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冲压自动送料装置及其送料精度的探讨

  近几年,我国钢桶及配套企业引入了许多水平较高的高速精密压力机、多工位压力机及CNC冲模回转台压力机等,各制桶设备制造厂也正在加速开发研制新颖的高效、高精度、高水平的冲压自动生产线,使我国钢桶冲压生产向技术密集型迈出了一大步。

  高精度、高速冲压生产线通常是与开卷校平、自动送料、废料处理等组成完整的加工系统,制桶设备生产厂为了提供成套的自动化设备,必然要开发研制各种类型的附属装置,而附属装置是以自动送料装置为核心的。

  对常速压力机,用一副模具进行落料或冲孔时,采用普通的送料装置即可满足产品精度要求;而对于高精度、高速压力机,使用普通结构的送料装置就显然不能满足产品的精度要求。机床的精度再高,送料精度上不去,生产出的冲压件仍是废次品。所以送料装置及精度问题是目前一项重要的研究课题。本文分析了影响送料精度的各种因素,并从多年的生产实践和教学研究经验出发,探讨了提高送料精度的措施。

  如上所述,对于行程次数在200次/分以下的常速压力机,可采用普通辊轴式送料装置;但对于行程次数为100~2000次/分的高速、高精度压力机,要求送料装置也高速化,当送料速度达30m/min,送料节距达200mm以上时,采用普通的送料装置,送料精度就满足不了要求。要研制高精度的送料机构,必须先了解影响送料精度的因素。

  (1)设计。包括机构方案的选择,结构设计的合理性,设计计算误差,误动作计算误差,传动链的长短等;

  尽管影响送料精度的因素是多方面的,但一次送料精度最主要取决于送料速度。送料装置的平均送料速度为送料进距与每分钟送进次数之乘积,压力机工作期间内、送料所占时间往往只占180°曲轴转角,且送料过程中送料速度不是常数,实际最大送料速度约为平均速度的三倍,增大送料速度会降低送料精度,这与提高送料精度的途径相违背,所以应研究其它途径。

  在条料或卷料自动化冲压生产中,采用的送料装置主要有辊式、钳式、夹持式、钩式等。其中,辊式占有有主要地位,故以辊式为例来讨论,其原理对于其它类型的送料装置具有同样意义。

  图1为辊式送料装置简图。辊轴1和2固定在压力机工作台上,通过偏心轮8、连杆7和单身离合器5等驱动,辊轴工作周期性的转动,间歇地把条料送进,上辊轴1除转动外,还可垂直移动,靠弹簧6压在下辊轴上,由于辊轴与带料间摩擦力作用,使辊轴夹持料3向前送进。由工作原理分析,为提高送料精度可采取的办法是:由于辊轴与带料间摩擦力的作用,使辊轴夹料送进,所以要防止送料辊与材料之间的相对滑动;送料时加速运输,终止时要突然停止,故要防止送料起始和终了时的加速冲击及行程终点的准确定位。

  为了防止送料辊和材料间的相对滑动,可适当提高辊轴对材料的接触压力,设计时可按下式确定压力:

  压力的调节可通过调整压紧弹簧或从结构上增大轴径,但为防止转动惯量增大,勿过份增大轴径,一般取R>

  15h(h为料厚)。

  加外,还可以在辊轴表面滚花、铣槽等,以提高辊轴与材料间的摩擦系数来防止辊、料间的滑动。

  (1)减少送料时传动惯量。高速送料辊可做成空心结构;辊轴用轻金属制造;单向离合器采用结构小巧的异形辊子摩擦离合器。

  (2)安装可靠而完善的制动器。设计时考虑克服送料惯性运动的制动器;减少滑动的可调压装置;防止反转的制动超越离合器等。

  (3)模具上安装定位销,以控制带料最后位置。这虽是一个小措施,但往往会起明显效果。如为某厂设计的多工位压力机,用户提出的辊轴送料精度要求为±0.05mm。因为以前冲压产品时,一天几十万个,若送料误差几十丝,一天就浪费几百米钢板,为此采取多种措施不见效。而新设计制造的多工位冲床,利用冲压后下料孔的位置,靠与滑块同步的定位销定位,保证了落料孔距的精度。

  在送料开始和终了时,材料承受一突然增大的加速度,必然会产生冲击和振动。在高速送料情况下,冲击和振动急刷增大,送料精度也急剧下降。因此,对高速送料(v>

  30m/min),不采用单向摩擦离合器,而采用下述几种运动平稳的步进传送机构。

  如图2所示,圆弧面凸轮1像变螺旋角的球面蜗杆,所以也称蜗杆凸轮机构,国外称福开森机构。从动件滚动2的周向均布若干个圆柱滚子3,滚子的数量一般为6~8个。凸轮工作表面隆起的截面为梯形,其和滚子保持接触,蜗杆凸轮作等速回转,而从动件产生间歇运动。对于单头蜗杆凸轮机构,凸轮转一周,从动作转过一个滚子节距。

