伺服冲床的实际应用 （连载五）

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

伺服冲床的实际应用 （连载五）

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

多工位搬运与最大拉深深度

通过伺服冲床进行多工位加工运转方式大致分为两种，第一种是冲床始终处于连续运转状态，多工位搬运装置与冲床滑块的运转模式实现机械式或电气上的同步，实现多工位搬运的方式；第二种是冲床处于断续行程状态，在冲床停止时实现多工位搬运，机械手的搬运一般采用这种方法。

第一种连续运转方式是冲床在每个行程完成后不停止，生产率较高。多工位搬运装置必须在与上模的动作不发生干涉的前提下，才能完成从模具中取出工件和送入工件的动作。一般的设定是在曲轴角度240°～295°之间的55°范围内实现夹持，在300°～60°的120°之间完成送料。图1所示为二维多工位搬运装置动作与冲床曲轴的关系。

三维多工位搬运装置是在二维多工位搬运装置的基础上，增加了提起和放下的动作，那么原来二维搬运时用来夹持的55°角中的35°就被分割出来，在曲轴的240°开始到275°之间完成夹持的动作，留出5°的时间后开始提升，然后在提升完成前的5°开始搬运，也就是说在最后的5°中夹爪边提升边移动。

图1 二维多工位搬运装置的动作与冲床曲轴角度的关系

图1中标明“最大拉伸深度H是冲床行程长度S的35%”，图中的角度分配可以看出要使搬运装置在实施夹持、搬运、放下等各个动作时，上、下运动的模具与夹爪、成形工件不发生干涉，最大拉深深度只能限制在冲床行程长度的35%以内。对于三维多工位搬运装置来说，由于需要上升和下降的动作，所以能够拉深的深度中就被减少50%的升降行程高度，原因是多工位搬运装置在提升时要与上模的上升保持同步，必须避免与上模发生干涉。此外，二维多工位搬运装置的最大拉深深度是行程长度350mm的35%，约122mm，同样的行程长度的冲床配置三维多工位搬运装置时，如果搬运杆的提升量为80mm，提升量的50%就是40mm，因此最大拉深深度就减少了40mm，为82mm。三维搬运时拉深深度比二维搬运时要少，这一点在选择带有多工位搬运装置伺服冲床时必须引起注意。

图1是对行程的长度方向（垂直面）上与模具的干涉解析，在进行模具设计时，还必须有水平面的解析（图2），充分做好分析就可以避免模具的导柱（或导套）与搬运装置上的夹爪发生干涉。当滑块的行程长度350mm，送料步距250mm时，图1中的格子部分是上模与夹爪的干涉部分领域，上侧表示上死点附近，下侧表示下死点附近，特别要对下侧的下死点附近是否会产生干涉要正确评价。这与模具有着密切的关系，应与模具的设计人员一起进行技术性讨论。

机械手搬运时的最大拉深深度

机械手搬运分直线式搬运和五轴多关节机械手（机器人）搬运的两种方式。

⑴直线式搬运。冲床上的机械手是为提高生产效率而设置的专用设备。普通冲床在每个行程停止一次的断续运转方式使用的情况较多，但在使用伺服冲床的情况下，就可以实现不间断的连续运转机械手搬运方式。理论上断续运转方式的最大拉深深度，可以接近滑块行程长度的50%，实际上还要受到冲床的公称能力、发生位置和飞轮能量的制约。连续运转方式和断续运转方式对于多工位搬运装置都没有影响。

⑵多关节机械手（五轴多工位机器人）的搬运方式。多关节机械手的动作速度决定了冲床要实现断续运转方式，最大拉深深度是滑块行程长度的50%，同样受上述条件的制约。

图2 多工位搬运装置的动作与上模在水平面上的干涉关系

料片的供给装置

无论是使用多工位搬运装置还是机械手的搬运方式，最初料片的供给必须准确，并按照合适的时间曲线进行，否则就会造成生产率低下。需要注意以下几方面：

⑴防止两张送料。两张料片同时送入模具是不允许的，这要依靠冲床的检测系统来保证。首先，送入模具的素材一定要是单张并且确定地分离，考虑到万一没有分离的情况发生，就要设置检测装置进行监视。如果料片上有油，分离就比较困难，供给误送的几率就比较大。

⑵定位和方向判别。要保证材料的位置放置准确，就要采用模具内设置导柱、压板等方法，如果是异形素材的话还应设置判别材料方向的感知器。

⑶模具内的检测器。在使用机械手进行材料供给时，一般都采用真空吸盘来将材料吸引、把持、移动，随着搬运速度的加大，真空吸盘的吸引力被加速度所击败，片材的位置就会发生误差，因此需要设置误送检出装置。

换模的自动化和合理化

换模存在着一定的危险性，要求有严格的更换程序。

⑴升模器的延长导轨和模具的进出装置（图3）。将排列着许多滚柱或滚珠的滚道放置在工作台的沟槽内，下部设有抬模器。通过油压或凸轮的方法使其上升，将模具举起离开工作台，模具可以在滚道上实现轻松移动。在工作台的前面设置升模器的延长滚道（也称为延长臂），卸模时把模具移动到延长滚道上后，再用吊车或叉车把模具移开，上模时反之。此种形式的自动化换模装置，可承受的重量、延长滚道的强度一般在1000kg以下，如果模具较重，就要考虑采用较安全的移动式工作台的方法。

图3 模具交换用抬模器和延长滚道

⑵换模台车。在冲床的前面或后面设置移动式台车，台车高度与工作台的高度相同，台车上表面设置排列有滚珠的滚道，使模具能够顺利地移动到冲床的工作台上或从工作台上移动到台车上。

