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国外数控冲床的现状和发展趋势

作者:大鑫机械 发布时间:2021-10-16 21:01:48点击:


国外数控冲床的现状和发展趋势


据不完全统计,目前国外生产数控冲床的厂家已有30多家,这还不包括一些著名厂家在其他国家的子公司或分厂。自数控转塔冲床问世近30年来,伴随着数控技术、液压气动技术、运动元件及计算机等相关技术的发展,数控冲床发展之迅速(大部分厂家的高档机型的技术指标和功能),大大超出了大部分用户的想象。各个厂家的产品不断地推陈出新,精彩纷呈,这既是为了规避已有专利技术,也是展示个性技术,以便争夺市场。数控冲床技术的快速进步同时带动了其辅机的发展,板材加工柔性系统(FMS)的大量涌现和普及与此也密切相关。通过对数控冲床结构、技术指标的考察,可了解数控冲床的发展趋势。


国外数控冲床的现状和发展趋势(图2)


1、数控冲床的结构改进


数控冲床(不包括单模步冲机)在结构方面按床身形式、控制轴数、模具库、主传动方式等可以划分成不同的类型。按床身形式可分为开式C形或J形、闭式O形;按控制轴数可分为3轴、3轴或5轴;按模具库可分为转塔式、刀库式、直列式、阵列式;按主传动方式可分为曲柄滑块式、机械凸轮式、肘杆伺服式、液压式。


(1)床身无论是开式还是闭式都不代表技术性能的先进与否。公称力在400kN以下时,两种床身形式的数控冲床对机床的性能基本上没有影响。在加工制造、用户操作观察方面,开式床身比闭式还更好一些。当然,大吨位冲床在床身重量一样时,闭式床身对减少机床的变形更有利。尽管目前大部分厂家都在生产开式床身数控冲床,但决不能说这是数控冲床的发展趋势,进而否定闭式结构。 日本AMADA公司和KOMATSU公司采用双重结构机架来提高加工精度和模具寿命。


(2)板材送进定位的X、Y两个轴和选模轴T轴是数控冲床的3个基本数控轴。由德国Trumpf公司生产的在X轴横梁上直线排列模具的数控冲床和由意大利Salvagnini公司生产的模具阵列式布置的数控冲床是个特例。前者选模轴和X轴合二为一,后者没有选模轴只有两个轴。不考虑这两个特例,数控冲床的第4轴是转模轴C轴,第4、5轴是转模轴的C1和C2(跟随轴)轴。当前各厂家已基本不再生产3轴的或者说不带转模的数控冲床。转模轴将不再是数控冲床的可选项,而是基本配置。


(3)转塔式模具库一直是数控冲床模具库的主流模式,这种模具库结构简单、容量大、模具结构合理、换模迅速、模具装拆方便。冲床刀库式模具库是从金切机床的刀库和换刀模式派生的,现在只有意大利Omes公司、美国Whitney公司采用,德国Trumpf公司已经淘汰刀库式结构而独树一帜地发明了直列式模具库。意大利Salvagnini公司独创阵列式模具库。上述三个厂家在产品的发展过程中都完善了自己的结构,能够满足绝大部分客户的需要,但在某些方面各有其不足,如换模时间长、容量小、不利转模布置等。有些厂家发展了外置式模具库以减少人工辅助时间提高生产率或兼有弥补模具库容小的不足,但是这已经不是数控冲床本身的问题了。


(4)主传动部分一直是数控冲床技术进步的标志之一。主传动部分的冲压频率直接影响数控冲床的生产效率,也因此成为制造商和用户关注的焦点。从最初的曲柄滑块机构加气动离合制动器或液压离合制动器的主传动,发展到现今高频次、低噪声、性能完善的液压主传动系统。


复杂的机械凸轮式结构仅是曲柄滑块机构的一种变形,目的是减少噪声,这种结构是日本Amada公司的专利。


肘杆伺服式主传动是日本Murata公司独创,它开创性地用伺服电机驱动肘杆机构方便地控制冲压频率和速度,并因此使其在1995年日本筑波机床博览会上获日本机械工业设计大奖——通产大臣奖。这种肘杆伺服式主传动,机构比较复杂,性能不比液压主传动优越。


液压主传动系统由快速液压缸、控制阀块和液压站组成,其关键在于油缸的上下行程多点或无级可控,换向迅速。液压系统的平稳、易调速、行程可控、过载安全保护在数控冲床上得到了充分体现,并为数控冲床带来了前所未有的技术进步:①噪声大大降低,基本上只有板材冲断的声音。②振动大大减小。③冲压频率提高,已达1200次/min。④冲裁入模量可调,减少了模具调整时间。⑤不存在过载闷车甚至造成零件损坏的现象。⑥滑块可保持在任意行程位置,数控冲床可完成滚压滚剪工艺。


由此可见,液压主传动取代机械主传动是必然趋势,当前机械主传动数控冲床的产量在迅速下降。


国外数控冲床的现状和发展趋势(图3)


