伺服冲床的构造及使用方法全析 （连载九）

文/张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所

伺服冲床的构造及使用方法全析 （连载九）

文/张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所

本文主要介绍伺服冲床的构造和动态精度的关系。

伺服冲床的构造和动态精度的关系

到现在为止我们讲述了要想充分发挥伺服冲床的优势，冲床的静态精度与动态精度是必不可少的条件，只要达到了条件，就可以对伺服冲床的加工产品做出大胆的期待。现在，我们把至今为止阐述的内容进行一下归纳、整理和分类，并分别进行评价。当然这和加工的内容、冲床的使用方法有很大关系。对于伺服冲床的期待，有以下几方面：⑴提高成形品的加工精度；⑵减少模具的磨损、提高模具寿命；⑶低噪音下的加工生产；⑷实现自动化生产，提高生产性；⑸根据加工内容可以任意改变运转模式；⑹降低电力消耗、节省能源；⑺提高材料的成形性；⑻防止拉伸加工中的材料断裂等等。

要实现上述目的和对冲床机械、伺服电机特性的对应关系，可以参考表1、2、3。表中符号的说明：○表示影响大，△表示有影响，－表示影响很小。

■表1 对伺服冲床的期待内容和冲压机械特性的影响关系

■表2 对伺服冲床的期待内容和伺服电机特性的关系

■表3 对伺服冲床的期待内容和冲压机械的驱动方式的关系

对表1的内容需要进行详细解说。

⑴冲床的静态精度。静态精度直接关系到模具安装到冲床后的精度，是冲床质量中不可缺少的项目，是购买冲床时必须严格检查的重要项目。静态精度不好的冲床动态精度也不好，冲床和模具的损坏或精度劣化也会加速。日本工业规格（JIS）规定：设备在工厂出厂时交给用户的检查成绩表中记载或保证的精度最高为特级，还有1级、2级和3级，伺服冲床必须在1级以上。准备进行高精度加工生产的伺服冲床的静态精度一定要在特级。

⑵冲床机架的变形拉伸刚性。C形机架的冲床，工作台后方左右两侧的机架会被变形拉伸（简称伸长）。由于C形冲床的机架大部分处于工作台的后部，滑块导轨也位于机架的稍后方，因此C形机架的冲床不能很好的体现出伺服冲床的效果。简易型闭式冲床的滑块设在了机架的前侧，这样机架的前侧和后侧的伸长量也不均等。对于简易型闭式冲床的机架，工作台的中心开始后侧的伸长量要比前侧的伸长量小。真正的框架式冲床的左右前后的机架的伸长量是没有差别的，而且伸长量本身就是很小的，所以高精度加工用伺服冲床大都采用这样的机架。因为机架有伸长也就有电力能源的消耗，因此伸长量小的冲床还可以节约能源。一般来说，特级动态精度的冲床的伸长量要比1级的冲床小很多。因加工负荷引起的机架伸长还会带来很大的加工噪声。尽量减少加工中的机架伸长量也可以有效地抑制机架的瞬间释能的问题。

在冲压加工中偏心载荷是不可避免的，因为偏心载荷的作用前后机架、左右机架的就会发生不同的伸长量，滑块和工作台的平衡度被破坏，上模和下模的平行度也就不能保证。也是因为这个偏心载荷，使得滑块和工作台的中心位置发生了变化，导致上模和下模的中心位置发生偏差，模具的冲头和凹模的内外壁就有可能发生碰撞冲击，严重时会导致冲头和凹模破损。因此。机架的变形伸长量也是选定冲床时的重要项目。

⑶冲床滑块的刚性。一个曲轴的冲床（单点冲床）滑块的刚性和双点曲轴式冲床或4点冲床相比，滑块的刚性是有很大差异的。单点冲床的滑块由于在滑块中心的连杆所连接，也就基本上不会发生滑块的挠度弯曲变形。这样单点冲床所用模具在设计时，要考虑前面论述过的偏心受力（或者偏心负荷）的问题。双曲轴冲床由于双点之间受力时，就会产生挠度变形，而且其变形量也会伴随双点间隔的增大而增大。所以伺服冲床设计时，尽可能要考虑到这点，不是万不得已，就要有意识地回避加大间距。

一般来说，滑块的刚性提高难度是非常大的。购买冲床时一定要提前向厂家提出要求，听取厂家设计人员的设计思路和想法，了解提高刚性的具体方法，达到双方的满意。滑块的刚性高低与否，从外观上来看，滑块很重而且很结实，使用的钢板很厚，焊接非常得体。或者铸件很厚实，这是重点。良好的焊接滑块，很大程度上取决于选用钢板的好坏，有没有高焊接技能的熟练技工，再加上是否按照标准的操作规程来实施的。

