沖壓模具的快速成形技術

數字化編碼鈑

隨著經濟的快速發展和市場需求的多樣化,人們對產品周期的

要求越來越短,尤其在小批量甚至單件方面,要求現代制造技術不僅要有較高的柔性,還要有更新的、更能滿足市場要求迅速變化的模式。數控單元沖壓模具快速成形技術,就是為適應此種狀態而產生的。

鈑件的形狀可分割成一些簡單的圖形元素,然后合成所需圖形。例如:矩形是4個直角的合成;波浪形是一些曲線的合成等。因此,對于一些精度要求較高的小批量甚至單件的鈑金件,可以用一些通用件迅速組裝成單元沖壓模具,采用數控技術,使之快速成形。將被加工鈑金件看成一個可被分割的平面圖形,對分割出來的簡單圖形元素進行數字化處理。即按其方位進行定位編碼。如圖1所示的非等距簡單圖形零件的數字化,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),設現有通用沖頭的寬等于Δx,長等于Δy,則按如圖1所示進行編號。缺口1由位置(2,0)以及位置(3,0)合成,缺口2、3、4同樣由兩個位置合成,方孔由8個位置合成。如果采用矩形單元快速成形,可以獲得如圖2所示的二維編碼,由于劃分過細使的編碼較長。如果采用正方形單元快速成形,則可以獲得如圖3所示的二維編碼,其編碼減小一半。

矩形單元二維編碼如下：

對于等距簡單圖

形零件如鑰匙齒形的快速成形由于齒距相等河以進一步簡化編碼。鑰匙齒形編碼示意圖，如圖2所示。圖中采用三角形單元，實際應用采用的是梯形單元編碼可以降為一維數組。

參數定義:

齒數--沖壓的次數，現假使為5。

齒距--沖壓時，Y方向的每次移動的距離。

級差值—沖壓時X方向移動一個單位

時的距離。

級差數--沖壓時，X方向的移動單位。

當選定齒距和級差值后，鑰匙的齒形加工位置可以轉換為級差數**齒形編碼為一維數組((2 1 3 2 1)。由以上可知數字化編碼是單元沖模快速成形的關鍵，合適的編碼不僅可以提率，而且可以節省存儲內存。

結構設計

大部分中小型企業尚不具備購買**數控沖床的經濟實力，數控單元沖壓模具可以直接安裝在普通沖床上作為簡易數控沖床來使用。

快速成形模具機構示意圖如圖3所示。上模為凸模機構。光電頭安裝在上模板下方以檢測凸模的起落。坯料的裝夾要根據不同的需要進行設計。料板由步進電機控制絲杠分X,Y方向驅動。下模為凹模機構，直接安裝在工作臺上。

系統設計

4.1 電機驅動及選用

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。共有3種:永磁式、反應式和混合式。混合式集中了前二種的優點，從性價比方面進行綜合考慮，擬選用步進角1.8o的兩相混合式步進電機。

驅動器的型號、種類較多，細分型為考慮對象。因為細分型可消除電機的低頻振蕩，可提高電機的輸出轉矩及分辨率。顧及速度和精度細分系數定為4。

4.2 系統硬件設計

數控單元沖模是安裝在曲軸式壓力機上的，機床的沖壓原理不變。需要控制的是兩方面內容:首先要確定零點以及各工位點的位置;其次在上沖模往復動作的啟停間被加工件的按編碼所得的X,Y方向的快速進給送料運動以及這兩個動作的協調。即實現沖壓和送料動作的同步控制。控制系統框圖，如圖4所示。光電信號檢測電路圖，如圖5所示。

數控系統的人機界面采用鍵盤輸入LED顯示鍵盤具有數字鍵、設定、修改、查尋、X及Y方向的調整、執行等的功能鍵，可用來完成加工程序的輸入、修改及對控制的操作和調整等。操作人員根據被加工件的形狀在計算機上進行編碼，自動生成加工程序，通過串行口將加工程序下載給單片機并且保存在FLASH ROM中。工模安裝后手動調整零位。進入執行后單片機從FLASH ROM中取得加工程序，并計算X,Y方向的步進距離后再將其轉換成相應的步進脈沖數控制X,Y方向的步進電機的轉動步數。當光電信號檢測到上模位于開啟位置時數控系統迅速將待加工件定位到加工位置，并且啟動沖床上沖模下壓，實現一次沖壓。在沖床帶動上沖模開啟時數控系統迅速地將待加工件移動到下一加工位置等待下次沖壓，直到完成加工停止沖床運動。

4.3 系統軟件設計

整個系統由上位機來管理。系統軟件語言采用Visual Basic 6 .0編制其集成開發環境(IDE)集設計、修改、調試、生成等功能于一體，人機交互界面十分友好。它是功能強大的Windows環境下的編程語言簡單易學可視化程度高。

系統軟件結構采用模塊化結構，共有5個功能模塊:系統開機后進入Windows界面雙擊“數控單元沖模”圖標，即彈出應用界面，可選擇功能模塊。系統軟件功能模塊圖如圖6所示。

編輯模塊用來完成用戶對所設定的參數組進行操作的程序的編輯、修改、生成。

參數設定模塊將輸入的參數組制成數據表，送入數據庫以備程序的調用。

運行管理模塊負責程序的運行、中斷。

通信模塊負責上、下位機之間的通信管理，就是將控制程序段及調用的參數組使用MSCOMM控件，通過RS232串行口送入單片機使單片機執行控制工作。

查詢模塊。方便用戶對已存文件的查看與調用。

單片機的程序也采用模塊化結構，與上位機一樣共有5個功能模

塊通過通信接口接受上位機的輸入指令，控制X,Y方向步進電機的運動。也可以脫離上位機直接控制運行。上位機通信程序流程圖，如圖7所示。下位機通信程序流程圖，如圖8所示。　[2] 

隨著數控技術、伺服技術、運動元件的發展，以及市場經濟的需要，數控單元沖壓模具快速成形技術迅速發展。對于中小型傳統企業，這種結合傳統制造工藝的無疑是一種投資省，**J陜，方便、快捷的技術。隨著經濟和科學技術的不斷發展，實現自動上下料裝備、外置模具庫自動換模裝備等，已經擺在人們的面前。可見，數控沖壓的發展是以相關技術和新結構的研制為基礎的。單元沖壓模具快速成形技術，無疑是先進沖壓技術發展的一個新起點。