數控轉塔沖床結構設計概要

1、浙江工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文（2008屆）（數控轉塔沖床結構設計）學生姓名 周恒豐 學 號 080206149 院 系 數字控制工程分院 專 業(yè) 數控設備應用與維護 指導教師 王媛媛 完成日期 數控轉塔沖床結構設計摘 要 數控轉塔沖床(沖?；剞D頭壓力機)是壓力加工設備中最具生命力的集機、電、液一體化的前沿產品，是廣泛用于各類金屬薄板零件加工、一次性自動完成多種復雜孔型和淺拉深成型的板材加工關鍵設備。轉塔型數控沖床是用來對板材進行沖孔和步沖的壓力機，在其上滑塊與工作臺之間，有一對可以存放若干套模具的回轉頭(即轉盤)。把待加工的板材夾持在夾鉗上，使板材在上、下轉盤之間相對于滑塊中心沿x，y軸方向移

2、動定位，按規(guī)定的程序選擇所需要的模具，并由滑塊沖擊模具，從而沖出所需尺寸和形狀的孔來。這是一種通用、高效、精密的沖壓機械，也是板材加工中的主要設備。關鍵詞 數控 沖壓機械 沖床Design of CNC turret punch pressAbstract CNC turret punch press (turret punch presses) is the pressure processing equipment in the most vigorous set of mechanical, electrical, fluid integration of cutting-edge pr

3、oducts,Is widely used in various types of sheet metal parts processing, auto-complete a variety of complex time hole and light sheet metal forming process drawing critical equipment.Turret type.CNC punch press is used to plate for punching and nibbling the press, in its slide and the table between a

4、 pair of sets of molds can be stored back.Turned around (ie turntable).Gripping the sheet to be processed in the clamp, so that plate in the upper and lower relative to the slider between the center wheel along the x, y-axis direction.Position, according to the procedure to select the desired mold,

5、die by the impact of the slider, so out of the required size and shape of the holes.This is a passUse, efficient, precision stamping machinery, sheet metal processing is the main equipment.Key words CNC punch press machinery目 錄第一章 數控轉塔沖床概述31.1 數控轉塔沖床的分類31.2 數控轉塔沖床的優(yōu)點31.3 國內外數控轉塔沖床現狀41.4 數控轉塔沖床應用以及意義

6、5第二章 數控轉塔沖床的方案分析和設計62.1 方案一的分析62.2 方案二的分析82.2 方案三的分析9第三章 數控轉塔沖床的各個詳細部分113.1 主傳動部分113.2 轉塔電機及減速器153.3 床身部分16結 論17致 謝18參考文獻19 引 言數控轉塔沖床是壓力加工設備中最具生命力的集機、電、液一體化的前沿產品，是廣泛用于各類金屬薄板零件加工、一次性自動完成多種復雜孔型和淺拉深成型的板材加工關鍵設備。通過自動編程，可對板材進行X、Y方向和精確定位，自動選擇轉盤模具庫中的模具，按要求加工板材，自動加工不同尺寸和孔距的不同形狀的孔，也可用小沖模以步沖方式沖大的圓孔、方形孔、腰形孔及各種形

7、狀的曲線輪廓，也可進行特殊工藝加工，如百葉窗、淺拉伸、壓窩、翻邊孔、加強筋、步沖成形、步沖彎邊、壓印及標志孔等。第一章 數控轉塔沖床概述1.1 數控轉塔沖床的分類數控轉塔沖床按主軸驅動工作原理來分，主要可以分為以下三大類:1)機械驅動數控轉塔沖床:這類數控轉塔沖床是通過一個主電機帶動飛輪旋轉，由離合器進行沖壓控制。它的優(yōu)點是結構簡單，產品價格低。但同時，這類機床也存在效率較低、不適宜成型沖壓、耗電量較大、沖壓噪音大等缺點。2)液壓驅動數控轉塔沖床:這類機床通過液壓缸驅動擊打頭，由電液伺服閥進行沖壓控制。主要優(yōu)點表現在加工效率高、沖壓噪音小等優(yōu)點:但同時也存在多種不足，如對環(huán)境要求較高、耗電量大

