沖床的發(fā)展動(dòng)向

在持續(xù)嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，無(wú)切削成形是企業(yè)與對(duì)手拉開(kāi)距離和競(jìng)爭(zhēng)中勝出的有力手段，而且環(huán)保是21世紀(jì)的主題，作為環(huán)保的加工方法將是主要的發(fā)展方向。無(wú)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(shí)現(xiàn)這些要求就必須了解從材料到成品的全過(guò)程綜合技術(shù)。沖床就其中一個(gè)重要的技術(shù)要素。本文將介紹機(jī)械式?jīng)_床的基本特性及近年來(lái)開(kāi)發(fā)出來(lái)的適用于各種成形技術(shù)的高精度多功能沖床的發(fā)展方向。
         
         沖床的基本特性
         
         圖1所示為機(jī)械沖床的特性與產(chǎn)品精度的關(guān)系。沖床的特性主要有兩個(gè)，一是剛性，它包括縱向剛性―滑塊與工作臺(tái)的拱曲和機(jī)架的彈性伸長(zhǎng)；以及橫向剛性―偏心負(fù)荷影響下滑塊的水平移位。其二為滑塊的運(yùn)動(dòng)特性，包括垂直度、平行度、直線度等，對(duì)產(chǎn)品的精度有很大的影響。產(chǎn)品的精度不是只與沖床有關(guān)，它與材料、模具、潤(rùn)滑等都有關(guān)，不能只考慮某一因素。從沖床的要素來(lái)考慮，產(chǎn)品的厚度方向的精度與縱向剛性有關(guān)，而偏差、彎曲或平行度則與橫向剛性及運(yùn)動(dòng)曲線特性有關(guān)。所以提高這些特性，產(chǎn)品精度可提高、模具壽命延長(zhǎng)、生產(chǎn)的穩(wěn)定性也能提高。

圖1：沖床的特性與加工產(chǎn)品精度的關(guān)系

         根據(jù)成形法、成形速度、生產(chǎn)性等選用沖床時(shí)，就必須考慮沖床的這些特性。依據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同，機(jī)械式?jīng)_床有：沖壓加工中應(yīng)用最廣泛的曲軸式?jīng)_床，下死點(diǎn)附近速度最慢的肘桿式?jīng)_床，以及滑塊速度在下死點(diǎn)以上很高位置就開(kāi)始減慢且具有很高扭矩能力的連桿式?jīng)_床。圖2是這些滑塊驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(jī)械式?jīng)_床的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

         選用鍛造沖床時(shí)，以生產(chǎn)性為重時(shí)就選用曲軸式?jīng)_床；如果追求下死點(diǎn)附近的成形性就選用肘桿式?jīng)_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?jīng)_床。 

圖3：沖床的扭矩特性

        為了實(shí)現(xiàn)無(wú)切削成形，對(duì)沖床的功能要求越來(lái)越高。沖壓機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)正向高精度、高剛性、合適的滑塊運(yùn)動(dòng)特性、智能化、多方向運(yùn)動(dòng)、甚至環(huán)保方向發(fā)展。

圖4：滑塊的速度特性

         機(jī)械式?jīng)_床的發(fā)展趨勢(shì)
         
         ◆ 通用沖床的高剛性、高機(jī)能化

圖5：C形沖床

         原本作通用機(jī)用的C形沖床（圖5）也追求高精度、高機(jī)能化，由此開(kāi)發(fā)出一體型龍門(mén)沖床（圖6）；帶AIDA連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)且在下死點(diǎn)附近速度很慢而SPM不受影響的連桿式?jīng)_床（圖7）。此連桿式?jīng)_床在驅(qū)動(dòng)齒輪與曲軸間介入了兩個(gè)偏心的連桿，當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于連桿的連結(jié)角度變化，曲軸就做不等速運(yùn)動(dòng)。此連桿機(jī)構(gòu)與其它的連桿機(jī)構(gòu)不同的是受壓部的連接點(diǎn)少而綜合間隙小。如圖3所示，連桿式機(jī)構(gòu)比肘桿式機(jī)構(gòu)的扭矩能力高，可實(shí)現(xiàn)在下死點(diǎn)更高位置的成形。

圖6：龍門(mén)式?jīng)_床

圖7：連桿式?jīng)_床的構(gòu)造圖

        ◆ 垂直連桿式（VL）驅(qū)動(dòng)方式
         
         針對(duì)機(jī)械式?jīng)_床高精度、高剛性的要求開(kāi)發(fā)出了如圖8所示的垂直連桿式?jīng)_床(VL系列)，圖9所示為其驅(qū)動(dòng)方式。VL驅(qū)動(dòng)方式是在普通的肘桿式機(jī)構(gòu)中加上垂直連桿和支點(diǎn)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(tài)，使成形載荷能通過(guò)垂直連桿垂直傳遞的驅(qū)動(dòng)方式。

圖8：垂直連桿式?jīng)_床

圖9：VL驅(qū)動(dòng)方式和肘桿式驅(qū)動(dòng)方式

         普通機(jī)械沖壓機(jī)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(qū)動(dòng)方式比普通驅(qū)動(dòng)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(jī)的受力圖。下死點(diǎn)上方5mm位置，普通肘桿式?jīng)_壓機(jī)的滑塊受到橫向力約占成形力的10%，而VL的不會(huì)超過(guò)1%。這種沖壓機(jī)適用于要求上下模具對(duì)中性高的加工。

圖10：不同驅(qū)動(dòng)方式側(cè)向力的比較

         ◆ 滑塊連桿式（SL）驅(qū)動(dòng)方式
         
         SL驅(qū)動(dòng)方式和VL驅(qū)動(dòng)一樣是一種作用于滑塊上的側(cè)向力幾乎為零的驅(qū)動(dòng)方式，但其行程可以做的更長(zhǎng)，適用于下死點(diǎn)以上更高的位置上開(kāi)始速度變化很少的擠壓加工。驅(qū)動(dòng)方式如圖10所示曲軸與?動(dòng)連桿滑動(dòng)連接，滑塊通過(guò)連桿與搖動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)連結(jié)。這種連桿機(jī)構(gòu)保證連桿在工作中保持基本垂直狀態(tài)。
         
         如圖10所示下死點(diǎn)上35mm的位置上，肘桿式?jīng)_床的側(cè)向力為29%而SL沖床只有0.24%。

圖11. 順?biāo)图庸づc多工位搬送加工的復(fù)合成形

         垂直連桿式?jīng)_床多用于順?biāo)图庸ぃ谛螤顝?fù)雜的成形中，也有用如圖11所示的先用順?biāo)图庸?，后半部分用多工位搬送的?fù)合方式進(jìn)行加工。搬送裝置可用各種各樣，如吸盤(pán)式或夾爪式的三維伺服多工位搬送裝置等。