框架側移臺液壓機沖裁緩沖控制的實現

喬禮惠，姜君杰

（江蘇國力鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州 225009）

當前汽車生產凸現車型個性化特點，換型周期越來越短，換型主要表現在車身形狀和結構的變化等方面，而與之相適應的是金屬板材沖壓件的千變萬化。隨著液壓機關鍵技術的突破，液壓機的系統具有對壓力、行程、速度單獨調整功能后，不僅能夠實現對復雜工件以及不對稱工件的加工，而且做到了極高的成品率。可變的動力組合、可調的工作行程和極具優勢的性價比，使得液壓機與機械壓力機相比具有較大的優越性。但這不能說明液壓機就能取代機械壓力機，畢竟液壓機存在工作節奏小于機械壓力機，工作油液有一定的使用壽命需定期更換，漏油、滲油現象時有發生對環境污染較大等缺點。

液壓機在工作過程中會存在液壓沖擊，這是由于能量的突然釋放，引起液體壓力急劇變化，產生很大的液壓沖擊波，將沿著管道傳播，引起管道劇烈振動，不但會使固定螺釘產生松動而且會損壞密封，使管道聯結處松動，嚴重時甚至引起管道破裂。特別是液壓機進行零件沖裁切邊加工時，在金屬材料斷裂瞬間，因工件負載突然消失，油缸內的液體壓縮能和機身彈性變形能急劇釋放，造成板料在斷裂瞬間滑塊突然失控，以極快的速度下沖，機床會產生強烈的沖擊和振動，并伴隨著很大的噪聲。目前各主機廠家普遍的做法是在滑塊兩側安裝緩沖裝置，在工作行程略超過料厚2/3時，以增加滑塊下行的阻力，使液壓機在材料斷裂時不致突然失載，因而減小了沖擊振動。對于不帶移動工作臺或前移臺的機床一般采用下置式緩沖缸，其放置在工作臺左右兩側立柱內。而對于側移臺液壓機，通常采用上置式緩沖裝置結構，常規的上置式緩沖缸一般通過調節緩沖螺母在緩沖缸拉桿上的位置來手動調節緩沖作用點，但大型液壓機緩沖螺母設置在滑塊兩側，距離地面較高，操作難度大且存在高空作業的危險因素。而電動調節的緩沖結構，緩沖螺桿安裝在滑塊兩側，緩沖缸安裝在工作臺兩側立柱內，對移動工作臺的移進移出特別是安裝有較高模具時易干涉。而如果采用下置式緩沖裝置將緩沖缸安裝在移動臺上，隨移動臺一起移動，緩沖缸的管路連接也存在一定的困難。基于上述各結構的優缺點，為滿足側移臺液壓機緩沖裝置電動調節的需求，我公司為山東梅拉德能源動力科技有限公司提供的液壓機生產線，配置有上置液壓調節緩沖裝置，不但可對兩側獨立的緩沖行程分別調整，還具有調節行程滿足50mm～600mm的功能。取得國家實用新型專利證書《帶復合型緩沖油缸的液壓機》，證書號：ZL2017 2 0792364.7。

1 結構形式

液壓調節結構的緩沖裝置布局簡圖如圖1所示，上橫梁中心安裝柱塞缸，柱塞缸的左右兩側安裝有活塞缸，柱塞缸與活塞缸的活塞桿通過法蘭與滑塊相連接，在上橫梁的最外側左右兩端對稱安裝有緩沖油缸，同時在滑塊左右兩側對稱布置有向外側伸出的緩沖支座，緩沖缸拉桿從緩沖支座中穿過后安裝上鎖緊螺母和防松螺母，拉桿不與緩沖支座連接，此種結構型式做到了滑塊做上下運動時緩沖缸拉桿不跟隨其一起運動，有效減輕了滑塊回程的重量，降低了回程力。

圖1 上置式緩沖裝置結構布局

圖2 油缸結構簡圖

圖3 觸摸屏畫面

油缸結構簡圖如圖2所示，油缸仍采用柱塞缸結構并結合公司折彎機外擋油缸的結構型式，缸體內部安裝有活塞桿，活塞桿采用中空式，中間穿插拉桿，拉桿頂部加工有螺紋用于安裝鎖緊螺母和防松螺母，確保拉桿與活塞桿成為一體上下運動，同時拉桿下部也加工有螺紋用于安裝鎖緊螺母和防松螺母。此部分可調行程L2是作為主行程L1的補充，可對不同高度模具的沖裁行程進行微調。活塞桿上的密封結構采用YX圈+格萊圈型式，而缸口導套上的密封結構則采用YX圈+斯特封型式。

