大噸位高速精密沖床的研發(fā)

黎近秋，牟聯(lián)滿，趙利平

（1.東莞市高技能公共實訓中心，廣東東莞 523297；2.東莞市泰基山機械設備有限公司，廣東東莞 523770）

0 引言

隨著我國EI、電機、連接器、計算機、移動電話、航空LED、汽車、非標五金等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，沖壓制造行業(yè)對生產(chǎn)力有著越來越高的要求，傳統(tǒng)的普通沖床已經(jīng)無法達到高速沖壓效果，因此將會逐漸被更有優(yōu)勢的高速精密沖床所代替[1]。中國高速沖壓零件加工行業(yè)的發(fā)展突飛猛進，最大的技術進步還是沖壓速度、精密度的極大提升，國內高速精密沖床發(fā)展飛快，從低速向高速、從普通到精密是中國高速沖床的重要轉變，也是中國高速精密沖床市場發(fā)展的必然結果。

國內高速沖床生產(chǎn)廠家雖起步較晚但發(fā)展較快，已推向市場的高速沖床產(chǎn)品大都可以基本滿足國內用戶的使用要求，實現(xiàn)進口替代。但是國內高速沖床產(chǎn)品和國際一流水平產(chǎn)品相比，除了在性價比上占有優(yōu)勢，在產(chǎn)品的精度、設定轉速、機床穩(wěn)定性、耐用壽命和性能等指標上還存在很大差距[2]。

1 高速精密沖床結構

高速精密沖床如圖1所示，主要由曲軸轉動組件、滑塊調模組件、大直徑長導柱機構、潤滑油回油路系統(tǒng)等組成[3]。4個大直徑滑塊長導柱與2條大直徑的調整螺桿穿過滑塊均布連接，使滑塊在沖壓動作時高效、平穩(wěn)地完成沖壓動作。

1.1 曲軸轉動組件

圖1 高速精密沖床結構設計圖

當電動馬達接收到控制系統(tǒng)指令后，馬達啟動，帶動1組皮帶輪與飛輪轉動。曲軸上的滑動軸承均勻分布在曲軸上，使曲軸受力均勻。采用動平衡裝置，曲軸動平衡軸頸處兩段向上偏心，曲軸滑塊連桿軸頸處兩段向下偏心。利用曲軸偏心量來達到產(chǎn)品的行程數(shù)，左端與冷油機聯(lián)接。曲軸內部深孔油路，保證了具備液體潤滑的條件下可長時間高速運轉。圖2所示為曲軸轉動組件。

圖2 曲軸轉動組件

1.2 八圓導柱結構組件

如圖3所示，裝夾上模沖頭即滑塊，采用八圓導柱結構與滑塊聯(lián)接。油路進油入滑塊4個位置，在高速運轉時，滑塊上下滑動。確保在多功能復合沖壓模具沖壓復雜多工序的產(chǎn)品時，滑塊的工作精度——平衡度、垂直度是完全達到的[4]。

圖3 八圓導柱結構組件

1.3 潤滑油回油路系統(tǒng)設計

潤滑油回油路的循環(huán)冷卻系統(tǒng)中（圖4），潤滑油起到的主要作用如下。

（1）潤滑作用。潤滑油減小運轉部件自身與2個運轉部件之間的摩擦，使機臺運轉更靈活。

（2）降溫作用。機臺在運轉過程中會因功產(chǎn)生一定熱量，而潤滑油可以通過循環(huán)冷卻把一部分熱量散發(fā)出去，從而保證機臺在正常的溫度環(huán)境下運轉。

（3）耐磨損作用。潤滑油在設備零部件的表面會形成一層薄薄的油膜，油膜作為一種介質可以避免零部件的直接接觸，延長配件的使用壽命。

（4）抗腐蝕作用。潤滑油本身具有防腐作用，可以克服水蝕對設備的危害。

以上4個作用中，潤滑和降溫效果的好壞，將直接影響機臺的正常運轉。

1.4 卡模時解模組件

圖4 潤滑油回油路系統(tǒng)

當機床在沖壓產(chǎn)品時，在下死點附近被卡死，離合器打滑，滑塊不能動作。產(chǎn)生這種狀況時，泰基山高速沖床可以通過4組拉桿組件內的液壓活塞卸除壓力，將卡模現(xiàn)象解除。用簡單巧妙的方法，輕松解決了卡模后需要花較長時間和力氣才能解決的難題，既省時省力，又無需損壞某個零件、部件或模具，這是液壓快速解模裝置實用性的關鍵所在[5]。圖5所示為卡模時解模組件。

圖5 卡模時解模組件

2 高速精密沖床工作原理

沖壓工件時，通過變頻電動機和3條皮帶帶動1組皮帶輪、飛輪旋轉，飛輪的轉動帶動曲軸轉動。曲軸帶動調整螺桿上下移動，通過油壓進油到鎖模活塞，油壓加壓后鎖模活塞與滑塊連接，同時抱緊調整螺桿直徑作上下移動，滑塊兩側4個大孔穿過4條滑塊長導柱上下滑動。4個大直徑滑塊導柱和2條大直徑的調整螺桿與滑塊均布連接，使滑塊在沖壓動作時高效、平穩(wěn)地完成沖壓動作，保證了滑塊大面積工作面每個位置的平行度、垂直度達到標準，確保在多功能復合沖壓模具沖壓復雜多工序的產(chǎn)品時，滑塊的工作精度——平衡度、垂直度是完全達到的[6]。

