CN105642734B - 一种凸凹模在线加工的微冲裁系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于精密机械制造领域，一种适用于凸凹模在线加工的微冲裁系统。凸模组件和电火花主轴组件分别固定于大理石立板上，动力源门架组件独立安装在大理石台面上且与凸模组件连接，承力的托架组件安装在门架组件的门架底板上，精密XYZ三轴定位组件安装于大理石台面上，凹模组件和WEDG线电极磨削组件安装于精密XYZ三轴定位组件Z轴上，配重组件安装于Z轴上与凹模组件和WEDG线电极磨削组件重量平衡。其中凸模组件采用超精密直线导轨与高载荷直线执行器的球面接触刚性连接结构，凹模组件采用基于精密直线导轨的浮动式结构，该微冲裁系统实现异形凸凹模在线加工、修整、对心，以及微型异形零件的冲裁、高载荷冲裁以及拉伸等多种工艺。

Description

一种凸凹模在线加工的微冲裁系统
技术领域
本发明属于精密机械制造领域，涉及一种适用于凸凹模在线加工的微冲裁系统。
背景技术
现有微冲压设备大部分采用精密导柱导套实现凸凹模的对合，因此对模具的加工及装配精度要求高，拆卸困难。而且由于模具对心困难，大部分微冲裁模具不能实现异形零件冲压。微细电火花加工是一种利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，它具有成型精度高，适用材料广的优点。
针对现有微冲压设备的问题并结合微细电火花加工的优点，研究人员成功将微细电火花整合到微冲压设备上，实现了微冲压设备模具原位加工，解决了模具对心的问题。如哈尔滨工业大学的徐杰等人的专利“一种微冲压模具原位制造装置”ZL 201110429417.6利用微细电火花原位加工微型凸模和凹模，省去了微冲压模具中微型凸模与凹模的二次装配，保证凸凹模冲裁间隙的均匀性。这种方法只能实现微型圆孔的冲压，而且由于凸模夹持在电火花加工旋转主轴上，所以限制了冲裁载荷，长时间冲压会损坏精密旋转主轴。台湾国立云林科技大学的Chern等人的“Punching of noncircular micro-holes anddevelopment of micro-forming”,Precision engineering,2007,31(3):210-217.利用线电极电火花磨削WEDG技术加工出多边形结构三角形、方形和六边形凸模，并用加工出的凸模作为后续的微细电火花加工电极加工凹模，实现凸凹模原位对心，解决了冲裁微型异形件时对心困难的问题。但是该设备是用凸模作为电极加工凹模，加工过程中会严重损耗凸模，拷贝式加工凹模会存在凹模侧壁锥度大，凹模加工精度低等问题，而且无法加工形状复杂的异形模具。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服微冲裁，特别是异形零件微冲裁过程中凸凹模的对心问题。发明一种凸凹模在线加工的微冲裁设备，通过微细电火花加工凸凹模，加工后的凹模通过精密XYZ三轴定位组件实现凸凹模对心并完成后续冲裁过程。该设备可以根据需求分别加工出不同结构凸凹模，实现微型复杂外形零件的冲切、拉伸及在线修整凸凹模等工艺，具有高柔性、高输出载荷和高精度等优点。
本发明采取的技术方案是：
一种凸凹模在线加工的微冲裁系统，该微冲裁系统包括凸模组件1、门架组件2、凹模组件3、托架组件4、精密XYZ三轴定位组件5、配重组件6、电火花主轴组件7、WEDG线电极磨削组件8、大理石立板9和大理石台面10，大理石立板9垂直安装于大理石台面10一端，凸模组件1和电火花主轴组件7分别固定于大理石立板9上，并置于左右两边，门架组件2和精密XYZ三轴定位组件5分别独立安装于大理石台面10上，使精密XYZ三轴定位组件5的X轴分别与大理石立板9及大理石台面10的安装面平行，且保证精密XYZ三轴定位组件5的运动空间达到凸模组件1及电火花主轴组件7的加工区域，托架组件4安装于门架组件2的底板上，凹模组件3和WEDG线电极磨削组件8安装于精密XYZ三轴定位组件5Z轴的移动滑台上，配重组件6安装于精密XYZ三轴定位组件5的Z轴支架上且与凹模组件3和WEDG线电极磨削组件8平衡；
凸模组件1包括凸模导轨基座1-1、凸模直线导轨1-2、凸模导轨滑块1-3、调心结构件1-4、弹性体1-5、钢球1-6、夹头安装块1-7、凸模夹头1-8、凸模1-9、凸模紧固螺帽1-10、推杆1-11、推杆连接头1-12、光栅尺支座1-13、光栅尺读头1-14和光栅尺主尺1-15；
