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      1前言

      隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和市場(chǎng)需求的多樣化,人們對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)周期的要求越來(lái)越短,尤其在小批量甚至單件生產(chǎn)方面,要求現(xiàn)代制造技術(shù)不僅要有較高的柔性,還要有更新的、更能滿足市場(chǎng)要求迅速變化的生產(chǎn)模式。數(shù)控單元沖壓模具快速成形技術(shù),就是為適應(yīng)此種狀態(tài)而產(chǎn)生的。

      2單元沖模快速成形的數(shù)字化編碼

      鈑金件的形狀可分割成一些簡(jiǎn)單的圖形元素,然后合成所需圖形。例如:矩形是4個(gè)直角的合成;波浪形是一些曲線的合成等。因此,對(duì)于一些精度要求較高的小批量甚至單件生產(chǎn)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(shù)控技術(shù),使之快速成形。

      將被加工鈑金件看成一個(gè)可被分割的平面圖形,對(duì)分割出來(lái)的簡(jiǎn)單圖形元素進(jìn)行數(shù)字化處理。即按其方位進(jìn)行定位編碼。如圖1所示的非等距簡(jiǎn)單圖形零件的數(shù)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(shè)現(xiàn)有通用沖頭的寬等于$x,長(zhǎng)等于$y,則按如圖1所示進(jìn)行編號(hào)。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(gè)位置合成,方孔由8個(gè)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(guò)細(xì)使得到的編碼較長(zhǎng)。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。

      對(duì)于等距簡(jiǎn)單圖形零件,如鑰匙齒形的快速成形,由于齒距相等,可以進(jìn)一步簡(jiǎn)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(shí)際應(yīng)用采用的是梯形單元,編碼可以降為一維數(shù)組。

      參數(shù)定義:

      齒數(shù)--沖壓的次數(shù),現(xiàn)假使為5。

      齒距--沖壓時(shí),Y方向的每次移動(dòng)的距離。

      級(jí)差值--沖壓時(shí),X方向移動(dòng)一個(gè)單位時(shí)的距離。

      級(jí)差數(shù)--沖壓時(shí),X方向的移動(dòng)單位。

      當(dāng)選定齒距和級(jí)差值后,鑰匙的齒形加工位置可以轉(zhuǎn)換為級(jí)差數(shù),最后齒形編碼為一維數(shù)組(21321)。由以上可知,數(shù)字化編碼是單元沖模快速成形的關(guān)鍵,合適的編碼不僅可以提高生產(chǎn)效率,而且可以節(jié)省存儲(chǔ)內(nèi)存。

      3快速成形的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      目前,大部分中小型企業(yè)尚不具備購(gòu)買高檔數(shù)控沖床的經(jīng)濟(jì)實(shí)力,數(shù)控單元沖壓模具可以直接安裝在普通沖床上,作為簡(jiǎn)易數(shù)控沖床來(lái)使用。

      快速成形模具機(jī)構(gòu)示意圖,如圖3所示。上模為凸模機(jī)構(gòu)。光電頭安裝在上模板下方以檢測(cè)凸模的起落。坯料的裝夾要根據(jù)不同的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。料板由步進(jìn)電機(jī)控制絲杠分X、Y方向驅(qū)動(dòng)。下模為凹模機(jī)構(gòu),直接安裝在工作臺(tái)上。

      4快速成形的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      4.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)及選用

      步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。共有3種:永磁式、反應(yīng)式和混合式。混合式集中了前二種的優(yōu)點(diǎn)。從性價(jià)比方面進(jìn)行綜合考慮,擬選用步進(jìn)角1.8b的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。

      驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)、種類較多,細(xì)分型為考慮對(duì)象。因?yàn)榧?xì)分型可消除電機(jī)的低頻振蕩,可提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩及分辨率。顧及速度和精度,細(xì)分系數(shù)定為4。

      4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

      數(shù)控單元沖模是安裝在曲軸式壓力機(jī)上的,機(jī)床的沖壓原理不變。需要控制的是兩方面內(nèi)容:首先要確定零點(diǎn)以及各工位點(diǎn)的位置;其次在上沖模往復(fù)動(dòng)作的啟停間,被加工件的按編碼所得的X、Y方向的快速進(jìn)給送料運(yùn)動(dòng)以及這兩個(gè)動(dòng)作的協(xié)調(diào)。即實(shí)現(xiàn)沖壓和送料動(dòng)作的同步控制。控制系統(tǒng)框圖,如圖4所示。光電信號(hào)檢測(cè)電路圖,如圖5所示。

