數(shù)控平板沖孔機的改進(jìn)與應(yīng)用

李志申，李大鵬，李春武，周麗麗，朱 煜

（1.濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司 高端汽車裝備公司，山東 濟南 250306；2.國機鑄鍛機械有限公司，山東 濟南 250306；3.吉林弘凱專用車制造有限公司，吉林 長春 130000）

經(jīng)過近20年的發(fā)展，汽車縱梁數(shù)控平板沖孔機已在業(yè)內(nèi)得到普及應(yīng)用，目前各主機廠及主要配套廠的平板沖保有量達(dá)300余臺套，成為汽車車架縱梁沖孔的主要設(shè)備之一。其沖孔精度直接影響整車的裝配，其穩(wěn)定性直接影響到訂單的執(zhí)行。濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司的該類產(chǎn)品，在市場上占有率最高，其產(chǎn)品根據(jù)使用的具體情況和市場需求，進(jìn)行了改進(jìn)升級。本文把近幾年的改進(jìn)升級情況作簡要介紹。

1 改進(jìn)內(nèi)容

統(tǒng)計我公司設(shè)備在使用過程中所出現(xiàn)的問題，我們進(jìn)行了問題匯總，篩選了問題比較集中的幾項，有針對性地進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，以下分別進(jìn)行闡述。

1.1 性能提升

1.1.1 床身

床身是沖孔機的核心部件之一，沖壓主油缸、模具庫均安裝其上，整體運動重量約10噸，使Y軸電機負(fù)載較大，直接影響Y軸絲杠的工作狀態(tài)和壽命。通過ANSYS軟件，對現(xiàn)有床身進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化，在保證強度的情況下，通過合理的焊接結(jié)構(gòu)變化，使床身重量減輕16%；同時對其進(jìn)行模態(tài)分析，得到了焊接床身的前5階固有頻率及振型，與外界激振頻率相比較，該焊接床身不會產(chǎn)生共振，結(jié)構(gòu)合理，動態(tài)性能滿足要求，極大改善了絲杠工作狀態(tài)。優(yōu)化結(jié)果如圖1所示。

圖1 床身優(yōu)化

1.1.2 沖孔效率

改進(jìn)輔助夾鉗的送進(jìn)導(dǎo)向長度，將原來的有效送進(jìn)距離800mm，改為現(xiàn)在的1560mm，使板料在沖壓過程中，只經(jīng)過一次送料，便可有效地使板料前端或后端通過主機完成沖壓。在整張板料沖壓過程中，減少了夾鉗交換次數(shù)，由原來5次交換改為3次交換，不但提高了沖孔效率，而且提高了沖孔精度。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 夾鉗結(jié)構(gòu)

1.1.3 潤滑

主要潤滑點從脂潤滑改為油潤滑，解決了南北地域差異產(chǎn)生的不同潤滑效果。稀油潤滑點部件，通過增加導(dǎo)油槽及收油盒，使油液能及時回收，保持設(shè)備的潔凈。同時把潤滑泵改為程控泵，可根據(jù)設(shè)備實際工作環(huán)境和使用情況，靈活調(diào)整供油量，改變了原來由系統(tǒng)控制的定量加油方式，使用起來更加靈活。

1.1.4 板料刮痕

下模座上增加浮動式萬向球，在板料沖壓中，壓料板通過板料先將萬向球壓縮，使板料與下模座貼實后，模具再沖過板料完成沖孔。沖孔完成后，隨著模具上升、壓料板復(fù)位，萬向球浮動，推動板料與下模座出現(xiàn)空隙，此時夾鉗再進(jìn)行送進(jìn)，解決了板料在送進(jìn)過程中與下模座摩擦產(chǎn)生刮痕問題，為后期提高車架電泳質(zhì)量起到明顯的改善作用。

1.1.5 編程軟件

原來的編程軟件，依附計算機操作系統(tǒng)和Auto-CAD版本，各廠家平臺不一，使用起來比較麻煩。新開發(fā)的軟件采用外掛式，不依賴前述條件，有效解決了平臺不一問題，方便用戶使用。

1.2 精度提升

1.2.1 輔助夾鉗及支撐結(jié)構(gòu)改進(jìn)