调心结构件1-4包括调心上板1-4-1、调心中板1-4-2、调心下板1-4-3、调心螺钉1-4-4、连接立板1-4-5及结构件安装面1-4-6六部分，调心上板1-4-1、调心中板1-4-2及调心下板1-4-3依次自上而下平行布置，两连接立板1-4-5用于连接调心上板1-4-1、调心中板1-4-2及调心下板1-4-3左右两侧，构成日字型结构；调心中板1-4-2和调心下板1-4-3前后两侧面平齐，调心上板1-4-1前后方向宽度小于调心中板1-4-2及调心下板1-4-3前后方向宽度；调心螺钉1-4-4设置在调心上板1-4-1中间位置的螺纹孔中，并通过螺母从上方锁紧，保证调心螺钉1-4-4轴线与调心上板1-4-1的垂直度；结构件安装面1-4-6固定于连接立板1-4-5后侧面上且与调心下板1-4-3下表面垂直，结构件安装面1-4-6所在平面高出调心中板1-4-2及调心下板1-4-3的后侧面；
夹头安装块1-7包括夹头安装块底板1-7-1、夹头安装块上板1-7-2、夹头安装块下板1-7-3和光栅尺主尺安装板1-7-4四部分，其中夹头安装块上板1-7-2和夹头安装块下板1-7-3相互平行且通过夹头安装块底板1-7-1连接为C型，其中夹头安装块底板1-7-1背部安装面与夹头安装块上板1-7-2垂直，夹头安装块底板1-7-1一端连接有光栅尺主尺安装板1-7-4，其中光栅尺主尺安装板1-7-4上安装面与夹头安装块底板1-7-1背部安装面平行；
推杆1-11由下而上依次包含下推杆1-11-1、推杆中板1-11-2及推杆上板1-11-3三个结构，其中推杆中板1-11-2和推杆上板1-11-3相互平行且与下推杆1-11-1轴线垂直，推杆中板1-11-2和推杆上板1-11-3一端通过板连接成C型；
凸模导轨基座1-1安装于大理石立板9上，两根凸模直线导轨1-2并列固定于凸模导轨基座1-1上并保证与大理石台面10的垂直度，每根凸模直线导轨1-2上设置有上下两个凸模导轨滑块1-3；夹头安装块底板1-7-1的背部安装面与下方的凸模导轨滑块1-3的安装面配合并通过螺钉紧固，保证夹头安装块下板1-7-3与大理石台面10的平行度；凸模夹头1-8固定于夹头安装块下板1-7-3的下端面上，凸模1-9通过孔定位安装于凸模夹头1-8中并通过凸模紧固螺帽1-10紧固；调心结构件1-4的结构件安装面1-4-6与上方的凸模导轨滑块1-3的安装面配合并通过螺钉紧固，保证调心下板1-4-3与大理石台面10的平行度；夹头安装块上板1-7-2下端面与调心中板1-4-2上端面之间设置有弹性体1-5，推杆1-11的下推杆1-11-1与夹头安装块上板1-7-2上端面之间设置钢球1-6实现球面接触，推杆中板1-11-2上端面与调心螺钉1-4-4的下端之间设置钢球1-6实现球面接触；推杆连接头1-12一端与推杆上板1-11-3紧固连接，保证推杆连接头1-12另一端外螺纹轴线和下推杆1-11-1轴线同轴且与大理石台面10垂直；光栅尺读头1-14通过光栅尺支座1-13安装于凸模导轨基座1-1上，光栅尺主尺1-15安装于光栅尺主尺安装板1-7-4的安装面上；
门架组件2包括门架底板2-1、门架主体2-2和直线执行器2-3；其中门架底板2-1安装于大理石台面10上，门架主体2-2呈门形框架结构安装于门架底板2-1上并使门架主体2-2顶端安装面与大理石台面10平行，直线执行器2-3安装于门架主体2-2顶端安装面上并使直线执行器2-3的执行进给方向与大理石台面10垂直，直线执行器2-3的执行端与凸模组件1中的推杆连接头1-12连接紧固并使直线执行器2-3推力中轴线与下推杆1-11-1同轴；
凹模组件3包括连接板3-1、凹模导轨3-2、凹模导轨滑块3-3、凹模过渡体3-4、凹模安装板3-5、凹模3-6、凹模压料板3-7、压料支撑钉3-8、微型导柱导套3-9、球头支撑钉3-10、微量进给装置3-11和进给装置支架3-12；多个凹模导轨3-2相互平行固定于连接板3-1上；凹模过渡体3-4包括后侧面、上表面和下表面三个安装面，其中上表面与下表面平行且垂直于后侧面，凹模过渡体3-4后侧面与凹模导轨滑块3-3的安装面配合并通过螺钉紧固并保证凹模过渡体3-4上表面与凹模导轨滑块3-3运动方向垂直，凹模安装板3-5安装于凹模过渡体3-4的上表面，其中凹模安装板3-5为上方敞开的槽结构，槽底面与凹模安装板3-5下表面平行，凹模3-6定位安装于凹模安装板3-5的槽内，凹模压料板3-7通过微型导柱导套3-9实现与凹模安装板3-5槽底面垂直的相对运动，并保证凹模压料板3-7底部的压力作用面与凹模3-6上表面平行，多个压料支撑钉3-8通过螺纹紧固于凹模压料板3-7上并保证压料支撑钉3-8轴线与凹模压料板3-7的运动轨迹平行，且使压料支撑钉3-8支撑中心与凹模3-6中心重合；多个球头支撑钉3-10固定于凹模过渡体3-4下表面上并使球头螺钉3-10的球头向下，球头支撑钉3-10的球头所在平面与凹模导轨滑块3-3运动方向垂直且其支撑点重心位置与凹模3-6中心重合；进给装置支架3-12紧固于连接板3-1上，微量进给装置3-11安装于进给装置支架3-12上并使微量进给装置3-11的进给推杆与安装于凹模导轨滑块3-3上的凹模过渡体3-4实现点接触；连接板3-1安装于精密XYZ三轴定位组件5的Z轴上并保证凹模导轨3-2垂直于大理石台面10；
