基于钣金制造工艺的机械自动化控制技术研究

王盈学

摘要：机械制造在社会经济发展中起到非常重要的作用，现代机械制造逐渐朝向智能化、信息化方向发展，可以显著提升机械加工效率与品质。钣金制造具有加工成本低、产品质量小、力学性能好等特征，在机械制造领域占据关键的地位。为了进一步探究机械自动化技术，以钣金制造工艺为基础，以数控转塔冲床为例，从机床主体、回转头、自动换位夹钳、CNC程序控制部分以及专用模具部分五个部分进行研究。

关键词：钣金制造;机械;自动化

0  引言

在机械生产加工过程中，钣金工艺是常见的加工方法之一，在机械制造中发挥了非常重要的作用。目前，我国钣金加工具有加工成本低，加工完成的零部件具有外形尺寸小、质量轻以及力学性能好等特征。隨着现代社会经济水平的不断提升，各个行业对钣金加工的要求越来越高，不仅要求钣金加工能够获得较高的加工效率，同时也要求能够获得较好的品质，传统钣金加工工艺已经无法满足现代社会加工需求，必须要寻找有效的办法解决当下问题。自动化技术的出现给钣金加工带来了新的方法，提高机械自动化技术在钣金制造中的应用能够很好的保障零部件加工的质量与效率，极大提升了现有钣金加工设备工作能力。

本文以数控转塔冲床为例，探究了钣金制造工艺中机械自动化控制技术的应用，为我国钣金制造工艺进一步发展奠定基础。

1  数控转塔冲床自动化分析

为了更好的探究钣金制造加工中机械自动化控制技术的应用方法，以数控转塔冲床为代表进行深入研究，以转塔冲床自动化控制问题为基础，进一步分析与总结冲床自动化发展方向。从现阶段钣金加工设备类型来看，数控转塔冲床的先进程度在众多钣金设备中名列前茅，从机械构造与功能上来看，数控转塔冲床本身具有多工位压力回转头、模具资源库以及自动化更换系统，不仅能够保证零部件加工品质，同时也能够显著提升加工速度，获得更好的经济效益[1]。

另外，数控转塔冲床除了拥有一个主工作台面外，还设置了一个面积较大的辅助工作台面，能够极大提升操作人员工作的便捷性。

2  数控转塔冲床本体部分

2.1 机床主体

从机床整体构造来看，数控转塔冲床使用的是三厢体型机构，融合现代先进的有限元分析方法，对其进行多次的静态以及动态测试，详细每次测试获得了试验数据，对各项数据进行分析与总结，以此为基础进行设备机构的优化，保证冲床设备具有非常好的刚性，能够满足各个加工工况下的使用需求，尽可能降低主体强度对加工精度的影响。从安装层面来看，机床主体部分安装较为容易，不需要较高的专业水平与技术。对于最大冲孔力小于200KN的数控转塔冲床，在进行安装过程中只需要采用调整安装板、紧固螺丝以及减震板等部件，在安装中将减震板与地面直接相连，然后将调整板安装在转塔冲床与减震板之间，最后用紧固螺栓固定[3]。当转塔冲床最大冲压力大于200KN，在以上安装方法的基础上还必须要增加二次件，将二次件直接和转塔冲床固定到一起，安装方法非常简单。上述两种级别的转塔冲床安装方法都可以确保其在工作600小时以后，机床本体部分依然拥有非常好的水平精度。

2.2 回转头

众所周知，回转头也可以称之为转塔，目前转塔冲床采用的回转头工位数量主要为22位以及40位，分别表示转塔冲床能够同时安装大小规格不一的模具冲头22个以及40个，在进行钣金加工时，较多规格的模具冲头数量能够有效减少冲压过程中更好模具冲头的次数，减少钣金冲压工作辅助时间，提高加工效率[4]。转塔冲床能够实现模具冲头的自动化更换，在实际加工过程中，模具冲头更换流程如下[5]：转塔冲床依照设定好的程序进行第一个冲孔工序，在首次冲压结束以后，当下一项冲压类型与上一次相同时，则不需要更换模具冲头，如果接下来的冲压工作与上次不相同，就需要根据具体的冲压类型更换相应的模具冲头，此时机床主系统会将相关指令传输到控制台以及伺服电机编码器中，再利用传感器检测气动销钉的位置与状态，首先，打开气动阀门，通过压缩气体将气动销钉弹出去;其次，伺服电机在接收到信号后进行回转头旋转，保证需要更换的模具冲头中心与冲压点中心重合;最后，反向进行压缩空气进气，将气动销钉重新固定到销孔中，传感器检测正常后就可以进行接下来的冲压工作。

2.3 自动换位夹钳

一般来说，在每个转塔冲床沿X轴方向的导轨上都安装有夹钳装置，一方面可以在加工中夹持零部件，另一方面可以通过夹钳有效拓展转塔冲床的工作区间，保证超过机床工作台面长度的零部件也可以进行加工，极大的提升转塔冲床的使用便捷性与加工能力[6]。比如说，中国通快有限公司生产的数控转塔冲床MOTORUM2248，该冲床X轴最大可移动范围为1124mm。但是在实际加工过程中，有些零部件的长度超过了1124mm，许多甚至达到了2000mm，在这种情况下自动换位夹钳就发挥了巨大的作用，转塔冲床先进行1124mm范围内的冲压任务，在加工完成以后通过换位夹钳再将零部件移动到1124-2248mm范围内，完成1124mm范围以外的加工工序，加工完成以后再将换位夹钳恢复到初始位置。通过这种方法能够有效拓展转塔冲床工作范围，简化数控冲床加工程序。

