數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床及其編程技術(shù)研究

汪維維 方琦

甘肅建投新能源科技股份有限公司 甘肅武威 733000

裝備制造業(yè)一直是我們國家工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，隨著時代發(fā)展和科技進(jìn)步，產(chǎn)品零件精度越來越高、種類越來越多、形狀越來越復(fù)雜，為適應(yīng)當(dāng)下的生產(chǎn)需求，CAD/CAM集成技術(shù)已是當(dāng)下制造業(yè)必不可少的一項技術(shù)，而數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床具備自動化程度和精加工能力強的特點，是當(dāng)下鈑金加工制造中佼佼者。[1]

數(shù)控沖床在當(dāng)下制造業(yè)中的使用廣泛，研究其在生產(chǎn)和加工過程中省工省料、節(jié)約成本等對企業(yè)生產(chǎn)成本控制有著重要意義。

1 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床工作原理

以本公司VT-500型數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床為例，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床是由微型計算機進(jìn)行控制的板材加工設(shè)備，使金屬板材加工易于數(shù)控化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化，廣泛應(yīng)用于多種板材加工行業(yè)，如高低壓電力開關(guān)成套設(shè)備、通信電子、電氣控制箱、機械外罩加工等行業(yè)。[2-3]

操作人員將待加工的板料放置在工作臺面上，踩動腳踏開關(guān)，夾鉗上、下鉗口張開，按動原點銷開關(guān)，原點銷伸出，操作人員將板料送入夾鉗上、下鉗口閉合，夾緊板料，原點銷撤回，完成板料的原點定位。運行加工程序，板料在X、Y軸的伺服系統(tǒng)及其傳動機構(gòu)下，液壓沖頭沿Z方向運動到設(shè)定模位上方，通過沖壓模具，完成沖孔、步?jīng)_、成型等動作。[4]

機床主要技術(shù)參數(shù)表

2 數(shù)控編程系統(tǒng)

數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床有5個系統(tǒng)模塊，各個模塊之間通過內(nèi)部程序接口相互聯(lián)系，下圖1為功能結(jié)構(gòu)圖。

圖1 功能結(jié)構(gòu)圖

2.1 板材定義和圖層創(chuàng)建模塊

板材定義即在CNCKAD軟件中根據(jù)實際板材原材料，創(chuàng)建加工區(qū)域即圖層，設(shè)定加工區(qū)域的尺寸和定位夾等位置信息。

2.2 模具庫管理模塊

模具庫作用為在程序中新增保存模具，對已有模具參數(shù)修改、刪除，以及在轉(zhuǎn)塔盤上模具布局方式、旋轉(zhuǎn)角度等此類信息的輸入和輸出，將在程序中使用模具加工后的參數(shù)生成NC代碼。

2.3 加工定義模塊

數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床有全自動模式、半自動模式、手動模式等功能。全自動功能可根據(jù).dxf格式圖紙，根據(jù)圖紙自動選擇模具及加工路徑；半自動模式在程序編程時需要人工選配合適模具，調(diào)整優(yōu)化路徑；手動模式需要手動操作整個工作流程。

2.4 加工路徑規(guī)劃及仿真模塊

在編程中對加工零件完成模具、微連接設(shè)定后，根據(jù)模具先后順序排列、模具旋轉(zhuǎn)角度等可設(shè)定加工路徑，并模擬加工路徑，當(dāng)模擬路徑不符合預(yù)期期望，可自動優(yōu)化路徑或手動優(yōu)化達(dá)到預(yù)期效果。

2.5 代碼生成模塊

CNCKAD編程軟件在路徑模擬完成后，根據(jù)編程參數(shù)自動生成.txt程序文件。

3 成本控制方法

3.1 省工省料方面

3.1.1 節(jié)省加工時間

編程時合理的模具排列和刀具先后開始順序可以減少轉(zhuǎn)塔空運時間。VT-500型數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床模具旋轉(zhuǎn)工位圖如下圖2所示：

3.1.2 合理排列刀具

批量零件生產(chǎn)加工時，要根據(jù)轉(zhuǎn)塔模具排列、模具隨轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)，結(jié)合加工圖紙的實際情況合理安排模具排列，避免轉(zhuǎn)塔模具空轉(zhuǎn)時間。

3.1.3 減少沖刀次數(shù)

轉(zhuǎn)塔沖床加工沖孔形狀較大的零件時，需要采用小模具逐步?jīng)_裁方法，也可用模具逼近沖孔落料的方法，當(dāng)對孔邊精度要求不高時，也可以采用大模具以此減少打擊次數(shù)。

