文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所

伺服沖床的構(gòu)造及使用方法全析 （連載九）

文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所

本文主要介紹伺服沖床的構(gòu)造和動態(tài)精度的關(guān)系。

伺服沖床的構(gòu)造和動態(tài)精度的關(guān)系

到現(xiàn)在為止我們講述了要想充分發(fā)揮伺服沖床的優(yōu)勢，沖床的靜態(tài)精度與動態(tài)精度是必不可少的條件，只要達到了條件，就可以對伺服沖床的加工產(chǎn)品做出大膽的期待?，F(xiàn)在，我們把至今為止闡述的內(nèi)容進行一下歸納、整理和分類，并分別進行評價。當(dāng)然這和加工的內(nèi)容、沖床的使用方法有很大關(guān)系。對于伺服沖床的期待，有以下幾方面：⑴提高成形品的加工精度；⑵減少模具的磨損、提高模具壽命；⑶低噪音下的加工生產(chǎn)；⑷實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)性；⑸根據(jù)加工內(nèi)容可以任意改變運轉(zhuǎn)模式；⑹降低電力消耗、節(jié)省能源；⑺提高材料的成形性；⑻防止拉伸加工中的材料斷裂等等。

要實現(xiàn)上述目的和對沖床機械、伺服電機特性的對應(yīng)關(guān)系，可以參考表1、2、3。表中符號的說明：○表示影響大，△表示有影響，－表示影響很小。

■表1 對伺服沖床的期待內(nèi)容和沖壓機械特性的影響關(guān)系

■表2 對伺服沖床的期待內(nèi)容和伺服電機特性的關(guān)系

■表3 對伺服沖床的期待內(nèi)容和沖壓機械的驅(qū)動方式的關(guān)系

對表1的內(nèi)容需要進行詳細解說。

⑴沖床的靜態(tài)精度。靜態(tài)精度直接關(guān)系到模具安裝到?jīng)_床后的精度，是沖床質(zhì)量中不可缺少的項目，是購買沖床時必須嚴(yán)格檢查的重要項目。靜態(tài)精度不好的沖床動態(tài)精度也不好，沖床和模具的損壞或精度劣化也會加速。日本工業(yè)規(guī)格（JIS）規(guī)定：設(shè)備在工廠出廠時交給用戶的檢查成績表中記載或保證的精度最高為特級，還有1級、2級和3級，伺服沖床必須在1級以上。準(zhǔn)備進行高精度加工生產(chǎn)的伺服沖床的靜態(tài)精度一定要在特級。

⑵沖床機架的變形拉伸剛性。C形機架的沖床，工作臺后方左右兩側(cè)的機架會被變形拉伸（簡稱伸長）。由于C形沖床的機架大部分處于工作臺的后部，滑塊導(dǎo)軌也位于機架的稍后方，因此C形機架的沖床不能很好的體現(xiàn)出伺服沖床的效果。簡易型閉式?jīng)_床的滑塊設(shè)在了機架的前側(cè)，這樣機架的前側(cè)和后側(cè)的伸長量也不均等。對于簡易型閉式?jīng)_床的機架，工作臺的中心開始后側(cè)的伸長量要比前側(cè)的伸長量小。真正的框架式?jīng)_床的左右前后的機架的伸長量是沒有差別的，而且伸長量本身就是很小的，所以高精度加工用伺服沖床大都采用這樣的機架。因為機架有伸長也就有電力能源的消耗，因此伸長量小的沖床還可以節(jié)約能源。一般來說，特級動態(tài)精度的沖床的伸長量要比1級的沖床小很多。因加工負荷引起的機架伸長還會帶來很大的加工噪聲。盡量減少加工中的機架伸長量也可以有效地抑制機架的瞬間釋能的問題。

在沖壓加工中偏心載荷是不可避免的，因為偏心載荷的作用前后機架、左右機架的就會發(fā)生不同的伸長量，滑塊和工作臺的平衡度被破壞，上模和下模的平行度也就不能保證。也是因為這個偏心載荷，使得滑塊和工作臺的中心位置發(fā)生了變化，導(dǎo)致上模和下模的中心位置發(fā)生偏差，模具的沖頭和凹模的內(nèi)外壁就有可能發(fā)生碰撞沖擊，嚴(yán)重時會導(dǎo)致沖頭和凹模破損。因此。機架的變形伸長量也是選定沖床時的重要項目。

⑶沖床滑塊的剛性。一個曲軸的沖床（單點沖床）滑塊的剛性和雙點曲軸式?jīng)_床或4點沖床相比，滑塊的剛性是有很大差異的。單點沖床的滑塊由于在滑塊中心的連桿所連接，也就基本上不會發(fā)生滑塊的撓度彎曲變形。這樣單點沖床所用模具在設(shè)計時，要考慮前面論述過的偏心受力（或者偏心負荷）的問題。雙曲軸沖床由于雙點之間受力時，就會產(chǎn)生撓度變形，而且其變形量也會伴隨雙點間隔的增大而增大。所以伺服沖床設(shè)計時，盡可能要考慮到這點，不是萬不得已，就要有意識地回避加大間距。

一般來說，滑塊的剛性提高難度是非常大的。購買沖床時一定要提前向廠家提出要求，聽取廠家設(shè)計人員的設(shè)計思路和想法，了解提高剛性的具體方法，達到雙方的滿意?；瑝K的剛性高低與否，從外觀上來看，滑塊很重而且很結(jié)實，使用的鋼板很厚，焊接非常得體?；蛘哞T件很厚實，這是重點。良好的焊接滑塊，很大程度上取決于選用鋼板的好壞，有沒有高焊接技能的熟練技工，再加上是否按照標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)程來實施的。

