步冲机机械系统总体设计

王军 佳木斯技师学院，佳木斯 154004

步冲机机械系统总体设计

王军 佳木斯技师学院，佳木斯 154004

本文通过对步冲机工作原理进行分析，确定步冲机机械系统的总体设计方案，从数控系统选择、对工作台、工作台板、夹具、气动系统等机械部分进行分析设计。

步冲机；机械系统；设计

引言

步冲机主要有机械系统，电气控制系统和液压控制系统三部分组成。其中机械系统包括工作台、动力头、刀架等部分组成，电动机和液压系统都安装在上面，由遥控装置来控制电动机，通过电动机对液压泵的控制，从而控制液压马达的转速和液压缸的活塞速度，以实现规定的动作。液压泵驱动液压马达和液压缸以实现动力头带动冲头上下运动。由于动力头、工作台不是同时工作，因此如何实现它们协调运动是技术的关键。冲头是通过液压缸带动实现其运动的，要达到对其的控制只要控制泵的驱动电机。而工作台的X、Y方向运动是伺服电机带动的，因此问题的关键就是对这三台电机转动和转速的控制。因此可以通过PLC实现对它们运动的控制。由于电动机和丝杠连接在同一轴线上，所以在电动机与丝杠之间装上一个弹性联轴器，以消除抖动。

1.步冲机总体方案拟定

1．1 数控系统的设计

本数控系统通过控制面板输入P L C，PLC通过步进电机来驱动控制XY坐标工作台，工作台拖动工件实现点位控制。同时，PLC协调控制夹具、移动冲具和冲头，从而实现对钣金冲孔加工的自动控制，在整个加工过程中，只需要完成上料和下料。

1.2 机械部分

为了实现冲床能自动加工铁塔连接板，要设计X、Y坐标工作台和移动冲具，其总体结构如图1所示。

工件放在Y工作台上，Y工作台在X工作台上，X工作台与支架相连接，X、Y工作台均由步进电机驱动，本课题步进电机选55BF004型号。步进电机发出脉冲，滚动丝杠螺母副实现传动，从而实现了点位控制。

工作台板作为冲床的重要零件，起到下连机身、上连模具的作用。工作台板的厚度直接影响到装模高度，对于普通冲床，装模高度有统一的设计标准：一机部标准JB1395-74，工作台板的厚度尺寸基本一致。随着近几年国内生产E/I铁芯、电机定转子的厂家不断增多，对高速冲床的需求日益增多，国内锻压设备生产厂家也逐渐向高速冲床领域发展，技术水平和市场占有率也不断提高。由于国内还没有统一的参数标准，与之相配套的模具高度尺寸也不尽一致。这就导致相同的冲床经常改动工作台板的厚度，甚至修改机身的相关尺寸以满足不同的装模高度要求。台板厚度减小时，一般采取铣工作台板下平面的方法，但当厚度减小太多时，一般需要更换材质重新投料加工。工作台板厚度减小后，自身的刚度会降低，在高速冲压时会变形加剧甚至损坏。本课题工作台板设计如图2所示。

图1 步冲机总体设计方案

图2 工作台板结构图

图3 气动系统原理图

1．3 步冲机夹具设计

步冲机夹具设计的主要任务是根据设计任务要求，结合被加工零件、金切设备及其切削方式和参数，合理选择定位方式，设计合理的定位支承元件、夹紧装置、对刀元件、夹具体等装置或元件。其设计流程的关键点是：首先应分析使用夹具时，造成被加工零件表面位置的加工误差因素，合理分配夹具定位精度；其次要根据加工过程中被加工零件受到的切削力、惯性力及重力等外力的作用，合理选择定位方式、支承点、夹紧点、夹紧力大小及其作用方向，设计合适的夹紧机构，以保证被加工零件的既定位置稳定可靠；第三是设计夹具对定：最后校核夹具关键零件强度和设备进刀抗力等，最终完成全套夹具图设计。

夹具对定主要包括三个方面：一是夹具的定位，即夹具对切削成形运动的定位；二是夹具的对刀，指夹具对刀具地对准；三是分度和转位定位（只对有分度和转位夹具考虑）。影响夹具对切削成形运动的定位精度的环节一般有：元件定位面对夹具定位面的位置误差，机床上用于与夹具连接和配合的表面即机床定位面对成形运动的位置误差，以及连接处的配合误差等。其中机床定位面对成形运动的位置误差是由机床精度所决定。因此在夹具设计中，夹具的对定就是解决好夹具与机床的连接和配合问题，以及正确规定元件定位面对夹其定位面的位置要求。

2.气动系统

因夹具与移动冲具均由气缸来控制，本课题气动系统如图3所示。气缸用来实现夹具夹紧。气缸2和气缸3共同实现移动冲具的换位。这3个气缸都是通过P L C控制电磁阀来实现其活塞运动。为实现冲具的精确移位，保证重复定位精度误差不超过±0.5mm，气缸2和气缸3的设计行程分别为52.34mm和104.68 mm。电磁阀选用三位五通气动电磁阀，型号为K 3 5 D 2-10，电磁阀处于零位时实现气缸自锁。

3.结论

根据对步冲机机械系统的总体设计方案、数控系统选择、对工作台、工作台板、夹具、气动系统等机械部分进行优化，满足了总体设计方案的要求。

[1]王军. 世界制造技术与装备市场编辑部CIMT200展出的并联机床[J]. 世界制造技术与装备市场. 2001, (4)：22-23

[2]赵升吨. PLC在冲床控制中几个关键技术研究[J]. 制造业自动化. 2000, (8)：9-14

[3]汪劲松, 黄田. 虚拟轴机床[J]. 制造技术与机床. 2002, (2)：42-43

[4]LUCA AMBROSONI, MARIO POLIi. Hydrostatic Journal Bbearing with Coaxial Floating Sleeve[M]. Mechanics Research Communications,2006 (33): 394-400

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.076