8、、維護困難、占地面積大等缺點。3)伺服電機驅動數控轉塔沖床:隨著大功率交流伺服電機技術的進步，伺服電機已可以完全滿足打擊頭和其運動機構對打擊力，轉矩和功率等參數的要求。這類機床通過伺服電機帶動打擊頭進行沖壓控制。相對液壓式機床而言，其主要優(yōu)點表現在機床結構緊湊、耗電量少、沒有更換液壓用油的煩惱，而且非常環(huán)保、噪音小、對環(huán)境要求低等。1.2 數控轉塔沖床的優(yōu)點l)對加工對象改型適應能力強，可適應多品種、小批量生產的需要;2)可提高生產率，在加工過程中可縮短加工時間和輔助時間; 3)可提高同批工件的重復性精度，可避免由于手工控制所產生的誤差; 4)擴大機器使用范圍，可加工一些手工控制無法或難于加工

9、的復雜零件; 5)減少了在制品，加速了流動資金的周轉，提高了經濟效益; 6)可存貯加工用的優(yōu)化程序，并可隨時調用以實現最佳加工過程; 7)數控化后有可能組成板材加工柔性制造單元 (FMC)，并可以進一步組成板材加工柔性制造系統(FMS)，實現生產管理現代化。1.3 國內外數控轉塔沖床現狀 國外于1932年就生產出了常規(guī)電控的簡易型沖?；剞D頭壓力機，直到1955年才開發(fā)出來第一臺NC數控轉塔沖床，1970年又開發(fā)出來第一臺CNC數控轉塔沖床。之后隨著數控技術的不斷發(fā)展，數控轉塔沖床也有了很大發(fā)展，性能不斷提高，功能逐漸增強。目前，德國、日本和美國等發(fā)達國家數控轉塔沖床的使用已非常普遍。隨著當今制

10、造業(yè)靈活快速制造的發(fā)展，數控轉塔沖床也向著具有多種復合功能，更加穩(wěn)定可靠，具有更大柔性，適應多品種小批量的方向發(fā)展。目前，世界上生產數控轉塔沖床的主要廠商大約有十余家，例如:美國的STRIPPIT公司，日本的AMADA，德國的TRUMPF，瑞士的RASKIN，瑞典的PULLMAX，芬蘭的FINN-POWER公司等。 數控轉塔沖床在我國的研究起步比較晚，隨著中國鈑金業(yè)的蓬勃發(fā)展和國外高端技術的引進，越來越多的生產廠家掌握了數控沖床設計、制造技術，并轉換為產品進入市場。目前，國內有能力提供4軸及以上數控沖床的企業(yè)主要包括濟南捷邁、江都亞威、揚州的楊力和金方圓等。雖然國內的轉塔沖床得到了很大的發(fā)展，

11、但是和發(fā)達國家相比還比較落后，很多關鍵技術如數控系統、大功率伺服電機等還依賴于進口。1.4 數控轉塔沖床應用以及意義數控轉塔沖床的應用范圍相當廣泛，幾乎涉及到當今制造業(yè)的方方面面。從傳統的電氣開關柜、紡織機械、機床、電梯、空調、制冷設備、軍事裝備，到通訊柜、計算機、辦公設備、家具、燈具、汽車、拖拉機、收割機械、航空航天、太陽能設備、環(huán)保設備、裝修裝飾等等。據統計，2004年國內新增數控轉塔沖床約800臺，2005年新增數控轉塔沖床約950臺，2006年新增數控轉塔沖床約 1100臺，2007年新增數控轉塔沖床約1250臺，2008年新增數控轉塔沖床約1400臺，可見企業(yè)對數控轉塔沖床的需求量不

