針對板材沖壓件加工量大,目前多采用手工送料,既滿足不了其生產要求,又易發生人身事故。我們研制了高速全自動數控沖床,它能自動完成對整體板料的上料、送料、排料及排網狀廢料的全過程。

2 全自動數控沖床結構及工作原理

全自動數控沖床由機床本體、上料裝置、送料裝置、排網狀廢料裝置、控制硬件和控制軟件五大部分組成,如圖1所示。


1.上料裝置 2.機床本體 3.兩坐標工作臺
4.排網狀廢料裝置 5.控制柜
圖1 全自動數控沖床布局簡圖

機床本體是國內擁有量很大的深喉式200kN曲軸壓力機。曲軸式壓力機的工作原理是控制離合器的吸合動作來控制滑塊也即上模的單次或連續往復運動,實現對板料的沖壓加工,控制制動器實現壓力機工作機構的停止。送料動作一般是由手工或間隙式機械機構完成[1]。

全自動數控沖床的曲軸式壓力機的沖壓原理不變。不同的是利用計算機控制滑塊的往復,即上沖模往復動作的起停和被加工板料的規則X、Y向進給送料運動,并能使這兩個動作協調,即實現沖壓與送料動作的同步控制。

全自動沖壓加工中,兩坐標工作臺是關鍵的機械部件之一,工作臺的慣性限制著工作臺的送料速度和加速度。為提高工作臺的送料速度,在設計時可能減小工作臺的慣性。

在沖壓加工過程中,X軸送料比Y軸頻繁,即X軸送料次數為板料一排所沖工件個數時,Y軸才送料一次。因此設計工作臺時,采用X軸在上,Y軸在下,這樣工作臺沿X方向送料時,X方向電機只通過絲杠帶動較輕的夾鉗拖板沿上導軌作X向運動。Y方向送料時,Y方向電機通過絲杠帶動較重由上導軌、上電機、上絲杠和夾嵌拖板組成的機構沿下導軌作Y向運動。故能提供快捷及安全的送料過程。圖2為兩坐標工作臺結構圖。


1.Y軸絲杠右軸承支座 2.夾鉗 3.夾緊氣缸 4.X軸導軌 5.夾鉗固定板 6.X軸螺母 7.夾鉗托板 8.Y軸絲杠 9.Y軸絲杠左軸承支座 10.Y軸聯軸器 11.Y軸步進電機 12.Y軸導軌支撐架 13.Y軸螺母 14.基座 15.X軸步進電機 16.X軸聯軸器 17.X軸絲杠后軸承支座 18.Y軸后導軌 19.X軸絲杠 20.Y軸前導軌 21.X軸絲杠前軸承支座
圖2 兩坐標工作臺結構圖

夾鉗托板是夾持工件作X、Y軸運動部件,為減輕其重量,選用硬鋁作為夾鉗拖板支架,且結構盡量簡單緊湊。夾鉗托板上用兩個氣缸完成對工件的夾持,其結構如圖2所示。為了保證可靠的夾緊,鉗口面采用網紋狀增大摩擦。

上料裝置是將工件板料送到工作臺夾鉗拖板上的裝置(見圖1)。沖壓前或沖壓過程中將所沖的板料堆放在上料裝置的堆料臺上,而將板料送到工作臺夾鉗拖板上是由上料裝置自動完成的。其過程為:垂直氣缸下移,通過四個真空吸盤把堆料臺上最上面的一張板料吸起來,然后垂直氣缸上移,上移到一定高度,水平氣缸右移,移到一定位置停止等待,當前一張板料沖壓加工完后,工作臺回到零位,垂直油缸下移,將工件板料放在工作臺夾鉗拖板上,夾嵌拖板上的夾緊汽缸將其夾緊。

當一張板料沖壓加工完后,夾鉗拖板上剩下的是網狀廢料,因網狀廢料的連接處僅為搭邊,最小為1.5mm左右,這樣其連接強度弱,如何安全地排走將是沖床能否連續沖壓的關鍵。

排網狀廢料裝置采用輥式排料裝置,它是由上下兩個為一組的輥子把料夾住,利用磨擦力,通過輥子作旋轉運動而將網狀廢料排走的裝置,如圖3所示。


圖3 輥式排網狀廢料原理圖

輥式排料機構采用三相異步電機驅動固定的下輥,上輥在一氣缸的驅動下,可夾緊和分離網狀板料。輥子的表面作滾花處理或鋼球噴丸處理,防止網狀廢料打滑。

數控沖床的沖壓動作和工作臺的送料動作必須同步,即當沖模上、下模脫模離開一定距離后,工作臺送料:送料到沖壓作業點時,對板料進行沖壓。同步控制可采用接近開關檢測沖床曲軸的實際位置,即上模位置,然后將信號(同步信號)輸入控制系統,經處理使工作臺按要求作規則進給運動。

圖4為同步信號檢測示意圖,測試桿和曲軸在工作時同步轉動(測試桿材料選用膠木或塑料),測試桿頭部裝有測試片(金屬片)。當測試桿轉動到使測試片進入固定于機座上的接近開關檢測有效范圍時,開關便發出感應信號(同步信號)<
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