數(shù)控折彎?rùn)C(jī)自動(dòng)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(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東 濟(jì)南 250022；2.鄭州精益達(dá)汽車(chē)零部件有限公司，河南 鄭州 450000）

數(shù)控折彎?rùn)C(jī)自動(dòng)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(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東 濟(jì)南 250022；2.鄭州精益達(dá)汽車(chē)零部件有限公司，河南 鄭州 450000）

本文針對(duì)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)在模具存儲(chǔ)、快速換模及模具快速夾緊等方面的特點(diǎn)，研發(fā)出一種節(jié)能、高效、安全的自動(dòng)回轉(zhuǎn)換模及夾緊系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)特點(diǎn)和工作過(guò)程，以及在FWD250-3000型數(shù)控折彎?rùn)C(jī)中的實(shí)際應(yīng)用效果。與傳統(tǒng)換模方式進(jìn)行對(duì)比分析，顯示了其節(jié)能、高效、安全等技術(shù)特點(diǎn)。可為新系統(tǒng)的推廣應(yīng)用及相關(guān)設(shè)計(jì)提供有益的技術(shù)參考。

折彎?rùn)C(jī)；模具；自動(dòng)回轉(zhuǎn)換模；快速夾緊

數(shù)控折彎?rùn)C(jī)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(guò)更換模具和多次折彎還可得到比較復(fù)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(jī)構(gòu)成了金屬板材加工缺一不可的配套設(shè)備，廣泛應(yīng)用于多品種、批量生產(chǎn)的金屬板材加工行業(yè)，如飛機(jī)、船舶、汽車(chē)制造、電器開(kāi)關(guān)、電子設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療器械等行業(yè)。

伴隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)用，數(shù)控折彎?rùn)C(jī)技術(shù)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(shí)隨著用戶對(duì)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(lèi)越來(lái)越多，且模具日趨復(fù)雜與昂貴[2]。因此，研發(fā)一種集模具存儲(chǔ)、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?rùn)C(jī)可分為手動(dòng)換模折彎?rùn)C(jī)和自動(dòng)換模折彎?rùn)C(jī)[3]。手動(dòng)換模折彎?rùn)C(jī)（圖1）主要用于模具重量較輕且模具種類(lèi)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?rùn)C(jī)上、下模位。自動(dòng)換模折彎?rùn)C(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)模具的自動(dòng)更換，其具有代表性的是湖北黃石LVD自動(dòng)換模折彎?rùn)C(jī)和德國(guó)通快自動(dòng)換模折彎?rùn)C(jī)。

圖1 手動(dòng)換模折彎?rùn)C(jī)

圖2 模具柜架

湖北黃石LVD折彎?rùn)C(jī)自動(dòng)換模系統(tǒng)主要包括模具庫(kù)和機(jī)械手，模具庫(kù)設(shè)置在主機(jī)床身內(nèi)部，折彎?rùn)C(jī)上、下模整齊平行單層擺放，機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，換模靈活快速。其特點(diǎn)是模具庫(kù)存在于折彎?rùn)C(jī)床身內(nèi)部，空間利用率較高。適用于小型折彎?rùn)C(jī)，適合于模具結(jié)構(gòu)小、種類(lèi)較多的用戶。

德國(guó)通快折彎?rùn)C(jī)自動(dòng)換模系統(tǒng)則將模具庫(kù)存放于主機(jī)之外，其模具庫(kù)裝置是一個(gè)模具柜架。上模存儲(chǔ)在柜架上層，下模存儲(chǔ)在柜架下層。當(dāng)需要進(jìn)行換模時(shí)，傳接模具的橫梁可將上、下模推入工作工位。其特點(diǎn)是存儲(chǔ)模具數(shù)量較大，但需占用主機(jī)外空間。

針對(duì)上文提出的數(shù)控折彎?rùn)C(jī)在模具存儲(chǔ)、快速換模及模具快速夾緊等方面的特點(diǎn)，濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司研發(fā)出一種節(jié)能、高效、安全的自動(dòng)回轉(zhuǎn)換模及夾緊系統(tǒng)，本文詳細(xì)介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)特點(diǎn)和工作過(guò)程，以及在FWD250-3000型數(shù)控折彎?rùn)C(jī)（圖3）中的實(shí)際應(yīng)用效果。文件還與傳統(tǒng)換模方式進(jìn)行對(duì)比與分析，不僅可使讀者對(duì)其節(jié)能、高效、安全等技術(shù)特點(diǎn)有進(jìn)一步了解，也能為此新系統(tǒng)的推廣應(yīng)用以及相關(guān)設(shè)計(jì)提供有益的技術(shù)參考。

