薄板沖裁加工中微連接功能的應(yīng)用難點(diǎn)及解決方法

姚殿民　吳萬平　肖青

【摘 要】本文針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床加工薄板過程中使用微連接功能時(shí)發(fā)現(xiàn)的實(shí)際問題;介紹了數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的薄板加工工藝， 以及加工過程中的難點(diǎn)問題的解決思路與方法。對(duì)工藝方法和加工程序進(jìn)行了優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】沖裁加工;微連接;程序優(yōu)化

中圖分類號(hào)： TG661文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）17-0038-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.017

Application Difficulties and Solutions of Micro-connection Function in Sheet Blanking

YAO Dian-min WU Wan-ping XIAO Qing

（China Shipbuilding Industry Corporation N0.722 Research Institute， Wuhan Hubei 430079， China）

【Abstract】In view of the practical problems found in the process of thin plate processing by NC turret punch in actual production，this paper introduces the thin plate processing technology of NC turret punch，and the solutions to the difficult problems in the process of processing.The process method and processing procedure were optimized.

【Key words】Blanking;Micro-connection;Program optimization

0 引言

數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床是用于金屬薄板零件加工的專業(yè)設(shè)備，相對(duì)于傳統(tǒng)沖壓設(shè)備，其通過簡單的模具組合和程序控制，在擴(kuò)大加工范圍和加工能力的同時(shí)，大大降低了模具的費(fèi)用，降低了成本并縮短了加工周期，使得生產(chǎn)效率大大提升，非常適用于小批量、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)，本單位做為國內(nèi)應(yīng)用較早的廠家，使用數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床將近二十年，對(duì)此類設(shè)備的應(yīng)用有著長期的技術(shù)積累和使用心得，如何優(yōu)質(zhì)高效的發(fā)揮設(shè)備能力并掌握加工技巧是每個(gè)操作人員必須長期面對(duì)的課題。本文針對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床在薄板加工中“微連接”功能的使用進(jìn)行了闡述，并對(duì)生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題和難點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了更加優(yōu)化的工藝方法并予以實(shí)施，達(dá)到了預(yù)期目的。

1 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的加工形式以及“微連接”功能的應(yīng)用方法

數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床主要由數(shù)控系統(tǒng)、液壓動(dòng)力系統(tǒng)、伺服送料機(jī)構(gòu)、模具轉(zhuǎn)塔以及編程系統(tǒng)組成。生產(chǎn)過程主要是通過編程軟件編制加工程序，由伺服送料機(jī)構(gòu)將板材送至需要加工位置，同時(shí)通過轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)選擇相應(yīng)模具，液壓動(dòng)力系統(tǒng)按程序進(jìn)行沖壓，自動(dòng)完成工件加工。

在整個(gè)加工過程中，主要通過以下幾個(gè)動(dòng)作來完成工件加工：

（1）板材定位，通過氣動(dòng)夾鉗和定位塊（直線和點(diǎn)）將板材固定到機(jī)床上，伺服送料機(jī)構(gòu)運(yùn)送板材到加工位置，由于該機(jī)構(gòu)是由氣動(dòng)夾鉗夾持板材一邊進(jìn)行送料，由于板材另外三邊沒有約束，從結(jié)構(gòu)上形成了懸臂結(jié)構(gòu) 通有平臺(tái)上的托舉裝置（滾珠和毛刷）進(jìn)行托舉，保證平整運(yùn)送板材到加工位置;

（2）控制系統(tǒng)按程序指令在轉(zhuǎn)塔（模具庫）中選擇模具的過程中，上下轉(zhuǎn)塔同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，將所選用模具定位到加工位置即力沖頭處，通過側(cè)向定位銷機(jī)械定位上下模具的相對(duì)位置;

（3）根據(jù)程序指令液壓動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行沖壓動(dòng)作，同時(shí)伺服系統(tǒng)帶動(dòng)板材進(jìn)行軌跡移動(dòng)，對(duì)板材進(jìn)行連續(xù)軌跡加工，通過各種插補(bǔ)指令完成不同形狀的零件加工;

（4）沖壓加工完成后，板材通過伺服送料機(jī)構(gòu)將加工好的板材運(yùn)送到下料位置，松開夾鉗，取下工件，完成加工。

本文介紹的“微連接”功能就是在零件沖壓加工過程中，為了避免采用暫停加工指令以取走加工零件和余料，在編程時(shí)，在尖角或邊上插入微連接，形成一定尺寸的連接點(diǎn)，保證工件成形后能夠在板材上保持相對(duì)位置固定，待整體板材完成沖壓后再次進(jìn)行處理的一項(xiàng)實(shí)用功能。