  蜗杆凸轮一般都是以正弦曲线的运动规律设计的,设计时通过改变运动的最大速度。工作时该机构可保证凸轮工作表面两侧与两介滚子紧密接触,消除了间隙,当螺旋升角过渡到零时,从动件立即停止,惯性很小,故大大减小冲击振动,并且不用制动器就能实现精确定位。目前,该机构间歇分度时,压力机行程次数已达3000次/分,适用于高速、高精度自动压力机上的送进。美国明斯特公司研制的60吨力高速自动压力机,最高行程次数为1600次/分,采用福开森机构的辊式送料装置,以120m/min的速度送料,精度达±0.025mm。

  图3所示,圆柱形凸轮1表面有两条凸起的具有一定形状的轮廓,从动件为一圆盘,其端面在半径为R1的圆周上均布一圈滚子A、B、C……。主动轴4和从动轴3垂直交错,相距R1的凸轮轮廓线正好在其中两滚子之间,当凸轮按图示方向旋转时,圆盘上的滚子B开始进入轮廓的曲线段,凸轮转动驱使从动件2转动,滚子A与轮廓脱开。当凸轮转过180°时,从动件转动结束,与B接触的轮廓线开始由曲线过渡到直线,同时与B滚相邻的C滚开始和该直线的另一侧接触,凸轮继续转动而圆盘不动实现间歇。间歇阶段B和C同时贴紧在直线轮廓的两侧,对从动盘起锁紧定位作用。

  为保证间歇定位,凸轮直线轮廓宽度b应为相邻两滚子表面间的最短距离(图4)。

  当合理设计凸轮郭曲线形状时,可使从动件得到理想的运动状况,如较小的动荷、无刚性和柔性冲击以及较高的精度等。它也适用于高速、轻载压力机,并已成功地用于1500次/分的步进动作。

  它是利用行星齿轮偏心机构上点的轨迹实现往复运动而送进的。图5所示行星轮2在绕圆定的中心轮1周转运动时,其上每一点画出属于摆线类的轨迹。位于圆周上的点画出摆线,其它点也画出不同的变态摆线。若中心轮直径为D,行星轮径d=0.5D,则这些摆线为双叶摆线。摆线中的行星轮上某一点E,当符合EO1:d:D=1:5:10时,E点画出的摆线所示,它在x方向两端各有一段近似直线时,滑块即在x方向往复移动,并在两端各有一段间歇停顿时间。

  该机构可用于送料距较大而且中速情况下的夹钳送料装置。它运行平稳,加速度曲线接近正弦曲线,冲击小,设计时只要合理选择参数,计算波凸量,即可得到较好的送料精度。

  我国自行设计制造的100吨力高速压力机,它与开卷校平、自动送料、废料处理等装置组成完整自动线。送料装置采用凸轮分度行星轮辊轴式(见图6),利用一对挂轮(速比1/3~3)组成级差0.5~3.5mm的近百个数列,形成送料进距S的主要部分S1,再用一锥滚无级变速箱通过行星机构将尾数S2轮入料辊,使S=S1+S2并形成一完全连续的数列。送料精度主要取决于齿轮精度,凸轮采用正弦曲线,使送料起点与终点加速度为零。当最高行程次数为700次/分,送料速度达50m/min时,送料精度可达±0.05mm。

  送料装置的驱动方式是多样的,但为了保证送料与压力机工作的同步性,一般借助于曲轴或滑块的运输,再通过某些机构传递送料装置的动作。常用的传动机构是:

  (1)由曲轴端部偏心轮带动连杆组成曲柄摇杆机构,使单向离合器运动并驱动料辊的拉杆直接传动式;

  (4)滑块上装一斜楔推动齿条齿轮,再通过链轮、链条及齿轮机构的斜楔——齿轮式;

  传动机构的选择对送料精度有一定影响,若把上述传动方式称为直接驱动或间接驱动的话,我们应尽量选择直接驱动式,以避免传动链的过长。

  实践证明,直接驱动比间接驱动送料精度高。曾对一送料装置作过这样的试验,在送料传动链最后的齿轮上贴一张分度盘并装一固定指针,观察送料误差的变化,发现送料时齿轮旋转角是不均匀的,最大误差值在5°左右,这是传动链过长引起的。原装置由曲轴的一结余齿轮送料分配箱,再由一组伞齿轮分别通过一对齿轮副,再由偏心盘带动凸轮、摆杆牵动超越离合器。最后经一组齿轮副传动辊轴送料。这一系列的传动使间歇增大,加上各构件制造、装配误差,使送料精度明显下降。后改为滑块直接通过拉杆带动超越离合器使辊轴转动,由间接改为直接传动式,送料精度明显提高。

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