圖3 FWD250-3000自動(dòng)換模折彎?rùn)C(jī)

2 動(dòng)回轉(zhuǎn)換模及夾緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)回轉(zhuǎn)換模及夾緊系統(tǒng)由模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)盤(pán)定位鎖緊機(jī)構(gòu)和模具快速夾緊機(jī)構(gòu)三部分組成。

2.1 模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置于床身內(nèi)部，床身左、右側(cè)板上設(shè)置有軸承座，在軸承座上通過(guò)軸承安裝轉(zhuǎn)盤(pán)軸，在轉(zhuǎn)盤(pán)軸上設(shè)置隨轉(zhuǎn)盤(pán)軸樞轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)輪盤(pán)，左、右兩個(gè)回轉(zhuǎn)輪盤(pán)通過(guò)剛性連接軸和聯(lián)軸器連接在一起并由右轉(zhuǎn)盤(pán)軸驅(qū)動(dòng)，確保左、右回轉(zhuǎn)輪盤(pán)同步旋轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)盤(pán)軸通過(guò)減速器與伺服電機(jī)連接，為整個(gè)模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。每個(gè)回轉(zhuǎn)輪盤(pán)上安裝有若干個(gè)能夠自轉(zhuǎn)的掛接軸。在回轉(zhuǎn)輪盤(pán)周向盤(pán)面開(kāi)設(shè)有與掛接軸一一對(duì)應(yīng)的銷(xiāo)孔，銷(xiāo)孔中安裝有錐套。同時(shí)，回轉(zhuǎn)輪盤(pán)上開(kāi)設(shè)有若干個(gè)工藝孔（圖4）。

圖4 模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

折彎?rùn)C(jī)上模兩側(cè)安裝有導(dǎo)向板，折彎?rùn)C(jī)下模兩側(cè)安裝有模具掛板，模具掛板外側(cè)開(kāi)設(shè)有與掛接軸相配合的型槽，折彎?rùn)C(jī)上模與下模通過(guò)導(dǎo)向板與模具掛板的配合固定在一起。折彎?rùn)C(jī)上、下模通過(guò)掛接軸掛接在回轉(zhuǎn)輪盤(pán)上，由于具備以上特征，回轉(zhuǎn)輪盤(pán)在整個(gè)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中折彎?rùn)C(jī)模具始終保持豎直位置、不會(huì)翻轉(zhuǎn)、不會(huì)左右串動(dòng)。

2.1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)存在于折彎?rùn)C(jī)床身內(nèi)部，空間布置合理。

（2）模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)回轉(zhuǎn)輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)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(pán)上開(kāi)設(shè)有若干個(gè)工藝孔，不但可減輕模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的整體重量，而且結(jié)構(gòu)更加合理。

（4）整體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，可最大限度地利用轉(zhuǎn)盤(pán)空間，增加模具數(shù)量。

2.2 模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)

2.2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖5 模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)（圖5）通過(guò)相對(duì)布置的左、右兩支架固定于折彎?rùn)C(jī)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(dǎo)軌，固定于左支架上的伺服電機(jī)通過(guò)皮帶、皮帶輪與第一、第二X軸絲杠相連接，驅(qū)動(dòng)擋指沿X軸方向運(yùn)動(dòng)。

第一、第二X軸導(dǎo)軌與左、右支撐座固定連接，左、右支撐座上開(kāi)設(shè)有垂向布置的導(dǎo)向孔和螺母座孔，導(dǎo)向柱穿過(guò)導(dǎo)向孔與橫梁連接，第一、第二R軸絲杠穿過(guò)螺母座孔與橫梁連接。固定于橫梁上的伺服電機(jī)通過(guò)皮帶、皮帶輪與第一、第二R軸絲杠相連接，驅(qū)動(dòng)擋指沿Y方向運(yùn)動(dòng)。

