沖壓模(mo)具(ju)的快速成(cheng)形技術(shu)

數字化編碼鈑

隨著經濟的快速(su)發展和市(shi)場需求的多樣化,人們對(dui)產(chan)品周(zhou)期的

要(yao)求(qiu)越(yue)來越(yue)短(duan),尤其在(zai)小批(pi)量甚至(zhi)單(dan)件方面,要(yao)求(qiu)現代制造技術不(bu)僅要(yao)有(you)(you)較高的柔性(xing),還要(yao)有(you)(you)更(geng)(geng)新的、更(geng)(geng)能滿足市場要(yao)求(qiu)迅速變化的模式。數控單(dan)元沖(chong)壓模具快(kuai)速成形技術,就是為適應此(ci)種狀態而產生的。

鈑件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)可(ke)(ke)(ke)分割成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)些(xie)(xie)簡(jian)單(dan)的(de)(de)(de)(de)圖(tu)(tu)形(xing)元素(su),然后合成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)所(suo)需圖(tu)(tu)形(xing)。例如:矩形(xing)是4個(ge)(ge)直角的(de)(de)(de)(de)合成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng);波(bo)浪形(xing)是一(yi)些(xie)(xie)曲線的(de)(de)(de)(de)合成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)等。因此(ci),對于(yu)(yu)一(yi)些(xie)(xie)精度要求較高的(de)(de)(de)(de)小批(pi)量甚至單(dan)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)鈑金件(jian)(jian),可(ke)(ke)(ke)以(yi)用(yong)一(yi)些(xie)(xie)通用(yong)件(jian)(jian)迅速組裝成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)單(dan)元沖壓模具,采用(yong)數控技術,使(shi)之快速成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)。將被加工鈑金件(jian)(jian)看成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)可(ke)(ke)(ke)被分割的(de)(de)(de)(de)平面圖(tu)(tu)形(xing),對分割出來的(de)(de)(de)(de)簡(jian)單(dan)圖(tu)(tu)形(xing)元素(su)進(jin)(jin)行數字化處理。即按其(qi)方(fang)位(wei)進(jin)(jin)行定(ding)位(wei)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)。如圖(tu)(tu)1所(suo)示(shi)的(de)(de)(de)(de)非等距簡(jian)單(dan)圖(tu)(tu)形(xing)零件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)數字化,缺口1、2、3、4的(de)(de)(de)(de)(Δx,Δy)均相等,方(fang)孔5的(de)(de)(de)(de)(Δx,Δy)均等于(yu)(yu)2倍的(de)(de)(de)(de)(Δx,Δy),設現(xian)有通用(yong)沖頭(tou)的(de)(de)(de)(de)寬等于(yu)(yu)Δx,長(chang)等于(yu)(yu)Δy,則按如圖(tu)(tu)1所(suo)示(shi)進(jin)(jin)行編(bian)號。缺口1由(you)位(wei)置(zhi)(2,0)以(yi)及位(wei)置(zhi)(3,0)合成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng),缺口2、3、4同樣由(you)兩個(ge)(ge)位(wei)置(zhi)合成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng),方(fang)孔由(you)8個(ge)(ge)位(wei)置(zhi)合成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。如果采用(yong)矩形(xing)單(dan)元快速成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing),可(ke)(ke)(ke)以(yi)獲得如圖(tu)(tu)2所(suo)示(shi)的(de)(de)(de)(de)二維(wei)(wei)編(bian)碼(ma)(ma)(ma),由(you)于(yu)(yu)劃分過細使(shi)的(de)(de)(de)(de)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)較長(chang)。如果采用(yong)正方(fang)形(xing)單(dan)元快速成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing),則可(ke)(ke)(ke)以(yi)獲得如圖(tu)(tu)3所(suo)示(shi)的(de)(de)(de)(de)二維(wei)(wei)編(bian)碼(ma)(ma)(ma),其(qi)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)減小一(yi)半。