⑷沖床底座的剛性。沖床底座的剛性與滑塊的剛性類似點很多，只是不是雙點之間的間距，而是受機架的間距所影響。若在底座內(nèi)設(shè)置緩沖墊的沖床，由于其底座的剛性不高，就要把緩沖墊分為幾等分，在中央附近設(shè)計上補強筋來增強剛性。工作臺加厚會有增加剛性的效果，但是一旦有了緩沖墊、落料孔，就會使工作臺的剛性大大降低，因此，要盡量將其孔的大小和數(shù)量減少到最小限度。

⑸沖床驅(qū)動系統(tǒng)的剛性。沖床驅(qū)動系統(tǒng)包括了曲軸、連桿、油壓式過負荷保護裝置、滑塊調(diào)節(jié)裝置等，這些部件由于在沖壓受力時會發(fā)生收縮、彎曲、油的壓縮力等原因會影響到伺服控制的準(zhǔn)確性，尤其是驅(qū)動系統(tǒng)的剛性靠外觀是看不到的。所以，這就要憑借廠家的經(jīng)驗多少和執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)高低，用戶在選擇時務(wù)必要仔細確認。

⑹滑塊導(dǎo)軌的數(shù)量?；瑝K的導(dǎo)軌是滑塊抵抗偏心負荷、不發(fā)生傾斜的重要裝置。許多廠家的質(zhì)量問題往往就是由于滑塊軌道的設(shè)計，布局或者材質(zhì)等的不合理而造成的。被認為比較好的滑塊導(dǎo)向是8面直角導(dǎo)向。在導(dǎo)軌上使用潤滑油或油脂的不同，也會對導(dǎo)向的效果產(chǎn)生很大的差別。高精度的伺服沖床必須使用銅合金的導(dǎo)軌襯板和選用潤滑油潤滑。

滑塊與導(dǎo)軌之間間隙的調(diào)節(jié)機構(gòu)（一般多用螺栓調(diào)節(jié)方式）也是非常重要的，這個調(diào)節(jié)機構(gòu)抵御著因偏心負荷引起的滑塊的傾斜，所以調(diào)節(jié)用部件的剛性不好的話即使有了8面導(dǎo)向也不能達到預(yù)想的精度，這個調(diào)節(jié)機構(gòu)的好壞也是判斷伺服沖床機械部分的條件之一。

⑺滑塊導(dǎo)軌的間隙。只有8面的滑塊導(dǎo)軌及潤滑油還不夠，導(dǎo)軌與滑塊的間隙也是很重要的問題。好的伺服沖床這個間隙必須要在0.01～0.02mm以下。要使導(dǎo)軌間隙一直能夠穩(wěn)定在0.01～0.02mm以下，并非是件容易之事，必須首先要使各加工零部件的精度要非常精密和穩(wěn)定才可。

因此，要想選用優(yōu)良的伺服沖床，就要對廠家進行考察，了解加工設(shè)備好壞，檢查齒輪是否經(jīng)過精密磨齒，查看裝配環(huán)境和觀察操作人員的技能等，才能作出綜合判斷。

以上內(nèi)容是對沖壓機械的通用表述，但是在選擇伺服沖床時更要特別注意，把以上內(nèi)容作為檢查重點。

圖1 滑塊上下運動隨時間變化的曲線

滑塊的速度和伺服沖床

曲軸沖床是利用曲軸的偏心部分的回轉(zhuǎn)使滑塊上下運動的，圖1表述了滑塊的上下運動隨時間變化的曲線。在整個行程中，滑塊處在中間附近位置時速度是最快的，向下死點行進的過程按三角函數(shù)的曲線減速，到下死點時速度為零。

進行拉伸加工時，在部品的拉伸深度以上下死點上面較高的位置即速度還很快的地方開始向下死點行進的過程始終在進行拉伸加工，直到拉伸加工完成時正好是下死點速度為零。也就是說拉伸加工的過程，是在速度由快到慢的速度變化的過程中進行的，被壓板按壓的邊緣部分拉伸也是在速度變慢的過程中進行的，同時對速度非常敏感的摩擦系數(shù)也在發(fā)生著變化，對于皺紋的發(fā)生和斷裂等也會產(chǎn)生極大的影響。另外、沖頭通過凹模的拐角部的速度也是在變化中，凹模拐角部進行的彎曲、彎曲回彈的殘留應(yīng)力也會變化，因而影響到拉伸部件的精度。

圖1滑塊的運動為實線，速度為虛線，滑塊在上死點和下死點的速度為零，行程的中間（曲軸角度90°）附近為最大。拉伸加工的開始角度為135°，這個角度根據(jù)拉伸深度而變化。一般拉伸加工時材料的極限拉伸速度是300mm/s，如果讓開始拉伸時的速度在這個速度之下破損等問題就會少一些。因此要求沖床具有能夠根據(jù)拉伸產(chǎn)品來改變速度的機能，雖然連桿式?jīng)_床、可變速的沖床相繼出現(xiàn)，但是選擇范圍很小仍然不能滿足生產(chǎn)的需求。伺服沖床通過數(shù)控技術(shù)可以任意設(shè)定最合適的拉伸速度，不但擴大了沖壓加工的范圍也使伺服技術(shù)得到了更廣泛的使用。

下一期將介紹伺服電機的種類與驅(qū)動器，并解說伺服沖床機械的構(gòu)造與動態(tài)精度的關(guān)系。