⑶移动式工作台。采用移动式工作台的换模方式一般是在模具重量超过5000kg时必须使用。这种方式主要有以下特点：

1)移动式工作台的行走。在工作台的侧面安装马达驱动的车轮行走装置，实行按钮操作，在车轮内部或在冲床的底座上设有升降功能，由此来实现模具的交换。

2)移动工作台的行走方向。移动工作台的行走方向可以是冲床的前后左右任何方向，应根据工厂的实际情况确定生产线的构成和移动工作台的移动方向。如果是只有一面工作台，换模需要的时间就会较长，一般设置2面工作台。两面工作台换模还可以采用十字形交换方式。

3)缓冲装置的顶料销的处理。每个成形品所需要的顶料杆位置不同，所以每更换一个产品都要进行顶料销的重新调整。大型的冲床机械大多采用移动工作台，顶料杆就存放在移动工作台的销钉孔内，不需要进行顶料杆的重新调整。顶料杆是与缓冲装置顶板的运动完全一致的上下运动，在不需要顶料杆时，在下模压板的相应位置上可以开出能让顶料杆躲避的空间，使顶料杆可以自由进出。

4)移动工作台上的模具夹持。在冲床的外面进行模具交换时，使用模具夹钳将下模锁紧在工作台上。模具夹钳的夹紧是油压式的，油压是通过能够伸缩自如的油管供给。

移动工作台的行走、升降也需要使用卷取机来保证动力线的伸缩需要，冲床周边自动化装置需要的管路、检测装置，使用的电源插座都是通过设置在冲床内接口进行自动化连接。

⑷模具的定位和模具与工作台结合状态的检测。在工作台上有2个以上凸出的销栓，可以对模具的底板起着导向和定位的作用。在自动化交换系统销栓的侧面可以设置接近开关，从电气的控制上确认模具与工作台是否完全结合。

⑸下脚废料的处理（图4）。下脚废料的处理也是冲压工厂的重要作业，如果出现滞留堵塞可能会造成生产停滞的严重后果。从模具内排出来或取出来的下脚料，落在冲床的底座下边或前后位置，这些下脚料的大小不一、形状复杂，所以需要在产生下脚料的位置设置滑道、输送带等，使下脚废料能够顺畅地排除。对于较大的下脚料还要在模具内增加将其切断的工位，将大的下脚废料分割以达到不影响自动处理的目的。

图4 下脚废料的处理

伺服冲床的应用分析

伺服冲床的介绍和实际应用至今已经连载了2年时间了，本期作为最终篇与各位读者再见。在日本大约20年前开始生产伺服冲床，到目前为止制造厂生产的冲床大约有80%是伺服冲床。欧洲（EU）从2000年开始迅速发展，至今仍在发展中，成熟的伺服冲床制造企业和生产出的台数还不多。在中国随着经济发展的大趋势，伺服冲床也表现出急速发展和普及的态势，这也说明中国已经开始进入了伺服技术发展的时代。先行者先得利，能够先行一步学习、掌握伺服技术的企业将会获得良好的回报。

截至目前，伺服冲床机械在各个冲压生产领域内都表现出不凡的成绩，但伺服冲床的性能受到评价最高的还是来源于汽车零部件的制造行业。在汽车的零部件中，使用了很多高张力、高强度的钢板，这种钢板的成形性很差，不能准确地复印出模具形状、模具的咬死等现象频繁发生。面对这些问题，解决的最好方法就是使用伺服冲床进行加工。把高张力钢板加热到800～1000℃,再进行冲压加工的热冲压成形方法开始应用。加热的钢板在模具内急剧冷却成形，一举解决了高张力钢板的成形难和形状精度差的问题，这其中伺服冲床发挥了主力作用。

另外，实现汽车轻量化另外一个方法就是越来越多的使用复合材料，这将会给冲床带来偏心负荷过大的严重问题。解决偏心负荷问题仅仅靠伺服冲床也是远远不够的，迄今为止伺服冲床也还不能满足金属冲压成形的许多现实问题，也就是说伺服冲床并不是万能。伺服冲床要根据使用需要进行设计、制造，但是如果对伺服冲床没有足够的理解和认知，即使使用了良好的机能，也并不能发挥伺服冲床的实际功能，反之还有可能造成设备损坏。

无论是拉伸、弯曲、落料还是钣金、温锻、冷锻，甚至热锻都可能用伺服冲床来完成的时代已经到来，冲床的制造厂家与使用厂家的信息沟通、技术交流和研究开发是双方共同发展的基本条件。决不能小看了伺服冲床的发展前景，它有着庞大的空间等待我们去开发和利用。

但遗憾的是，中国的伺服冲床设计和制造还停留在论文研究、样机开发和展机展出的阶段，实现低速高扭矩的伺服电机国产化和伺服冲床的量产还很艰难，驱动放大器和控制系统的软件开发离国际上的先进水平还相差甚远。因而，中国伺服冲床的使用也就远远没有普及，人们对高价的进口伺服冲床，还只能是望洋兴叹和心有余而力不足。在此基础上，江苏中兴西田数控科技有限公司担负着这种责任和使命，在2年前已开始了引进海外伺服专家，整合大量的人力和财力，着手了重点开发伺服冲床的研发队伍，如今已经取得了重点技术突破，完全实现了兴锻—CPTEK独立自主民族品牌的伺服冲床国产化和量产。在交付给客户使用后，受到了广大客户认可。感谢冲压行业的技术人员对伺服冲床知识普及和推广的长期关注，希望使用伺服冲床的厂家能在技术改造，工艺革新过程中，享受使用伺服冲床的红利并不断发展壮大。