基于鈑金制造工藝的機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)研究

王盈學(xué)

摘要：機(jī)械制造在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到非常重要的作用，現(xiàn)代機(jī)械制造逐漸朝向智能化、信息化方向發(fā)展，可以顯著提升機(jī)械加工效率與品質(zhì)。鈑金制造具有加工成本低、產(chǎn)品質(zhì)量小、力學(xué)性能好等特征，在機(jī)械制造領(lǐng)域占據(jù)關(guān)鍵的地位。為了進(jìn)一步探究機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，以鈑金制造工藝為基礎(chǔ)，以數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床為例，從機(jī)床主體、回轉(zhuǎn)頭、自動(dòng)換位夾鉗、CNC程序控制部分以及專用模具部分五個(gè)部分進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：鈑金制造;機(jī)械;自動(dòng)化

0 ?引言

在機(jī)械生產(chǎn)加工過程中，鈑金工藝是常見的加工方法之一，在機(jī)械制造中發(fā)揮了非常重要的作用。目前，我國(guó)鈑金加工具有加工成本低，加工完成的零部件具有外形尺寸小、質(zhì)量輕以及力學(xué)性能好等特征。隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，各個(gè)行業(yè)對(duì)鈑金加工的要求越來(lái)越高，不僅要求鈑金加工能夠獲得較高的加工效率，同時(shí)也要求能夠獲得較好的品質(zhì)，傳統(tǒng)鈑金加工工藝已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代社會(huì)加工需求，必須要尋找有效的辦法解決當(dāng)下問題。自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)給鈑金加工帶來(lái)了新的方法，提高機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在鈑金制造中的應(yīng)用能夠很好的保障零部件加工的質(zhì)量與效率，極大提升了現(xiàn)有鈑金加工設(shè)備工作能力。

本文以數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床為例，探究了鈑金制造工藝中機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，為我國(guó)鈑金制造工藝進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 ?數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床自動(dòng)化分析

為了更好的探究鈑金制造加工中機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用方法，以數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床為代表進(jìn)行深入研究，以轉(zhuǎn)塔沖床自動(dòng)化控制問題為基礎(chǔ)，進(jìn)一步分析與總結(jié)沖床自動(dòng)化發(fā)展方向。從現(xiàn)階段鈑金加工設(shè)備類型來(lái)看，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的先進(jìn)程度在眾多鈑金設(shè)備中名列前茅，從機(jī)械構(gòu)造與功能上來(lái)看，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床本身具有多工位壓力回轉(zhuǎn)頭、模具資源庫(kù)以及自動(dòng)化更換系統(tǒng)，不僅能夠保證零部件加工品質(zhì)，同時(shí)也能夠顯著提升加工速度，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

另外，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床除了擁有一個(gè)主工作臺(tái)面外，還設(shè)置了一個(gè)面積較大的輔助工作臺(tái)面，能夠極大提升操作人員工作的便捷性。

2 ?數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床本體部分

2.1 機(jī)床主體

從機(jī)床整體構(gòu)造來(lái)看，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床使用的是三廂體型機(jī)構(gòu)，融合現(xiàn)代先進(jìn)的有限元分析方法，對(duì)其進(jìn)行多次的靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)測(cè)試，詳細(xì)每次測(cè)試獲得了試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與總結(jié)，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)備機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，保證沖床設(shè)備具有非常好的剛性，能夠滿足各個(gè)加工工況下的使用需求，盡可能降低主體強(qiáng)度對(duì)加工精度的影響。從安裝層面來(lái)看，機(jī)床主體部分安裝較為容易，不需要較高的專業(yè)水平與技術(shù)。對(duì)于最大沖孔力小于200KN的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，在進(jìn)行安裝過程中只需要采用調(diào)整安裝板、緊固螺絲以及減震板等部件，在安裝中將減震板與地面直接相連，然后將調(diào)整板安裝在轉(zhuǎn)塔沖床與減震板之間，最后用緊固螺栓固定[3]。當(dāng)轉(zhuǎn)塔沖床最大沖壓力大于200KN，在以上安裝方法的基礎(chǔ)上還必須要增加二次件，將二次件直接和轉(zhuǎn)塔沖床固定到一起，安裝方法非常簡(jiǎn)單。上述兩種級(jí)別的轉(zhuǎn)塔沖床安裝方法都可以確保其在工作600小時(shí)以后，機(jī)床本體部分依然擁有非常好的水平精度。

