数控转塔冲床

数控转塔冲床（共8篇）

数控转塔冲床 篇1

0 引言

数控转塔冲床作为一种重要的板材冲压加工设备正朝着高速、高精度、大吨位的方向发展[1],因此其床身的振动问题越来越引起大家的重视。国内机床生产厂家提出过一些机身振动控制想法[2],但没有进行深入研究。考虑到床身的振动情况,传统的依靠经验进行的静态设计已经不能满足其设计要求,需要进行动态设计[3]。本文利用有限元分析的方法研究数控转塔冲床床身在循环周期载荷作用下的动态响应,对床身动态响应进行振动分析,并提出相应的控制措施。

1 数控转塔冲床的瞬态动力学分析

1.1 瞬态动力学分析理论

瞬态动力学分析又叫做时间历程分析,主要是用于确定承受任意的随时间变化载荷的结构动力学响应的一种方法。通过瞬态动力学分析可以将瞬态载荷、稳态载荷以及简谐载荷进行任意组合,作用在待分析的结构上,得到随时间变化的位移、速度、加速度及应力等响应情况。瞬态动力学分析方程[4]为:

其中:[M]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;u为位移向量;F(t)为外激励向量。

1.2 有限元模型的建立

数控转塔冲床床身模型较大,若整个床身的有限元计算网格全部用实体建模,将会导致计算时间过长,工作量较大。数控转塔冲床床身大部分是用钢板焊接而成的,根据经典板壳理论,当板的厚度t与板最小边长a的比t/a≤1/5时可以认为该板是薄板[5]。考虑到隔板、加强筋等其他地方不满足板壳理论,故本文采用实体单元与壳单元相结合的办法进行建模,在Workbench中对需要划分壳单元的部分进行抽中面处理,然后设置其中的接触关系。主板、侧板等定义网格尺寸为30 mm。图1为用ANSYS Workbench建立的数控转塔冲床床身有限元模型,其网格节点为17 221个,单元为82 466个。

1.3 模态分析

有限元模态分析用于确定结构设计的振动特性,同时可以作为其他动力学分析问题的起点。本文通过对数控转塔冲床床身进行模态分析,获得其结构的固有频率,并根据固有频率计算瞬态动力学分析中的时间步长和确定模态阻尼。

在ANSYS Workbench中进行数控转塔冲床床身的模态分析,得到了其前3阶振型与频率,如图2所示。

由图2可知,床身的1阶模态频率为38.5 Hz,振型是机身沿z向(左右方向)晃动,振幅由下到上逐渐增大;2阶模态频率为64.1Hz,振型是机身沿y向(上下)振动;3阶模态频率为68Hz,振型是机身在z向的3阶弯曲振动。

1.4 瞬态动力学分析

ANSYS Workbench中常用的3种结构动力学分析类型为:刚体动力学分析(Rigid Dynamics)、结构瞬态动力学分析(Transient Structural)、显示结构动力学分析(Explicit Dynamics)[6]。本文采用结构瞬态动力学分析(Transient Structural),分析过程选择一个冲压周期,总时间为0.2s。将0.2s分为两个时间步,第1个时间步为冲压力作用时间0.026s,第2个时间步为卸载后的响应时间。整个冲压周期分为512步计算,即每1/2 560s计算一次。

瞬态动力学分析中较为重要的是考虑阻尼,在Workbench中包括α阻尼和β阻尼,α为质量矩阵乘子,表示Rayleigh质量阻尼常数;β为刚度矩阵乘子,表示Rayleigh刚度阻尼常数。数控转塔冲床的床身是焊接钢板结构,属于弱阻尼系统,可以忽略α阻尼,β阻尼可以通过模态阻尼比ξ(ξ取0.01)以及机身振型频率f(f=38.5Hz)由β=2ξ/(2π×f)求得。代入相关数值计算得β=0.000 083。

通过计算,可以得到数控转塔冲床床身各处的加速度、速度、位移等随时间变化的情况。本文选取顶板上的一点A(见图1)作为加速度分析点,通过分析得到了A点加速度随时间的变化情况,如图3所示。由图3可知,A点的最大加速度为25m·s-2。

2 床身有限元计算的振动分析

数控转塔冲床工作过程中机身的振动较为复杂,振动控制的前提就是将构成信号的各种频率的振动分解开来,判断数控转塔冲床床身工作中的振动种类,再针对不同的振动种类有针对性地进行振动控制。本文通过MATLAB进行编程处理,通过快速傅里叶变换,将计算得到的时域信号进行时域-频域之间的处理。

将A点的每一时刻对应的加速度值导入到MATLAB中,进行快速傅里叶变换,得到A点加速度的频域分布曲线,如图4所示。

3 床身振动试验分析与有限元分析对比

3.1 床身振动试验结果分析

为了验证有限元计算结果的正确性,在A点布置加速度传感器,机床正常工作时,采集A点一个完整周期冲裁过程的加速度响应情况,如图5所示。将得到的加速度进行频谱分析,得到的频谱分析结果如图6所示。再将有限元计算结果与测试结果进行分析比较。

3.2 床身振动分析结果与测试振动分析结果对比

表1为数控转塔冲床床身A点加速度有限元计算的振动分析结果与测试的振动分析结果对比。由表1可知,两者的加速度最大值相差不大,频谱分析中幅值最大处的频率误差较小,由此可见有限元模型是正确的。

4 数控转塔冲床床身的振动控制

通过以上对床身振动分析与测试验证可知,可以利用有限元分析的方法研究数控转塔冲床床身在循环周期载荷作用下的动态响应,在此基础上进一步提出了以下振动控制措施。

(1)改变机床床身主板结构,提高动刚度,降低动位移;根据振型分析,恰当布置筋板位置,减少机床的振动。

(2)选择恰当的阻尼结构,进行振动控制。

(3)通过有限元分析软件DEFORM-2D进行板材冲裁过程的数值模拟,得到噪声、振动较小的冲裁曲线,从而控制床身的振动。

摘要：为了研究数控转塔冲床床身的振动情况,对床身进行了有限元模态分析、瞬态动力学分析,对加速度时间历程曲线进行快速傅里叶变换,得到床身振动的幅频曲线,从而了解床身的振动特性,并在此基础上提出了控制振动的措施。

关键词：数控转塔冲床,振动,瞬态动力学分析

参考文献

[1]刘振堂.国外数控冲床的现状和发展趋势[J].锻压机械,2002(1):7-9.

[2]龚立新,胡金龙.数控转塔冲床动态特性研究[J].锻压装备与制造技术,2014(1):20-22.

[3]季忠,高训涛,孙胜,等.闭式数控压力机机身动态响应分析[J].锻压机械,2001(1):38-40.

[4]邹瑶,汤文成.数控转塔冲床机身特性分析[J].机械设计与制造工程,2014(7):29-34.

[5]谢君翌.数控转塔冲床床身的有限元分析与优化设计[D].南京:东南大学,2005:20-21.