12、斷增大。隨著我國汽車工業(yè)的如日中天，加上新興的電子工業(yè)的強勁發(fā)展，為數控轉塔沖床的發(fā)展，提供了廣闊的戰(zhàn)場。 雖然目前國內己有很多公司生產的數控轉塔沖床，但是其價格都比較昂貴，且其數控系統基本上依賴于進口。同時，國內外成熟的基于PC的數控沖床系統并不多見，且多數系統沒有CAM功能，人機界面功能較差。隨著計算機技術的發(fā)展，PC機的軟件、硬件條件都有了很大的提高，基于DOS的數控系統顯然不能充分的利用現有的計算機資源。近來人們又對數控沖床系統提出了一些新的要求:人性化的界面設計，多任務并行控制能力;完善的圖形接口功能及通用性;加工仿真功能，在加工之前預覽加工過程和結果，避免試加工，降低生產成本;實時

13、的加工過程顯示，使操作人員隨時掌握加工進度。因此，開發(fā)符合上述需求的沖床數控系統具有重要的現實意義和廣闊的應用前景。也因此，數控轉塔沖床的結構設計也顯得非常重要。第二章 數控轉塔沖床的方案分析和設計早期的數控轉塔沖床工作原理常見有兩種形式：一種是利用飛輪，電動機驅動曲柄連桿滑塊機構，使滑塊上下往復運動， 而轉塔是由鏈傳動驅動；第二種是電機通過蝸輪蝸桿驅動連桿肘桿機構，使滑塊上、下往復運動，轉塔是由齒輪傳動驅動。2.1 方案一的分析圖2 JK9240數控沖床的傳動原理圖第一種是電動機驅動曲柄連桿滑塊機構，使滑塊上下往復運動，如圖2所示： JK9240數控沖床的傳動原理圖。 它采用開式機身，工作臺

14、外置。主電動機1通過皮帶2帶動飛輪3轉動，再通過主離合器4、偏心輪5和滑塊6帶動打擊器7以最高270次分的行程次數沖孔。 上、下轉塔14、13裝有32套模具，分內、中、外三圈布置。為此裝有一個三位置的打擊器氣缸22，推動打擊器，選擇內中外位置。 上下轉塔14、13由轉塔伺服電機10驅動，它通過轉塔減速箱9，轉塔離合器11和鏈傳動8帶動上下轉塔同時轉動，選擇模具沖孔。為使上下轉塔定位準確，保證凸模與凹模在同一軸線上，在轉塔圓柱面上設有20對錐形定位套，由轉塔氣缸12推動錐銷定位。 板料的進給機構由x、y軸和夾鉗三部分組成。Y軸伺服電機17通過皮帶18、滾珠絲桿16帶動移動工作臺15做Y向運動。移

15、動工作臺裝有X向移動機構、由X軸伺服電機21驅動，通過相應的滾珠絲桿(圖中未畫出)使其上的溜板(圖中未畫出)做X向運動，溜板上裝有兩副夾鉗19，由夾鉗氣缸20推動夾緊，彈簧復位，以夾緊和松開工件。優(yōu)點： 利用飛輪，可以用比較小的電機功率達到所要求的沖壓力；在轉塔中，不僅只有一圈的模具，配合打擊器氣缸，通過桿驅動打擊器，來選擇內、中、外三圈的模具。這樣可以在保證多模具的前提下，減少轉塔的直徑，減小轉塔在機床中所占的體積。轉塔定位氣缸的使用，可以在很大程度上保證轉塔的精度。缺點：由于使用飛輪，就不得不使用離合器和制動器。離合器和制動器會消耗比較大的功率，不利于提高效率，同時它們又是噪聲的主要來源之

