薄板沖裁加工中微連接功能的應用難點及解決方法

姚殿民　吳萬平　肖青

【摘 要】本文針對實際生產中數控轉塔沖床加工薄板過程中使用微連接功能時發現的實際問題;介紹了數控轉塔沖床的薄板加工工藝， 以及加工過程中的難點問題的解決思路與方法。對工藝方法和加工程序進行了優化。

【關鍵詞】沖裁加工;微連接;程序優化

中圖分類號： TG661文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0038-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.017

Application Difficulties and Solutions of Micro-connection Function in Sheet Blanking

YAO Dian-min WU Wan-ping XIAO Qing

（China Shipbuilding Industry Corporation N0.722 Research Institute， Wuhan Hubei 430079， China）

【Abstract】In view of the practical problems found in the process of thin plate processing by NC turret punch in actual production，this paper introduces the thin plate processing technology of NC turret punch，and the solutions to the difficult problems in the process of processing.The process method and processing procedure were optimized.

【Key words】Blanking;Micro-connection;Program optimization

0 引言

數控轉塔沖床是用于金屬薄板零件加工的專業設備，相對于傳統沖壓設備，其通過簡單的模具組合和程序控制，在擴大加工范圍和加工能力的同時，大大降低了模具的費用，降低了成本并縮短了加工周期，使得生產效率大大提升，非常適用于小批量、多品種產品的生產，本單位做為國內應用較早的廠家，使用數控轉塔沖床將近二十年，對此類設備的應用有著長期的技術積累和使用心得，如何優質高效的發揮設備能力并掌握加工技巧是每個操作人員必須長期面對的課題。本文針對數控轉塔沖床在薄板加工中“微連接”功能的使用進行了闡述，并對生產過程中發現的問題和難點進行了分析，提出了更加優化的工藝方法并予以實施，達到了預期目的。

1 數控轉塔沖床的加工形式以及“微連接”功能的應用方法

數控轉塔沖床主要由數控系統、液壓動力系統、伺服送料機構、模具轉塔以及編程系統組成。生產過程主要是通過編程軟件編制加工程序，由伺服送料機構將板材送至需要加工位置，同時通過轉塔旋轉選擇相應模具，液壓動力系統按程序進行沖壓，自動完成工件加工。

在整個加工過程中，主要通過以下幾個動作來完成工件加工：

（1）板材定位，通過氣動夾鉗和定位塊（直線和點）將板材固定到機床上，伺服送料機構運送板材到加工位置，由于該機構是由氣動夾鉗夾持板材一邊進行送料，由于板材另外三邊沒有約束，從結構上形成了懸臂結構 通有平臺上的托舉裝置（滾珠和毛刷）進行托舉，保證平整運送板材到加工位置;

（2）控制系統按程序指令在轉塔（模具庫）中選擇模具的過程中，上下轉塔同時轉動，將所選用模具定位到加工位置即力沖頭處，通過側向定位銷機械定位上下模具的相對位置;

（3）根據程序指令液壓動力系統進行沖壓動作，同時伺服系統帶動板材進行軌跡移動，對板材進行連續軌跡加工，通過各種插補指令完成不同形狀的零件加工;

（4）沖壓加工完成后，板材通過伺服送料機構將加工好的板材運送到下料位置，松開夾鉗，取下工件，完成加工。

本文介紹的“微連接”功能就是在零件沖壓加工過程中，為了避免采用暫停加工指令以取走加工零件和余料，在編程時，在尖角或邊上插入微連接，形成一定尺寸的連接點，保證工件成形后能夠在板材上保持相對位置固定，待整體板材完成沖壓后再次進行處理的一項實用功能。

一般情況下使用角微連接和單邊微連接兩種方式即可完成絕大部分加工需求，其尺寸需要根據實際加工板材尺寸和工件結構形式進行確定。

2 沖裁加工過程中微連接功能應用的難點和解決方法

2.1 沖裁加工過程中微連接功能應用的難點問題

根據長期的加工問題數據統計，數控轉塔沖床在沖裁加工中的使用微連接功能時主要問題體現在以下三點：

（1）大尺寸板材通過排料來加工小尺寸零件時，需要通過沖裁整體加工出工件，在此情況下使用微連接功能會造成板材整體剛性隨著材料的去除而變差，容易在加工進給過程中變形，從而影響后期的加工定位，造成工件尺寸精度降低甚至變形報廢，屬于加工難點之一。

（2）由于沖裁加工中的退模時沖模套靠彈簧的彈力機械復位，回彈時帶動板材，如果微連接尺寸偏小，且沖裁模具使用順序不合適，會造成微連接部分變形，與板材不在一個平面上，板材在后期的移動時會與機床的部分位置產生鉤掛，輕則損傷零件，重則影響整批零件加工，甚至造成機床損傷， 這是加工難點之二。

（3）由于不同形狀的孔需要不同尺寸模具進行加工，每種模具通過軟件單獨計算形成效率最高，行程最短，時間最少的加工路徑;但多種模具路徑組合時，軟件并沒有考慮加工順序帶來的風險，在效率優先的情況下，會在部分零件微連接加工完成后進行其余孔位的加工，工件運動和模具旋轉都會產生定位和鉤掛風險，這是加工難點之三。