[6]许京荆.ANSYS13.0 Workbench数值模拟技术[M].北京:中国水利水电出版社,2012.

数控转塔冲床 篇2

固定资产购置可行性研究报告

项目名称：数控冲床购置申请

申请单位：山东爱普电气设备有限公司 负 责 人： 辛志强 经 办 人： 孙杰 日 期： 2015年4月

一、现状分析

钣金加工生产是爱普公司生产的关键环节之一，高效率的钣金加工能有效提高我公司的产品交货能力。而数控加工设备是目前成套设备制造行业钣金加工的必备设备。目前我公司的数控设备主要是1996年购置的阿玛达剪、冲、折设备和2012年购置的阿玛达数控生产线。

其中2012年购置的生产线能够正常运行，实际完成我公司30%的生产量。

1996年购置的剪、冲、折设备目前仍承担着公司40%的生产量，但因此套设备使用年限较长，尤其是第二道生产工序的冲压用数控冲床设备，此设备大部分配件已严重老化，故障频出，尤其是该设备的核心部件电脑主板，时常出现无法导入程序的状况，遇到工期紧、工程量大的工程就很难按期完成，造成工期延误。此设备的冲压、打击部分也磨损严重，影响加工精度，也加重了模具的消耗，严重缩短了模具的寿命，反复的购置模具造成公司物料消耗成本的增加。此设备虽经厂家售后服务多次维修，但因设备的年限长，无法购买到适合的配件，所以无法解决设备存在的根本问题。在目前我公司的订单逐步增加的情况下，此设备只能带病工作，或转移至另一条生产线、依靠员工加班来赶工期。

鉴于以上情况，为消除安全隐患，提高生产加工能力，申请购置数控冲床一台。

二、购置计划

本次计划购置阿玛达数控冲床1台。

计划购置费用：218万元

三、购置必要性分析

我公司每年生产高低压壳体约2万台/套。在数控冲床维修、怠工，或带病作业的情况下，生产效率只有正常工作的20%。购买新冲床后，能迅速提高生产效率，降低生产员工的加班数量，降低其他生产线的生产加工压力。且新冲床加工速度比现有冲床加工速度可以高20%以上,在目前公司销售订单逐步增加的情况下，能够满足市场对供货期的需求。

此次计划购买现有设备生产厂家“阿玛达”的同类设备，从而可有效利用原有的模具，减少模具消耗的二次投入，员工也熟悉设备的操作，能更好的对新设备进行日常维护。综上所述，目前我公司急需购买1台数控冲床投入到目前的生产工作中。

四、预期达到的效果

数控转塔冲床的技术改造 篇3

关键词：数控转塔冲床,数控系统,CAM编程软件

1 设备基本现状

STRIPPIT 1250型数控转塔冲床是我公司1998年由美国进口的, 该设备数控系统采用STRIPPIT专用工业PC机控制系统, X、Y、C三坐标伺服驱动采用美国BRUSHLESS MOTOR公司的交流伺服驱动装置, 选刀机构采用普通交流电机变频驱动, 控制20个工位的不同冲头, 其中有两个旋转多子冲模 (C轴) , 要求上下冲模对齐、角度控制范围360度, 精度0.1度。经过十多年的使用之后, 现有控制系统老化, 故障频出。2010年底该机控制系统专用接口板出现故障, 由于控制系统已老化淘汰, 原生产厂家无备件可供应。我们委托国内多家维修机构检修, 均无效果, 以至设备全面瘫痪。

鉴于该设备原购置价格较高, 且机床液压系统以及机械传动机构基本完好, 报废处理很可惜。

通过多次调研和精心准备, 2011年我们使用西门子SINUMERIK802Dsl NPLUS数控系统对该冲床原有控制系统进行了全面改造, 达到了预期目标。

2 技术改造方案

数控系统采用德国西门子全数字802Dsl NPLUS数控冲床专用数控系统, 主要包括:

1) 标准M CP面板:M CP面板其内部集成有CNC、PLC及HM I等数控部件;同时安装有PUC210.3控制软件;带HMI10.4英寸彩色液晶显示屏, 全中文界面;配2G容量CF卡, 用于储存加工程序。

2) 专用I/O模块:PP72/48, 可提供72个数字量输入和48个数字量输出。

3) M CPA模块:M CPA模块模块配有8个高速NC输入和输出的端子排, 本冲床的高速输入输出接口, 全部在MCPA上实现。包括冲头运动的输出信号, 冲头回收到位信号, 冲头伸出到位信号等。

4) 水平用CNC键盘:CNC键盘安装在PCU下方, 用于程序、参数的输入及修改, 操作方便。

5) 全数字驱动系统:西门子新一代S120全数字驱动系统通过高速通讯接口DRIVE-CLi Q实现驱动组件之间的联络。

6) 矢量变频器控制:日本安川HB4A0009型矢量变频器控制 (容量2.2k W) , 实现对旋转塔的变频控制。

7) 标准接口:国际通用的RS232标准接口方便与现有编程计算机进行连接, 满足与原有的CAM编程系统兼容, 使图形带刀、自动选刀、多子模自动转角度、夹钳保护、夹钳移位等功能得以应用。

8) 螺距补偿:X、Y轴螺距补偿、反向间隙补偿等, 可方便的实现机床的各种复杂加工控制;C轴旋转360度任意可控, 精度±0.1度。

9) 其他:软件配备冲床所需要的图形功能、步冲功能等软件;用国际通用G代码编程, 使操作和使用方便。

电源电抗器用于抑制大功率驱动器对其他器件和线路的100k~30M Hz的无线干扰, 提高输入电源的功率因素, 减少高次谐波, 抑制驱动器电源设备上的浪涌。限制输入干扰和不稳定性。

3 数控转塔冲床主要功能及工艺设计

专用于冲裁和步冲的功能包含:冲程控制、自动位移划分、可旋转的主刀具和子刀具、夹钳保护以及上述功能通过语言指令激活或取消。

3.1 冲程控制

冲程控制用于真正的工件加工。达到位置后通过NC的输出信号激活冲头, 冲裁单元通过NC上的输入信号应答冲杆运行, 在该时间段内不允许任何轴运行, 结束冲裁后重新定位。

3.2 快速信号

为了实现数字控制和冲裁单元间的同步, 改造方案中使用了“快速信号”。这些信号作用在于:一方面, 只有当板材停止时才通过快速输出释放冲程;另一方面, 当冲刀和板材接触时, 通过快速输入保持板材处于停止状态。

3.3 释放冲程

冲程释放应最早在保证进给轴已静止时设置, 从而可以确保在冲裁时冲头和加工平面中的板材不会发生相对运动。

3.4 SPOF冲裁和步冲关闭

SPOF功能结束所有的冲裁和步冲功能。在该状态下NCK既不对“冲程有效”信号作出反应, 也不对冲裁/步冲专用PLC信号作出反应。

如果SPOF与一个位移指令一同编程在一个程序段中 (以及所有后面的程序段, 如果不用SON或PON激活冲裁/步冲) , 则机床不带冲裁释放运行编程位置。SPOF取消选择SON, SONS, PON和PONS, 相当于复位状态。

