伺服压力机-塑性成形自动化

材料成形装备及自动化材料成形及控制工程专业课第3章金属塑性成形装备及自动化本章主要内容概述液压成形装备精冲压力机多工位压力机数控冲压装备伺服压力机塑性成形自动化伺服压力机是金属塑性成形机床发展的趋势具有复合性、高效、高精度、高柔性、节能、低噪环保性等优点①高生产率。保留了曲柄压力机的优点，生产率远高于液压机。伺服压力机可根据工件的不同，调整滑块行程，在一个工作循环中，曲柄无须完成360°旋转，而仅进行一定角度的摆动来完成冲压工件，最大限度地减少了空行程，缩短了循环时间，提高了生产率。与常规机械压力机比较，伺服压力机具有的明显优势为：②高精度。通过位移检测传感器的闭环反馈控制，始终能够保证下死点的精度在微米级变化，从而保证了压力机的闭合高度在生产过程中的精确稳定，减小了毛刺出现的机会，提高了产品合格率。③低噪音。可以设计出特殊的工作特性曲线，控制冲裁时冲头的速度，从而减少冲裁的振动和噪音，提高模具使用寿命。④高柔性。由于其伺服功能，滑块运动曲线不再仅仅是正弦曲线，而是可以根据工艺要求进行优化设计的任意曲线。可以在控制器中预存适于冲裁、拉深、压印、弯曲等工艺以及不同材料的特性曲线，使用时，不同工艺、不同材料调用不同曲线。大大提高了压力机的加工性能，扩大了加工范围。其加工性能完全可以与液压机媲美。⑤节能。由于伺服压力机没有离合器，驱动部分部件少，润滑油的消耗量也极少，所以运行成本大幅减小，是一种环保节能型压力机。伺服压力机较常规压力机节能30%以上。伺服压力机的工作原理伺服压力机是一种自由行程压力机，能根据需要自由实现滑块的行程。其基本原理都是将伺服电机的旋转运动通过中间机构转换为滑块的直线运动，通过位移传感器检测滑块的运动来实现闭环控制。（1）传动形式一（2）传动形式二混合传动机构，伺服电机的旋转运动通过皮带传到球形螺杆。球形螺杆往复运动变成连杆机构的摆动，随着连杆的摆动，滑块也跟着上下运动。这种传动方式可以制造出较大吨位的压机，它的运动柔性与传动型式一类似。因采用连杆机构，它的负载特性随滑块位置而变化，与机械压力机类似。（3）传动形式三这种驱动机构采用单个伺服电机，也是一种混合传动机构，伺服电机通过皮带将运动传给偏心轴。这种结构与上述两种不同。伺服电机不用反转滑块就能上下运动.这种结构适于高速连续运转的机器。滑块伺服压力机(1)伺服压力机(2)伺服折弯机同步控制系统折弯机是用来完成板料整体弯曲成型的设备，在滑块一次行程后，将板料折弯成一定几何形状的横截面型材，通过更换模具和多次折弯还可得到较为复杂的各种截面形状。机械折弯机由于结构性能方面有许多缺点，噪声大、耗能高、安全性差已逐渐被淘汰。下动式折弯机工作时上模固定不动，工件随着工作台上升而完成折弯动作，由于工件随着工作台一起升降，送料和卸料都受到一定影响，操作也不大方便，目前生产厂家很少。上动式液压折弯机是目前市场上的主流机型，技术关键是滑块的同步控制精度，该精度直接影响着滑块的运行和制件质量。（1）扭轴同步系统一个两端固定在左右机架内侧的较粗刚性扭轴和一个与上滑块相联接的小滑动块组成，结构简单。滑块运动的下死点（即行程终点）控制采用的是机械挡块结构（即螺母挡块）。对于小吨位折弯机较实用，其同步精度的保持性较好。具有一定的抗偏载能力。（2）机液伺服滑阀同步系统机械反馈系统和液压同步分配阀组成，其功能是根据反馈机构的输入量，控制进入两并联油缸的流量和压力，使滑块在运动过程中，始终处于平衡状态。其同步精度高，抗偏载能力强。（3）电液伺服同步系统主要由数控系统、光栅尺、比例阀组成。数控系统不停地通过光栅尺检测滑块的左右位置和运行速度，并根据程序设定的参数计算出比例阀的控制电流，通过比例阀放大器调整比例阀开口，实现左右的同步和下死点的定位控制。基于伺服电机直接驱动的折弯机同步系统中，滑块两端分别由伺服电机通过蜗轮蜗杆来驱动丝杆螺母机构上下移动。