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数控单元冲压模具的快速成形技术
Nov 14, 2012  来源:  作者:杭州电子工业学院史维玉,张海峰

      1前言

 

      随着经济的快速发展和市场需求的多样化,人们对产品生产周期的要求越来越短,尤其在小批量甚至单件生产方面,要求现代制造技术不仅要有较高的柔性,还要有更新的、更能满足市场要求迅速变化的生产模式。数控单元冲压模具快速成形技术,就是为适应此种状态而产生的。

 

      2单元冲模快速成形的数字化编码

 

      钣金件的形状可分割成一些简单的图形元素,然后合成所需图形。例如:矩形是4个直角的合成;波浪形是一些曲线的合成等。因此,对于一些精度要求较高的小批量甚至单件生产的钣金件,可以用一些通用件迅速组装成单元冲压模具,采用数控技术,使之快速成形。

 

      将被加工钣金件看成一个可被分割的平面图形,对分割出来的简单图形元素进行数字化处理。即按其方位进行定位编码。如图1所示的非等距简单图形零件的数字化,缺口1、2、3、4的(Δx, Δy)均相等,方孔5的(Δx, Δy)均等于2倍的(Δx, Δy),设现有通用冲头的宽等于$x,长等于$y,则按如图1所示进行编号。缺口1由位置(2,0)以及位置(3,0)合成,缺口2、3、4同样由两个位置合成,方孔由8个位置合成。如果采用矩形单元快速成形,可以获得如图2所示的二维编码,由于划分过细使得到的编码较长。如果采用正方形单元快速成形,则可以获得如图3所示的二维编码,其编码减小一半。

 

1

 

2

      对于等距简单图形零件,如钥匙齿形的快速成形,由于齿距相等,可以进一步简化编码。钥匙齿形编码示意图,如图2所示。图中采用三角形单元,实际应用采用的是梯形单元,编码可以降为一维数组。

 

3

 

      参数定义:

 

      齿数--冲压的次数,现假使为5。

 

      齿距--冲压时,Y方向的每次移动的距离。

 

      级差值--冲压时,X方向移动一个单位时的距离。

 

      级差数--冲压时,X方向的移动单位。

 

      当选定齿距和级差值后,钥匙的齿形加工位置可以转换为级差数,最后齿形编码为一维数组(21321)。由以上可知,数字化编码是单元冲模快速成形的关键,合适的编码不仅可以提高生产效率,而且可以节省存储内存。

 

      3快速成形的结构设计

 

      目前,大部分中小型企业尚不具备购买高档数控冲床的经济实力,数控单元冲压模具可以直接安装在普通冲床上,作为简易数控冲床来使用。

 

      快速成形模具机构示意图,如图3所示。上模为凸模机构。光电头安装在上模板下方以检测凸模的起落。坯料的装夹要根据不同的需要进行设计。料板由步进电机控制丝杠分X、Y方向驱动。下模为凹模机构,直接安装在工作台上。

 

4

 

      4快速成形的控制系统设计

 

      4.1电机驱动及选用

 

      步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。共有3种:永磁式、反应式和混合式。混合式集中了前二种的优点。从性价比方面进行综合考虑,拟选用步进角1.8b的两相混合式步进电机。

 

      驱动器的型号、种类较多,细分型为考虑对象。因为细分型可消除电机的低频振荡,可提高电机的输出转矩及分辨率。顾及速度和精度,细分系数定为4。

 

      4.2系统硬件设计

 

      数控单元冲模是安装在曲轴式压力机上的,机床的冲压原理不变。需要控制的是两方面内容:首先要确定零点以及各工位点的位置;其次在上冲模往复动作的启停间,被加工件的按编码所得的X、Y方向的快速进给送料运动以及这两个动作的协调。即实现冲压和送料动作的同步控制。控制系统框图,如图4所示。光电信号检测电路图,如图5所示。

 

5

 

6

 

      数控系统的人机界面采用键盘输入,LED显示, 键盘具有数字键、设定、修改、查寻、X及Y方向的调整、执行等的功能键,可用来完成加工程序的输入、修改及对控制的操作和调整等。操作人员根据被加工件的形状在计算机上进行编码,自动生成加工程序,通过串行口将加工程序下载给单片机,并且保存在FLASHROM中。工模安装后手动调整零位。进入执行后单片机从FLASHROM中取得加工程序,并计算X、Y方向的步进距离后,再将其转换成相应的步进脉冲数,控制X、Y方向的步进电机的转动步数。当光电信号检测到上模位于开启位置时,数控系统迅速将待加工件定位到加工位置,并且启动冲床上冲模下压,实现一次冲压。在冲床带动上冲模开启时,数控系统迅速地将待加工件移动到下一加工位置等待下次冲压,直到完成加工停止冲床运动。

 

      4.3系统软件设计

 

      整个系统由上位机来管理。系统软件语言采用VisualBasic6.0编制,其集成开发环境(IDE)集设计、修改、调试、生成等功能于一体,人机交互界面十分友好。它是功能强大的Windows环境下的编程语言,简单易学,可视化程度高。

 

      系统软件结构采用模块化结构,共有5个功能模块:系统开机后进入Windows界面,双击/数控单元冲模0图标,即弹出应用界面,可选择功能模块。系统软件功能模块图,如图6所示。

 

7

 

      编辑模块用来完成用户对所设定的参数组进行操作的程序的编辑、修改、生成。

 

      参数设定模块将输入的参数组制成数据表,送入数据库,以备程序的调用。

 

      运行管理模块负责程序的运行、中断。

 

      通信模块负责上、下位机之间的通信管理,就是将控制程序段及调用的参数组,使用MSCOMM控件,通过RS232串行口送入单片机,使单片机执行控制工作。

 

      查询模块。方便用户对已存文件的查看与调用。

 

      单片机的程序也采用模块化结构,与上位机一样共有5个功能模块,通过通信接口接受上位机的输入指令,控制X、Y方向步进电机的运动。也可以脱离上位机直接控制运行。上位机通信程序流程图,如图7所示。下位机通信程序流程图,如图8所示。

 

8

 

      5结束语

 

      随着数控技术、伺服技术、运动元件的发展,以及市场经济的需要,数控单元冲压模具快速成形技术得到迅速发展。对于中小型传统企业,这种结合传统制造工艺的高新技术无疑是一种投资省,见效快,方便、快捷的技术。随着经济和科学技术的不断发展,实现自动上下料装备、外置模具库自动换模装备等,已经摆在人们的面前。可见,数控冲压的发展是以相关技术和新结构的研制为基础的。单元冲压模具快速成形技术,无疑是先进冲压技术发展的一个新起点。

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