与冲裁相反, 首个冲程在激活程序段的起始点就开始执行, 即在机床首次运行前SON模态有效, 即一直有效, 直到编程了SPOF或者PON, 或者程序结束。

4 结束语

经过系统改造, 不但恢复了冲床的所有功能, 节省了购置新设备的费用, 同时, 由于采用了802Dsl通用系统, 解决了备件更换和系统维修的后顾之忧。先进的中文用户界面和CAM软件使人机对话和冲床零件加工程序的编制更加方便快捷。通过近半年的连续运行, 系统稳定可靠, 达到了预期效果。

近年来, 数字控制技术发展很快, 早期一些进口机床机械精度和液压系统基本完好, 但控制系统故障频繁, 维修备件很难采购, 造成设备浪费。我们采用新技术、新的数控系统替代原有的、不能正常工作的系统, 对原有设备进行全面改造已成为企业设备保障部门的任务。这是一种设备绿色管理的新理念。

参考文献

[1]STRIPPIT1250型数控转塔冲床使用说明书.

[2]SINUMERIK802D sl冲床操作编程.

数控转塔冲床的维护保养 篇4

关键词：数控转塔冲床,维护保养,典型故障

一、数控转塔冲床的主要用途和特点

数控转塔冲床是压力加工设备中最具生命力的集机、电、液一体化的产品, 是由数控系统控制的高效、精密的板材加工设备, 可以一次性自动完成多种复杂孔型和浅拉深成型加工。通过自动编程, 可对板材进行X、Y方向和精确定位, 自动选择转盘模具库中的模具, 按要求自动加工, 也可用小冲模以步冲方式冲大的圆孔、方形孔、腰形孔及各种形状的曲线轮廓, 也可进行特殊工艺加工, 如百叶窗、浅拉伸、沉孔、翻边孔、加强筋、压印等。在钣金加工领域得到广泛的应用。

数控转塔冲床发展至今已经历了几个阶段的变化。从机械驱动、液压驱动至伺服电机驱动, 目前应用最为广泛的是液压驱动的数控转塔冲床。

二、数控转塔冲床的使用要求

1. 使用环境

为提高数控转塔冲床的使用寿命, 一般要求室温不宜太高, 要避免阳光的直接照射和其他热辐射, 要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。要远离高频、电磁场大的设备, 如氩弧焊机、电焊机等。

2. 电源要求

为了避免电源波动幅度大 (大于±10%) 和可能的瞬间干扰信号等影响, 一般采用专线供电, 为了避免电网有较大波动和高次谐波, 一般配备3相交流稳压装置, 可减少供电质量的影响和电气干扰。电源始端有良好的接地, 进入数控转塔冲床的3相电源应采用3相5线制, 中线 (N) 与接地 (PE) 严格分开, 做好保护接地。

3. 操作规程

在数控转塔冲床的使用与管理方面, 应制定切合实际、行之有效的操作规程。例如润滑、保养、合理使用及规范的交接班制度等, 制定和遵守操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一。

4. 人员要求

数控转塔冲床的操作者应该经过专门的培训, 考核合格后方可操作设备, 否则可能造成机床的损坏甚至危及人身安全。

5. 日常维护

日常维护可保持数控冲床在良好的状态下运行, 延长机床的寿命。同时, 还可及时发现隐患并排除, 以免造成重大损失。

6. 数控设备的动态保存

在没有加工任务时, 数控转塔冲床也要定期通电, 最好是每周通电一次, 以利用机床本身的发热量来降低机内的湿度, 使电子元件不致受潮, 同时也能及时发现有无电池电量不足报警, 以防止系统设定参数的丢失。

三、数控转塔冲床的维护保养

做好日常维护保养, 可使设备保持良好的技术状态, 延缓劣化进程, 及时发现和消灭故障隐患, 从而保证安全运行。在使用过程中, 应做好如下保养工作。

(1) 应保持机床周围清洁、无杂物。

(2) 要定期对机床的表面进行擦洗, 做到表面无油污、工作台无杂物。丝杠、导轨等运动表面每星期清洁一次, 做好润滑工作, 做到各润滑管路通畅。

(3) 定期检查集中润滑装置, 确保油位高度。

(4) 及时清理转盘周围废料, 以防下转盘下平面被拉伤、划伤及出现夹料、撞料等问题。

(5) 每天对空压力机进行排水处理, 对机床上所配分水器进行放水处理, 对油雾器油位进行检查, 确保有足够的油, 保证空气管路的有效润滑。

(6) 定期检查模具, 以防因模口磨损, 导向键磨损造成模具损坏。

(7) 机床在运行过程中, 非紧急情况下不用按“急停”按钮, 尤其是使用旋转模时。

(8) 禁止用手拉动旋转模同步带, 以免C轴错位。

(9) 定期检查电气柜内元器件上的灰尘, 特别是带有散热风扇的模块, 至少每个月清洁一次。保持电控柜内干燥、干净。

(10) 检查液压元件、气动元件有无漏油、漏气现象。

(11) 定期检查液压站油位高度、油质状况。

四、数控转塔冲床的典型故障分析与排除

1. 带料故障

故障现象:由于退料力不足, 在模具上行时冲头未能从板料中退出, 或连续冲压时间配合不好, 模具上行时带着板料一起上行。

其产生的原因是: (1) 弹簧疲劳; (2) 步冲时间配合不好, 模具上行时带着板料一起上行; (3) 上模刃口熔灼, 引起磨损; (4) 间隙不合理; (5) 模具润滑不好; (6) 下模刃口磨损边钝。

预防措施: (1) 更换弹簧; (2) 调整步距; (3) 防止上模熔灼, 用多副同规格模具轮换使用, 或更换冲头材料; (4) 根据不同板厚、材质选择相应间隙的模具, 保证冲裁时模具对中; (5) 经常清洁模具, 保持良好的润滑; (6) 及时刃磨下模, 保持下模锋利; (7) 刃口直角处要带有微小圆弧。

2. 废料反弹故障

故障现象:在冲孔过程中上模将冲孔后的落料反带出下模口的现象。

其产生的原因是: (1) 板料上表面或冲模底面有油, 造成废料和冲头粘连, 废料被带上来; (2) 模具 (或板料) 有磁性; (3) 冲压速度高, 回程快, 形成真空效应; (4) 先前冲下的废料在下模中卡住, 形成气密腔, 废料被反弹; (5) 模具高度不对; (6) 模具用钝; (7) 模具间隙值偏大; (8) 使用的铝板或不锈钢板带膜; (9) 使用的卸料棒老化或损坏。