伺服折弯机通过交流伺服电机来调整滑块的位移。系统共有四个控制轴：后挡料板定位轴X1、X2轴，滑块位移调整轴Y1、Y2轴。伺服折弯机控制系统组成工业控制计算机总线计算机标准外设双路D/A卡伺服驱动单元伺服驱动单元伺服电机伺服电机折弯机工作滑块脉冲编码器脉冲编码器左电机光栅尺右电机光栅尺三轴正交脉冲计数卡数字I/O卡运动控制卡系统检测与控制开关伺服电机后挡料脉冲编码器滑块同步控制的结构框图数控折弯机塑性成形自动化技术在大批量生产企业中，自动化生产得到广泛应用自动化生产线的应用可以降低成本，提高生产率板料冲压生产线自动化（1）冲压生产自动化的特点以冲裁为例，由四个部分组成自动化系统：①普通曲柄压力机；②冲压模具；③自动上下料机构；④自动控制系统。（2）板料冲压生产自动化冲压生产自动化构成：主机和附设机构。主机:完成冲压工序加工的各类压力机和必要的各类其他加工机床。附设机构：完成自动线各种辅助工作所需要的机械装置和检测装置。采用自动送料装置是冲压生产自动化的主要内容自动送料装置通常可分为两大类型:条料、卷料和板料送料装置,冲压半成品送料装置。板料送料装置：摩擦式机械式摩擦式送料装置：辊式等机械式送料装置：夹持式等半成品送料装置：由于冲压件的形状多种多样，送料装置的形式比较多。通常这类送料装置的基本结构由以下几大部分组成：送料机构、储料斗、料槽、分配机构、定向机构、出件机构和理件机构等。冲压自动线形式：直流型自动线转子型自动线直流型：压力机从工序间的传送装置是按顺序直线排列，在不同的时间内完成毛坯的加工和传送工作，在压力机进行冲压时，毛坯不动，在传送毛坯时、冲压加工要停止。转子型：毛坯的加工是在模具及毛坯同时连续移动的过程中进行的。按其工序间的联系特件分类：刚性联系自动线柔性联系自动线刚性联系自动线：工序之间无半成品储备作为补偿，严格要求各台设备之间同步。柔性联系自动线：设备之间设有储料器，储存一部分半成品来进行补偿，设备之间不严格要求绝对协调：刚性联系自动线柔性联系自动线锻压生产的柔性加工系统锻压生产的发展大致可分为四个阶段：第一阶段：手工操作的单机加工。由人工操作和控制一台加工机械。第二阶段：数控机床单机加工。加工机械由数控系统控制。但加工机械之间的物料传输由人工完成。第三阶段：柔性加工单元（FMC），在计算机控制（CNC）下，加工单元可以独立地完成零件加工。坯料的送入与工件的退出、模具的更换等都按照加工程序自动完成。第四阶段；柔性加工系统（FMS）。柔性加工系统包括多台加工机床或加工单元组成的自动化加工系统、物料输送系统和计算机信息系统三大部分。FMS可以自动完成从零件设计、制订加工工艺、物料输送、零件加工直至工件运送输出的全过程。同时，可以在很短的时间内更换产品品种。FMS既保持了刚性流水线生产自动化水平较高，生产效率高的优点，又增加了生产的灵活性和适应能力。锻压生产的柔性包括三个方面：加工过程的柔性、加工工艺的柔性及生产管理的柔性加工过程的柔性：强化加工设备本身的功能，并且增加设备与设备之间柔性的工件传送，使生产系统利用尽可能少的设备，可以适应尽可能多的加工程序。加工工艺的柔性：加工工艺能适合多种类型工件的成形和加工。无模具加工的各种新工艺，如激光切割、等离子切割、水射切割等加工工艺都具有很好的柔性。生产管理的柔性：生产系统能灵活地制订、调整和修改作业计划。实现锻压生产的柔性，主要依赖于锻压设备的自动化、物流的自动化和信息流的自动化。锻压生产的柔性加工系统是锻压生产当前发展的最高阶段。锻压生产的FMS，特别是板材加工的FMS技术已相当成熟。锻压生产柔性加工系统大致可分为三类：以数控转塔冲床（激光冲模或等离子冲模组合压力机）、数控直角剪板机、数控四边折弯机为主机组成的板材FMS，主要用来加工配电面板等板材；以多工位压力机为主机的冲压FMS，用来加工冲压零件；以各种锻造设备为主机的锻造FMS，用于锻造各种坯料。