原來輔助夾鉗的結(jié)構(gòu)是采用兩個油缸上下運動來完成板料的夾持。上油缸工作行程比較大，導(dǎo)向較長；下油缸鉗口板較窄，且也為上下浮動形式，在下油缸X軸運行區(qū)域，油缸兩側(cè)對板料支撐的為萬向球結(jié)構(gòu)。在板料送進(jìn)時，上下油缸同時伸出，夾持住板料，由于萬向球有高低差，會引起板料沿著Y軸方向傾斜、偏移，造成板料端部送進(jìn)沖壓時不同模位沖的孔精度受到影響，嚴(yán)重時造成產(chǎn)品報廢。如圖3、4所示。

改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)將上油缸行程縮小、導(dǎo)向變短；下油缸伸縮浮動結(jié)構(gòu)改為固定式，兩側(cè)萬向球支撐改為無動力滾筒支撐，增大了支撐面積，且便于調(diào)整整個支撐輥道的水平度，避免了原來夾鉗結(jié)構(gòu)使板料Y軸方向出現(xiàn)的傾斜偏移現(xiàn)象，提高板料端部沖孔精度。

圖3 原有結(jié)構(gòu)

1.2.2 輔助夾鉗運動導(dǎo)向

輔助夾鉗共有兩根導(dǎo)軌導(dǎo)向。原有輔助夾鉗的基準(zhǔn)導(dǎo)軌與主夾鉗的基準(zhǔn)導(dǎo)軌共用，輔助導(dǎo)軌獨立安裝。在安裝輔助導(dǎo)軌時，很難保證輔助導(dǎo)軌與基準(zhǔn)導(dǎo)軌在全長范圍內(nèi)的平行度，只能保證輔助導(dǎo)軌長度范圍內(nèi)兩根導(dǎo)軌的平行度，而恰恰是輔助導(dǎo)軌長度范圍外的平行度對板料端部沖孔精度影響更大。如果輔助導(dǎo)軌和遠(yuǎn)端基準(zhǔn)導(dǎo)軌平行度不好，則在沖壓送進(jìn)過程中，輔助夾鉗會把板料頭部或者尾部帶偏，影響不同程序段沖孔的精度。

改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)使原來主夾鉗和輔助夾鉗一共四根導(dǎo)軌變?yōu)楣灿脙筛鶎?dǎo)軌，能夠很好地保證兩根導(dǎo)軌的水平度和平行度，使主夾鉗和輔助夾鉗易于安裝與調(diào)整，板料送進(jìn)中運動方向一致，從而提高了沖孔精度。如圖5、6所示。

1.2.3 主夾鉗結(jié)構(gòu)改進(jìn)：鉗體與浮動

圖5 原有結(jié)構(gòu)

圖6 新結(jié)構(gòu)

老式主夾鉗采用懸臂式結(jié)構(gòu)、擺動式浮動，懸臂結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不好，受導(dǎo)軌水平度、直線度的影響，送進(jìn)過程中會帶動板料來回擺動，影響Y方向的沖孔精度。擺動式浮動，在板料翹曲或X軸、Z軸同步性不好時，會拉動板料沿著X方向竄動，影響X方向沖孔精度。

改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)，把單側(cè)懸臂結(jié)構(gòu)改變?yōu)閮蓚?cè)跨立式結(jié)構(gòu)；擺動式浮動改為液壓夾鉗垂直式浮動?？缌⑹浇Y(jié)構(gòu)不但加強了夾鉗支座的剛性，而且在板料送進(jìn)中穩(wěn)定性、適應(yīng)性更好；液壓夾鉗垂直浮動夾持板料，不會因板料翹曲等原因而拉動板料竄動，有效提升了沖孔精度。如圖7、8所示。

圖7 原有結(jié)構(gòu)

圖8 新結(jié)構(gòu)

1.2.4 消隙齒輪

原結(jié)構(gòu)采用普通斜齒輪齒條嚙合，不但安裝要求高，而且調(diào)整難度大。嚙合太松，送進(jìn)過程中齒輪齒條間晃量較大，對X方向送進(jìn)精度影響較大；嚙合太緊，造成齒輪齒條嚙合過度，齒形磨損嚴(yán)重，壽命短，精度不穩(wěn)定?，F(xiàn)在采用消隙齒輪結(jié)構(gòu)，便于安裝，提升了嚙合效果，能夠很好地保證送進(jìn)過程中的重復(fù)精度，提高了運動精度，從而提升了設(shè)備沖孔精度。

