沖床的發展動向

在持續嚴峻的經濟環境中，無切削成形是企業與對手拉開距離和競爭中勝出的有力手段，而且環保是21世紀的主題，作為環保的加工方法將是主要的發展方向。無切削成形中高精度、高附加值形狀的成形是不可或缺的，為了實現這些要求就必須了解從材料到成品的全過程綜合技術。沖床就其中一個重要的技術要素。本文將介紹機械式沖床的基本特性及近年來開發出來的適用于各種成形技術的高精度多功能沖床的發展方向。
         
         沖床的基本特性
         
         圖1所示為機械沖床的特性與產品精度的關系。沖床的特性主要有兩個，一是剛性，它包括縱向剛性―滑塊與工作臺的拱曲和機架的彈性伸長；以及橫向剛性―偏心負荷影響下滑塊的水平移位。其二為滑塊的運動特性，包括垂直度、平行度、直線度等，對產品的精度有很大的影響。產品的精度不是只與沖床有關，它與材料、模具、潤滑等都有關，不能只考慮某一因素。從沖床的要素來考慮，產品的厚度方向的精度與縱向剛性有關，而偏差、彎曲或平行度則與橫向剛性及運動曲線特性有關。所以提高這些特性，產品精度可提高、模具壽命延長、生產的穩定性也能提高。

圖1：沖床的特性與加工產品精度的關系

         根據成形法、成形速度、生產性等選用沖床時，就必須考慮沖床的這些特性。依據驅動機構的不同，機械式沖床有：沖壓加工中應用最廣泛的曲軸式沖床，下死點附近速度最慢的肘桿式沖床，以及滑塊速度在下死點以上很高位置就開始減慢且具有很高扭矩能力的連桿式沖床。圖2是這些滑塊驅動機構的概念圖，圖3、4是其各自的扭矩能力特性圖及滑塊速度特性圖。

圖2：機械式沖床的驅動機構

         選用鍛造沖床時，以生產性為重時就選用曲軸式沖床；如果追求下死點附近的成形性就選用肘桿式沖床；若需要很高位置上的成形或閉塞鍛造的話就選用連桿式沖床。 

圖3：沖床的扭矩特性

        為了實現無切削成形，對沖床的功能要求越來越高。沖壓機械的發展趨勢正向高精度、高剛性、合適的滑塊運動特性、智能化、多方向運動、甚至環保方向發展。

圖4：滑塊的速度特性

         機械式沖床的發展趨勢
         
         ◆ 通用沖床的高剛性、高機能化

圖5：C形沖床

         原本作通用機用的C形沖床（圖5）也追求高精度、高機能化，由此開發出一體型龍門沖床（圖6）；帶AIDA連桿驅動機構且在下死點附近速度很慢而SPM不受影響的連桿式沖床（圖7）。此連桿式沖床在驅動齒輪與曲軸間介入了兩個偏心的連桿，當驅動齒輪轉動時，由于連桿的連結角度變化，曲軸就做不等速運動。此連桿機構與其它的連桿機構不同的是受壓部的連接點少而綜合間隙小。如圖3所示，連桿式機構比肘桿式機構的扭矩能力高，可實現在下死點更高位置的成形。

圖6：龍門式沖床

圖7：連桿式沖床的構造圖

        ◆ 垂直連桿式（VL）驅動方式
         
         針對機械式沖床高精度、高剛性的要求開發出了如圖8所示的垂直連桿式沖床(VL系列)，圖9所示為其驅動方式。VL驅動方式是在普通的肘桿式機構中加上垂直連桿和支點連桿共二支連桿，使加工中直接與滑塊連接的連桿基本保持垂直狀態，使成形載荷能通過垂直連桿垂直傳遞的驅動方式。

圖8：垂直連桿式沖床

圖9：VL驅動方式和肘桿式驅動方式

         普通機械沖壓機由于連桿是斜壓在滑塊上，使滑塊受很大的不良橫向力，因此，這種驅動方式比普通驅動方式具有更高的精度，更加適合于高精度加工。圖10為普通沖壓機的受力圖。下死點上方5mm位置，普通肘桿式沖壓機的滑塊受到橫向力約占成形力的10%，而VL的不會超過1%。這種沖壓機適用于要求上下模具對中性高的加工。

圖10：不同驅動方式側向力的比較

         ◆ 滑塊連桿式（SL）驅動方式
         
         SL驅動方式和VL驅動一樣是一種作用于滑塊上的側向力幾乎為零的驅動方式，但其行程可以做的更長，適用于下死點以上更高的位置上開始速度變化很少的擠壓加工。驅動方式如圖10所示曲軸與?動連桿滑動連接，滑塊通過連桿與搖動連桿機構連結。這種連桿機構保證連桿在工作中保持基本垂直狀態。
         
         如圖10所示下死點上35mm的位置上，肘桿式沖床的側向力為29%而SL沖床只有0.24%。

圖11. 順送加工與多工位搬送加工的復合成形

         垂直連桿式沖床多用于順送加工，但在形狀復雜的成形中，也有用如圖11所示的先用順送加工，后半部分用多工位搬送的復合方式進行加工。搬送裝置可用各種各樣，如吸盤式或夾爪式的三維伺服多工位搬送裝置等。