數(shù)控伺服電液折彎機隨動前托料機構(gòu)

周 妍

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數(shù)控伺服電液折彎機隨動前托料機構(gòu)

周 妍

（上海機床廠有限公司 上海200093）

數(shù)控折彎機的發(fā)展方向為在主機上配置多功能的輔助部件，隨動前托料機構(gòu)需要在板料折彎過程中貼合板料上翻動作，與之保持動作的一致，和機床的工作速度也保持一致。從而保證隨著機床運動部件滑塊在工作、保壓和回程的整個過程，隨動前托料都緊緊跟隨待折彎板料或是已經(jīng)完成折彎的板料。通過設(shè)計一種新型的伺服電機驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)進行動作，實現(xiàn)托料機構(gòu)的左右移動、上下運動及圓周翻轉(zhuǎn)運動。

數(shù)控折彎機 隨動前托料機構(gòu) 伺服系統(tǒng)

折彎機因其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，所以發(fā)展極其迅速。從早期的機械式，到普通液壓式到后來的數(shù)控系統(tǒng)控制液壓回路，如今數(shù)控伺服電液式成為現(xiàn)在主要發(fā)展方向，當(dāng)折彎機加工精度越來越高，用戶對數(shù)控折彎機附加功能有了更多要求，隨動前托料機構(gòu)越來越受到廣大用戶的青睞。當(dāng)數(shù)控折彎機在工作過程中，在折彎薄板或是較寬的鈑金件時，為了防止工件變形保證加工精度，往往需要操作工進行人工托料，而有時依靠人工也無法得到比較滿意的效果，此時隨動前托料機構(gòu)就顯得尤為重要。

為了迎合市場需求，各大品牌的鈑金類折彎機相繼推出了各種模式的隨動前托料機構(gòu)。綜合來看，隨動前托料機構(gòu)大多采用電液伺服控制的曲柄連桿機構(gòu)。曲柄連桿機構(gòu)的動作依靠數(shù)控系統(tǒng)控制比例伺服閥的開口大小來調(diào)節(jié)油缸進油量的多少，從而控制托料運動速度與板料折彎速度的同步。相對來說其機械動作復(fù)雜，還需液壓油缸進行電液控制，制造成本較高，運動軌跡較難控制。作為全新開發(fā)的新一代數(shù)控伺服電液折彎機，設(shè)計初衷即為不采用液壓控制前托料機構(gòu)的相關(guān)動作，取而代之為全部使用伺服馬達來直接驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)進行動作，從而實現(xiàn)前托料機構(gòu)的運動，統(tǒng)一由數(shù)控系統(tǒng)對各個伺服馬達統(tǒng)一匹配各自的參數(shù)，來使各個相關(guān)動作匹配并合乎要求。

隨動前托料機構(gòu)需要注意以下兩個方面：隨動托料機構(gòu)的運動軌跡必須與板料的上翻的軌跡基本保持一致，即為其要緊密貼合需折彎的鈑金材料，無論在運動初始時期、還是折彎進行中、亦或是最終折彎成型和折彎機滑塊回程，隨動機構(gòu)托住折彎板料回到初始位置。這就需要隨動前托料機構(gòu)在整個運動過程中對鈑材實時追蹤。另一方面就要考慮此機構(gòu)的通用性，其使用范圍更加廣泛，對于不同噸位的折彎機，不同折彎鈑材厚度和模具開口大小需有一定的通用性，才更有良好的互換性，以便更能被用戶接受，得到市場的認(rèn)可。

1 隨動前托料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理

前托料機構(gòu)的整個結(jié)構(gòu)組成如圖（1）所示。該機構(gòu)的動力驅(qū)動主要是由兩個伺服電動機給予。針對不同高度的模具，為使前托料機構(gòu)翻板的上平面始終和下模的上平面在同一水平面上，即可伺服電機通過帶輪傳遞動力驅(qū)動絲杠，帶動整個滑座做上下運動。