16、一，它們的使用對降低噪聲不利。為了保證打擊器能在一定范圍內移動，那么沖頭的直徑就必須比較大，這樣增大了沖頭的質量，不利簡化機床。2.2 方案二的分析此方案是電機通過蝸輪蝸桿驅動連桿肘桿機構，使滑塊上、下往復運動，JK9230型數控沖床就是這種結構。其運動簡圖如圖22所示。主電機通過皮帶傳動機構、蝸輪蝸桿機構和曲柄肘桿機構，驅動滑塊上下運動，進行沖裁。轉塔12支承和懸掛在機身的下部和上部，電液脈沖馬達11通過兩級錐齒輪和一級正齒輪的傳動，使上、下轉塔同步回轉，以選擇模具，并用液動定位銷6使轉塔最終定位，保持上、下模同心。被加工的板料用夾鉗13夾緊，放置在移動工作臺2上。電液脈沖馬達14和另一電液

17、脈沖馬達通過滾珠絲桿傳動，使移動工作臺及夾鉗做x、y向送進，以選擇沖孔的坐標。圖22 JK9230型數控沖床的傳動原理圖優(yōu)點：取消了飛輪的使用，在一定程度上簡化了機床，取而代之的是使用了一個曲柄肘桿增力機構，使一個比較小的力，反應到沖頭上是較大的力，但反過來，沖頭的反沖力，通過；同時通過蝸輪副的使用，對主電機的要求較低。缺點：轉塔的轉動是靠齒輪副驅動，與上一種方案相比，其局限性比較大，在制造工藝上，對轉塔的要求相對較高，因為要保證轉塔上輪齒的精度；又由于轉塔時常受到沖擊力，其變形的可能性比較大，這樣也會影響到輪齒。蝸輪副的使用，會使傳動效率降低。2.2 方案三的分析根據以上兩種方案，以及當今伺

18、服系統的不斷完善，借鑒于日本村田（MURATEC）的動力機構，如圖23所示：圖23 日本村田（MURATEC）數控轉塔沖床的動力機構圖設計了如圖24所示的主傳動圖。圖24 數控轉塔沖床結構方案設計由伺服電機傳遞動力到偏心輪3，偏心輪上裝有偏心套1，偏心套隨著偏心輪的轉動而將力傳遞到活動板12，活動板安裝在導軌上的滑塊上，因此活動板只能做直線運動。連桿13幾乎水平地帶動肘桿14和15運動。連桿13、肘桿14和15構成了曲柄肘桿機構， 此機構具有增力特性。伺服電機驅動式主傳動，不僅保留了機械式主傳動結構成熟可靠的優(yōu)點，而且具備了液壓主傳動的諸多特性，其特點主要有： 1、節(jié)省能源。傳統的機械式主傳動

19、由電機帶動飛輪旋轉并積聚一定的能量，工作過程中，飛輪能量沖壓時消耗，并在返回上死點時重新積累。而對于伺服電機驅動式主傳動，能量無需存儲，伺服電機也不需要一直旋轉，僅在沖壓時啟動并提供所需能量，因此電能消耗大大降低，節(jié)能非常顯著。 2、大大精簡了結構。由于此結構取消了飛輪及離合器與制動器，使結構簡化。 3、降低噪音?；瑝K沖壓模具穿透板料時，會受沖壓反力作用產生振動和沖擊，由此帶來的噪音也會隨滑塊速度和沖壓力的增加而增大。機械式主傳動沖床通常通過加強床身和提高噸位來減少噪音。而伺服電機驅動式主傳動沖床卻能夠在行程的每時每刻對滑塊的速度進行控制和調節(jié)，因此可以在沖壓中段控制沖頭使其停頓，并降低其進入

