CN102161063A - 一种用于金属带材的连续冲孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于金属带材的连续冲孔装置，属于金属带材冷加工技术领域。安装于夹送辊上的测速编码器检测金属带材的前进速度，PLC控制器处理接收的信号并发送调节信号给比例流量阀以调节进入水平油缸的压力油流量，使滑座的前进速度与金属带材的前进速度同步；在滑座前进过程中，其上的垂直油缸在换向阀的控制下驱动冲孔刀具往复运动实现对金属带材的冲孔；与夹送辊相连的速比变换装置驱动同轴安装的两个凸轮的旋转，使两个换向阀的换向频率自动适应金属带材的运动速度变化，保证等间距冲孔。本发明主要用于金属带材、塑料带材等固体带材的自适应高频连续冲孔。

Description

一种用于金属带材的连续冲孔装置

技术领域：

本发明属于金属带材冷加工技术领域，具体涉及一种用于金属带材的连续冲孔装置。

背景技术：

对行进运动的金属带材进行冲孔，其关键技术要求是(1)要求在冲孔刀具接触和离开被冲孔材料时，冲孔刀具装置的整体运动速度应该与金属带材的行进运动速度一致。(2)要求冲孔频率自动适应金属带材行进运动速度的变化，保证带材上的孔距一致。目前对行进运动中的金属带材进行冲孔的技术方法主要有采用机械曲柄滑块机构的装置、以及采用两个电磁换向阀分别控制两个油缸(或者气缸)协调动作的装置。采用曲柄滑块机构的冲孔机械装置的主要不足之处是机械结构复杂且高速运动时的惯性大；采用电磁换向阀控制油缸动作的液压冲孔装置的主要不足之处是由于电磁阀换向频率的限制，不能满足金属带材的高频(＞60次/分钟)冲孔要求。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的问题，发明一种用于金属带材的连续冲孔装置。本发明所提供的连续冲孔装置基于机电液一体化控制，实现对行进中的金属带材连续冲孔，且冲孔频率能自动适应金属带材行进运动速度的变化和高频冲孔要求。

本发明所提供的连续冲孔装置包括：第一换向阀1、第一凸轮2、凸轮轴3、第二换向阀4、第二凸轮5、速比变换挂轮6、PLC控制器7、传动轴8、夹送辊9、旋转编码器10、金属带材11、比例流量阀12、水平油缸13、滑座14、机座15、圆柱导轨16、导向辊17、冲孔刀具18、垂直油缸19；所述换向阀1的顶杆与第一凸轮2接触，换向阀1与垂直油缸19之间用油管联结；所述第二换向阀4的顶杆与第二凸轮5接触，第二换向阀4与比例流量阀12以及水平油缸13之间用油管联结；所述第一凸轮2和第二凸轮5安装于凸轮轴3上；所述凸轮轴3与速比变换挂轮6的输出轴联结，所述速比变换挂轮6的输入轴通过传动轴8与夹送辊9相连；所述旋转编码器10安装于夹送辊9上并与PLC控制器7的输入相连，所述PLC控制器7的输出与比例流量阀12相连；所述圆柱导轨16和水平油缸13固联于机座15上；所述水平油缸13的活塞杆与滑座14联结，所述滑座14由圆柱导轨16导向；所述垂直油缸19固联于滑座14上，垂直油缸19的活塞杆与冲孔刀具18联结，所述冲孔刀具18位于滑座14的垂直导槽内。

金属带材11从滑座14的水平槽口通过，在导向辊17和夹送辊9的驱动下前进；滑座14上的垂直油缸19驱动冲孔刀具18上下运动，实现对金属带材11的冲孔动作；滑座14在水平油缸13的驱动下水平往复运动，实现连续冲孔；旋转编码器10测量金属带材11的前进速度信号，信号经PLC控制器7处理后控制比例流量阀12的开口，以调节进入水平油缸13的压力油流量q，使水平油缸13驱动滑座14的前进速度v与金属带材11的前进速度V₀一致，即：v＝q/A₁＝V₀，式中q为通过比例流量阀12的流量，A₁为水平油缸13的无杆腔活塞有效面积；在水平油缸13驱动滑座14前进的时间段内，由凸轮5控制换向阀4的换向，使垂直油缸19驱动冲孔刀具18上下运动完成冲孔动作；一次冲孔动作完成后，水平油缸13在凸轮2和换向阀1的控制下退回，至此，一个工作循环结束。

安装于凸轮轴3上的第一凸轮2和第二凸轮5分别控制第一换向阀1和第二换向阀4的换向，换向频率即为冲孔频率；第一凸轮2的矢经和相位如图2所示，图中R_a1与R_a2之差等于第一换向阀1的阀芯换向行程；第二凸轮5的矢经和相位如图3所示，图中R_b1与R_b2之差等于第二换向阀4的阀芯换向行程。