橫梁上部設(shè)置有擋指驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)擋指沿Z方向運(yùn)動(dòng)。擋指驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在橫梁上面的第一、第二Z軸導(dǎo)軌，擋指通過(guò)滑塊騎跨在兩根Z軸導(dǎo)軌上，與擋指固定連接的伺服電機(jī)通過(guò)齒輪與齒條的嚙合帶動(dòng)其沿兩根導(dǎo)軌滑動(dòng)。

模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)搬運(yùn)折彎?rùn)C(jī)模具時(shí)，模具掛板與左右擋指接觸，當(dāng)擋指抬起折彎?rùn)C(jī)模具時(shí)，模具能夠瞬間自動(dòng)找正，搬運(yùn)模具更加安全可靠。

模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)同時(shí)兼具折彎?rùn)C(jī)后擋料功能。在擋指前端安裝有圓柱銷(xiāo)，板料通過(guò)接觸圓柱銷(xiāo)圓柱面進(jìn)行板料精確定位。

2.2.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)兼具板料定位功能，使折彎?rùn)C(jī)整機(jī)更加簡(jiǎn)化，而且制作成本降低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性好。

（2）模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)中擋指可以沿X、Y、Z三方向運(yùn)動(dòng)，靈活實(shí)現(xiàn)從模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)到工作臺(tái)，從工作臺(tái)到模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的搬運(yùn)轉(zhuǎn)換，減少非工作時(shí)間，優(yōu)化生產(chǎn)力。

（3）模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)中擋指前端裝設(shè)有圓柱銷(xiāo)，通過(guò)線定位使得板料定位更加準(zhǔn)確。

2.3 轉(zhuǎn)盤(pán)定位鎖緊機(jī)構(gòu)

從調(diào)查情況看，我市農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)工作雖然取得了加快發(fā)展，但在工作中還存在一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在：一是農(nóng)民投保意識(shí)不強(qiáng)。大多數(shù)農(nóng)民對(duì)農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不到位，存在著小災(zāi)理賠錢(qián)少，大災(zāi)靠政府的心態(tài)。二是理賠不到位。農(nóng)民認(rèn)為受災(zāi)減收比例與保險(xiǎn)公司認(rèn)定的受災(zāi)比例不一致，實(shí)際理賠資金低于農(nóng)民心里預(yù)期受災(zāi)賠付額度，導(dǎo)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(xiǎn)產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)較大。一些低洼地、易受災(zāi)的農(nóng)戶，參保的積極性較高，為保險(xiǎn)部門(mén)開(kāi)展保險(xiǎn)業(yè)務(wù)，創(chuàng)新保險(xiǎn)產(chǎn)品，帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)。

如圖6所示，轉(zhuǎn)盤(pán)定位鎖緊裝置主要包括定位銷(xiāo)支座、定位銷(xiāo)、氣缸等。定位銷(xiāo)支座通過(guò)螺釘固定在床身側(cè)板上，定位銷(xiāo)穿過(guò)定位銷(xiāo)支座與氣缸連接。當(dāng)進(jìn)行換模時(shí)，氣缸首先推動(dòng)定位銷(xiāo)從轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)孔中拔出，當(dāng)回轉(zhuǎn)輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)至取模工位時(shí)，氣缸推動(dòng)定位銷(xiāo)插入回轉(zhuǎn)輪盤(pán)銷(xiāo)孔中，將轉(zhuǎn)盤(pán)精確定位并鎖死。

圖6 轉(zhuǎn)盤(pán)定位鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 模具快速夾緊機(jī)構(gòu)

2.4.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

模具快速夾緊機(jī)構(gòu)包括折彎?rùn)C(jī)上模快速夾緊機(jī)構(gòu)和折彎?rùn)C(jī)下模快速夾緊機(jī)構(gòu)，如圖7所示。

圖7 模具快速夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

折彎?rùn)C(jī)上模快速夾緊機(jī)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(gè)并列布置的沉頭孔，用于放置頂銷(xiāo)和彈簧。與上模座固定連接的蓋板中開(kāi)設(shè)有貫通槽，貫通槽中放置有膠管和頂板。當(dāng)對(duì)膠管進(jìn)行沖壓，膠管膨脹并擠壓頂板，頂板擠壓頂銷(xiāo)，頂銷(xiāo)進(jìn)而夾緊折彎?rùn)C(jī)上模。