矩形單元二維編碼(ma)如(ru)下：

對于等距簡單圖

形(xing)(xing)零件如(ru)鑰匙齒(chi)形(xing)(xing)的快速成形(xing)(xing)由于齒(chi)距相等(deng)河以進一(yi)步簡化編(bian)碼(ma)。鑰匙齒(chi)形(xing)(xing)編(bian)碼(ma)示意圖(tu)，如(ru)圖(tu)2所示。圖(tu)中采(cai)用三角形(xing)(xing)單(dan)元，實(shi)際應用采(cai)用的是梯形(xing)(xing)單(dan)元編(bian)碼(ma)可(ke)以降(jiang)為一(yi)維數(shu)組。

參數定義:

齒數--沖(chong)壓的(de)次數，現假(jia)使為5。

齒距--沖壓(ya)時(shi)，Y方向的(de)每次移動的(de)距離(li)。

級差值—沖壓時(shi)X方向移動一個(ge)單位

時的距離。

級差數(shu)--沖壓時，X方(fang)向(xiang)的移動單位。

當選定齒(chi)距和級差值后，鑰匙的齒(chi)形(xing)加(jia)工位置可(ke)以(yi)轉換為級差數(shu)**齒(chi)形(xing)編碼(ma)(ma)為一維數(shu)組((2 1 3 2 1)。由以(yi)上可(ke)知數(shu)字化編碼(ma)(ma)是單(dan)元沖模快速成形(xing)的關鍵(jian)，合適的編碼(ma)(ma)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)提率，而(er)且可(ke)以(yi)節省存儲內(nei)存。

結構設計

大部分(fen)中小(xiao)型企(qi)業(ye)尚(shang)不具(ju)(ju)備購買(mai)**數(shu)控沖(chong)床(chuang)(chuang)的(de)經(jing)濟實(shi)力，數(shu)控單元沖(chong)壓(ya)模具(ju)(ju)可(ke)以直接安(an)裝在普(pu)通沖(chong)床(chuang)(chuang)上作為簡易(yi)數(shu)控沖(chong)床(chuang)(chuang)來使用。

快速成形模(mo)(mo)具機(ji)(ji)(ji)構示意圖如(ru)圖3所(suo)示。上(shang)模(mo)(mo)為凸(tu)模(mo)(mo)機(ji)(ji)(ji)構。光(guang)電頭安裝(zhuang)在(zai)上(shang)模(mo)(mo)板(ban)下方(fang)以(yi)檢測凸(tu)模(mo)(mo)的(de)起(qi)落(luo)。坯(pi)料的(de)裝(zhuang)夾(jia)要根據(ju)不同的(de)需要進行設計。料板(ban)由步進電機(ji)(ji)(ji)控(kong)制絲(si)杠分X,Y方(fang)向驅動。下模(mo)(mo)為凹模(mo)(mo)機(ji)(ji)(ji)構，直接安裝(zhuang)在(zai)工作臺上(shang)。

系統設計

4.1 電機驅動及選用

步(bu)(bu)進(jin)電機(ji)(ji)是一種將(jiang)電脈沖轉化(hua)為角(jiao)位移(yi)的執(zhi)行(xing)機(ji)(ji)構。共有3種:永磁式(shi)、反應(ying)式(shi)和混(hun)合(he)式(shi)。混(hun)合(he)式(shi)集中了前二種的優點，從性價比方面進(jin)行(xing)綜(zong)合(he)考慮，擬選用步(bu)(bu)進(jin)角(jiao)1.8o的兩(liang)相混(hun)合(he)式(shi)步(bu)(bu)進(jin)電機(ji)(ji)。

驅動器的(de)型(xing)號、種(zhong)類較多，細分(fen)型(xing)為考慮對象。因為細分(fen)型(xing)可消除電機的(de)低頻振蕩，可提高(gao)電機的(de)輸出轉(zhuan)矩及分(fen)辨率(lv)。顧及速度和(he)精度細分(fen)系數(shu)定為4。

4.2 系統硬件設計(ji)