2 控制系統說明

在緩沖缸拉桿的上頂端安裝有連接桿，連接桿與位移傳感器滑塊相連接，通過采集位移傳感器信號進行模數轉換處理后便可在觸摸屏畫面上實時顯示當前位置，通過觸摸屏設置緩沖缸位置，觸摸屏畫面如圖3所示。另外兩只緩沖缸分別由兩套單獨的液壓系統進行控制，并在兩液壓系統之間設置有平衡閥塊，兩套液壓系統采用兩路泵源提供動力油，液壓原理如圖4所示。現就緩沖行程調整方式進行說明：以左側緩沖行程調整為例，PLC根據采集到的位移傳感器信號與觸摸屏上設置的緩沖位置進行比較，如位置存在偏差，電磁閥YV11得電，插裝閥C1處于關閉狀態，同時電磁閥YV12得電，插裝閥C3打開，動力油經C3進入緩沖缸油腔，從而實現緩沖行程的調節。隨著緩沖活塞桿的往上運動帶動位移傳感器的信號變化，當位置信號變化的數值與設置數值一致時，電磁閥YV11、YV12 失電，調整動作停止。在滑塊下行過程中，當滑塊側面的支座接觸到緩沖缸拉桿下部的鎖緊螺母時將帶動緩沖缸拉桿一起往下運行，此時緩沖缸便處于受迫下行狀態，壓力由系統上的調壓閥F3或機身立柱上的遠程調壓閥F1控制，此時電磁閥YV11處于失電狀態，插裝閥C1受梭閥控制，而梭閥狀態又受兩只緩沖被迫下行壓力控制，最終壓力高的一側液壓油會通過插裝閥C1進入壓力低的一側，從而保證了兩邊緩沖壓力相等，當然前提條件是手動調整緩沖壓力時需預先設置好壓力。動力油源采用伺服泵控制，在頂出階段啟用高精度閉環控制，根據采集的位移傳感器和壓力傳感器信號進行閉環運算，輸出經過計算的速度指令控制伺服電機轉速，從而實現高精度定位控制，確保兩側緩沖行程偏差在±0.05mm范圍內。

圖4 液壓原理圖

3 快速卸壓

除了增加緩沖裝置外，在沖裁工作行程結束后，還應盡可能快地卸去主缸上腔的壓力，以消除滑塊下沖的動力，減少沖擊振動。現有主缸充液閥卸壓時間通常控制在0.5s～1.5s，無法做到快速卸壓。通過在主缸上腔管路上增加單獨卸壓插裝閥塊，并通過電磁閥控制便可實現快速卸壓動作，同時卸壓閥插件的開口大小可通過調節桿調整，從而調節卸壓速度的快慢，可有效減輕沖擊和振動。另外增加的單獨卸壓閥塊還有一個功能，當使用帶有氮氣缸的模具時，在主缸上腔充液閥打開后會因氮氣缸能量釋放形成反彈，造成機床滑塊和活塞桿的快速上升，在此過程形成較大的沖擊和噪聲，而采用單獨卸壓閥先進行預卸壓不打開充液閥的方式可在主缸上腔形成一定的背壓，從而實現氮氣缸能量釋放時滑塊緩慢抬起，待氮氣缸內能量全部釋放后同時檢測到主缸上腔壓力≤0.5MPa后再打開主缸充液閥，實現滑塊的正常回程動作。氮氣功能是否選用及卸壓時間可在觸摸屏畫面中進行設置。

4 緩沖點調整方法

緩沖缸拉桿位置調整過程為首先使機床滑塊無壓力下行，進行模具閉合，直至上模刃口剛接觸零件表面，通過手動按鈕分別調節緩沖缸拉桿往上運動，使緩沖缸拉桿下部的鎖緊螺母與滑塊側面支座上的淬火塊緊密接觸，然后把滑塊和上模回程到一定高度后，再把兩側緩沖缸拉桿往上略上升相同的高度，再次操作滑塊帶動上模往下運行檢查下接觸點是否調節在沖裁模正好位于零件板料上時的位置，最后需用止頭將鎖緊螺母止緊并緊固好防松螺母。存在的缺點是不便于迅速調整，每次更換模具后都需要手動調整一次，操作稍顯繁瑣。

5 結束語

通過增加沖裁緩沖裝置，使液壓機由沖裁工藝載荷平穩過渡到緩沖缸載荷，快速卸壓裝置的使用使主缸內積聚的液壓能和機身彈性變形能迅速受控釋放，消除液壓機在沖裁或切邊工藝時板料突然斷裂滑塊產生的過沖現象，降低了由此產生的沖擊和振動。實踐證明緩沖缸頂出動作所需壓力對緩沖效果無明顯影響，通常頂出壓力設置在4MPa～5MPa即可。緩沖行程位置的設置應根據上模刃口接觸到零件而未進行沖切為準，同時還要結合零件斷面上的光亮度共同確定，也就是說零件沖裁面的光亮度不但與沖裁時的緩沖壓力有關，還與緩沖調節行程位置有聯系。通過以上措施的有效實施，目前機床在客戶處已正常使用達三年之久，獲得客戶好評。