机械工业出版社,数控机床,5.1 数控冲床,金属成型类数控机床采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床，常用的有数控冲床、数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。由于篇幅限制，本节只介绍数控冲床。,5.1.1 数控冲床的加工原理、特点及分类,冲床是用冲压的方法使金属板成形或在金属板上打眼的加工机器。原理是将圆周运动转换为直线运动，主电动机带动飞轮，经离合器带动齿轮、曲轴（或偏心齿轮）、连杆等运转，来实现滑块的直线运动。冲床对材料施以压力，使其塑性变形，而得到所要求的形状与精度，因此必须配合一组模具（分上模与下模），将材料置于其间，由机器施加压力，使其变形，加工时施加于材料的力所造成的反作用力，由机床本体吸收。,5.1.1 数控冲床的加工原理、特点及分类,冲床按不同的标准有不同的分类，按滑块驱动力可以分为机械式与液压式两种；按滑块运动方式不同可以分为单动、复动、三动；按滑块驱动机构不同可以分为曲轴式、无曲轴式、肘节式、摩擦式、螺旋式、齿条式、连杆式、凸轮式。,5.1.1 数控冲床的加工原理、特点及分类,数控冲床是数字控制冲床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化冲床，即将数控技术应用在冲床设备领域，使普通冲床得以升级。数控冲床能够地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使冲床动作并加工零件。近年来，随着筛网、制罐生产线、仪表、汽车、五金等行业的发展，市场对数控冲床设备的需求越来越大，数控冲床迅速发展起来。,5.1.1 数控冲床的加工原理、特点及分类,数控冲床一般由机床本体、上料装置、送料装置、排网状废料装置、控制硬件和控制软件五大部分组成。现以某机床厂研制的全自动数控冲床为例分析数控冲床的结构。,数控冲床基本结构图,5.1.2 数控冲床的基本组成,1上料装置 2机床本体 3两坐标工作台 4排网状废料装置 5控制柜,5.1.2 数控冲床的基本组成,1机床本体 机床本体相当于一个曲轴压力机，数控系统控制滑块的往复，即上冲模往复动作的起停和被加工板料的X、Y向进给送料运动，并使两个动作协调进行，从而实现冲压与送料动作的同步控制。,5.1.2 数控冲床的基本组成,2两坐标工作台 两坐标工作台，是数控冲床关键的机械部件之一。在自动冲压加工过程中，工作台的惯性限制着工作台的送料速度和加速度。因此，减小工作台的惯性可以提高工作台的送料速度。在冲压加工过程中，该种数控冲床Y轴送料次数为零件排数，X轴送料次数为一排中所冲零件数。X轴送料次数为板料一排所冲工件个数时，Y轴送料一次。,5.1.2 数控冲床的基本组成,因此设计工作台时，采用X轴在上，Y轴在下，这样工作台沿X方向送料时，X轴步进电动机15通过X轴丝杠19带动较轻的夹钳拖板7沿上导轨作X向运动。Y方向送料时，Y轴步进电动机11通过Y轴丝杠8带动较重的由上导轨、上电动机、上丝杠和夹嵌拖板组成的机构沿下导轨作Y向运动。这种结构能提供快捷及安全的送料过程。图5-2为两坐标工作台结构图。,5.1.2 数控冲床的基本组成,图5-2 两坐标工作台结构图 1Y轴丝杠右轴承支座 2夹钳 3夹紧气缸 4X轴导轨 5夹钳固定板 6X轴螺母 7夹钳托板 8Y轴丝杠 9Y轴丝杠左轴承支座 10Y轴联轴器 11Y轴步进电动机 12Y轴导轨支撑架 13Y轴螺母 14基座 15X轴步进电动机 16X轴联轴器 17X轴丝杠后轴承支座 18Y轴后导轨 19X轴丝杠 20Y轴前导轨 21X轴丝杠前轴承支座,5.1.2 数控冲床的基本组成,3上料装置 上料装置的作用是将工件板料送到工作台夹钳拖板上。