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HACO伺服數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床應(yīng)用實(shí)例

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數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床是一種集機(jī)、電、液、氣于一體化，能夠在板材上進(jìn)行沖裁及其他成形加工的高速精密柔性加工設(shè)備。在2016 SIMM深圳機(jī)械展上，日本天田在沖壓領(lǐng)域的招牌裝備EM2510NT數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床將驚艷亮相。

作為金屬板材沖壓加工的關(guān)鍵設(shè)備，至今已有近五十年的應(yīng)用和發(fā)展。隨著數(shù)控技術(shù)、液壓技術(shù)、傳動(dòng)技術(shù)以及模具制造技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的總體技術(shù)水平和部件性能都在不斷提高。其中，作為沖壓動(dòng)力源的主傳動(dòng)部件，也經(jīng)歷了幾個(gè)階段的變化和發(fā)展。

機(jī)械式主傳動(dòng)

　　最初的機(jī)械式主傳動(dòng)部件由電機(jī)、飛輪、離合器與制動(dòng)器、曲軸、連桿和滑塊等組成。滑塊垂直上下運(yùn)動(dòng)，將模具的沖頭壓入金屬板料中。連桿連接曲軸和滑塊，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線運(yùn)動(dòng)。飛輪通過(guò)皮帶與一直轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)相連，并儲(chǔ)存一定的能量。沖壓時(shí)，離合器閉合，飛輪能量通過(guò)曲軸連桿機(jī)構(gòu)傳遞到?jīng)_頭上。沖壓結(jié)束時(shí)，離合器在沖頭向上運(yùn)動(dòng)時(shí)脫開(kāi)，從而解除飛輪對(duì)曲軸的扭矩傳遞，同時(shí)制動(dòng)器開(kāi)始制動(dòng)，使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)至上死點(diǎn)時(shí)停止。機(jī)械式主傳動(dòng)部件中，離合器與制動(dòng)器的性能很重要，直接影響到主傳動(dòng)部件的工作效率和使用壽命。

液壓式主傳動(dòng)

　　20世紀(jì)90年代以來(lái)，液壓式主傳動(dòng)部件被越來(lái)越多地采用，至今已成為數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的主流配置。與機(jī)械式主傳動(dòng)相比，油缸取代了曲軸連桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)，液壓站提供動(dòng)力，兩者由主液壓閥塊連接，通過(guò)專門的電子卡程序化控制整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作，并由連接于油缸活塞桿上的電子傳感器適時(shí)測(cè)量和反饋，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)沖頭位置、行程及速度的精確控制。

伺服式主傳動(dòng)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床

　　近年，隨著大扭矩伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改良與推廣，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式主傳動(dòng)部件已被成功應(yīng)用于日本AMADA、MURATEC等公司的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床產(chǎn)品中。目前，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式主傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式主要有以下兩種：

　　一種在傳統(tǒng)機(jī)械式主傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，將伺服電機(jī)直接與曲軸相連，省去飛輪及離合器與制動(dòng)器。日本AMADA公司的EM2510NT型數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，是將兩臺(tái)伺服電機(jī)分別連接于曲軸的兩端，控制其同步運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了對(duì)曲軸足夠的扭矩輸出，同時(shí)可以獲得很高的沖壓頻率。

　　另一種是伺服電機(jī)通過(guò)減速器與曲柄肘桿機(jī)構(gòu)相連，這是日本MURATEC公司的MOTORUM—2048LT型數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的結(jié)構(gòu)形式（見(jiàn)圖3）。該結(jié)構(gòu)雖然比較復(fù)雜，但其利用曲柄肘桿機(jī)構(gòu)特有的增力特性，可以降低伺服電機(jī)的負(fù)載扭矩，并且曲柄旋轉(zhuǎn)一周，滑塊上下運(yùn)動(dòng)兩次，這樣能夠達(dá)到更高的沖壓頻率。

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式主傳動(dòng)，不僅保留了機(jī)械式主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)成熟可靠的優(yōu)點(diǎn)，而且具備了液壓主傳動(dòng)的諸多特性，其特點(diǎn)主要有：