圖1 初始狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖

另外一個伺服電機安裝在滑座上，通過帶輪傳遞動力驅(qū)動絲杠做旋轉(zhuǎn)運動，為使翻板繞滑座的固定端做圓周運動，在絲杠上開了長形鍵槽并在鍵槽的上死點位置安裝插銷，故而使絲杠的旋轉(zhuǎn)運動演變?yōu)榻z杠在插銷的作用下沿著在自身所開的長形鍵槽做上下運動，從而驅(qū)動翻板完成繞固定點做圓周運動，以能時刻貼緊折彎鈑材，跟蹤鈑材完成一個完整的折彎過程。

前托料機構(gòu)的左右運動是通過手動的方式推動整個隨動前托料機構(gòu)沿數(shù)控折彎機工作臺前端安裝的直線導(dǎo)軌做運動，操作人員可隨意的推動該機構(gòu)到工作臺的任意位置進行鈑材折彎工作，當(dāng)待加工鈑材的寬度較寬時，也可成對的使用前托料機構(gòu)，如使用其中之一時，也可將暫時閑置的一個機構(gòu)推至工作臺的一側(cè)。

2 隨動前托料機構(gòu)的運動狀態(tài)解析

2.1 機構(gòu)的圓周運動

在實際生產(chǎn)中，當(dāng)鈑料折彎角度為30°時，即為所謂的尖刀模效應(yīng)。故該機構(gòu)設(shè)計的初始理念即為該翻板繞固定支點的圓周運動極限角度為75°，如圖2所示。

圖2 工作狀態(tài)旋轉(zhuǎn)角度示意圖

在驅(qū)動翻板圓周運動的絲杠上，安裝了上下兩個電感式接近傳感器，通過其控制絲杠沿長形鍵槽做上下運動的上下極限位置，從而確定翻板所能翻轉(zhuǎn)的最大角度。此位置可根據(jù)不同型號的機床和用戶的實際需求的加工的范圍在裝配中予以調(diào)整。在此選用T形絲杠作為傳動部件，而非常規(guī)的滾珠絲杠，原因在于滾珠絲杠中的滾珠使運動流暢，摩擦力小。但是在此處，若使用滾動絲杠會有摩擦力不夠的問題，使其無法有自鎖功能，而不能支撐絲杠在任意位置停留，有自動向下滑動的趨勢，從而造成翻板無法沿著預(yù)定的軌跡做圓周運動。使用T形絲杠，弊端在摩擦阻力成倍的增大，加大伺服電機的轉(zhuǎn)動扭矩，在托舉翻板做圓周運動的同時還需克服T型絲杠所帶來的摩擦阻力，需加大保險系數(shù)，使用比理論計算后得出的電機額定扭矩更大功率的伺服電機，確保伺服電機不產(chǎn)生過載報警的現(xiàn)象。此外驅(qū)動翻板圓周運動的整套驅(qū)動裝置包括電機，帶輪，同步帶等均固定在滑座上，確保把絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠的上下運動從而實現(xiàn)翻板的圓周運動。

翻板圓周運動伺服電機的選用，預(yù)設(shè)伺服電機選用（750 W），絲桿導(dǎo)程為10 mm。現(xiàn)需校核該伺服電機的扭矩是否大于翻板加速運動所需的扭矩。計算公式如下：

伺服電機的總扭矩：

其中為外部載荷產(chǎn)生的摩擦力矩：

機構(gòu)圓周運動的速度計算。機床滑塊工進速度1=10 mm/s，翻板的旋轉(zhuǎn)半徑=290 mm，由圖（3）可得出，翻板需達到的運動速度2=222 mm/s。