數控(kong)單(dan)元沖(chong)模(mo)是安裝在曲(qu)軸(zhou)式壓(ya)力機(ji)上的(de)，機(ji)床(chuang)的(de)沖(chong)壓(ya)原(yuan)理(li)不變。需要(yao)(yao)控(kong)制(zhi)(zhi)的(de)是兩(liang)方面內容:首先(xian)要(yao)(yao)確定零點(dian)以及(ji)各工(gong)位點(dian)的(de)位置;其(qi)次在上沖(chong)模(mo)往復動作(zuo)(zuo)的(de)啟停間被(bei)加工(gong)件的(de)按編(bian)碼所(suo)得的(de)X,Y方向的(de)快速進給送(song)料(liao)運動以及(ji)這兩(liang)個動作(zuo)(zuo)的(de)協(xie)調。即實現沖(chong)壓(ya)和送(song)料(liao)動作(zuo)(zuo)的(de)同步控(kong)制(zhi)(zhi)。控(kong)制(zhi)(zhi)系統框圖(tu)，如圖(tu)4所(suo)示(shi)。光電信號檢測電路圖(tu)，如圖(tu)5所(suo)示(shi)。

數控(kong)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)人機界面采用鍵盤(pan)輸入(ru)LED顯示鍵盤(pan)具有數字鍵、設(she)定、修(xiu)(xiu)改、查尋、X及(ji)Y方(fang)向的(de)(de)(de)調整、執(zhi)行(xing)等的(de)(de)(de)功能鍵，可用來完(wan)成加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)序的(de)(de)(de)輸入(ru)、修(xiu)(xiu)改及(ji)對控(kong)制的(de)(de)(de)操作(zuo)和(he)調整等。操作(zuo)人員根據被加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)(de)形狀(zhuang)在計(ji)算(suan)機上(shang)進行(xing)編(bian)碼(ma)，自動(dong)(dong)生成加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)序，通過串行(xing)口將加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)序下載給(gei)單片(pian)機并且保存在FLASH ROM中。工(gong)(gong)(gong)(gong)模安裝(zhuang)后(hou)手動(dong)(dong)調整零位(wei)。進入(ru)執(zhi)行(xing)后(hou)單片(pian)機從FLASH ROM中取(qu)得加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)序，并計(ji)算(suan)X,Y方(fang)向的(de)(de)(de)步進距離后(hou)再(zai)將其(qi)轉換成相應的(de)(de)(de)步進脈沖(chong)(chong)數控(kong)制X,Y方(fang)向的(de)(de)(de)步進電(dian)機的(de)(de)(de)轉動(dong)(dong)步數。當光電(dian)信號檢(jian)測到上(shang)模位(wei)于(yu)開(kai)啟(qi)(qi)位(wei)置(zhi)時(shi)數控(kong)系(xi)統(tong)(tong)迅(xun)速將待加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)件定位(wei)到加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)位(wei)置(zhi)，并且啟(qi)(qi)動(dong)(dong)沖(chong)(chong)床上(shang)沖(chong)(chong)模下壓(ya)，實現一次沖(chong)(chong)壓(ya)。在沖(chong)(chong)床帶動(dong)(dong)上(shang)沖(chong)(chong)模開(kai)啟(qi)(qi)時(shi)數控(kong)系(xi)統(tong)(tong)迅(xun)速地將待加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)件移(yi)動(dong)(dong)到下一加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)位(wei)置(zhi)等待下次沖(chong)(chong)壓(ya)，直到完(wan)成加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)停(ting)止(zhi)沖(chong)(chong)床運動(dong)(dong)。

4.3 系統軟件設計

整個(ge)系(xi)統由上位機(ji)來(lai)管(guan)理。系(xi)統軟件語言采用Visual Basic 6 .0編制其集成開發環境(IDE)集設計、修改、調試、生成等功(gong)能(neng)于(yu)一(yi)體，人機(ji)交互界面十(shi)分友好。它(ta)是(shi)功(gong)能(neng)強大的(de)Windows環境下的(de)編程語言簡單易學可視化(hua)程度高。

