文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所

伺服沖床的構(gòu)造及使用方法全析

文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所

（連載六）

前面我們已經(jīng)介紹過，伺服沖床滑塊的動(dòng)作和速度雖然有一定的限制但是因?yàn)榭梢匀我庠O(shè)定，所以就可以發(fā)揮出比傳統(tǒng)的連桿式機(jī)械沖床更好的加工性能。當(dāng)然這并不是說要把傳統(tǒng)的沖床全部放棄，傳統(tǒng)沖床仍然還有很多適合它的沖壓加工領(lǐng)域。對(duì)于沖床來說，需要根據(jù)其適合的材料、適合的條件來有區(qū)別地使用，一個(gè)優(yōu)秀的沖壓生產(chǎn)技術(shù)人員要了解伺服沖床和其他的沖壓機(jī)械各自的特點(diǎn)并加以正確使用，這是非常重要的，也是生產(chǎn)技術(shù)人員水平和能力的重要體現(xiàn)。

現(xiàn)在我們介紹幾個(gè)使用了伺服沖床加工并取得了很好效果的加工部件的實(shí)際例子，以此證明伺服沖床具有傳統(tǒng)的機(jī)械式?jīng)_床所沒有的性能，更好地看到使用伺服沖床的效果。在下面的文章中凡是寫“機(jī)械式?jīng)_床”的地方就是指?jìng)鹘y(tǒng)的有飛輪、有制動(dòng)離合器的機(jī)械式?jīng)_床。

圓筒的拉深加工

如圖1所示是家電產(chǎn)品用馬達(dá)外殼的拉深工位示意圖，我們用這個(gè)例子來講述伺服沖床對(duì)圓筒拉深部品的加工效果及其技術(shù)特點(diǎn)。

圖1 圓筒拉深部品的加工實(shí)例

被加工的材料是鍍鋅低碳鋼板，板厚為1.6mm，可以先用落料方法加工成適當(dāng)大小的圓盤狀坯材，也可以直接使用卷材。

圖2 第一次拉深的拉深率和拉深高度

第一次拉深的情況如圖2所示，第一次拉深的拉深率R1選擇在0.45～0.55之間，第一次拉深的直徑d1用下面的公式計(jì)算：

d1＝R1D

關(guān)于第一次拉深高度h1的確定有幾種方法，可以根據(jù)拉深部分體積不變的原理來確定，也可以一次達(dá)到最終的拉深高度，還有逐步增加拉深高度等方法。

圖1所示的部品經(jīng)過兩次拉深就可基本達(dá)到最終高度，第一次拉深的高度是第二次拉深高度的70％，約為55mm。這個(gè)電機(jī)的外殼因?yàn)橛袡M向孔必須加工，所以不能用順?biāo)停ㄔ诩庸み^程中各工位部品的材料連在一起的級(jí)進(jìn)模方法）的方法，必須要采用先把材料切斷再進(jìn)行逐個(gè)工位加工的方法。這樣就有了3種辦法：一種是人工傳送，即單沖加工；另外一種是在沖床和沖床之間使用機(jī)械手的自動(dòng)化加工；還有一種是使用多工位搬運(yùn)裝置的自動(dòng)搬運(yùn)加工。

眾所周知，沖床的最小行程長(zhǎng)度因加工方法的不同而有所不同，手工傳遞的單沖加工方法、順?biāo)图庸し椒?、機(jī)械手搬運(yùn)加工方法、多工位搬運(yùn)裝置是用二維還是用三維等，其最小行程長(zhǎng)度都會(huì)有所不同。

⑴順?biāo)图庸r(shí)，沖床的最小行程長(zhǎng)度需要達(dá)到拉深高度的4倍以上。

⑵沖床每運(yùn)轉(zhuǎn)一周都要停止一次的機(jī)械手搬運(yùn)方法和單沖加工方法，沖床的最小行程長(zhǎng)度需要達(dá)到拉深高度的2倍以上。