計算可得，V翻板＞V2，翻板圓周運動速度可緊貼滑塊工進速度。

2.2 機構(gòu)的上下運動

該機構(gòu)的上下運動同樣由伺服電機通過帶輪傳遞動力驅(qū)動絲杠，帶動整個滑座做上下運動，此機構(gòu)上下運動的最大行程為390 mm，如圖4所示。

圖4 工作狀態(tài)上下運動范圍示意圖

滑座的上下運動即可單獨進行，又可和翻板的圓周運動合成進行。在更換不同高度的下模時，由于翻板的上平面和下模的上平面在折彎初始時需保持一致，可通過單獨驅(qū)動滑塊上下運動來保持位置的一致性。調(diào)整后，數(shù)控折彎機進行折彎工作時，根據(jù)鈑料折彎的角度，翻板和滑座同時進行圓周運動及上下直線運動，兩個伺服電機由數(shù)控系統(tǒng)控制，匹配出兩個運動各自的軌跡和相關(guān)參數(shù)，確保隨動前托料機構(gòu)可以時時托舉折彎鈑材完成一次完整的加工流程。其上下運動的傳動部件也選用T形絲杠，滑座加之翻板整體做上下運動，運動部件的自重比較大，如選用滾珠絲杠也有可能產(chǎn)生固定在某一位置時，由于重力作用，滾珠絲杠無法使其有效自鎖，會使滑座慢慢下降，丟失正確位置，影響鈑料折彎精度。和驅(qū)動翻板做圓周運動的伺服電機一樣，選用的驅(qū)動滑座上下運動的伺服電機也需增大保險系數(shù)，選用更大功率的伺服電機，防范過載報警產(chǎn)生。

2.2.1該機構(gòu)滑座的上下運動伺服電機的選用

預(yù)設(shè)伺服電機選用1.0 kW，絲桿導(dǎo)程為10 mm?，F(xiàn)需校核該伺服電機的扭矩是否大于滑座加速運動所需的扭矩。計算公式如下：

伺服電機的總扭矩：

其中T為外部載荷產(chǎn)生的摩擦力矩：

3 實際試制后發(fā)現(xiàn)的問題及改進方向

經(jīng)過理論計算和機械結(jié)構(gòu)完善后，全伺服電液數(shù)控折彎機上配置了該隨動前托料機構(gòu)。在實際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)了以下問題：

1）該機構(gòu)在上下運動時，伺服電機在瞬時啟動時，會出現(xiàn)過載報警信號，數(shù)控系統(tǒng)顯示伺服電機承載超過電機實際扭矩的300%，分析得出一方面由于整個機構(gòu)自重過大，伺服電機承載過大；另一方面?zhèn)鲃邮褂玫腡形絲杠本身的摩擦阻力大于滾珠絲杠，摩擦因數(shù)上的選擇小于實際生產(chǎn)中的摩擦阻力。造成機構(gòu)上下運動伺服電機過載報警。

2）翻板的圓周運動速度顯示跟不上板料瞬間折彎時翻起速度，有一定的滯后現(xiàn)象。造成此種現(xiàn)象可能是翻轉(zhuǎn)運動的傳動部件T形絲杠，伺服電機的克服其摩擦力要耗費一定的扭矩，導(dǎo)致瞬時速度難以增大，滯后于板料被折彎后瞬時的圓周速度。針對實際產(chǎn)生的問題，可從以下幾個方面予以改進：（1）減輕該隨動機構(gòu)運動部件的自重，在不影響運動部件剛性的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化機構(gòu)。（2）提高傳動部件T形絲杠的加工精度來減少摩擦力，減輕伺服電機所要克服的摩擦力。（3）改變控制翻板的運動順序，待板料折彎后，延時信號，以托住折彎后的板料為主。

4 結(jié)語

對于該隨動托料機構(gòu)來說，其運動的軌跡和數(shù)控折彎機的運動速度密切相關(guān)，只有和主機的運動速度相匹配，才能達到機構(gòu)的設(shè)計初衷。托料機構(gòu)的翻板才能跟上板料翻轉(zhuǎn)速度，達到最終目的。

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