数控冲床模具库结构浅析

文／陈永强，逯宪斌·河北沃克曼数控机械有限公司

数控冲床模具库结构浅析

文／陈永强，逯宪斌·河北沃克曼数控机械有限公司

数控冲床是一种利用数控技术对板料进行冲孔和落料的压力机，它的工作台可以按设定的程序做左右和前后移动，模具可以自动调换或自动装卸，因而能用单次冲裁方式或步冲冲裁方式加工出各种形状和尺寸的零件。数控冲床由于其多模具、定位精准以及加工灵活的优势，已成为钣金加工领域的核心加工装备。从上世纪六十年代美国威德曼公司发明数控转塔冲床以来，五十年时间不断有各种新技术融入了该类产品，形成了功能完善、相对通用的冲床。

模具库是数控冲床的核心部件，对整机加工精度有重要影响。数控冲床的模具库结构从功能上可以分为两种，一是实现快速选择模具，二是实现快速拆装模具。

作为一种典型的结构，转塔式模具库可以将不同规格的模具提前安装到模具库的相应工位上，在使用时，转塔快速旋转到程序指定的模具位置进行冲压。模具在转塔上的工位分布有单圈和多圈两种，如图1所示。

单圈分布的转塔加工无死区，机床所有的模具位都可以单独安装模具导向键，从而可以安装非圆模具及异形模具，满足了复杂加工工艺的需求。此外，单圈分布的转塔可以选择更多的旋转工位，一般都可以分布2～4个，甚至可以根据客户的需求定制6个旋转工位。每个旋转工位都可以360°旋转，并且可以安装多子模拓展出更多的工位，满足加工需求。单圈分布的转塔每个模具的下模都是单独的下模座，更换模具时更快捷，但是由于受转塔大小的限制，导致单圈分布的转塔不可能有很多的工位，一般单圈分布转塔的工位数都不会超过40个。多圈分布转塔的模具位一般有2～3圈，可装模具位数甚至可以达到70个。多圈分布的转塔打击头一般采用可以移动的机械结构，它可在不同的模具圈分布位上移动，使冲头能够打击到每个模具，但无形中增加了机床的故障及检修率。多圈分布的转塔由于是多个模具共用一个下模座，无法做到每个模具位都安装非圆模具及异形模具，使得在复杂工艺加工时可能造成二次装夹，降低了加工效率。

河北沃克曼数控机械有限公司的WME332A型转塔式冲床，采用单圈分布厚转塔，如图2所示，其材料为高刚性高耐磨的球墨铸铁。该转塔由伺服电机驱动减速器带动链轮链条转动，机械结构紧凑，负载、动力匹配合理，传动稳定性高，精密调校的转塔定位装置可以确保精确选刀。此系列机型转塔有30、32、36、40等工位可以选择，标配2个旋转工位，可以选配4个旋转工位，每个旋转工位都可以安装多子模满足各种复杂工艺的需求。

国内外转塔式数控冲床普遍采用这种快速选择模具的转塔结构，由于模具已提前安装好，使用时只需要根据程序快速选择相应的模具即可冲压，效率高，故障率也低。

另一种模具快速换模机构是通过实现模具的快速拆装来达到目的，德国通快公司的数控冲床就是这类结构的典型例子，它的模具库是直线式的，即将模具库装在移动工作台的X向滑枕上，模具随滑枕左右运动，直接向主滑块上安装和拆卸模具。这种换模方式是在早期的手动快速换模方式下发展而来的。图3所示为通快公司早期的TC235型手动快速换模装置的结构简图，冲头2、凹模5和卸料圈4预先与换模手把7组装在一起，然后插入滑块和工作台中间。冲头锁紧缸1、凹模锁紧缸6及卸料圈锁紧缸3的活塞大端腔进油，通过斜面机构把冲头、凹模和卸料圈分别锁紧。拔出换模手把，即完成换模操作。更换时间仅需6～12s，方便迅速。

此种形式的数控冲床结构简单，价格便宜，但与自动换模式相比生产效率较低。于是通快公司在此手动快速换模基础上开发出了直线式自动换模机构。

通快公司的TruPunch 3000直线自动换模式数控冲床采用内置工作台，模具装在该工作台的滑枕上，更换比较容易，如图4所示。由于模具向主滑块的安装和拆卸是整体的，因而冲头和凹模容易对中，间隙比较均匀，有利于降低零件孔边的粗糙度。由于滑枕的长度限制，该机可安装18套模具，有些模具是组合式的，可以安装2、4、6或12个单个模具，每套模具都可以绕其轴线在360°范围内任意旋转，因此可以大大减少更换模具的次数。

比利时的HACO数控冲床则在手动快速换模机构基础上开发出了转塔式刀库快速换模机构，其Q5 2522-20型的转塔式刀库如图5所示，更换模具时旋转刀库通过CNC选择合适的模具，然后快速安装到主滑块上。相对于直线式刀库，转塔式刀库能够安装更多的模具，该数控冲床可安装20套模具，有些模具是组合式的，可以安装2、4、6或12个单个模具，每套模具都可以绕其轴线在360°范围内任意旋转。