精冲压力机上死点精度控制技术

耿 渝，孙成建，田世领

（扬州锻压机床股份有限公司，江苏扬州225128）

1 概述

由于精冲模的凸、凹模间隙非常小（通常为0.01mm～0.03mm），所以在精冲加工时，应精确控制设备的上死点位置（一般应控制在0.02mm以内），使得既要让工件与原材料分离，又不能允许凸模进入凹模，以造成模具刃口损坏，这一点与普通冲裁加工截然不同。上死点位置控制就是指设备的上死点重复精度控制，设备每运行一个循环，滑块即通过一次上死点，冲出一个工件。在模具完成冲裁动作的瞬间，由于惯性力的作用，滑块还将继续运行，直到限位装置发生作用。因此滑块惯性力大小、限位装置的结构形式、刚度大小、接触间隙等因素，都会给滑块上死点位置精度产生影响。

2 技术方案分析

根据精冲过程分析，如果能够减少滑块惯性力，并提高限位装置刚度，就能有效提高滑块上死点精度。滑块惯性力是在精冲过程完成的瞬间，材料突然断裂后，滑块剩余的动能所产生的。而滑块的能量来源是液压系统提供的液压能，液压系统又是靠控制系统控制的，因此只能从液压与控制系统着手分析。滑块运动到上死点时，控制系统要给液压系统发出回程换向信号，各种执行元件（如电磁阀等）动作，驱动滑块回程。假设在控制程序设计时，预先给换向动作设置一个合适的提前量，保证滑块既能完成冲裁动作，使工件与材料顺利分离，又没有太大的能量剩余，就可以大大减少惯性力，减低对限位装置的撞击，从而提高上死点精度。

液压式压力机不像机械式压力机那样，有一个固定的死点位置。普通的液压机，是靠行程开关控制死点位置的，行程开关的固有结构决定了死点位置误差较大，不能满足精冲工艺与模具要求。因此在精冲压力机上必须专门设置刚性限位装置，强行给滑块限位。由于在同一台压力机上安装使用的精冲模具会有不同的封闭高度，因此该限位装置的高度也必须随之调节。这就必须设计一个既能调节高度，调节后又要保持较大刚度的限位装置。

3 限位装置设计

根据以上分析，设计了一套如图1、图2所示的上死点高度调节装置。

图1 闭合高度调节装置简图

该装置由主油缸、限位螺母、主柱塞、传动装置、驱动装置和锁紧油缸等组成。限位螺母内置于主油缸内，通过梯形螺纹与主油缸内壁连接。当步进电机驱动限位螺母旋转时，限位螺母即沿主油缸内壁上下移动，螺母下端面与主柱塞环形上端面之间的距离，决定了主柱塞的上行位移大小，也即决定了滑块上死点高度。当限位螺母往上运动到某一位置停止时，滑块的上升距离增大，设备（模具）的闭合高度减小；当限位螺母往下运动到某一位置停止时，滑块的上升距离减小，设备（模具）的闭合高度增大。为了提高调节精度，该装置采取了以下措施：

图2 限位螺母传动装置简图

（1）适当增加限位螺母的厚度以增强其自身刚度，减小因主柱塞撞击产生的变形。

（2）提高螺纹副的加工精度，减小螺纹副间隙。

（3）在主油缸沿周增设四个锁紧油缸，在每次调节动作完成后，给油缸通以高压油，使四个锁紧柱塞始终顶紧限位螺母法兰，从而使限位螺母的螺纹副始终压靠在同一侧，进而强制消除螺纹副间隙。锁紧油缸液压系统原理图如图3所示。

4 调试与控制程序设计

设置滑块提前换向量以降低其惯性力的设计思路，也已进行了整机控制程序的编制：在设备人机操作界面上，设计提前换向时间选项，该时间从0.01s～0.50s无级可调，方便用户根据不同材质和厚度调节，效果明显。

5 结束语

根据上述研究成果，设计完成了10000kN精冲压力机封闭高度调节装置，目前已随主机一起投入使用，并取得了很好的效果。图4为10000kN精冲压力机。

图3 锁紧油缸液压系统原理图

图4 10000kN精冲压力机

[1]王孝培.冲压设计资料.北京：机械工业出版社，2000.

[2]涂光祺.精冲技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]彭建声.冷冲压技术问答.北京：机械工业出版社，1981.

[4]周开华，幺廷先.简明精冲手册[M].北京：国防工业出版社，1998.