⑶使用二維多工位搬運(yùn)裝置時(shí)，沖床的最小行程長(zhǎng)度需要達(dá)到拉深高度的3倍以上。

⑷使用三維多工位搬運(yùn)裝置時(shí)，沖床的最小行程長(zhǎng)度需要達(dá)到拉深高度的3.5倍以上。

除了上面講述的幾點(diǎn)外，還必須要考慮避免搬運(yùn)裝置與行程長(zhǎng)度的相互干涉。

在實(shí)際生產(chǎn)中，要考慮每分鐘行程次數(shù)的影響，拉深開始時(shí)滑塊的下降速度要在材料的成形極限速度以下，但同時(shí)這個(gè)速度還要保證中間的部品搬運(yùn)裝置必須能夠平穩(wěn)地進(jìn)行循環(huán)往復(fù)的搬運(yùn)作業(yè)。

以往的曲軸式機(jī)械沖床因?yàn)樾谐涕L(zhǎng)度不能根據(jù)加工內(nèi)容來改變，所以只能依靠改變每分鐘的行程次數(shù)來進(jìn)行拉深加工。為了防止拉深加工的失?。ㄖ饕瞧屏眩糠昼姷男谐檀螖?shù)就要降到很低從而使拉深速度降下來，這樣的生產(chǎn)實(shí)例是很多的。但是即使是降低了每分鐘的行程次數(shù)，如果拉深的深度很大，那么拉深的開始速度仍然是很快的，這時(shí)拉深加工是在上模和下模的沖撞下開始的，所以時(shí)常會(huì)發(fā)生拉深皺褶或材料破裂的情況。

而伺服沖床不但拉深速度能夠任意設(shè)定，同時(shí)上模和下模接觸時(shí)的接觸速度也可以很慢從而達(dá)到柔性接觸的程度，使得拉深加工能夠在無振動(dòng)條件下開始，所以使用伺服沖床的效果是不言而喻的。

表1列出了在生產(chǎn)圖1所示產(chǎn)品（最終拉深高度為80mm）時(shí)不同的加工方法下沖床的行程長(zhǎng)度，從中可以看出，同樣的產(chǎn)品因使用的加工方法不同沖床的行程長(zhǎng)度會(huì)有所變化，因而每分鐘的行程次數(shù)也會(huì)發(fā)生改變。在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中開始拉深的速度很可能不是材料最合適的加工速度，但如果使用伺服沖床加工的話，由于滑塊的速度可以任意設(shè)定，所以不論是哪一種加工方法，都可以用最合適的成形速度來生產(chǎn)，這樣不但能夠使不良產(chǎn)品率降低，同時(shí)還可以減少生產(chǎn)過程中故障的發(fā)生。

表1 不同的加工方法下沖床的行程長(zhǎng)度

對(duì)材料來說合適的加工速度，對(duì)于模具來說也是合適的工作速度，在此速度下加工產(chǎn)品，可降低模具的故障發(fā)生率，延長(zhǎng)模具維修的間隔時(shí)間，這樣成本也就隨之降低了。

不規(guī)則形狀部品的加工

下面拿兩種沖床加工出來的不規(guī)則部品做個(gè)對(duì)比，如圖3所示。此部品是一個(gè)不規(guī)則形狀部品的一部分，我們以此為例介紹一下為什么以往的曲軸式?jīng)_床不能成形的部品而用伺服沖床可以成功的原因。

圖3 不規(guī)則形狀部品的加工

用曲軸式?jīng)_床成形

曲軸式?jīng)_床拉深加工的難度在于部品上有凹洼，在加工過程中壓板不能起到應(yīng)有的作用，材料過分地流動(dòng)，結(jié)果就使得有的地方產(chǎn)生了皺褶。

在對(duì)有凹洼形狀的部品設(shè)計(jì)模具時(shí)，如果只考慮形狀來設(shè)計(jì)模具而沒有預(yù)想皺褶發(fā)生的話，很可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品加工的失敗。

在許多情況下，雖然有一些部品的設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出了一些非?？量痰男螤睿覀兊纳a(chǎn)技術(shù)人員都會(huì)在模具和沖床的加工條件等方面去想辦法、下功夫，努力地加工出合格的產(chǎn)品。盡管如此，總還是有極限存在的。

在不得不用傳統(tǒng)的曲軸式?jīng)_床的情況下，雖然不能徹底消滅皺褶，但可以在減少皺褶上下功夫，最后還可以用手動(dòng)砂輪或砂紙進(jìn)行打磨，得到最低限度的合格品。但是這需要耗費(fèi)大量的人工和時(shí)間，不利于降低成本。