防止废料反弹的措施: (1) 清除板面上的油污, 冲头端面上的推料橡胶柱应及时更换不得缺失; (2) 模具刃磨后彻底退磁; (3) 适当降低冲压次数; (4) 适当加大入模量, 一般不小于1mm; (5) 有真空吸料装置时, 检查真空系统是否正常; (6) 及时刃磨模具, 保持刃口锋利; (7) 选用合适间隙的下模: (8) 使用防止废料反弹的下模。

3. 转盘错位故障

现象:CRT出现T销未入报警或销入时转盘晃动。

原因分析:机器在使用一段时间后, 由于链条的变形或其他原因造成的转盘定位销相对转盘的定位孔错位的情况是很可能出现的, 有时候可能是上、下转盘都错位, 有的时候可能是只有一个转盘错位, 无论出现哪种情况, 调整方法是一样的。

调整方法:接通电源;把机器设到手动操作位置;按动销出按扭, 使定位销退出;松开传动轴上上链轮的固定端盖的固定螺钉, 使传动轴与链轮间能够有相对的转动;人工搬动转盘, 使定位销对准转盘的定位销孔;反复按动销进和销出按扭, 检查销子与转盘是否对中, 调好后, 把销子销入;调整前要先检查链条的松紧, 如果链条松了, 要先涨紧链条后, 再调整定位销对中。在链条双边涨紧程度接近一致的情况下, 把链轮的固定套固定, 最后返回到自动方式。

4. 液压系统故障

故障现象:出现1050报警, 冲头不在上死点, X轴、Y轴、T轴不能动作 (机型:VT-500, 数控系统:FANUC 0iPC;液压系统:博士力士乐) 。

出现此故障后查维修技术资料只提示主液压泵没开, 并没有其他提示, 但油泵已正常启动。因该液压系统的缺点是油温高, 4WRSE伺服阀在使用过程中温度也相对高, 很可能是伺服阀故障居多。该阀不好分体检查, 很难判断其好坏。

排除方法:首先检查伺服阀电源A、B两端电压是否为24V, 伺服阀插头是否插好, HNC控制卡运行灯和电源灯是否正常亮, 正常时当油泵开起来后, 冲头应该有几毫米的移动, 油压是否在设定值270～250间变化;HNC控制卡和数控系统之间的数据总线插头是否连接良好, 必要时可打开插头外壳, 检查接线是否良好。检查上死点PTE信号, 可进入自诊断功能, 顺序如下:SYSTEM/PMC/PMCDGN/STA-TUS/输入X8, 对应的X8.2必须是1。检查信号从HNC100, 线号411和100之间, 电压是否为24V DC。在612和100之间, 电压也必须为24V DC。如上面各项检查完毕, 没有任何问题, 可用Win-ped5.05软件, 进一步连接HNC控制卡进行诊断, 检查各项参数, 如还没问题, 可判断伺服阀发生机械故障, 可换阀, 进行试验, 如问题解决, 故障为伺服阀损坏。如仍未解决, 需与厂家联系。

5. 与冲床振动有关的故障

(1) 故障现象:在冲压过程中, 停止冲压, 系统自动重启, 又可正常工作。

出现其他故障, 根据电气原理图、报警信息、维修技术资料等, 一般可排除故障。可上述故障又在冲压过程中反复出现, 无报警提示, 正常时很难找到故障原因, 这种故障多数与振动有关。如检查3相电压稳定, 一般都是各阀或感应开关的24V DC电压有瞬间短路, 引起压降致使系统重启, 因为数控冲床冲压较快, 高频率振动易引起各阀及感应开关的24V DC电源线路破损、接线松动引起瞬间对地短路。此类故障需要维修人员仔细排查, 重点排查转塔周围信号线。

(2) 故障现象:在连续冲压过程中常出现停顿2s左右又继续工作的现象。无显示故障报警。

数控转塔冲床减振降噪技术的研究 篇5

1 基于数值仿真的机床结构动力学分析

机身是数控转塔冲床的核心部件,承受冲床工作时的全部工作载荷,其动力学特性直接决定了整个机床的动力学性能,因此本文的动力学研究主要集中在机身上。

1.1 机身的有限元建模

建立有限元模型如图1所示,共划分16571个六面体单元,20234个节点,最小单元尺寸为12mm。

1.2 模态分析

采用数值仿真方法对机床的模态进行仿真研究,获得前三阶模态频率和振型,如图2所示。

第一阶模态:频率27.7Hz,振型为机身左右方向的晃动;第二阶模态:频率47.9Hz,振型为机身上下振动;第三阶模态:频率为54.4Hz,振型为机身后部的局部振动。前三阶模态的频率与冲裁频率(450~600次/min)相差较大,系统不会出现共振;第一、三阶振型与冲裁力不在同一方向,对冲床的动态性能影响较小,第二阶振型与冲裁力的方向一致,对加工有影响。

1.3 动态响应分析

冲裁力作用下,机身结构的振动加速度、速度、位移随时间变化,这些变量即机身动态响应。采用显式非线性动力学分析方法对300k N打桩工况下机身的响应进行仿真分析,获得机身测点的振动加速度时域分布曲线及其频域分布曲线。

冲头安装位置测点的Z向振动加速度时域分布曲线如图3a所示,频域分布曲线如图3b所示。该点的最大Z向振动加速度为1.4G,主要集中在、、三个频段。

由仿真结果可知,在冲裁力作用下,机身发生弹性变形并储备一定的应变能,在板材断裂瞬间冲裁力消失,储备在机身内部的应变能会以振动的形式释放出来,不断向周围环境辐射噪声。由于机床结构阻尼的存在,使得振动能量不断衰减,直至为零。

2 减振降噪措施

2.1 机身结构优化

机身结构的主要优化措施如图4所示,主要包括:①机身宽度B由650mm减小至500mm;②上梁高度H由600mm增加至720mm;③上梁的上下侧板厚度t1由30mm增加至40mm;④侧板厚度t2由35mm减小至30mm;⑤上梁筋板厚度t3由30mm减小至25mm,数量由5个增加至8个;⑥底板厚度t4由30mm增加至40mm;⑦下梁筋板厚度t6由t5由30mm减小至25mm,数量由7个增加至10个;⑧喉口下部的板厚t6由25mm增加至30mm;⑨地脚数量由3对增加至4对。

2.2 模具弹簧优化设计

模具弹簧结构如图5所示,主要包括支撑弹簧和退料弹簧,其中支撑弹簧主要用于模具快速复位,退料弹簧用于克服模芯与冲裁孔间的摩擦力,实现退模。对于退料弹簧,如果弹簧力设置偏小则无法实现退模,引发安全事故可能性极高;如果弹簧力设置过大则会产生过大的冲击载荷,增加能耗的同时还会引起振动和噪声。因此对模具弹簧的刚度及自由长度(安装高度为定值)等参数进行合理的匹配尤为重要。

经分析研究可知,针对不同加工板厚和冲孔尺寸采用不同刚度及预压量可有效减小冲击载荷,进而达到减振降噪的目的。以B工位为例,3mm板厚D31.7mm孔径的冲孔加工采用自由长度80mm刚度为880N/mm的弹簧;1mm板厚D31.7mm孔径的冲孔加工采用自由长度80mm刚度为380N/mm的弹簧。