      數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面采用鍵盤輸入,LED顯示, 鍵盤具有數(shù)字鍵、設(shè)定、修改、查尋、X及Y方向的調(diào)整、執(zhí)行等的功能鍵,可用來(lái)完成加工程序的輸入、修改及對(duì)控制的操作和調(diào)整等。操作人員根據(jù)被加工件的形狀在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編碼,自動(dòng)生成加工程序,通過(guò)串行口將加工程序下載給單片機(jī),并且保存在FLASHROM中。工模安裝后手動(dòng)調(diào)整零位。進(jìn)入執(zhí)行后單片機(jī)從FLASHROM中取得加工程序,并計(jì)算X、Y方向的步進(jìn)距離后,再將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的步進(jìn)脈沖數(shù),控制X、Y方向的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)。當(dāng)光電信號(hào)檢測(cè)到上模位于開(kāi)啟位置時(shí),數(shù)控系統(tǒng)迅速將待加工件定位到加工位置,并且啟動(dòng)沖床上沖模下壓,實(shí)現(xiàn)一次沖壓。在沖床帶動(dòng)上沖模開(kāi)啟時(shí),數(shù)控系統(tǒng)迅速地將待加工件移動(dòng)到下一加工位置等待下次沖壓,直到完成加工停止沖床運(yùn)動(dòng)。

      4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

      整個(gè)系統(tǒng)由上位機(jī)來(lái)管理。系統(tǒng)軟件語(yǔ)言采用VisualBasic6.0編制,其集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)集設(shè)計(jì)、修改、調(diào)試、生成等功能于一體,人機(jī)交互界面十分友好。它是功能強(qiáng)大的Windows環(huán)境下的編程語(yǔ)言,簡(jiǎn)單易學(xué),可視化程度高。

      系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu),共有5個(gè)功能模塊:系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后進(jìn)入Windows界面,雙擊/數(shù)控單元沖模0圖標(biāo),即彈出應(yīng)用界面,可選擇功能模塊。系統(tǒng)軟件功能模塊圖,如圖6所示。

      編輯模塊用來(lái)完成用戶對(duì)所設(shè)定的參數(shù)組進(jìn)行操作的程序的編輯、修改、生成。

      參數(shù)設(shè)定模塊將輸入的參數(shù)組制成數(shù)據(jù)表,送入數(shù)據(jù)庫(kù),以備程序的調(diào)用。

      運(yùn)行管理模塊負(fù)責(zé)程序的運(yùn)行、中斷。

      通信模塊負(fù)責(zé)上、下位機(jī)之間的通信管理,就是將控制程序段及調(diào)用的參數(shù)組,使用MSCOMM控件,通過(guò)RS232串行口送入單片機(jī),使單片機(jī)執(zhí)行控制工作。

      查詢模塊。方便用戶對(duì)已存文件的查看與調(diào)用。

      單片機(jī)的程序也采用模塊化結(jié)構(gòu),與上位機(jī)一樣共有5個(gè)功能模塊,通過(guò)通信接口接受上位機(jī)的輸入指令,控制X、Y方向步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。也可以脫離上位機(jī)直接控制運(yùn)行。上位機(jī)通信程序流程圖,如圖7所示。下位機(jī)通信程序流程圖,如圖8所示。

      5結(jié)束語(yǔ)

      隨著數(shù)控技術(shù)、伺服技術(shù)、運(yùn)動(dòng)元件的發(fā)展,以及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要,數(shù)控單元沖壓模具快速成形技術(shù)得到迅速發(fā)展。對(duì)于中小型傳統(tǒng)企業(yè),這種結(jié)合傳統(tǒng)制造工藝的高新技術(shù)無(wú)疑是一種投資省,見(jiàn)效快,方便、快捷的技術(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料裝備、外置模具庫(kù)自動(dòng)換模裝備等,已經(jīng)擺在人們的面前。可見(jiàn),數(shù)控沖壓的發(fā)展是以相關(guān)技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的研制為基礎(chǔ)的。單元沖壓模具快速成形技術(shù),無(wú)疑是先進(jìn)沖壓技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新起點(diǎn)。