　　⑴節(jié)省能源

　　傳統(tǒng)的機(jī)械式主傳動(dòng)由電機(jī)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)并積聚一定的能量，工作過(guò)程中，飛輪能量沖壓時(shí)消耗，并在返回上死點(diǎn)時(shí)重新積累。而對(duì)于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式主傳動(dòng)，能量無(wú)需存儲(chǔ)，伺服電機(jī)也不需要一直旋轉(zhuǎn)，僅在沖壓時(shí)啟動(dòng)并提供所需能量。另外，由于取消了飛輪及離合器與制動(dòng)器，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，因此電能消耗大大降低。上述兩種數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，與各自傳統(tǒng)機(jī)型相比，節(jié)能分別達(dá)到60%和30%，非常顯著。

　　⑵降低噪音

　　滑塊沖壓模具穿透板料時(shí)，會(huì)受沖壓反力作用產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊，由此帶來(lái)的噪音也會(huì)隨滑塊速度和沖壓力的增加而增大。機(jī)械式主傳動(dòng)沖床通常通過(guò)加強(qiáng)床身和提高噸位來(lái)減少噪音。而伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式主傳動(dòng)沖床卻能夠在行程的每時(shí)每刻對(duì)滑塊的速度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，因此可以在沖壓中段控制沖頭使其停頓，并降低其進(jìn)入板料時(shí)的速度，從而達(dá)到減少噪音的目的，通常降噪效果可達(dá)10db左右。另外，通過(guò)這種方式，在減少噪音的同時(shí)，還能減輕沖頭進(jìn)入板料時(shí)的沖擊，進(jìn)而延長(zhǎng)模具的使用壽命。

　　⑶提高效率

　　伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式主傳動(dòng)的滑塊行程和速度能夠任意調(diào)整，可以選擇沖壓所需的最短行程，同時(shí)設(shè)定合適的速度，使其與送料同步，從而有效地提高生產(chǎn)效率。日本AMADA公司的EM2510NT型數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，25mm步距下最大沖孔次數(shù)可達(dá)到500次/min，而壓印時(shí)更高達(dá)1800次/min，該指標(biāo)達(dá)到了目前數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的高端水平。

　　⑷優(yōu)化工藝

　　通過(guò)精確設(shè)定滑塊停止位置尤其是下死點(diǎn)，能夠提高成形模具的加工精度。按照沖壓工藝和模具類型，通過(guò)優(yōu)化程序來(lái)控制滑塊以適應(yīng)各種沖壓模式，如壓印、沖孔、成形等。以下列舉出幾種典型的工作模式：

1）高速?zèng)_。伺服電機(jī)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)板料厚度、沖孔大小，控制沖頭以最短的行程和最快的速度進(jìn)行沖壓。

2）步?jīng)_。伺服電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，按照一定的送料速度和步距，以合適的頻率連續(xù)沖壓。

3）成形。精確設(shè)定沖頭下死點(diǎn)位置及停止時(shí)間，使成形模保證材料充分的變形與流動(dòng)，提高其成形精度。

4）靜音加工。通過(guò)程序控制沖頭打擊速度，采用兩段式?jīng)_壓，減少振動(dòng)和噪音，延長(zhǎng)模具壽命。

5）模具校準(zhǔn)。通過(guò)監(jiān)測(cè)伺服電機(jī)的輸出扭矩來(lái)檢測(cè)上下模具的對(duì)中性。該模式下，控制滑塊緩緩下降至設(shè)定位置，并監(jiān)測(cè)當(dāng)沖頭接觸下模時(shí)伺服電機(jī)的扭矩，當(dāng)其超過(guò)平穩(wěn)進(jìn)入時(shí)的預(yù)設(shè)數(shù)值，沖頭會(huì)停止運(yùn)動(dòng)并報(bào)警。

將于3月29日—4月1日舉行的第十七屆深圳機(jī)械展（SIMM）上，天田集團(tuán)除了其數(shù)字化鈑金工廠VPSS 3i加工理念外，還將帶來(lái)由新型AC雙伺服直接驅(qū)動(dòng)數(shù)控沖床EM2510NT與MP2512-L自動(dòng)上下料系統(tǒng)組合而成的無(wú)人化生產(chǎn)單元，在大幅提高生產(chǎn)效率的同時(shí)大大降低生產(chǎn)成本，輕松實(shí)現(xiàn)關(guān)燈工廠。除天田以外，還有揚(yáng)鍛、廣鍛、興鍛、揚(yáng)力、亞威、浙江帥鋒等領(lǐng)域內(nèi)知名企業(yè)都將帶來(lái)以智能沖床、精密高速?zèng)_床為代表的高端沖壓裝備。