系統(tong)軟件結構(gou)采用模(mo)(mo)塊(kuai)化結構(gou)，共有5個功能模(mo)(mo)塊(kuai):系統(tong)開機(ji)后進入(ru)Windows界面(mian)雙擊“數控(kong)單元沖(chong)模(mo)(mo)”圖(tu)標(biao)，即彈出應用界面(mian)，可選擇功能模(mo)(mo)塊(kuai)。系統(tong)軟件功能模(mo)(mo)塊(kuai)圖(tu)如圖(tu)6所(suo)示。

編輯模(mo)塊用(yong)(yong)來完成(cheng)用(yong)(yong)戶對所設定的(de)(de)參數組進行(xing)操作(zuo)的(de)(de)程序的(de)(de)編輯、修改、生成(cheng)。

參(can)數設(she)定模塊(kuai)將(jiang)輸入的(de)參(can)數組制成數據(ju)表，送(song)入數據(ju)庫(ku)以備程序的(de)調用。

運行管理模塊負責程序的運行、中斷(duan)。

通信(xin)模塊(kuai)負責上、下(xia)位機(ji)之(zhi)間的(de)通信(xin)管理，就是將(jiang)控制程序段及調(diao)用的(de)參數組使(shi)(shi)用MSCOMM控件，通過(guo)RS232串行(xing)口(kou)送(song)入單(dan)片機(ji)使(shi)(shi)單(dan)片機(ji)執行(xing)控制工作。

查詢模(mo)塊。方(fang)便用戶對已(yi)存文件的查看與調(diao)用。

單(dan)片機(ji)的程(cheng)序也采用模塊化結構，與(yu)上位機(ji)一樣共有5個功(gong)能(neng)模

塊通(tong)(tong)過(guo)通(tong)(tong)信接(jie)口接(jie)受上位機(ji)(ji)的(de)(de)輸(shu)入指令，控制X,Y方向步進電(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)運動。也可以脫離上位機(ji)(ji)直(zhi)接(jie)控制運行。上位機(ji)(ji)通(tong)(tong)信程序流(liu)程圖，如圖7所(suo)(suo)示。下位機(ji)(ji)通(tong)(tong)信程序流(liu)程圖，如圖8所(suo)(suo)示。　[2] 

隨著數(shu)控(kong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、伺服技(ji)(ji)術(shu)(shu)、運(yun)動(dong)元件的(de)(de)(de)發展(zhan)(zhan)，以及市(shi)場經(jing)(jing)濟(ji)的(de)(de)(de)需要，數(shu)控(kong)單元沖(chong)壓(ya)模具(ju)快速(su)(su)成形技(ji)(ji)術(shu)(shu)迅速(su)(su)發展(zhan)(zhan)。對于中小型傳統企業，這種結(jie)合(he)傳統制造(zao)工藝的(de)(de)(de)無疑(yi)是(shi)一種投(tou)資省(sheng)，**J陜，方(fang)便、快捷(jie)的(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)。隨著經(jing)(jing)濟(ji)和科(ke)學技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)不斷發展(zhan)(zhan)，實現自動(dong)上(shang)下料裝(zhuang)備、外置模具(ju)庫自動(dong)換模裝(zhuang)備等，已經(jing)(jing)擺在人們的(de)(de)(de)面前。可見，數(shu)控(kong)沖(chong)壓(ya)的(de)(de)(de)發展(zhan)(zhan)是(shi)以相關(guan)技(ji)(ji)術(shu)(shu)和新結(jie)構的(de)(de)(de)研制為基礎的(de)(de)(de)。單元沖(chong)壓(ya)模具(ju)快速(su)(su)成形技(ji)(ji)術(shu)(shu)，無疑(yi)是(shi)先(xian)進沖(chong)壓(ya)技(ji)(ji)術(shu)(shu)發展(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)一個新起(qi)點。