2.3 静音冲裁模式[3]

根据材料的成型特性,拟合了一种静音冲裁模式,如图6所示。冲头从预压点A向下快速运动,接近板材上表面的速度转换点B时,冲头降速并进入板材,随着冲头进入板材的深入,大约至板厚的1/3~1/2,板材在撕裂点C发生断裂。板材发生断裂后,冲头从C点快速运行至下死点D后快速抬起,完成回程运动。根据实测,采用静音冲裁模式后,冲裁速度会小幅度降低,但减振降噪效果极为明显。

3 振动与噪声测试

如图7a所示,对T30数控机床布置红色测点,即声级计测点,共16个。声级计置于机床四周约1m,高度约1.5m处。图7b为对T30数控机床布置的加速度测点,共14组。加速度传感器编号为第一组1.1~1.3,第二组到第十四组每一组为四个,编号为x.1~x.4,其中x=2~14。

采取减振降噪措施前后的振动加速度与噪声对比情况如图8所示,测点的振动加速度平均减小近50%,噪声减小5~8d B,减振降噪效果非常明显。

4 结论

本文运用数值仿真方法对T30型数控转塔冲床进行模态分析和动态响应分析,并以仿真分析结果为依据采取了机身结构优化、模具弹簧参数优选和静音冲裁等三种减振降噪措施,根据改进前后机床振动及噪声测试结果的对比可知,减振降噪效果显著。本文的研究方法和成果对于数控转塔冲床及类似产品的设计研发及技术改进具有重要指导意义。

摘要：运用数值仿真方法对数控转塔冲床进行了动力学分析,并采取了机身结构优化设计、模具弹簧参数优选和静音冲裁模式等三种减振降噪措施。对改进前后机床的振动和噪声进行了测试和对比,测试结果表明减振降噪效果明显。本文能够为数控转塔冲床的新产品研发及技术改进提供参考。

关键词：数控转塔冲床,动力学分析,减振降噪,静音冲裁

参考文献

[1]吴正刚,龚立新,夏鹏,等.基于Adams的数控转塔冲床模具弹簧设计与仿真[J].锻压装备与制造技术,2014,49(4):28-30.

[2]龚立新,胡金龙,吴长明,等.数控转塔冲床动态特性研究[J].锻压装备与制造技术,2014,49(1).

数控转塔冲床 篇6

机床性能的稳定、可靠是衡量一台机床是否高质量的重要标准之一,机床生产厂家在追求机床高性能的同时,也在不断追求机床的稳定和可靠性。数控转塔冲床同样如此。与国外机床相比,国内机床在使用一段时间后,故障发生率较高。而国外机床如德国机床在这方面则做得较好,在业内信誉度也较高。

同样,客户在选购比较重要的机床设备时,多数情况下并不仅仅考虑价格的高低,而是全面衡量一台机床的性价比。因为对同一种机床来说,机床购入价格+机床使用成本+机床维护、维修成本+机床的有效使用寿命=总成本。一台购入价格相对高的机床,如果性能更高的话,那总成本反而会降低很多。以数控转塔冲床来看,模具使用成本在总成本中占有很大的比重,如果一台数控转塔冲床价格是100万元,该冲床每天8小时不停工作,那么其一年的模具使用费用为10万元左右;如果能将模具使用寿命延长一倍的话,将会直接产生10多万元的经济效益。所以,如何延长模具的使用寿命,必然是冲床生产厂家的研究方向。

2 问题分析

数控转塔冲床一次冲孔的顺序过程如下:(1)上模刚接触板料→(2)上模开始挤压板料→(3)废料落下,冲头到一定深度后返回,板料将移到下一个位置。

其中,如果入模深度太浅,有可能出现冲不下板料和废料反弹的情况;而入模深度太深,则会降低效率并出现模具带料。

在数控转塔冲床的使用中,冲头、转塔、模具是集中体现技术水平和质量的部分,最常出现的问题是废料反弹、模具带料。废料反弹、模具带料往往直接造成模具损耗快、工件损坏等严重后果,影响机床的整体性能。经常有用户抱怨,模具使用效果不好、寿命短、工件易拉毛等,除去模具自身质量和用户使用不当、模具保养不善等因素外,很重要的原因是机床本身功能的缺陷。

为解决废料反弹、模具带料,冲床厂家进行了长期研究,采取了多种方法,但效果并不理想,不能从根本上解决问题。只有国外个别高端厂家增加了比较有效的功能,但需要增加硬件配置,成本较高。

产生废料反弹、模具带料的原因有很多。对废料反弹问题,解决方法主要采用防反弹下模、在冲头加顶料头、减少下模间隙、调整入模深度等方法。而产生带料的主要原因是模具卸料力不足、入模深度太大、模具间隙偏小以及刃口锋利程度、打击头的压下量等等。从中不难发现,入模深度在其中起着非常重要的作用。在机床的实际使用过程中,由于模具使用次数、使用环境等因素,每个模具需要刃磨的程度也不同,所以模具的高度是在不断变化的。以我厂生产的高速数控转塔冲床HPI3048-36为例,从理论上讲,36个工位就有36种模具高度,加上A、B、C、D不同工位的模具高度本身就不一样(注:日清纺机床冲头可根据A、B、C、D工位不同,作出预压点改变,暂没有针对每个模具高度变化后作出相应的改变),所以对每个模具来讲,应该有对应于自身的预压点、下死点、送料点。而现实状况是大多数国内外冲床不具备这一功能,一般采用旋转上模螺母来修正模具高度的改变(A、B工位),但不能从根本上解决问题,而且还会产生模具弹簧易断和卸料力不足等新的问题。特别是一些素质不高的机床用户,在修磨模具之后,只要能将板料冲下来,就根本不去调整模具高度。其严重后果是显而易见的。

国外仅有个别高端生产厂家增加了模具高度检测装置。当模具高度发生改变时,冲头位置会相应变化,较好地解决了这一问题,但需要增加配置,改变机床结构,成本较高。

综上所述,不难得出这样一个结论:要提升机床的性价比,增加模具的使用寿命是一个重要因素。而要增加模具使用寿命,解决废料反弹和模具带料问题势在必行。其中,增加冲头自动调整功能是一个较好的选择。

3 解决方案

对我厂现有的数控转塔冲床来说,在不改变机械结构,不增加任何硬件配置的情况下,也可以实现这项功能,现举例说明怎样自动改变冲头的预压高度。冲床采用PLC编程(SIEMENS 840D系统)。

模具工位判断:

NETWORK:1(判断当前模具为A工位模具)

NETWORK:2(判断当前模具为B工位模具)

NETWORK:3(判断当前模具为C工位模具)

NETWORK:4(判断当前模具为D工位模具)

NETWORK:5(根据不同工位修改冲头数据)

这样,就可以根据不同类型的工位自动调整冲头的预压高度。因为A、B工位与C、D工位的模具高度不同,增加该功能后,就有效避免了带料的发生。

当然,还可以修改其他工位的冲头数据。比如可以通过这种方法来修正每一个工位的冲头高度,当模具高度发生改变时,将修正值放入R参数中,系统将通过修正值来调整冲头高度,从而优化整个冲压动作。

所有过程将通过PLC处理,不影响现有零件程序的编程格式,也不需增加机床成本,达到了增加机床性能、提高模具使用寿命、减少工件废品率的目的。

参考文献

[1]吴秀峰,张婷婷.高速数控冲液压装置设计开发[J].锻压装备与制造技术,2007,42(3).