⑷冲床底座的刚性。冲床底座的刚性与滑块的刚性类似点很多，只是不是双点之间的间距，而是受机架的间距所影响。若在底座内设置缓冲垫的冲床，由于其底座的刚性不高，就要把缓冲垫分为几等分，在中央附近设计上补强筋来增强刚性。工作台加厚会有增加刚性的效果，但是一旦有了缓冲垫、落料孔，就会使工作台的刚性大大降低，因此，要尽量将其孔的大小和数量减少到最小限度。

⑸冲床驱动系统的刚性。冲床驱动系统包括了曲轴、连杆、油压式过负荷保护装置、滑块调节装置等，这些部件由于在冲压受力时会发生收缩、弯曲、油的压缩力等原因会影响到伺服控制的准确性，尤其是驱动系统的刚性靠外观是看不到的。所以，这就要凭借厂家的经验多少和执行的标准高低，用户在选择时务必要仔细确认。

⑹滑块导轨的数量。滑块的导轨是滑块抵抗偏心负荷、不发生倾斜的重要装置。许多厂家的质量问题往往就是由于滑块轨道的设计，布局或者材质等的不合理而造成的。被认为比较好的滑块导向是8面直角导向。在导轨上使用润滑油或油脂的不同，也会对导向的效果产生很大的差别。高精度的伺服冲床必须使用铜合金的导轨衬板和选用润滑油润滑。

滑块与导轨之间间隙的调节机构（一般多用螺栓调节方式）也是非常重要的，这个调节机构抵御着因偏心负荷引起的滑块的倾斜，所以调节用部件的刚性不好的话即使有了8面导向也不能达到预想的精度，这个调节机构的好坏也是判断伺服冲床机械部分的条件之一。

⑺滑块导轨的间隙。只有8面的滑块导轨及润滑油还不够，导轨与滑块的间隙也是很重要的问题。好的伺服冲床这个间隙必须要在0.01～0.02mm以下。要使导轨间隙一直能够稳定在0.01～0.02mm以下，并非是件容易之事，必须首先要使各加工零部件的精度要非常精密和稳定才可。

因此，要想选用优良的伺服冲床，就要对厂家进行考察，了解加工设备好坏，检查齿轮是否经过精密磨齿，查看装配环境和观察操作人员的技能等，才能作出综合判断。

以上内容是对冲压机械的通用表述，但是在选择伺服冲床时更要特别注意，把以上内容作为检查重点。

图1 滑块上下运动随时间变化的曲线

滑块的速度和伺服冲床

曲轴冲床是利用曲轴的偏心部分的回转使滑块上下运动的，图1表述了滑块的上下运动随时间变化的曲线。在整个行程中，滑块处在中间附近位置时速度是最快的，向下死点行进的过程按三角函数的曲线减速，到下死点时速度为零。

进行拉伸加工时，在部品的拉伸深度以上下死点上面较高的位置即速度还很快的地方开始向下死点行进的过程始终在进行拉伸加工，直到拉伸加工完成时正好是下死点速度为零。也就是说拉伸加工的过程，是在速度由快到慢的速度变化的过程中进行的，被压板按压的边缘部分拉伸也是在速度变慢的过程中进行的，同时对速度非常敏感的摩擦系数也在发生着变化，对于皱纹的发生和断裂等也会产生极大的影响。另外、冲头通过凹模的拐角部的速度也是在变化中，凹模拐角部进行的弯曲、弯曲回弹的残留应力也会变化，因而影响到拉伸部件的精度。

图1滑块的运动为实线，速度为虚线，滑块在上死点和下死点的速度为零，行程的中间（曲轴角度90°）附近为最大。拉伸加工的开始角度为135°，这个角度根据拉伸深度而变化。一般拉伸加工时材料的极限拉伸速度是300mm/s，如果让开始拉伸时的速度在这个速度之下破损等问题就会少一些。因此要求冲床具有能够根据拉伸产品来改变速度的机能，虽然连杆式冲床、可变速的冲床相继出现，但是选择范围很小仍然不能满足生产的需求。伺服冲床通过数控技术可以任意设定最合适的拉伸速度，不但扩大了冲压加工的范围也使伺服技术得到了更广泛的使用。

下一期将介绍伺服电机的种类与驱动器，并解说伺服冲床机械的构造与动态精度的关系。