20、板料時的速度，從而達到減少噪音的目的。另外，通過這種方式，在減少噪音的同時，還能減輕沖頭進入板料時的沖擊，進而延長模具的使用壽命。 4、滑塊行程次數顯著提高。曲柄旋轉一周，滑塊上下運動兩次，這樣能夠達到更高的沖壓頻率。第三章 數控轉塔沖床的各個詳細部分3.1 主傳動部分1-伺服電機 2-減速器 3-固定板 4-活動板 5-偏心裝置 6-滑塊 7-導軌8-曲軸 9-主傳動曲臂10-沖頭 11-沖頭支撐座圖31 主傳動系統圖主傳動系統中，伺服電機1通過減速器2，輸出一較大的轉矩到正弦機構。此正弦機構由一偏心機構和連接在滑塊6上并在導軌7上滑動的活動板4組成。減速器輸入到偏心裝置的圓周運動轉變成直線

21、運動，轉矩也轉變成沿著導軌方向的力，作用在活動板上?；顒影褰浺贿B桿，幾乎水平地將力作用在曲軸上。偏心裝置反復進行圓周運動，曲軸也隨之在一定角度內擺動。曲軸的擺動帶動主傳動曲臂9，主傳動曲臂9將力傳遞到沖頭10，由于沖頭受到沖頭支撐座的限制，只作上下直線運動，因此，最后沖頭將力作用在模具上。 在此傳動系統中，關鍵是如何將電機的圓周運動，轉變成穩(wěn)定的沿一定方向的直線運動。此正弦機構，能夠在往返的轉折點有良好的導向性，因為根據正弦函數的性質可知，它處處可導，在轉折點上也就具有良好的緩沖力的性質，因此偏心裝置對活動板不會造成太大的剛性沖擊，不但降低噪音，在平穩(wěn)的過程中，對整個機床精度的提高也十分有益。

22、 圖32 活動板移動距離圖如圖33所示，減速器輸出軸通過鍵12帶動齒輪連接套3轉動，齒輪連接套與偏心輪13通過螺釘連接在一起，偏心輪銷10就嵌入它們之間。偏心套8套在偏心輪銷上，由于偏心輪中心與電機軸在同一軸線上，它們同時繞著此軸轉動，因此偏心輪銷也繞此軸做圓周運動，但由于偏心輪銷與此軸有一偏心距e，所以偏心輪銷就帶動了活動板，活動板與滑塊連接，滑塊只能沿著導軌做直線運動，活動板就隨著滑塊做直線運動。1-伺服電機 2-減速器 3-齒輪連接套 4-連接套支撐座 5-固定板 6-滑塊 7-活動板 8-偏心套9-軸承外擋圈 10-偏心輪銷 11-圓錐滾子軸承 12-鍵 13-偏心輪圖33 正弦機構圖

23、圖34 主傳動曲臂為了能很好地將水平力傳遞到曲軸，將主傳動曲臂與主傳動曲臂蓋設計成斜方向（如圖34所示），同時也能保證裝卸的簡易性。圖35 沖頭和沖頭支撐座從機床的精簡考慮，只要沖頭的強度和剛能滿足要求，則盡量使用最小的直徑。而起導向作用的沖頭支撐座也能隨著沖頭直徑的減小而精減。3.2 轉塔電機及減速器圖3.2 轉塔電機及減速器為了保證上下轉塔同時轉動，那么就將電機的功率輸入到一減速器中，而減速器的輸出軸是能夠同步轉動的兩根軸，通過鏈輪與鏈條來驅動轉塔。3.3 床身部分圖414 床身床身的設計主要是根據普通沖床作為基本構架，為主傳動系統和轉塔提供支撐，配合數控轉塔沖床的實際需要，對床身部分進行改進，為使床身更人性化，仍需在實踐中提出改進方案。結 論 本文通過對數控轉塔沖床結構的設計和分析，得出以下結論： 數控轉塔沖床的設計，只是在機械部分總體進行了設計，伺服電機、正弦機構和曲柄肘桿機構的采用，發(fā)揮了普通沖床上離合器和制動器的功能，使此設計的的結構大大的精簡，穩(wěn)定性能大為提高，噪音大幅降低，在實際的應用過程中，能耗顯著下降。致 謝本論文是在我的導師王媛媛的親切關懷和悉心指導下完成的。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，