[2]郑正华.快速液压机的发展[J].锻压装备与制造技术,1988,23(4).

T30数控转塔冲床的优化设计 篇7

数控转塔冲床集机、电、液、自动化技术于一体,带有自身的模具库和自动换模装置,通过数控编程能实现板料的快速移动和定位,能够依次进行冲裁、拉延、压印等多道工序的加工,具有加工效率高、生产柔性好、冲压精度高、重复精度高等特点。数控转塔冲床是目前使用最为广泛的金属板材成形高端设备,被广泛应用于电力、汽车、航天航空、电子等行业,在工业生产中起着重要作用。

锻压机械向着高速度、高精度、高效率和轻量化的方向发展。数控转塔冲床机身设计从材料力学的机身危险点应力和机身最大变形的校核,到有限元法的使用和数值模拟技术的引入对其进行模态分析和动态响应分析,使机身的设计水平有了很大的提高。国外早在上世纪80年代就已经将有限元法应用到冲床的设计上来,现在机身设计已基本趋于成熟,主要的研究方向在于如何降低振动和噪声以提高其功能。国内,冲床机身的设计相当一段时间主要采用传统材料力学的方法。近年来,国内不少企业认识到了优化设计的重要性,纷纷与各高校、研究院所合作,引进有限元数值模拟技术,做转塔冲床机身优化设计。但这些设计对机身静态研究较多,动态研究较少。

本文结合扬力集团数控机床有限公司T30数控转塔冲床新机型研发项目,分别从机身静态力学性能和动态响应方面对冲床机身进行优化设计。在保证机身安全的强度和刚度的前提下,相比原机身,优化后的机身节约钢材1983kg左右。在有效降低生产成本的同时,也为今后冲床的合理设计提供了借鉴。

2 原机身有限元分析

2.1 机身应力分析

机身主要受到自身重力和液压系统产生的冲压力的作用,本文的计算结果均在冲床产生最大工作压力300kN的工况下获得。机身整体应力云图如图1所示。

在300kN工作载荷作用下,机身具有很好的强度,机身平均应力在10MPa以下,机身喉口、冲压头安装板和两侧板顶部处的应力相对较大。喉口位置最大应力达到29MPa,产生在图2中的A处。应力云图如图2所示。

由于直接受到工作压力的冲击作用,冲压头安装板上产生了较大的应力,最大应力达到133MPa,产生在图3中的B处。应力云图如图3所示。

两侧板顶部也承受了较大的拉应力,最大应力达到32MPa,产生在图4中的C处。应力云图如图4所示。

从以上计算结果可以看出,机身平均应力很小。最大应力发生在冲压头安装板的螺栓处,在130MPa左右。总体说来,机身的强度非常好,有着很大的优化空间。

2.2 机身位移分析

机身最大位移也产生在冲压头安装板处,主要表现为铅垂方向的位移分量。在300kN满负荷工况下,机身总位移最大值在0.57mm左右,产生在图5中A处(即图6中的B处),其铅垂方向位移云图如图5、6所示。

因为冲床所受载荷只发生在冲压头一处,而且冲压力方向恒定为铅垂方向,所以机身总位移主要表现为铅垂方向的位移分量,而其铅垂方向的位移对冲床加工平面内的加工精度影响很小。

2.3 机身模态分析

第一阶自振频率为61.66Hz,振型表现为机身上梁整体的侧向移动,如图7所示,这主要是由于图中A、B两点刚度较薄弱导致。

第二阶自振频率为74.74Hz,振型表现为机身尾部侧向的同向摆动,如图8所示,摆动发生在图中C点处。

第三阶自振频率为77.51Hz,振型表现为机身尾部侧向的反向摆动,如图9所示,摆动发生在图中D点处。

从以上计算结果可知,机身的自振频率较高,说明机身的整体刚度相当好,有着很大的优化空间。

3 机身优化方案

从上面的计算可以看到,机身在300kN载荷下具有很好的强度和刚度,所以有很大的优化空间。下面的优化主要通过改变板材的厚度,在满足强度的情况下减少用材。

T30机身由钢板焊接而成,焊接用的各板厚度均是沿用经验设计,为了保证机床的安全使用,钢板厚度设计得比较保守,经过多次的计算分析,最终确定优化方案如表1所示。表1中的具体优化位置见图10所示。

4 优化后的机身有限元分析

4.1 优化后的机身应力分析

优化后的机身在300kN的工况下整体应力云图如图11所示。喉口处、冲压头安装板处和侧板顶部应力最大值分别为46MPa、127MPa和54MPa,它们的应力云图分别如图12、图13和图14所示。

由以上计算结果可知,由于板间的减薄,喉口处和侧板顶部的应力均有所增加,但幅度不大,应力值也远低于材料的许用应力,而冲压头安装板由于厚度得到增加,该处应力稍微减小。

4.2 优化后的机身位移分析

优化后的机身最大位移仍然发生在冲压头连接板处,其总位移最大值0.73mm左右,铅垂方向位移云图如图15、16所示。

4.3 优化后的机身模态分析

第一阶自振频率为45.35Hz,振型表现为机身尾部侧向的同向摆动,如图17所示,摆动发生在图中A点处。

第二阶自振频率为46Hz,振型表现为机身尾部侧向的反向摆动,如图18所示,摆动发生在图中B点示。

第三阶自振频率为56.17Hz,振型表现为机身上梁整体的侧向移动,这主要是由于图中C、D两点刚度较薄弱导致,如图19所示。

5 结论

机身主要位置优化前、后应力水平对比如表2所示。

优化前机身铅垂方向最大位移0.57mm,优化后机身铅垂方向最大位移0.73mm,铅垂方向位移对冲床加工精度影响很小,该位移也在允许范围之内。

机身优化前、后前三阶自振频率对比如表3所示。

对比优化前后的应力水平,优化后由于用料减少,应力水平变化不大,在安全许用应力范围之内。对于冲板的优化,由于6个螺孔的位置不能改动,要提高冲板的强度只能通过增加厚度来达到。

用料减少后,机身整体刚度有稍许降低,使得机身的自振频率降低。第一阶自振频率为45Hz,振型为机身尾部局部的振动。因为机床控制系统与传动机构的频率在20Hz范围内,所以机身自振频率在45Hz以上是安全的。

从优化前后机身情况来看,优化方案使得机身用料减少1983kg,为原机身的20%,减重效果明显,经济效益显著。

摘要：采用有限元方法对T30数控转塔冲床机身的强度、刚度和自身模态做了计算分析,在此基础上,对机身进行了优化设计。优化机身比原机身节约材料20%左右,在有效降低生产成本的同时,也为冲床的合理设计提供了借鉴。

关键词：机械制造,机身,优化,数控转塔冲床,有限元

参考文献

[1]谢君翌.数控转塔冲床机身的有限元分析和优化设计[D].东南大学学报,2005.