2.2 原因分析

針對在數控轉塔沖床在薄板加工中過程中發現的以上三點加工難點，其產生的原因是什么，下面簡要對此進行分析。

由問題點內容可以看出，沖壓加工過程中產生的幾點加工難點都是通過運動過程中接觸摩擦產生變形和鉤掛所形成的，那首先我們分析在整個加工過程中，存在那些動作會產生相對運動，并在此過程中存在一定的接觸摩擦：

（1）送料機構運送板材到加工位置，由于該機構是由氣動夾鉗夾持板材一邊進行送料，由于板材另外三邊沒有約束，從結構上形成了懸臂結構，而薄板的剛性不足，雖然有平臺上的托舉裝置進行托舉，運動過程中仍然會在垂直方向產生一定幅度的振動;

（2）轉塔選擇模具的過程中，上下轉塔同時轉動，由于此時需要加工的板材已經運送到加工位置，與轉塔形成接觸，會產生相對摩擦;

（3）壓力系統完成沖壓后，由伺服系統帶動板材進行軌跡移動，造成板材表面與模具邊緣接觸形成相對運動產生摩擦;同時退模時也會對工件產生摩擦，帶動工件豎直位移;

綜合以上分析可發現，沖裁過程中使用微連接功能所產生的難點都是由于相對運動中摩擦受力產生變形所形成的，要想解決加工難點則需要從減少工件與機床的摩擦和加工變形入手。

2.3 問題的解決

針對以上沖壓加工過程中存在的三個難點問題和原因分析，本文提出相關的解決方案如下：

1）合理分布微連接點，通過合理布局微連接的數量和位置，增加剛性，減少變形，使工件在板材上以最穩定的狀態存在，一般對于單個零件按以下原則進行微連接布局：

（1）保證在接近工件尖角部分使用微連接;

（2）長邊多處分段使用微連接，連接點間距在150mm～200mm之間;

（3）對稱的長邊微連接進行不對稱分布;

（4）微連接的寬帶厚度比按0.3～0.45之間;

通過以上原則對零件進行微連接布局后及滿足了加工時的強度和剛性要求，減小變形，也可避免在工件落料時由于微連接過厚產生困難而降低效率。

2）優化板材排料結構，控制板材尺寸，保證總體結構穩定（如圖2）。在大料排料時，按以下原則安排尺寸和結構：

（1）考慮板材厚度，厚度越厚，本身質量越大，整體坯料尺寸相應要減小，在降低送料系統負荷的同時，降低板材在機床上的變形量;

（2）考慮零件結構和加工去除量，錯位分布零件或多種工件綜合排料;盡量保證坯料整體加工完成后質量分布均勻;

（3）盡量減少夾鉗邊和中心部分的落料面積，保證落料后整個坯料板材能夠有足夠的強度和剛性維持結構的穩定，保證在加工過程中變形量滿足加工要求。

通過對坯料板材的整體規劃，既有助于提高機床的加工速度，提高生產效率;同時也降低了工件加工前后的變形量，提高了產品的一次加工合格率，預防了質量損失。

3）人工優化數控加工程序，合理安排加工順序，降低加工風險。因為數控編程軟件在計算路徑時單純的考慮了加工效率，對其他的風險因素考慮不夠，只能給出時間最短的加工路徑，為了避免生產中實際存在的加工風險，我們需要對程序進行人工優化;

（1）首先考慮加工相對位置精度要去高的孔，最后沖裁工件外形，在板料整體強度和剛性最好時完成精度高的加工內容，保證工件有精度要求（下轉第68頁）（上接第39頁）的相對尺寸滿足圖紙技術要求;

（2）進行工件外形沖裁，即大量使用微連接的加工時，單獨安排沖裁路徑，降低進給速度，保證工件運動路徑與機床容易鉤掛部分能夠避開，減少運動過程中工件與機床的相互摩擦很振動，同時避免剛性下降后引起的加工精度降低，從而降低加工精度對整體工件的影響。

通過對薄板沖裁加工過程中工件結構、坯料板材尺寸和數控加工程序的分析和綜合考慮，針對實際加工過程中使用微連接功能時存在的問題，立足現實，從現有加工條件和優化手段入手，統籌兼顧生產效率和產品質量，優化了加工工藝，有效地解決了問題，降低了加工風險，提升了加工效率和產品質量，滿足了生產需求。

3 結束語

在裝備的生產過程中，只有立足于自身的生產技術狀態，根據實際情況和技術條件，采用有效合理的工藝方法，才能在保證產品質量的同時效率最大化，成本最小化，同時也需要加工人員對技術精益求精，通過不斷地摸索，持續改進，才能將產品的生產工藝優化到最適合生產條件的狀態，最終優質高效地生產出復合技術要求的高質量的產品，創造出最大的經濟效益。

【參考文獻】

[1]實用鈑金技術手冊編寫組[S].實用鈑金技術手冊.2001.