一般情況下使用角微連接和單邊微連接兩種方式即可完成絕大部分加工需求，其尺寸需要根據(jù)實(shí)際加工板材尺寸和工件結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行確定。

2 沖裁加工過程中微連接功能應(yīng)用的難點(diǎn)和解決方法

2.1 沖裁加工過程中微連接功能應(yīng)用的難點(diǎn)問題

根據(jù)長期的加工問題數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床在沖裁加工中的使用微連接功能時(shí)主要問題體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

（1）大尺寸板材通過排料來加工小尺寸零件時(shí)，需要通過沖裁整體加工出工件，在此情況下使用微連接功能會(huì)造成板材整體剛性隨著材料的去除而變差，容易在加工進(jìn)給過程中變形，從而影響后期的加工定位，造成工件尺寸精度降低甚至變形報(bào)廢，屬于加工難點(diǎn)之一。

（2）由于沖裁加工中的退模時(shí)沖模套靠彈簧的彈力機(jī)械復(fù)位，回彈時(shí)帶動(dòng)板材，如果微連接尺寸偏小，且沖裁模具使用順序不合適，會(huì)造成微連接部分變形，與板材不在一個(gè)平面上，板材在后期的移動(dòng)時(shí)會(huì)與機(jī)床的部分位置產(chǎn)生鉤掛，輕則損傷零件，重則影響整批零件加工，甚至造成機(jī)床損傷， 這是加工難點(diǎn)之二。

（3）由于不同形狀的孔需要不同尺寸模具進(jìn)行加工，每種模具通過軟件單獨(dú)計(jì)算形成效率最高，行程最短，時(shí)間最少的加工路徑;但多種模具路徑組合時(shí)，軟件并沒有考慮加工順序帶來的風(fēng)險(xiǎn)，在效率優(yōu)先的情況下，會(huì)在部分零件微連接加工完成后進(jìn)行其余孔位的加工，工件運(yùn)動(dòng)和模具旋轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生定位和鉤掛風(fēng)險(xiǎn)，這是加工難點(diǎn)之三。

2.2 原因分析

針對(duì)在數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床在薄板加工中過程中發(fā)現(xiàn)的以上三點(diǎn)加工難點(diǎn)，其產(chǎn)生的原因是什么，下面簡要對(duì)此進(jìn)行分析。

由問題點(diǎn)內(nèi)容可以看出，沖壓加工過程中產(chǎn)生的幾點(diǎn)加工難點(diǎn)都是通過運(yùn)動(dòng)過程中接觸摩擦產(chǎn)生變形和鉤掛所形成的，那首先我們分析在整個(gè)加工過程中，存在那些動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并在此過程中存在一定的接觸摩擦：

（1）送料機(jī)構(gòu)運(yùn)送板材到加工位置，由于該機(jī)構(gòu)是由氣動(dòng)夾鉗夾持板材一邊進(jìn)行送料，由于板材另外三邊沒有約束，從結(jié)構(gòu)上形成了懸臂結(jié)構(gòu)，而薄板的剛性不足，雖然有平臺(tái)上的托舉裝置進(jìn)行托舉，運(yùn)動(dòng)過程中仍然會(huì)在垂直方向產(chǎn)生一定幅度的振動(dòng);

（2）轉(zhuǎn)塔選擇模具的過程中，上下轉(zhuǎn)塔同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于此時(shí)需要加工的板材已經(jīng)運(yùn)送到加工位置，與轉(zhuǎn)塔形成接觸，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)摩擦;

（3）壓力系統(tǒng)完成沖壓后，由伺服系統(tǒng)帶動(dòng)板材進(jìn)行軌跡移動(dòng)，造成板材表面與模具邊緣接觸形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦;同時(shí)退模時(shí)也會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生摩擦，帶動(dòng)工件豎直位移;

綜合以上分析可發(fā)現(xiàn)，沖裁過程中使用微連接功能所產(chǎn)生的難點(diǎn)都是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)中摩擦受力產(chǎn)生變形所形成的，要想解決加工難點(diǎn)則需要從減少工件與機(jī)床的摩擦和加工變形入手。

2.3 問題的解決

針對(duì)以上沖壓加工過程中存在的三個(gè)難點(diǎn)問題和原因分析，本文提出相關(guān)的解決方案如下：

1）合理分布微連接點(diǎn)，通過合理布局微連接的數(shù)量和位置，增加剛性，減少變形，使工件在板材上以最穩(wěn)定的狀態(tài)存在，一般對(duì)于單個(gè)零件按以下原則進(jìn)行微連接布局：