[2]陈松.数控转塔冲床伺服电机主传动的研究[D].华北电力大学学报,2008.

[3]潘殿生,潘志华,阮康平,等.折弯机机械补偿装置数值模拟结果分析[J].锻压装备与制造技术,2009,44(3):29-32.

数控转塔冲床 篇8

随着计算机技术的不断发展, PC机的软件、硬件条件都有了很大的提高, 人们对数控冲床系统提出了一些新的要求:人性化的界面设计, 多任务并行控制能力;完善的图形接口功能及通用性;加工仿真功能, 在加工前预览加工过程和结果, 避免试加工, 降低生产成本;实时的加工过程显示, 使操作人员随时掌握加工进度等[1,2]。

夹钳扫描和夹钳重定位是数控转塔冲床关键技术, 为了保护模具和夹钳不受损坏, 夹钳重定位系统设计显得尤为重要, 也是转塔冲床正常工作的必要前提, 开发完善的数控转塔冲床夹钳重定位系统具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

1 数控转塔冲床控制系统原理

1.1 数控系统构成

采用以通用PC机结合开放式可编程运动控制卡构成数控系统的方法[3], 该方法将机床运动控制和逻辑控制功能等由独立的运动控制卡完成。其硬件组成原理如图1所示。实现方法采用上下位机模式, PC机作为上位机完成数控代码处理、人机界面、动态显示和机床状态监测等非实时或弱实时性任务, 运动控制卡作为下位机, 完成插补计算和位置控制等强实时性任务。

1.2 运动伺服控制原理

数控转塔冲床运动伺服控制单元由伺服电动机, 伺服电动机驱动器, 运动控制卡组成。运动伺服驱动控制以运动控制卡为位置和速度控制核心, 交流伺服系统为驱动装置, 光电编码器为反馈检测元件, 构成一个半闭环控制回路[4], 如图2所示。

1.3 运动控制卡

运动控制卡以微处理器为核心, 以传感器为输入控制信号, 输出脉冲或电压信号控制电动机和执行机构实现精确运动控制。

1.3.1 运动控制卡选取

根据数空转塔冲床的工作原理, 运动控制卡需要控制机床4个轴运动, 包括主轴伺服电动机、板材送料系统的x、y轴伺服电动机以及上下转塔伺服电动机。本数空转塔冲床采用的运动控制器是固高公司基于PCI插槽的GT系列4轴运动控制GT-400-SV-PCI-R。

1.3.2 运动控制卡的的初始化

运动控制器提供DOS下的运动函数库和Windows下的运动函数动态链接库。用户只要调用运动函数库中的函数, 就可以实现运动控制器的各种功能。冲床的数控系统是基于Windows下的运动函数动态链接库, 以VC++为编程工具进行运动程序的编写。下面是运动控制卡的初始化程序:

2 数控转塔冲床夹钳重定位设计方案

数控转塔冲床的夹钳重定位系统基于前面的控制系统原理, 即在以PC+运动控制卡形式创建一个开放式数控系统硬件平台。在此基础上, 完成夹钳重定位系统设计。

2.1 问题提出

板材在加工过程中, 由于夹钳所夹持的部分可能存在需要冲裁的孔, 此时存在机床冲头与夹钳在加工过程中的碰撞, 即冲头与夹钳存在相互冲突的可能。为此, 机床自身设有夹钳保护区。通常在夹钳中心沿x方向和y方向圈定一个安全范围, 这个区域被设定为禁止冲头进入的安全区域。一般根据机床配置模具尺寸的不同, 夹钳保护区的大小范围也不同。

为了保护夹钳和模具, 使数控冲床正常工作, 完成整个加工过程, 就要设计夹钳重定位系统。根据冲床的工作特点及工作要求, 夹钳重定位系统分为两个部分进行设计:1) 冲床工作前的夹钳扫描过程, 此过程用来确定夹钳在机床坐标系中的位置, 从而确定夹钳的保护区;2) 机床加工过程中的夹钳重定位过程, 此过程是加工图素与设定的夹钳保护区存在冲突, 此时就要停止加工, 进行夹钳的避让, 即重新定位夹钳的位置, 使之离开加工图素位置, 使机床正常加工。

2.2 夹钳扫描的实现

2.2.1 冲床上料过程

冲床加工板料一般为正方形或长方形板料, 上料时, 首先冲床各轴回机床坐标系的零点, 此时两个夹钳的y坐标为零, 然后打开夹钳, 将板料的一边靠实夹钳, 抬起原点定位销, 将另外一边靠住定位销, 最后按下夹钳夹紧按钮并放下原点定位销, 这样就完成了上料过程, 此时板料在原点定位销和夹钳之间的顶点是机床坐标系的原点。

2.2.2 夹钳扫描

为了得到夹钳在机床坐标系的位置, 要对夹钳位置进行扫描。如图3所示位置, 为机床开机时的初始位置, 先对机床进行回参考点的操作, 如图4所示, 此时记录编码器的位置。夹钳在y方向不再移动, 使夹钳沿x+方向移动。选定机床x轴上一个特定位置, 距离机床原点L, 及此点坐标为 (L, 0) 。在此位置放置选定的电感传感器, 使夹钳沿x+轴移动, 由图易知右夹钳先到达电感传感器的位置, 当夹钳右侧感应电感传感器后会使电感传感器产生一个高电平, 一直到夹钳左侧离开电感传感器时, 变为低电平, 由此可以根据夹钳运动速度和高电平的时间得到夹钳的长度, 如图5所示。根据夹钳右侧感应电感传感器时, 记录编码器的位置, 这样就可以知道相对机床原点移动的距离, 也就知道了夹钳在机床坐标系中的位置, 对于左侧夹钳, 测量方法一样, 这就完成了夹钳扫描。

2.3 夹钳重定位的实现

2.3.1 夹钳重定位条件

通过夹钳扫描确定夹钳在机床坐标系中的位置, 由于冲床的冲头在机床坐标系中的位置是固定的, 冲床工作时, 夹钳夹持板料到冲头下进行冲压, 冲头不动, 因此在确定夹钳位置后, 就可以确定夹钳保护区的大小。夹钳保护区的大小是由夹钳大小和模具形状决定。夹钳大小定义因素:每个夹钳x方向的中心坐标值 (相对于冲头的x轴坐标位置) 、夹钳在x方向的长度和夹钳在y方向的宽度;模具形状定义因素:模具直径 (包括冲压时的导套) , 以及所在转盘上内中外排的位置[6]。