折彎?rùn)C(jī)上模快速夾緊機(jī)構(gòu)還包括上模安全鎖，確保在膠管壓力突然消失時(shí)模具不會(huì)掉下，保證操作者和模具的安全。

折彎?rùn)C(jī)下模快速夾緊機(jī)構(gòu)包括與工作臺(tái)或補(bǔ)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(jī)構(gòu)一樣。

2.4.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）模具快速夾緊機(jī)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(jī)構(gòu)中包含有安全鎖，整個(gè)裝置更加安全可靠。

（3）模具快速夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性好。

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

3 自動(dòng)回轉(zhuǎn)換模及夾緊機(jī)構(gòu)工作過(guò)程

當(dāng)進(jìn)行換模操作時(shí)，折彎?rùn)C(jī)上、下模首先合模，折彎?rùn)C(jī)上模快速夾緊機(jī)構(gòu)上模安全鎖中氣缸反向通氣并將安全銷(xiāo)從折彎?rùn)C(jī)上模安全插銷(xiāo)孔中拔出，用于夾緊模具的膠管泄壓，折彎?rùn)C(jī)模具被松開(kāi)并可進(jìn)行換模操作。

模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)中擋指通過(guò)沿X、Y、Z三方向的移動(dòng)到達(dá)折彎?rùn)C(jī)工作臺(tái)模具掛板下方，擋指通過(guò)Y方向運(yùn)動(dòng)將模具從下模座凹槽中抬起，通過(guò)X、Y方向移動(dòng)將折彎?rùn)C(jī)模具運(yùn)回至模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)并懸掛在掛接軸上面，模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)擋指通過(guò)沿X、Y方向移動(dòng)避讓開(kāi)模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

當(dāng)折彎?rùn)C(jī)模具平穩(wěn)后，轉(zhuǎn)盤(pán)定位鎖緊機(jī)構(gòu)中氣缸反向通氣將定位銷(xiāo)從回轉(zhuǎn)輪盤(pán)銷(xiāo)孔中拔出。伺服電機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)輪盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)所需要的折彎?rùn)C(jī)模具旋轉(zhuǎn)至換模工位時(shí)，伺服電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤(pán)定位鎖緊機(jī)構(gòu)中氣缸通氣并推動(dòng)定位銷(xiāo)插入回轉(zhuǎn)輪盤(pán)銷(xiāo)孔中，將回轉(zhuǎn)輪盤(pán)精確定位并鎖死。

模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)中擋指通過(guò)X、Y方向運(yùn)動(dòng)將折彎?rùn)C(jī)模具從模具周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中運(yùn)送至折彎?rùn)C(jī)工作臺(tái)下模座中。此時(shí)，折彎?rùn)C(jī)滑塊向下運(yùn)動(dòng)并將上模模柄插入上模座凹槽中。當(dāng)上模模柄到達(dá)指定位置時(shí)，上模安全鎖中氣缸推動(dòng)安全銷(xiāo)插入到折彎?rùn)C(jī)上模安全插銷(xiāo)孔中，對(duì)快速夾緊機(jī)構(gòu)中膠管進(jìn)行沖壓并夾緊折彎?rùn)C(jī)上、下模。模具后檔及搬運(yùn)機(jī)構(gòu)中擋指通過(guò)沿X、Y、Z三方向運(yùn)動(dòng)并對(duì)板料進(jìn)行定位。

4 結(jié)束語(yǔ)

我公司采用該自動(dòng)換模及夾緊系統(tǒng)為鄭州精益達(dá)汽車(chē)零部件有限公司研發(fā)出FWD250-3000新型數(shù)控折彎?rùn)C(jī)。該新型折彎?rùn)C(jī)換模時(shí)間大大縮短，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究，每次換模時(shí)間從20min縮減至5min，大大提高了換模效率。各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和幾何精度均符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)備機(jī)械、液壓、電氣等各部件運(yùn)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(píng)。

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

[2]錢(qián)榮芳.大型壓力機(jī)的快速換模系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2005，40（5）.

[3]劉維綱.折彎?rùn)C(jī)的快速換模裝置[J].機(jī)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(shè)備技術(shù)與營(yíng)銷(xiāo)管理。E-mail：jnjmnc@126.com