（1）保證在接近工件尖角部分使用微連接;

（2）長邊多處分段使用微連接，連接點(diǎn)間距在150mm～200mm之間;

（3）對(duì)稱的長邊微連接進(jìn)行不對(duì)稱分布;

（4）微連接的寬帶厚度比按0.3～0.45之間;

通過以上原則對(duì)零件進(jìn)行微連接布局后及滿足了加工時(shí)的強(qiáng)度和剛性要求，減小變形，也可避免在工件落料時(shí)由于微連接過厚產(chǎn)生困難而降低效率。

2）優(yōu)化板材排料結(jié)構(gòu)，控制板材尺寸，保證總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（如圖2）。在大料排料時(shí)，按以下原則安排尺寸和結(jié)構(gòu)：

（1）考慮板材厚度，厚度越厚，本身質(zhì)量越大，整體坯料尺寸相應(yīng)要減小，在降低送料系統(tǒng)負(fù)荷的同時(shí)，降低板材在機(jī)床上的變形量;

（2）考慮零件結(jié)構(gòu)和加工去除量，錯(cuò)位分布零件或多種工件綜合排料;盡量保證坯料整體加工完成后質(zhì)量分布均勻;

（3）盡量減少夾鉗邊和中心部分的落料面積，保證落料后整個(gè)坯料板材能夠有足夠的強(qiáng)度和剛性維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，保證在加工過程中變形量滿足加工要求。

通過對(duì)坯料板材的整體規(guī)劃，既有助于提高機(jī)床的加工速度，提高生產(chǎn)效率;同時(shí)也降低了工件加工前后的變形量，提高了產(chǎn)品的一次加工合格率，預(yù)防了質(zhì)量損失。

3）人工優(yōu)化數(shù)控加工程序，合理安排加工順序，降低加工風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)閿?shù)控編程軟件在計(jì)算路徑時(shí)單純的考慮了加工效率，對(duì)其他的風(fēng)險(xiǎn)因素考慮不夠，只能給出時(shí)間最短的加工路徑，為了避免生產(chǎn)中實(shí)際存在的加工風(fēng)險(xiǎn)，我們需要對(duì)程序進(jìn)行人工優(yōu)化;

（1）首先考慮加工相對(duì)位置精度要去高的孔，最后沖裁工件外形，在板料整體強(qiáng)度和剛性最好時(shí)完成精度高的加工內(nèi)容，保證工件有精度要求（下轉(zhuǎn)第68頁）（上接第39頁）的相對(duì)尺寸滿足圖紙技術(shù)要求;

（2）進(jìn)行工件外形沖裁，即大量使用微連接的加工時(shí)，單獨(dú)安排沖裁路徑，降低進(jìn)給速度，保證工件運(yùn)動(dòng)路徑與機(jī)床容易鉤掛部分能夠避開，減少運(yùn)動(dòng)過程中工件與機(jī)床的相互摩擦很振動(dòng)，同時(shí)避免剛性下降后引起的加工精度降低，從而降低加工精度對(duì)整體工件的影響。

通過對(duì)薄板沖裁加工過程中工件結(jié)構(gòu)、坯料板材尺寸和數(shù)控加工程序的分析和綜合考慮，針對(duì)實(shí)際加工過程中使用微連接功能時(shí)存在的問題，立足現(xiàn)實(shí)，從現(xiàn)有加工條件和優(yōu)化手段入手，統(tǒng)籌兼顧生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化了加工工藝，有效地解決了問題，降低了加工風(fēng)險(xiǎn)，提升了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了生產(chǎn)需求。

3 結(jié)束語

在裝備的生產(chǎn)過程中，只有立足于自身的生產(chǎn)技術(shù)狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際情況和技術(shù)條件，采用有效合理的工藝方法，才能在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)效率最大化，成本最小化，同時(shí)也需要加工人員對(duì)技術(shù)精益求精，通過不斷地摸索，持續(xù)改進(jìn)，才能將產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝優(yōu)化到最適合生產(chǎn)條件的狀態(tài)，最終優(yōu)質(zhì)高效地生產(chǎn)出復(fù)合技術(shù)要求的高質(zhì)量的產(chǎn)品，創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]實(shí)用鈑金技術(shù)手冊(cè)編寫組[S].實(shí)用鈑金技術(shù)手冊(cè).2001.