用伺服沖床成形

現(xiàn)在看一下使用伺服沖床的情況，即使是使用了伺服沖床而滑塊的運(yùn)轉(zhuǎn)模式仍然和曲軸沖床一樣的話，也同樣不能得到理想的成功部品。如果能夠靈活利用伺服沖床的滑塊運(yùn)轉(zhuǎn)模式可以任意設(shè)定的性能，讓滑塊做如圖4所示的振動(dòng)模式的運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以使成形出的部品沒有皺褶。也就是說，不需要對(duì)模具進(jìn)行任何改造，只要將滑塊運(yùn)轉(zhuǎn)模式選擇為振動(dòng)模式就可以了。

圖4 伺服沖床的振動(dòng)模式

表2 滑塊的其他幾種運(yùn)轉(zhuǎn)模式

振動(dòng)模式就是在拉深加工開始的時(shí)候先稍稍拉深一點(diǎn)后滑塊就少量的上升，然后再下降進(jìn)行短行程的拉深后滑塊又少量的上升，這樣反復(fù)多次、一點(diǎn)點(diǎn)地加大拉深深度?；瑝K少量上升后，壓板的壓力瞬間減小，材料和壓板之間、材料和下模之間再次形成了潤(rùn)滑油膜，而且滑塊少量上升后再下降的動(dòng)作可以使滑塊減低速度，這樣上模與下模的沖擊力也因?yàn)闆]有了壓板的振動(dòng)而被消除，這也是抑制部品皺褶發(fā)生的另一個(gè)原因。

在這里有兩個(gè)問題必須要理解和注意：

⑴請(qǐng)務(wù)必理解并不是所有的成形加工都可以用振動(dòng)模式來進(jìn)行。材料是在凹模和沖頭的作用下被拉深的，在這個(gè)過程中沖頭和凹模做上下的相互運(yùn)動(dòng)，模具里的材料和模具要有多次的摩擦，如果是電鍍鋼板或涂裝鋼板的話，就會(huì)有擦痕或表面剝離的現(xiàn)象出現(xiàn)。

⑵請(qǐng)務(wù)必理解滑塊要在短時(shí)間內(nèi)做小幅度的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還要加壓、下降，這不是伺服電機(jī)的特性所能做到的，也就是說要受到一些制約。即使是在無負(fù)荷的情況下可以進(jìn)行往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但是曲軸是要在進(jìn)行幾十噸的加壓或承受數(shù)噸緩沖墊壓力的同時(shí)做反復(fù)的往復(fù)回轉(zhuǎn)的，這對(duì)沖床的負(fù)擔(dān)是很大的。

因此，要在確實(shí)地做好沖床維修保養(yǎng)的條件下才能使振動(dòng)模式的優(yōu)勢(shì)得到更好的發(fā)揮，這一點(diǎn)請(qǐng)切記。

除了振動(dòng)模式，伺服沖床還有其他幾種運(yùn)轉(zhuǎn)模式，它們各自的適用領(lǐng)域和加工優(yōu)勢(shì)也不盡相同，為了幫助大家能更好地理解這幾種運(yùn)轉(zhuǎn)模式，現(xiàn)將它們的加工類型和運(yùn)動(dòng)特性等列于表2中。

如圖5所示的部品就很好地展現(xiàn)了伺服沖床振動(dòng)模式的加工效果，雖然是單純的圓筒拉深，但由于使用了圖6所示的振動(dòng)模式，所以第一次拉深的深度得到了大幅度地加大。

圖5 伺服沖床的深拉深部品

圖6 圓筒形深拉深加工的振動(dòng)模式

前面已經(jīng)講過，鋼板第一次拉深的拉深率一般在0.45～0.55之間，0.45是成形性非常好的深拉深鋼板的拉深率，一般通用鋼板的拉深率在0.5以下的很少。如果想讓一般通用鋼板的拉深率也能達(dá)到0.45，那么沖頭倒角部分的過渡曲線要比較圓滑，與其配合的凹模倒角部分的過渡曲線也要比較圓滑，沖床的精度要很高，模具的最終精度也要比較高，同時(shí)還要有非常合適的潤(rùn)滑油使用等，只有當(dāng)這些好條件都具備了才有可能達(dá)到這樣的拉深率。所以為了保證產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性，一般把拉深率設(shè)定在0.5～0.55之間。