要體現(xiàn)在：一是農(nóng)民投保意識不強。大多數(shù)農(nóng)民對農(nóng)業(yè)保險認識不到位，存在著小災理賠錢少，大災靠政府的心態(tài)。二是理賠不到位。農(nóng)民認為受災減收比例與保險公司認定的受災比例不一致，實際理賠資金低于農(nóng)民心里預期受災賠付額度，導致產(chǎn)生理賠糾紛，影響了農(nóng)民投保積極性。三是部分保險產(chǎn)品風險較大。一些低洼地、易受災的農(nóng)戶，參保的積極性較高，為保險部門開展保險業(yè)務，創(chuàng)新保險產(chǎn)品，帶來較大風險。

如圖6所示，轉(zhuǎn)盤定位鎖緊裝置主要包括定位銷支座、定位銷、氣缸等。定位銷支座通過螺釘固定在床身側(cè)板上，定位銷穿過定位銷支座與氣缸連接。當進行換模時，氣缸首先推動定位銷從轉(zhuǎn)盤銷孔中拔出，當回轉(zhuǎn)輪盤旋轉(zhuǎn)至取模工位時，氣缸推動定位銷插入回轉(zhuǎn)輪盤銷孔中，將轉(zhuǎn)盤精確定位并鎖死。

圖6 轉(zhuǎn)盤定位鎖緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 模具快速夾緊機構(gòu)

2.4.1 結(jié)構(gòu)特點

模具快速夾緊機構(gòu)包括折彎機上模快速夾緊機構(gòu)和折彎機下模快速夾緊機構(gòu)，如圖7所示。

圖7 模具快速夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

折彎機上模快速夾緊機構(gòu)包括與滑塊固定連接的上模座，上模座垂向加工有放置上模模柄的凹槽，一側(cè)加工有若干個并列布置的沉頭孔，用于放置頂銷和彈簧。與上模座固定連接的蓋板中開設有貫通槽，貫通槽中放置有膠管和頂板。當對膠管進行沖壓，膠管膨脹并擠壓頂板，頂板擠壓頂銷，頂銷進而夾緊折彎機上模。

折彎機上模快速夾緊機構(gòu)還包括上模安全鎖，確保在膠管壓力突然消失時模具不會掉下，保證操作者和模具的安全。

折彎機下模快速夾緊機構(gòu)包括與工作臺或補償裝置連接的下模座，下模座中同樣加工有放置下模模柄的凹槽和放置回彈螺釘、彈簧的沉頭孔，蓋板加工有放置頂板和膠管的貫通槽，結(jié)構(gòu)與上模快速夾緊機構(gòu)一樣。

2.4.2 技術特點

（1）模具快速夾緊機構(gòu)采用液壓夾緊，夾緊力可精確調(diào)整并且分布均勻，使其可靠性增加。

（2）上模快速夾緊機構(gòu)中包含有安全鎖，整個裝置更加安全可靠。

（3）模具快速夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟實用性好。

（4）模具快速夾緊機構(gòu)可將模具精確安裝，安裝后無需微調(diào)。

3 自動回轉(zhuǎn)換模及夾緊機構(gòu)工作過程

當進行換模操作時，折彎機上、下模首先合模，折彎機上模快速夾緊機構(gòu)上模安全鎖中氣缸反向通氣并將安全銷從折彎機上模安全插銷孔中拔出，用于夾緊模具的膠管泄壓，折彎機模具被松開并可進行換模操作。

模具后檔及搬運機構(gòu)中擋指通過沿X、Y、Z三方向的移動到達折彎機工作臺模具掛板下方，擋指通過Y方向運動將模具從下模座凹槽中抬起，通過X、Y方向移動將折彎機模具運回至模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)并懸掛在掛接軸上面，模具后檔及搬運機構(gòu)擋指通過沿X、Y方向移動避讓開模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)。

當折彎機模具平穩(wěn)后，轉(zhuǎn)盤定位鎖緊機構(gòu)中氣缸反向通氣將定位銷從回轉(zhuǎn)輪盤銷孔中拔出。伺服電機通過減速器驅(qū)動回轉(zhuǎn)輪盤進行旋轉(zhuǎn)，當所需要的折彎機模具旋轉(zhuǎn)至換模工位時，伺服電機停止運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤定位鎖緊機構(gòu)中氣缸通氣并推動定位銷插入回轉(zhuǎn)輪盤銷孔中，將回轉(zhuǎn)輪盤精確定位并鎖死。

模具后檔及搬運機構(gòu)中擋指通過X、Y方向運動將折彎機模具從模具周轉(zhuǎn)機構(gòu)中運送至折彎機工作臺下模座中。此時，折彎機滑塊向下運動并將上模模柄插入上模座凹槽中。當上模模柄到達指定位置時，上模安全鎖中氣缸推動安全銷插入到折彎機上模安全插銷孔中，對快速夾緊機構(gòu)中膠管進行沖壓并夾緊折彎機上、下模。模具后檔及搬運機構(gòu)中擋指通過沿X、Y、Z三方向運動并對板料進行定位。

4 結(jié)束語

我公司采用該自動換模及夾緊系統(tǒng)為鄭州精益達汽車零部件有限公司研發(fā)出FWD250-3000新型數(shù)控折彎機。該新型折彎機換模時間大大縮短，據(jù)現(xiàn)場測試研究，每次換模時間從20min縮減至5min，大大提高了換模效率。各項技術參數(shù)和幾何精度均符合設計要求，設備機械、液壓、電氣等各部件運行正常、平穩(wěn)可靠，符合用戶使用要求，得到用戶肯定和好評。

[1]顧忠新，胡智明.基于ANSYS折彎機機架的有限元分析[J].鍛壓裝備與制造技術，2014，49（2）：26-28.

[2]錢榮芳.大型壓力機的快速換模系統(tǒng)設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2005，40（5）.

[3]劉維綱.折彎機的快速換模裝置[J].機械工人，2000，（7）.

Automatic rotary die changing and quick clamping system for CNC press brake

WANG Jinghua1,HU Zhiming1,GU Zhongxin1,YI Chenggang2,FENG li1
（1.Jinan Foundry&Metalforming Machinery Research Institute Co.,Ltd. Jinan 250306,Shandong China; 2.Zhengzhou Jingyida Auto Parts Co.,Ltd.,Zhengzhou 450000,Henan China）

Aiming at the characteristics of CNC press brake,such as die storage,quick die changing and die clamping,an automatic die changing and clamping system has been researched and developed,which is energysaving,high-efficient,and safe.The structure&technical characteristics and working process have been introduced,as well as the practical application in FWD250-3000 type CNC press brake.By comparison and analysis with conventional die changing mode,the technical characteristics like energy-saving,high-efficiency,and safety have been put forward,which provides technical reference for wide application and related design of the new system.

Press brake;Die;Automatic rotary die changing;Quick clamping

TG315.5+4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.01.012

1672-0121（2016）01-0046-04

2015－09－17；

2015－11－06

王菁華（1977-），男，工程師，從事數(shù)控鍛壓設備技術與營銷管理。E-mail：jnjmnc@126.com