板材柔性加工系统板材FMS一般由仓库单元、冲裁单元、剪切单元、折弯单元、辅助设备及计算机控制管理系统组成。仓库单元、冲裁单元、剪切单元和折弯单元既可以在FMS中统一由中央计算机管理，完成多工序加工，又可以脱离主生产线，独立运行完成单—工艺的加工。FMS均由一些标准化了的易于采用的产品组成，分别采用这些产品的不同组合，构成满足不同生产要求的柔性制造系统。组成板材FMS的各部分（1）仓库单元由货架、堆垛机、托盘、自动检测装置、自动控制装置和计算机管理系统组成。堆垛机将放在托盘上的板材运送到仓库的指定货位或从指定货位中取出板材。堆垛机的检测包括地址检测、货物检测、货位状态检测等。地址检测：检测堆垛机行走的位置。货物检测：传感器探测货物在堆垛机上的高度和宽度，以控制货物不能超高、超宽，保证堆垛机行走过程中货物不碰撞货架。货物检测还包括重量检测，货物超重时发出报警信息。货位状态检测；堆垛机将货物放进指定货位之前，先通过传感器探测，确认货位是空的，再行操作，防止出现碰撞。堆垛机的控制指令由仓库管理与控制系统发送。仓库管理系统根据加工系统的要求查询所需物料存放的货位，再根据“先入先出”等一系列出库管理原则，确定出库货位，并将该货位的行列码通过监控系统传送给堆垛机的控制器指挥堆垛机到指定货位取出板材。（2）冲裁单元数控冲孔、步冲设备是冲裁单元的核心设备。数控冲床将CAD和CAM紧密结合，即将绘图、设计及加工紧密结合。在板件设计过程中，同时制订加工工艺，提供必要的工艺数据，如模具尺寸、材料规格、轮廓加工工序等。板材加工经常要考虑在同一块板上加工若干种零件，用套裁的办法可以充分利用材料。CAD／CAM也可实现工件在板材上排样的优化。板材FMS冲裁单元除以数控转塔冲床为主要设备外，有时也用激光冲切压力机或数控等离子冲切压力机。激光冲切压力机和等离子冲切压力机将激光切割、等离子切割分别与刚性模冲切结合起来，根据零件的形状，大小、批量等，选择加工方法。形状复杂，尺寸变化大,批量小的零件用激光切割或等离子切割；反之，则用模具加工更加适合。在数控系统的控制下，压力机可自动选择和交替采用不同的加工工艺。（3）剪切单元剪切单元的核心设备是数控剪板机。数控直角剪板机为龙门式结构，两个立柱、上横梁与底座通过预应力拉杆连接组成一个封闭框架。刀架在上横梁内作垂直运动。刀架上有互成直角的两个上刀片。—个是平行于龙门的纵向刀片，另—个是垂直于龙门的横向刀片。与直角剪板机相配套的有：带吸盘的供料装置、分选机构、卸料系统。直角剪板机可以一次剪切矩形板料，不需要将板坯退回、回转、重新定位，因此生产率高，也容易保证剪切精度。直角剪板机可进行编程操作。操作人员只要将原材料的尺寸、厚度及剪下板件的尺寸、件数输入后．剪板机便自动进行剪切编程。不同尺寸的工件还可在板坯上交错排料。（4）折弯单元四边折弯机采用了独特的折弯工艺。折弯时，板料被上、下压紧模压紧，需要折弯的部分板料伸出在压紧模外。折弯模座在液压缸驱动下可作上下运动。当板料向上折弯时，折弯模座向上运动，用下折弯模抵住板料。到达向上行程的终点时，折弯模座停止运动，这时折弯角度接近90°。然后下折弯模水平向前推出，使折弯角度继续增大，直到形成所需的角度所示。（5）辅助设备从仓库单元运送出来的板垛，在进入冲裁单元前，先由真空吸盘式升降装料机将最上层的块板吸起，送到冲裁单元。为了防止多张板料同时被吸起，在板垛的一角装有磁性分片装置，板与板之间在磁场作用下相互排斥，形成间隙。板料被吸起时，由测厚装置检测板料厚度。如果吸起的板厚不合格，或吸起一块以上的板料，测厚仪会发出警报信号。真空吸盘式升降装料器将吸起的板料放在辊道输送机上，送到冲裁压力机前。辊道输送机上安装有传感器。传感器发出信号后，冲裁压力机的移动工作台，接收并夹紧板料，准备加工。冲裁单元加工完的工件与废料，经分拣装置：工件通过双动卸料移动台被送到剪切单元，继续加工；废料被送入料箱，由搬运车送回仓库。剪切单元加工完的