鎖緊拉桿依次穿過曲軸箱、中段和底座，鎖緊拉桿的一末端由拉桿上螺母固定于曲軸箱內，另一末端由拉桿下螺母固定于底座內，拉桿下螺母與底座內表面之間夾持一液壓活塞模塊，液壓活塞模塊包括液壓活塞、活塞活動桿和液壓進油口，連接啟動油壓泵浦單元，可維持液壓活塞對底座的壓力。在固定鎖緊拉桿的下方加裝1組液壓活塞裝置，該液壓活塞裝置內的液壓活塞與底座的內表面之間相互靠近，可通過液壓進油口輸入壓力，使液壓活塞壓緊底座的內表面形成鎖緊力。當發(fā)生卡死時，可以將液壓活塞裝置卸荷，從而令拉桿下螺母與底座之間恢復縫隙，實現(xiàn)解模。

工件沖壓完成后，機構手回到原位，操作面板上按下“緊急停止”，檢查上模座、下模座模具沖頭是否有磨損，使飛輪與剎車離合器脫離，切斷電源，放出剩余空氣。將工作臺面涂防銹油，重復下一個工作循環(huán)。

3 高速精密沖床的特色與創(chuàng)新

（1）高速精密沖床在傳動結構與調整方面，從選材、結構創(chuàng)新方面實現(xiàn)了設備在運行過程中的高精度及穩(wěn)定性。一是曲軸轉動機構，由軸承端座、曲軸箱支承銅套和曲軸軸承等組成。二是調整螺桿配合結構，包括滑塊、調整螺桿、調整齒輪副鎖模活塞等傳動鏈。機械加工無法達到此精度，用內外圓螺紋磨床也很難達到。將調整螺桿大齒輪的齒輪長度一分為二，不修改原齒輪總長，這樣機械加工比較容易達到此精度，降低加工成本，提高效率。三是連桿曲軸聯(lián)接結構。曲軸與滑塊連桿的聯(lián)接結構，采用了新型的連桿曲軸聯(lián)接結構，在曲軸與連桿之間安裝多個單列圓柱滾子軸承。

（2）高速精密沖床曲軸內循環(huán)潤滑結構解決了容易造成潤滑不足、零件過早磨損、抱軸等不良現(xiàn)象。通過冷油機、連接軸直接給曲軸上各個支承旋轉的滾動軸承、銅套或銅瓦24 h源源不斷地提供有壓力的冷卻后潤滑油，確保曲軸轉動部分不會因為供油不足而引起油溫升高，從而產(chǎn)生抱軸或過早磨損現(xiàn)象。曲軸上旋轉部分通常用飛濺潤滑或噴射潤滑，這兩種潤滑不可靠，油膜不會均勻，或飛濺，噴射潤滑油的位置偏、角度偏差。

（3）高速精密沖床解決在調模操作時，工作人員由于操作不慎出現(xiàn)卡模，導致長時間恢復的問題，通過一種使用數(shù)字顯示的模高調整結構，實現(xiàn)準確可靠的人工調整模高。快速解模包括鎖緊拉桿、曲軸箱、中段和底座，鎖緊拉桿依次穿過曲軸箱、中段和底座，一末端由上螺母固定于曲軸箱內，另一末端由下螺母固定于底座內。下螺母與底座內表面之間夾持有一液壓活塞模塊，液壓活塞模塊包括液壓活塞、活塞活動桿和液壓進油口，連接啟動油壓泵浦單元，可維持液壓活塞對底座的壓力。在固定鎖緊拉桿的下方加裝1組液壓活塞裝置，該液壓活塞裝置內的液壓活塞與底座的內表面之間相互靠近，可通過液壓進油口輸入壓力，使液壓活塞壓緊底座的內表面形成鎖緊力。當發(fā)生卡死時，可以將液壓活塞裝置卸荷，從而使下螺母與底座之間恢復縫隙，實現(xiàn)解模。數(shù)字顯示的模高調整結構由齒輪減速電機（或盤式電機）、鏈輪副、萬向連接軸、蝸桿副、滑塊調整螺桿副等組成。這種新型模高調整結構，無論模高調整30 mm或50 mm,都可以通過模高指示器數(shù)字顯示出調模高的深度（包括顯示高速沖床當時的閉合高度），數(shù)字顯示精度為0.01 mm，完全滿足生產(chǎn)高端沖壓產(chǎn)品的技術要求[7]。

4 結束語

本文解決的關鍵問題：一是在曲軸轉動結構中采用滾動軸承和滑動軸承相互結合的方式，保證摩擦因數(shù)小、傳動效率高，高速轉動的滑動軸承，保證具備液體潤滑的條件下可長時間高速動轉；二是設計新的曲軸內循環(huán)潤滑結構，實現(xiàn)在各曲軸位置上制作曲軸分流道，通過冷油機注入潤滑油到各軸承位置內部，保證曲軸不會由于油溫升高或供油量不足，發(fā)生抱軸和軸承過早磨損現(xiàn)象[8]。