2.4 CNC程序控制部分

为了更加全面的说明转塔冲床CNC程序控制部分，以村田机械株式会社公司的“WIEDMAN”软件为代表。这个软件具有非常强大的编程功能，操作方式较为简单，逻辑性也不复杂，在进行一些非常复杂零部件的程序编写时，WIEDMAN软件也能够在有限时间内轻而易举的实现。这个软件是多个软件组成的结合体，包含的每个软件都有着自身的特征，从而能够实现不同的功能。通常情况下，整个软件构成中大概有28个词句，而应用非常广泛的主要为以下几条[7-8]：

第一，X Y DX DY（X Y为增值语句）

C表示为旋转角度;T表示为模具工位序号

第二，OFS / ： 设定局部坐标系数

FRM / ：设定绝对坐标系数

REP / ：设定夹钳自动换位参数

MOV / ：设定初始点参数

第三，INC / ：直线间隔冲

GRO / ：格子冲

LAA / SAA /：斜线间隔冲

第四，PAT * / END *：设置子程序

MRG** / ：提取子程序命令

第五，SYS / SYC / ：和相關轴对称冲命令

X以及Y的坐标数值都是相对于初始点位置的绝对坐标值，通过这种方式能够有效降低程序编码的难度与复杂性。

X50Y50T05

（I=4.7，R=3.2）

INC / R 30 4

INC / U 40 4

上述列举的数控程序编写方法都较为简单，在面对较为复杂的数控程序编写时，只需要在上述程序的基础上进行相关的改变和添加即可，使得每点坐标相应的多增加一点，在通过专业的数控编程软件上的编程以及修改功能就可以快速完成程序编写。

2.5 专用模具部分

在进行一些形状不规则、数量较多的非标准化零部件冲压时，需要制作专用模具来提高冲压精度与速度。专用模具结构整体比较单一，包含了冲头、冲头固定座、打料圈、螺栓固定凹模与凹模固定座，同时在设计时要考虑到冲压磨损，保证在长期使用中冲头与凹模能够保持较好的精度。根据现阶段自动化数控冲床工位数主要为22位以及40位，设置A、B、C、D、E、F、I七个旋转工位。

上述旋转工位中，A到D工位为快速切换工位，熟练的操作工人可以在5min时间内完成冲头以及凹模的更换，一些水平较高的工人还能够完成整个模具的切换，正常切换流程如下：将数控冲床设备切换到换模状态，紧接着卸下压圈，之后就可以将上模取出，再将凹模拿出来，使用专用扳手将上模中的固定螺栓取下，拿出需要更换的冲头，然后依照标准将凹模安装到固定座上，再将冲头与压圈固定好，最后开始盘车，同时将打料圈固定在对应位置。

E到I工位更换方法与A到D工位大致相同，不同的是E到I工位模具体积较大、重量也较重，在进行更换前需要做好准备工作，将初始零度调整好，这必然需要花费一定的时间，所以E到I工位模具更换时间一般在7-10min。由于转塔冲床能够实现工位的360°旋转，所以在开展编程工作时，必须要对旋转参数进行调整，保证各个工位模具能够实现倾斜、直线与弧线加速等动作。同时通过垂直平行的角度开展采编工作，可以在回转头旋转过程中同步进行采编工作，减少旋转过程中浪费掉的时间。

3  结语

机械制造水平高低影响到我国诸多产业的发展，随着科学技术水平的不断发展，必须要加强机械加工自动化建设，更好的提高钣金加工过程中的自动化水平，强化钣金加工的精准性以及效率，为我国钣金加工进一步发展奠定基础。

参考文献：

[1]钣金加工需引进先进技术 自动化成大势所趋[J].机床与液压，2017，45（11）：107.

[2]何文学.智能化生产线中钣金类零件的异形横断面切断模具的设计分析[J].锻压技术，2019，44（12）：104-108.

[3]袁蔚.关于钣金机械加工及其自动化的探索[J].江西建材，2017（16）：298-299.

[4]王向红.面向低成本的大中型钣金覆盖件的高效制造模式研究与应用[J].日用电器，2017（06）：21-26.

[5]李斌.钣金冲压自动上下料机械手的研究与开发[J].现代制造技术与装备，2017（02）：49-50.

[6]李成祥，张耀磊，沈毅军，王金昌，刘丁一.基于PLC的钣金成型自动化设备设计[J].机械设计与研究，2018，34（03）：163-166.

[7]宋拥政.工业4.0下数字化、智能化、网络化的钣金加工技术展望[J].金属加工（热加工），2014（23）：40.

[8]彭鹏，邓梅，陆慧.基于SolidWorks的钣金参数化设计制图二次开发[J].现代机械，2017（02）：70-74.