2.2 回轉(zhuǎn)頭

眾所周知，回轉(zhuǎn)頭也可以稱之為轉(zhuǎn)塔，目前轉(zhuǎn)塔沖床采用的回轉(zhuǎn)頭工位數(shù)量主要為22位以及40位，分別表示轉(zhuǎn)塔沖床能夠同時(shí)安裝大小規(guī)格不一的模具沖頭22個(gè)以及40個(gè)，在進(jìn)行鈑金加工時(shí)，較多規(guī)格的模具沖頭數(shù)量能夠有效減少?zèng)_壓過程中更好模具沖頭的次數(shù)，減少鈑金沖壓工作輔助時(shí)間，提高加工效率[4]。轉(zhuǎn)塔沖床能夠?qū)崿F(xiàn)模具沖頭的自動(dòng)化更換，在實(shí)際加工過程中，模具沖頭更換流程如下[5]：轉(zhuǎn)塔沖床依照設(shè)定好的程序進(jìn)行第一個(gè)沖孔工序，在首次沖壓結(jié)束以后，當(dāng)下一項(xiàng)沖壓類型與上一次相同時(shí)，則不需要更換模具沖頭，如果接下來(lái)的沖壓工作與上次不相同，就需要根據(jù)具體的沖壓類型更換相應(yīng)的模具沖頭，此時(shí)機(jī)床主系統(tǒng)會(huì)將相關(guān)指令傳輸?shù)娇刂婆_(tái)以及伺服電機(jī)編碼器中，再利用傳感器檢測(cè)氣動(dòng)銷釘?shù)奈恢门c狀態(tài)，首先，打開氣動(dòng)閥門，通過壓縮氣體將氣動(dòng)銷釘彈出去;其次，伺服電機(jī)在接收到信號(hào)后進(jìn)行回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)，保證需要更換的模具沖頭中心與沖壓點(diǎn)中心重合;最后，反向進(jìn)行壓縮空氣進(jìn)氣，將氣動(dòng)銷釘重新固定到銷孔中，傳感器檢測(cè)正常后就可以進(jìn)行接下來(lái)的沖壓工作。

2.3 自動(dòng)換位夾鉗

一般來(lái)說，在每個(gè)轉(zhuǎn)塔沖床沿X軸方向的導(dǎo)軌上都安裝有夾鉗裝置，一方面可以在加工中夾持零部件，另一方面可以通過夾鉗有效拓展轉(zhuǎn)塔沖床的工作區(qū)間，保證超過機(jī)床工作臺(tái)面長(zhǎng)度的零部件也可以進(jìn)行加工，極大的提升轉(zhuǎn)塔沖床的使用便捷性與加工能力[6]。比如說，中國(guó)通快有限公司生產(chǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床MOTORUM2248，該沖床X軸最大可移動(dòng)范圍為1124mm。但是在實(shí)際加工過程中，有些零部件的長(zhǎng)度超過了1124mm，許多甚至達(dá)到了2000mm，在這種情況下自動(dòng)換位夾鉗就發(fā)揮了巨大的作用，轉(zhuǎn)塔沖床先進(jìn)行1124mm范圍內(nèi)的沖壓任務(wù)，在加工完成以后通過換位夾鉗再將零部件移動(dòng)到1124-2248mm范圍內(nèi)，完成1124mm范圍以外的加工工序，加工完成以后再將換位夾鉗恢復(fù)到初始位置。通過這種方法能夠有效拓展轉(zhuǎn)塔沖床工作范圍，簡(jiǎn)化數(shù)控沖床加工程序。

2.4 CNC程序控制部分

為了更加全面的說明轉(zhuǎn)塔沖床CNC程序控制部分，以村田機(jī)械株式會(huì)社公司的“WIEDMAN”軟件為代表。這個(gè)軟件具有非常強(qiáng)大的編程功能，操作方式較為簡(jiǎn)單，邏輯性也不復(fù)雜，在進(jìn)行一些非常復(fù)雜零部件的程序編寫時(shí)，WIEDMAN軟件也能夠在有限時(shí)間內(nèi)輕而易舉的實(shí)現(xiàn)。這個(gè)軟件是多個(gè)軟件組成的結(jié)合體，包含的每個(gè)軟件都有著自身的特征，從而能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能。通常情況下，整個(gè)軟件構(gòu)成中大概有28個(gè)詞句，而應(yīng)用非常廣泛的主要為以下幾條[7-8]：

