1前言
隨著經濟的快速發展和市場需求的多樣化,人們對產品生產周期的要求越來越短,尤其在小批量甚至單件生產方面,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生產模式。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。
2單元沖模快速成形的數字化編碼
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$x,長等于$y,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,最后齒形編碼為一維數組(21321)。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高生產效率,而且可以節省存儲內存。
3快速成形的結構設計
目前,大部分中小型企業尚不具備購買高檔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。
4快速成形的控制系統設計
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1.8b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FLASHROM中。工模安裝后手動調整零位。進入執行后單片機從FLASHROM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VisualBasic6.0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0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。
5結束語
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得到迅速發展。對于中小型傳統企業,這種結合傳統制造工藝的高新技術無疑是一種投資省,見效快,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。
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