1前言
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和市場需求的多樣化,人們對產(chǎn)品生產(chǎn)周期的要求越來越短,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可被分割的平面圖形,對分割出來的簡單圖形元素進(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$x,長等于$y,則按如圖1所示進(jìn)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(xì)使得到的編碼較長。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。
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,可以進(jìn)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(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,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(shù)--沖壓時,X方向的移動單位。
當(dāng)選定齒距和級差值后,鑰匙的齒形加工位置可以轉(zhuǎn)換為級差數(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)省存儲內(nèi)存。
3快速成形的結(jié)構(gòu)設(shè)計
目前,大部分中小型企業(yè)尚不具備購買高檔數(shù)控沖床的經(jīng)濟(jì)實力,數(shù)控單元沖壓模具可以直接安裝在普通沖床上,作為簡易數(shù)控沖床來使用。
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。料板由步進(jìn)電機(jī)控制絲杠分X、Y方向驅(qū)動。下模為凹模機(jī)構(gòu),直接安裝在工作臺上。
4快速成形的控制系統(tǒng)設(shè)計
4.1電機(jī)驅(qū)動及選用
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)動器的型號、種類較多,細(xì)分型為考慮對象。因為細(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
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)動以及這兩個動作的協(xié)調(diào)。即實現(xiàn)沖壓和送料動作的同步控制。控制系統(tǒng)框圖,如圖4所示。光電信號檢測電路圖,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,可用來完成加工程序的輸入、修改及對控制的操作和調(diào)整等。操作人員根據(jù)被加工件的形狀在計算機(jī)上進(jìn)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(jī),并且保存在FLASHROM中。工模安裝后手動調(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)動步數(shù)。當(dāng)光電信號檢測到上模位于開啟位置時,數(shù)控系統(tǒng)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(xiàn)一次沖壓。在沖床帶動上沖模開啟時,數(shù)控系統(tǒng)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(yùn)動。
4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計
整個系統(tǒng)由上位機(jī)來管理。系統(tǒng)軟件語言采用VisualBasic6.0編制,其集成開發(fā)環(huán)境(IDE)集設(shè)計、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)境下的編程語言,簡單易學(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個功能模塊:系統(tǒng)開機(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。
編輯模塊用來完成用戶對所設(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,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個功能模塊,通過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。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
隨著數(shù)控技術(shù)、伺服技術(shù)、運(yùn)動元件的發(fā)展,以及市場經(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)無疑是一種投資省,見效快,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,實現(xiàn)自動上下料裝備、外置模具庫自動換模裝備等,已經(jīng)擺在人們的面前。可見,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),無疑是先進(jìn)沖壓技術(shù)發(fā)展的一個新起點(diǎn)。
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