2、数控系统发展和二次开发


数控系统是数控冲床的重要组成部分,数控技术和计算机的进步是数控冲床许多技术指标提高和功能实现的前提。数控系统绝大部分都采用32位CPU使其运行处理速度大幅度提高;内存容量加大;许多由外部机电结合实现的功能开始成为数控系统具备的功能,大大简化机电结构提高了可靠性;人机界面更加友好。数控系统和计算机越来越接近,带硬盘,以Windows操作系统为平台更便于主机制造商个性化开发,使用更方便。


以夹钳安全保护为例:数控系统不具备夹钳软件保护功能以前,夹钳防冲安全区的设定是由多个检测开关和感应撞块板联合确定的,机电结构复杂,安全性差,而数控系统记忆各夹钳位置并时刻由系统软件检测夹钳运行位置,可靠地保护了夹钳,除非软件出问题。


一些著名的数控冲床制造厂家通过对外购的数控系统进行二次开发,使之更能配合机床的特点(有的把自动编程软件嵌入数控系统使现场编程十分简单)。芬兰Finn-Power公司三夹钳程控自动换位功能使制件精度免受重定位影响,就是得益于数控系统的快速和宜人化。数控系统的二次开发、机床结构的创新还可使操作更简单方便。如系统具有排料显示、实时显示加工过程、进行自动编程、夹钳位置编程、机床运行数据统计(冲压次数、运行时间、模具使用次数等)、完善的故障诊断等功能;机械方面不断出现了辅助提模装置、模具油雾润滑、运动副自动润滑、小件通道、真空吸废料、液压主传动、多转模及多子模装置等新装置新结构,使操作人员对机器的干预和维护越来越少,非生产时间越来越短。


国外数控冲床的现状和发展趋势(图4)


3、技术指标大幅提高、功能不断完善


数控冲床是高速度高精度板金冲压设备,其发展方向以提高生产率为首要目标,其他还需不断增加功能、不断扩大工艺范围、提高自动化程度、改善操作使之更宜人。


高速启制动、高频次冲压、高精度定位同时要求对数控冲床是相当苛刻的,但是数控冲床的技术指标在近年来得到了持续提高。多数厂家最高指标已达:换模时间缩短到1~2s;冲压频率达900次/min,最高达1200次/min(意大利Salvagnini公司模具阵列式S4系统),25mm步距冲压频率450次/min;单轴进给速度达100m/min;相邻孔间距(300mm内)精度达±0.07mm。


为达到上述指标,各公司采用了不同措施,如日本Amada公司和Komatsu公司采用双重结构机架来提高加工精度(±0.07mm)和模具寿命。意大利Rainer公司机床Y轴采用双边驱动,使工作台加速度达8~10m/min,能够以100m~900m的速度冲压。


转模装置和构思独特的模具的出现使数控冲床加工工艺范围不断扩大,除冲孔、起伏成型外任意滚剪、滚筋、大范围拉深等新工艺也可在数控冲床上实现。这些技术发展大大超越了用户需求的期望,这是国外知名厂家技术实力的体现,也是他们在市场竞争中处于领先地位的根本原因。


自动编程软件也开始成为数控冲床的一部分,它的功能影响着用户对主机的评价。用户开始要求自动编程软件具备三维展开、自动排料、多数据统计等功能。


国外数控冲床的现状和发展趋势(图5)


4、数控冲床如何发展


生产厂家对数控冲床高速、高效、高精度的追求,确实使其技术性能得到了不断提高,但这却使操作人员成为机床效能发挥的障碍。这是因为由人工完成的上下料和换模操作占去了太多的辅助时间,操作者成了机床的奴隶,越来越不适应机床的高生产率要求。因此,冲床自动上下料装置、外置模具库自动换模装置成为高效数控冲床的一部分就被提上改进日程。例如,日本小松(Komatsu) 公司APO3048冲压中心内置最多达300套模具;绝大部分厂家都有不同档次的上下料装置,有的甚至是多轴数控装置。由此可见,数控冲床技术性能功能的持续提高应以相关技术的发展和新结构的出现为前提,最终以机器的扩张(增加辅机)为结果。

纵观数控冲床的现状和发展,可以认为:


(1)机械主传动被液压主传动淘汰已成定局。


(2)加工过程无人干预的冲压(或复合)中心是数控冲床的发展方向。


(3)速度不断提高、开放、可靠的工控机更多地被采用。


(4)随着数控技术、伺服技术、运动元件的发展特别是直线伺服电机的成熟和成本的降低,数控冲床的结构还会有新的突破。比如,夹钳可直接和直线电机的运动部分相连,而不需直线导轨、滚珠丝杠,从而使结构简化,运动惯量减小,进一步提高送进速度;模具的刃磨可不装拆模具即可在机床上完成;直线伺服电机可以取代现有的液压主传动装置。


(5)开发远程诊断技术的应用和普及。网络技术和数控系统的发展将使制造厂家对其遍布世界各地的机床进行远程诊断和维修成为现实。


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