金属带材11的前进速度变化时，冲孔频率必须作相应变化才能保证等间距冲孔，本发明采用速比变换挂轮6实现这一功能；本发明的速比变换挂轮6的输入轴通过传动轴8与夹送辊9联结，其输出轴与凸轮轴3联结；速比变换挂轮6的传动比i计算式为：

i＝f/n＝2πR/(L₁+L₂)

式中，f为冲孔频率(即为凸轮轴3的转速)，n为夹送辊9的转速，R为夹送辊9的半径，L₁为孔组长，L₂为孔组间距，图4所示。

金属带材11的前进速度V₀的表达式为：

V₀＝2πnR

冲孔频率f的表达式为：

f＝V₀/(L₁+L₂)

换向阀1及换向阀4的固有频率f₀的表达式为：

f₀＝(k/m)^0.5/2π＞3 f_max

式中，k为换向阀的复位弹簧刚度，m为阀芯及顶杠质量，f_max为最大冲孔频率设计值。

本发明综合机电液一体化技术，有效解决了对行进中的金属带材进行高效连续冲孔问题；本发明装置的冲孔频率大于每分钟60次，且冲孔频率能自动适应金属带材行进运动速度的变化，保证了等间距冲孔。

附图说明：

图1本发明的技术原理示意图。

图2本发明第一凸轮2的矢经相位示意图。

图3本发明第二凸轮5的矢经相位示意图。

图4本发明速比变换挂轮6的传动比计算示意图。

图中：1：第一换向阀；2：第一凸轮；3：凸轮轴；4：第二换向阀；5：第二凸轮；6：速比变换挂轮；7：PLC控制器；8：传动轴、9：夹送辊；10：旋转编码器；11：金属带材；12：比例流量阀；13：水平油缸；14：滑座；15：机座；16：圆柱导轨；17：导向辊；18：冲孔刀具；19：垂直油缸。

具体实施方式：

(1)按照图1所示原理图在生产线上安装本发明装置，完成设备调试。

(2)根据孔组长L₁(mm)、孔组间距L₂(mm)以及金属带材前进速度V₀(mm/s)确定冲孔频率f

f＝V₀/(L₁+L₂)

(3)根据夹送辊半径R(mm)以及孔组长L₁(mm)和孔组间距L₂(mm)计算速比变换挂轮的传动比i

i＝2πR/(L₁+L₂)

根据传动比i更换相应的速比变换挂轮。

(4)接通压力油源，本发明装置工作，自动连续冲孔。

Claims (3)

1.一种用于金属带材的连续冲孔装置，其特征在于该装置包括：第一换向阀(1)、第一凸轮(2)、凸轮轴(3)、第二换向阀(4)、第二凸轮(5)、速比变换挂轮(6)、PLC控制器(7)、传动轴(8)、夹送辊(9)、旋转编码器(10)、金属带材(11)、比例流量阀(12)、水平油缸(13)、滑座(14)、机座(15)、圆柱导轨(16)、导向辊(17)、冲孔刀具(18)、垂直油缸(19)；所述第一换向阀(1)的顶杆与第一凸轮(2)接触，第一换向阀(1)与垂直油缸(19)之间用油管联结；所述第二换向阀(4)的顶杆与第二凸轮(5)接触，第二换向阀(4)与比例流量阀(12)以及水平油缸(13)之间用油管联结；所述第一凸轮(2)和第二凸轮(5)安装于凸轮轴(3)上；所述凸轮轴(3)与速比变换挂轮(6)的输出轴联结，所述速比变换挂轮(6)的输入轴通过传动轴(8)与夹送辊(9)相连；所述旋转编码器(10)安装于夹送辊(9)上并与PLC控制器(7)的输入相连，所述PLC控制器(7)的输出与比例流量阀(12)相连；所述圆柱导轨(16)和水平油缸(13)固联于机座(15)上；所述水平油缸(13)的活塞杆与滑座(14)联结，所述滑座(14)由圆柱导轨(16)导向；所述垂直油缸(19)固联于滑座(14)上，垂直油缸(19)的活塞杆与冲孔刀具(18)联结，所述冲孔刀具(18)位于滑座(14)的垂直导槽内。

2.根据权利要求1所述的连续冲孔装置，其特征在于：所述第一凸轮(2)和第二凸轮(5)的矢经相位关系保证了冲孔动作在滑座(14)的前进过程中完成，第一凸轮(2)的矢经之差等于第一换向阀(1)的阀芯换向行程，第二凸轮(5)的矢经之差等于第二换向阀(4)的阀芯换向行程。

3.根据权利要求1所述的连续冲孔装置，其特征在于：所述速比变换挂轮(6)的传动比关系保证了冲孔频率自动适应带材运动速度的变化。

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