冲压前或冲压过程中由上料装置将板料堆放在上料装置的堆料台上。其过程为：垂直气缸下移，通过四个真空吸盘把堆料台上最上面的一张板料吸起来，然后垂直气缸上移，上移到一定高度，水平气缸右移，移到一定位置停止，处于等待状态，当前一张板料冲压加工完后，工作台回到零位，垂直油缸下移，将工件板料放在工作台夹钳拖板上，夹钳拖板上的夹紧汽缸将其夹紧。,5.1.2 数控冲床的基本组成,4排网状废料装置 当一张板料冲压加工完后，夹钳拖板上剩下的是网状废料，因网状废料的连接处仅为搭边，最小为1.5mm左右，其连接强度弱，因此，安全排出废料是能否连续冲压的关键。该数控冲床采用辊式排料装置，它由上下两个为一组的辊子把料夹住，利用磨擦力，通过辊子作旋转运动将网状废料排走，如图5-3所示。 辊式排料机构采用三相异步电动机驱动固定的下辊，上辊在气缸的驱动下，可夹紧和分离网状板料。为防止网状废料打滑，辊子的表面作滚花处理或钢球喷丸处理。,5.1.2 数控冲床的基本组成,5.1.2 数控冲床的基本组成,图5-3 辊式排网状废料原理图,数控冲床的冲压动作和工作台的送料动作必须同步，即当冲模上、下模脱模离开一定距离后，工作台送料，送料到冲压作业点时，对板料进行冲压。同步控制可采用接近开关检测冲床曲轴的实际位置，即上模位置，然后将信号（同步信号）输入控制系统，经处理使工作台按要求作规则进给运动。,5.1.2 数控冲床的基本组成,图5-4为同步信号检测示意图，测试杆和曲轴在工作时同步转动（测试杆材料选用胶木或塑料），测试杆头部装有测试片（金属片）。当测试杆转动到使测试片进入固定于机座上的接近开关检测有效范围时，开关便发出感应信号（同步信号），该信号对应滑块即上模脱离下模的一定位置，这时工作台进给送料。测试杆随曲轴继续转动使测试片脱离接近开关有效范围后，感应信号随之消失，等待下一个感应信号，继续下一次进给送料。,5.1.2 数控冲床的基本组成,图5-4 同步信号检测,5.1.2 数控冲床的基本组成,5脱模装置 在冲压加工中，当冲床完成了一个冲程作业后，到下次冲程作业之前这段时间内，必须准确地把完成的冲压件从冲模上取出来。要从冲模上卸下冲压件和网状废料，必须防止冲压件和网状废料粘附在冲模上。该功能是由装入冲模内的固定卸料板、弹簧组成的脱模装置来完成的。,5.1.2 数控冲床的基本组成,当冲压件从冲模上脱模后，紧接着是将冲压件从冲模上取出来。该数控冲床采用压缩空气把从下模或上模上拨落下来的冲压件吹到床身后的工件箱内。一般压缩空气法适用于冲压速度高、冲压件较轻的场合，吹射的方向和空气压力及时间要适当，可以通过安装在冲床曲轴或滑块上的凸轮控制气门来“定时”。同时，在选择风嘴时，风嘴孔径要小（0.20.5mm）。,5.1.2 数控冲床的基本组成,该数控冲床数控系统采用的是应用于冲床的专用数控系统，伺服驱动单元选用步进电动机，专用数控系统硬件采用基于单片机的多CPU（主CPU、从CPU、显示CPU）模块化结构。图5-5为以单片机为核心的数控系统硬件框图。,5.1.2 数控冲床的基本组成,5.1.2 数控冲床的基本组成,图5-5 数控系统硬件框图,如图5-6所示为日本天田（AMADA）公司生产的AE2510NT数控冲床，该冲床采用具有高刚性、高稳定性的“O“型机架，坚固耐用。使用半活动工作台，使冲切速度得到大幅提升，最高可达900hpm（hpm指一分钟冲孔的次数）。 同时，该机型采用伺服电机驱动以及多工位方案，达到高效节能的目的。机床参数如表5-1所示。,5.1.3 AE2510NT数控冲床,5.1.3 AE2510NT数控冲床,图5-6 AE2510NT数控冲床,5.1.3 AE2510NT数控冲床,