1.2.5 導(dǎo)軌齒條布置方式

齒條與主導(dǎo)軌安裝在同一側(cè)，有利于保證安裝時齒條與主導(dǎo)軌的平行度。每根齒條安裝都由4個定位銷進(jìn)行定位，每段齒條間通過專用工具進(jìn)行測量，保證每段齒條安裝后齒形的一致性，有效保證送進(jìn)精度。如圖9所示。

圖9 齒條布置

1.3 可靠性提升

1.3.1 探料機構(gòu)

原來采用雙半圓塊探料，其好處是探料剛性好，比較堅固，雙感應(yīng)開關(guān)。但是適應(yīng)性略差，對板材平整性要求高，維護成本略高。新的結(jié)構(gòu)簡單，單感應(yīng)開關(guān)，維修較方便，更適應(yīng)目前各生產(chǎn)廠的板料狀態(tài)。

1.3.2 排料機

原來的廢料輸送方式采用普通鏈板式排料機，重力滑落。由于廢料排料形狀不一，大小不一，存在廢料飛濺等缺陷，且易造成排料機卡死現(xiàn)象，進(jìn)而損壞排料機。現(xiàn)在改為強磁式排料機，能夠很好地吸附住廢料，既能輸送廢料，又能防止廢料飛濺，延長排料機使用壽命。

1.3.3 電氣開關(guān)

模具庫換模氣缸的開關(guān)由接線式改為接插式，使線纜布置更加緊湊、整齊、美觀，也便于后期的查線、檢查維護等。

1.3.4 排料通道

原主機廢料落料口布置在床身的一側(cè)面上，由于受床身模具安裝位置高度的影響，整個落料通道斜度較小，并在床身焊接過程中因焊縫、焊渣的影響造成實際生產(chǎn)中廢料排料不暢，易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

現(xiàn)通過優(yōu)化排布，將落料通道改在Y軸絲杠側(cè)面，加寬落料通道寬度，增大通道傾斜角度，并在焊接過程中要求對焊縫進(jìn)行處理，做到整個通道平整、光滑，保證排料暢通。同時，通過使用強磁性排料機，很好地解決了廢料飛濺問題，效果明顯。

1.3.5 壓料裝置

老式設(shè)備壓料裝置的復(fù)位氣缸為標(biāo)準(zhǔn)緊湊型氣缸，而壓料裝置在實際工作中為繞轉(zhuǎn)軸擺動形式，因此造成氣缸活塞桿長時間受側(cè)向力運動后而使內(nèi)部密封損壞，出現(xiàn)竄氣和漏氣現(xiàn)象，維護成本高?，F(xiàn)將氣缸改為氣囊，利用氣囊能夠很好地承受側(cè)向力的特點，有效解決了氣缸損壞出現(xiàn)的竄氣、漏氣故障，提高使用壽命，降低維護成本。如圖10所示。

圖10 壓料裝置

2 應(yīng)用效果

從改進(jìn)后的使用情況看，達(dá)到了改進(jìn)目的。①從現(xiàn)在用戶統(tǒng)計信息看，進(jìn)口絲杠壽命約是原來的1.5倍；②沖壓時間減少約32s，進(jìn)口液壓系統(tǒng)大約多沖25個孔；③主要潤滑點供油可靠，絲杠、導(dǎo)軌滑塊補油充分；④沖壓板料全長沒有刮痕；⑤編程軟件適應(yīng)性較好，給用戶使用提供了極大便利；⑥出廠設(shè)備精度有了較大提升。如圖11所示。

3 結(jié)論

通過設(shè)備用戶現(xiàn)場的實際使用，上述改進(jìn)有效提升設(shè)備穩(wěn)定性、可靠性和沖壓精度，提升了產(chǎn)品競爭力，提高了設(shè)備開工率，降低了維修成本，給用戶創(chuàng)造實實在在的價值。

圖11 精度測量