3.1.4 綜合考慮前后工序

為保證加工質(zhì)量和提高材料利用率以及提高生產(chǎn)效率，首先，要保證板材在一次裝夾后，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床可以一次加工完所有工序，避免二次裝夾定位，出現(xiàn)重復(fù)定位誤差。其次，在排版編程時，盡可能讓一個模具只選用一次，規(guī)劃好最短路徑的情況下完成整張板材的全部加工，避免模具二次旋轉(zhuǎn)選用。綜合考慮先后工序排列，利用好微連接功能，可以減少后續(xù)工序時間。

3.2 節(jié)省加工材料

在編程時，利用模具對板材上加工零件合理的排版可有效減少廢料產(chǎn)生，達(dá)到物以致用。

3.2.1 人工排版

人工排版方法是利用CAXA制圖軟件將加工零件運用平移、旋轉(zhuǎn)等方法在規(guī)定規(guī)格的板材上排列。例如，對于加工零件圓的人工排版如圖3所示。單排排版如圖(a)所示，對稱雙排如圖(c)所示。以單排6個圓為例這種排列方式的材料利用率為78.5%。通過對單排平移復(fù)制重新排版變?yōu)殄e位雙排如圖(b)所示和錯位三排如圖(d)所示的排版方式板材利用率變?yōu)?0%和83.4%(排數(shù)越多，利用率越高)減少了廢料達(dá)到了節(jié)約材料的目的。

(a)單排

(b)雙排錯位

(c)雙排

(d)三排錯位圖3 零件圓排版圖

3.2.2 自動排版

自動排樣是利用相關(guān)排版軟件根據(jù)加工零件的設(shè)計參數(shù)，在板材上計算得出最佳排版方式，實現(xiàn)廢料最少方法。此類軟件一般用于單品加工數(shù)額大、種類多、貨單量穩(wěn)定的大型企業(yè)中，對于種類多、單件產(chǎn)品生產(chǎn)量小的中小企業(yè)不適用。通過排版軟件會自動將所要加工的零件以最節(jié)省材料的方式排列在一起，非常快捷好用。

3.2.3 綜合排版

在編程排版優(yōu)化時，可采用共邊排版。將具有一定規(guī)格的零件邊與邊相連，利用微連接進(jìn)行一次沖裁即可完成公共邊沖裁的目的。如圖4所示，為公共沖裁實例，圖(a)和圖(b)的零件可將其斜邊為公用邊沖裁。

(a) (b)圖4 公共裁邊

4 編程方式方面

數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的編程，模具和微連接的使用尤其重要，即選用合適的模具和準(zhǔn)確的加工路線。編程方式有手動、自動、半自動三種方式。

4.1 手動編程

手動編程方式為工作人員自己選擇合適的模具，手動添加模具與微連接按照圖紙零件輪廓尺寸進(jìn)行沖裁路徑。在數(shù)控沖床的手工編程中，根據(jù)經(jīng)驗一般換模次序遵循：先沖圓孔再沖方孔，先沖小孔再沖大孔，先沖中間工序后沖邊緣工序，這樣有利于板材不會在操作中掉落。除了選擇合理的換模次序，在手工編程時，還要考慮最優(yōu)路徑，在安全可靠的運行中減少空走行程，提高生產(chǎn)效率。

4.2 自動編程

自動編程指的是繪制成品展開圖、添加模具、微連接、設(shè)計優(yōu)化路徑、生成NC代碼等整個編程過程都由軟件自動完成。這些軟件可以實現(xiàn)自動添加模具、優(yōu)化路徑、夾鉗避讓、自動生成加工代碼等功能，能大幅提高工作效率且設(shè)計路徑和換模次序更合理可靠。運用自動編程時，設(shè)計藍(lán)紙可以直接使用，減少分解圖紙過程。

自動編程也有缺點，生成的程序可閱讀性和可編輯性較差，如果加工過程中出現(xiàn)板材卷料、機床報警以及其他情況下機器急停時，板材難以二次加工。

4.3 半自動編程

半自動編程具有全自動和手動兩者優(yōu)點，編程后的程序可讀性強，可以二次修改。對于生產(chǎn)規(guī)模小的中小型企業(yè)特別適用，跟手工編程相比較可以提高編程速度，跟自動編程相比較更容易在生產(chǎn)過程中操控，且節(jié)約投資成本。

結(jié)語

通過對VT-500數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的基本原理、加工工藝、程序編輯研究，主要通過程序編輯改良，提升了數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的工作效率。程序編輯不僅僅是將圖紙轉(zhuǎn)換為機器所能識別代碼的過程，工作人員更要了解整個機器的各項參數(shù)，在實踐的過程中充分掌握每個模具，通過加工流程能考慮到最優(yōu)的行駛路徑。程序設(shè)計時，才能根據(jù)數(shù)控沖床的特點考慮得當(dāng)，選擇哪種編程形式，選擇哪種排版模式，選擇哪種最優(yōu)路徑，讓數(shù)控沖床充分發(fā)揮其優(yōu)越性能，達(dá)到最優(yōu)的運行方式。