由以上参数可以确定夹钳保护区在机床坐标系中的位置坐标, 如图6所示, 对于左右两个夹钳, 确定的区域顶点坐标分别为左夹钳A1, B1, C1, D1, 右夹钳A2, B2, C2, D2, 冲头中心坐标点为O (X0, Y0) , 比较冲头中心与各定点位置的距离, 确定远离冲头中心的最近最远点, 例如, 对于左夹钳假定A1 (X1, Y1) 为离冲头中心最原点, C1 (X2, Y2) 为离冲头中心最近点, 由此便可以设定夹钳重定位的报警条件, 设加工点坐标为G (X, Y) , 于是有:

当加工点位置满足式 (1) 时, 机床发出报警, 各轴停止运动, 进行夹钳重定位。

2.3.2 夹钳重定位方法

重定位原理如图7所示。上料后, 夹钳所处的位置为图7中重定位前夹钳位置, 此时在夹钳保护区内存在加工图素, 如果希望加工此图素, 夹钳就需要进行重定位。重定位时, 首先重定位销伸出压住板料, 夹钳松开右移一段距离, 再夹紧工件, 然后重定位销缩回完成重定位, 此时可以加工先前在保护区内的图素了。

冲压过程假定存在以下规则, 工件完全在工作台上;加工图素先小大, 先圆后方;为使重定位次数最少, 存在与保护区干涉的图素要最后冲。夹钳重定位方法按以下步骤:首先在加工前预扫描加工图样, 若存在未加工的区域, 且夹钳可移动到此位置, 这样就使夹钳运动至未加工区域开始加工, 这样就实现一次加工完成, 没有加工过程的重定位;若不存在未加工区域, 一种方案是夹钳位置不动, 夹持工件冲完非保护区的图素, 然后移动夹钳固定距离 (大于最大保护区的x轴方向长度) , 加工剩余图素;另一种方案是根据图素扫描结果, 确定换模次数较少的加工路径, 确定夹钳位置, 使夹钳移至此处, 加工完相应图素后, 移动夹钳固定距离 (大于最大保护区的x轴方向长度) , 加工剩余图素。综上所述, 夹钳重定位系统设计原则尽量保证夹钳移动次数最少, 根据实际情况一般为两次。

对于加工图素较大, 其中一部分在夹钳保护区内, 一部分可以加工, 加工方式不是单冲, 需要同方向连续冲裁或是多方向连续冲裁或是蚕食等加工方式的图素, 为保证重定位次数最少原则, 以及加工图素精度的要求, 必须最后加工。

3 数控转塔冲床夹钳重定位软件设计

3.1 模具及数据库文件设计

由于夹钳重定位的保护区大小与模具的大小有关, 因此必须设计相应模具库。模具库主要是总结冲床加工可能用到的的冲模以及常用的冲模, 然后将冲模归类后建立相关数据库。根据转塔冲床的加工范围和加工方式, 可以将模具分为五类:圆模、长模、三角形模、腰形模和异形模, 根据模具类的不同就有不同的属性, 图8为模具库属性图。模具库的管理主要包括在模具库中修改、删除和添加模具, 然后在模具选取栏选取模具, 如图9所示。

3.2 夹钳保护区参数库

夹钳保护区的大小是由夹钳形状和模具形状决定的。夹钳形状定义因素:每个夹钳x方向的中心坐标值 (相对于冲头的x轴坐标置) (x, y) 、夹钳在x方向的长度L、夹钳在y方向的宽度W;模具形状定义因素:模具直径K (包括冲压时的导套) 、所在转盘上内中外排的位置[7]。由以上参数可以确定夹钳保护区:

y轴 (各夹钳相同) :K/2+10;

x轴 (各夹钳不同) :x+5+ (K+W) /2

由此就可以设计夹钳保护区参数库, 其模位参数主要是刀塔的模位, x向死区范围, y向死区范围, 最大有效半径, 工位角度, 以及可否旋转。其主要功能包括修改, 删除, 添加, 以及选取模位, 如图10所示。

3.3 运动控制程序设计

数控冲床动作由运动控制器按照主机发送的运动控制命令工作。运动控制器配套有动态链接库 (Windows环境) 。用户通过主机编制程序调用相应的库函数, 也就是向运动控制器发出运动控制命令, 再通过运动控制器控制机床动作。

对于夹钳重定位系统的运动控制程序设计, 夹钳扫描主要通过控制轴的运动实现, 可以调用运动控制器函数库里的short GT_Axis (unsigned short num) ;函数语句实现特定轴的移动, 夹钳扫描设定为x轴, 具体程序为:

数控转塔冲床的夹钳重定位运动程序设计, 实现夹钳保护区的避让, 功能实现是先读取G代码信息, 进行G代码校验, 判断是否在夹钳保护区, 然后进行加工或者是暂存寄存器数组, 对于在夹钳保护区的G代码段, 进行重定位后, 并重复夹钳保护区判断, 直至整个程序段加工完成。具体运动程序框图如图11所示。

4 系统测试实验

4.1 实验平台

测试试验在机电一体技术综合测试平台上完成的。测试平台系统组成如图12所示:控制器为运动控制器, 是控制系统的核心, 完成运动规划与控制的功能。端子板为控制器的IO板, 用于转接运动控制器的输入输出信号, 转接器用于模拟各种故障, 可利用板卡IO控制接线的通断。驱动器为执行机构的驱动部分, 驱动各种电动机运动。执行机构主要包含电动机以及传感器等。

4.2 测试实验

数控转塔冲床夹钳重定位系统设计的测试试验可以分成两部分, 夹钳扫描和重定位。只对夹钳扫描进行模拟测试实验。具体实现方法:将xyz三维运动平台的工作台看做是数控转塔冲床的其中一个夹钳, 机床回参考点后, 在工作台一侧, y轴方向的平台上一离机床原点固定距离处安装电感式接近开关, 在机床主控制页面上点击夹钳扫描按钮, 进入夹钳扫描对话框如图13所示, 点击上面的夹钳扫描按钮, 开始扫描。实验过程:固定y轴不动, 驱动x轴以匀速沿正向移动, 当工作台的一侧靠近接近开关时, 记下感应位置1, 工作台继续移动至其另一侧远离接近开关时, 记下感应位置2, 根据记录下的两个感应位置, 可以得到夹钳中心坐标 (y方向坐标已知) , 以及夹钳宽度。

5 结语

通过对数控转塔冲床夹钳重定位系统的设计, 并在固高机电一体化技术综合测试平台进行相关的运动仿真、故障诊断和测试。从测试的结果看, 实现各种设定的功能, 取得较为理想的测试结果, 为开发完善的数控转塔冲床夹钳重定位系统提供了一种可行的方法。

参考文献

[1]于涛, 范云霄.数字控制技术与数控机床[M].北京:中国计量版社, 2004, 5:3-4.

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