第一，X Y DX DY（X Y為增值語(yǔ)句）

C表示為旋轉(zhuǎn)角度;T表示為模具工位序號(hào)

第二，OFS / ： 設(shè)定局部坐標(biāo)系數(shù)

FRM / ：設(shè)定絕對(duì)坐標(biāo)系數(shù)

REP / ：設(shè)定夾鉗自動(dòng)換位參數(shù)

MOV / ：設(shè)定初始點(diǎn)參數(shù)

第三，INC / ：直線間隔沖

GRO / ：格子沖

LAA / SAA /：斜線間隔沖

第四，PAT * / END *：設(shè)置子程序

MRG** / ：提取子程序命令

第五，SYS / SYC / ：和相關(guān)軸對(duì)稱沖命令

X以及Y的坐標(biāo)數(shù)值都是相對(duì)于初始點(diǎn)位置的絕對(duì)坐標(biāo)值，通過這種方式能夠有效降低程序編碼的難度與復(fù)雜性。

X50Y50T05

（I=4.7，R=3.2）

INC / R 30 4

INC / U 40 4

上述列舉的數(shù)控程序編寫方法都較為簡(jiǎn)單，在面對(duì)較為復(fù)雜的數(shù)控程序編寫時(shí)，只需要在上述程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的改變和添加即可，使得每點(diǎn)坐標(biāo)相應(yīng)的多增加一點(diǎn)，在通過專業(yè)的數(shù)控編程軟件上的編程以及修改功能就可以快速完成程序編寫。

2.5 專用模具部分

在進(jìn)行一些形狀不規(guī)則、數(shù)量較多的非標(biāo)準(zhǔn)化零部件沖壓時(shí)，需要制作專用模具來(lái)提高沖壓精度與速度。專用模具結(jié)構(gòu)整體比較單一，包含了沖頭、沖頭固定座、打料圈、螺栓固定凹模與凹模固定座，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到?jīng)_壓磨損，保證在長(zhǎng)期使用中沖頭與凹模能夠保持較好的精度。根據(jù)現(xiàn)階段自動(dòng)化數(shù)控沖床工位數(shù)主要為22位以及40位，設(shè)置A、B、C、D、E、F、I七個(gè)旋轉(zhuǎn)工位。

上述旋轉(zhuǎn)工位中，A到D工位為快速切換工位，熟練的操作工人可以在5min時(shí)間內(nèi)完成沖頭以及凹模的更換，一些水平較高的工人還能夠完成整個(gè)模具的切換，正常切換流程如下：將數(shù)控沖床設(shè)備切換到換模狀態(tài)，緊接著卸下壓圈，之后就可以將上模取出，再將凹模拿出來(lái)，使用專用扳手將上模中的固定螺栓取下，拿出需要更換的沖頭，然后依照標(biāo)準(zhǔn)將凹模安裝到固定座上，再將沖頭與壓圈固定好，最后開始盤車，同時(shí)將打料圈固定在對(duì)應(yīng)位置。

E到I工位更換方法與A到D工位大致相同，不同的是E到I工位模具體積較大、重量也較重，在進(jìn)行更換前需要做好準(zhǔn)備工作，將初始零度調(diào)整好，這必然需要花費(fèi)一定的時(shí)間，所以E到I工位模具更換時(shí)間一般在7-10min。由于轉(zhuǎn)塔沖床能夠?qū)崿F(xiàn)工位的360°旋轉(zhuǎn)，所以在開展編程工作時(shí)，必須要對(duì)旋轉(zhuǎn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證各個(gè)工位模具能夠?qū)崿F(xiàn)傾斜、直線與弧線加速等動(dòng)作。同時(shí)通過垂直平行的角度開展采編工作，可以在回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)過程中同步進(jìn)行采編工作，減少旋轉(zhuǎn)過程中浪費(fèi)掉的時(shí)間。

3 ?結(jié)語(yǔ)

機(jī)械制造水平高低影響到我國(guó)諸多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，必須要加強(qiáng)機(jī)械加工自動(dòng)化建設(shè)，更好的提高鈑金加工過程中的自動(dòng)化水平，強(qiáng)化鈑金加工的精準(zhǔn)性以及效率，為我國(guó)鈑金加工進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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