托架组件4包含托架底板4-1、托架导轨4-2、托架导轨滑块4-3、托架支撑体4-4、螺纹套4-5、顶钉4-6和紧固螺母4-7；托架底板4-1安装于门架底板2-1上，多个托架导轨4-2安装于托架底板4-1上，托架支撑体4-4包括上下两个安装面，托架支撑体4-4的下安装面与托架导轨滑块4-3的安装面配合并通过螺钉紧固；与球头支撑钉3-10位置对应的螺纹套4-5安装于托架支撑体4-4的上安装面并使螺纹套4-5的内螺纹轴线垂直于大理石台面10，多个顶钉4-6的外螺纹旋入紧固螺母4-7后再旋入所有螺纹套4-5的内螺纹中并使所有顶钉4-6的上端支撑面均在一个平面且该平面与大理石台面10平行。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种适用于凸凹模在线加工的微冲裁系统，凸凹模通过电火花加工，通过精密移动平台实现凸凹模对心，解决了异形薄板件微冲裁对心难的问题，可以实现微型复杂异形零件的冲裁。
本发明所述的凸模组件通过精密直线导轨固定在大理石立板上，超精密直线导轨实现冲裁直线导向，导向精度高达1μm，并用高载荷直线执行器提供冲裁力，直线执行器与直线导轨滑块上的凸模零部件通过两个钢球实现对顶球面接触，导轨滑块上的凸模零部件上行和下行均通过钢球传递拉力和推力，可以实现实时调心的作用。这种直线导轨与高载荷直线执行器的球面接触刚性连接结构具有导向精度高，冲裁载荷大等优点，并且具有较高的运动偏差吸收能力。
本发明所述的凹模组件通过高精密直线导轨安装固定在精密XYZ三轴定位组件的Z轴上。电火花加工凹模时，凹模组件随精密XYZ三轴做运动实现复杂凹模型腔的加工，加工结束后凹模通过精密XYZ三轴实现与凸模对心，并用托架支撑凹模组件限制Z向位移。这种基于精密直线导轨的浮动式凹模设计适用于凹模加工的场合，并可以有效减少对心后凹模支撑固定所产生的误差，且凹模支撑固定后可以实现超高载荷冲裁，解决了模具原位电火花加工和高载荷冲裁不能同时实现的难题。
本发明所述的门架组件独立于凸模组件安装于大理石台面，门架上的高载荷直线执行器产生推力的反作用力与托架支撑力相互平衡抵消，即推力产生的力变形不会影响凸模组件和大理石台面。这种门架式的冲裁力输出结构可以有效降低微冲裁设备的干扰因素。
附图说明
图1是本发明的整体装配图轴视图。
图2是本发明的整体装配图主视图。
图3是本发明的整体装配图侧视图。
图4是本发明的凸模组件的主视图。
图5是本发明凸模组件中调心结构件三维示意图。
图6是本发明凸模组件中夹头安装块三维示意图。
图7是本发明凸模组件中推杆三维示意图。
图8是本发明凹模组件的主视图。
图9是本发明托架组件的侧视图。
图10是本发明冲裁状态的主视图。
图中：1凸模组件；2门架组件；3凹模组件；4托架组件；5精密XYZ三轴定位组件；6配重组件；7电火花主轴组件；8WEDG线电极磨削组件；9大理石立板；10大理石台面；1-1凸模导轨基座；1-2凸模直线导轨；1-3凸模导轨滑块；1-4调心结构件；1-4-1调心上板；1-4-2调心中板；1-4-3调心下板；1-4-4调心螺钉；1-4-5连接立板；1-4-6结构件安装面；1-5弹性体；1-6钢球；1-7夹头安装板；1-7-1夹头安装块底板；1-7-2夹头安装块上板；1-7-3夹头安装块下板；1-7-4光栅尺主尺安装板；1-8凸模夹头；1-9凸模；1-10凸模紧固螺帽；1-11推杆；1-11-1下推杆；1-11-2推杆中板；1-11-3推杆上板；1-12推杆连接头；1-13光栅尺支座；1-14光栅尺读头；1-15光栅尺主尺；2-1门架底板；2-2门架主体；2-3直线执行器；3-1连接板；3-2凹模导轨；3-3凹模导轨滑块；3-4凹模过渡体；3-5凹模安装板；3-6凹模；3-7凹模压料板；3-8压料支撑钉；3-9微型导柱导套；3-10球头螺钉；3-11微量进给装置；3-12进给装置支架；4-1托架底板；4-2托架导轨；4-3托架导轨滑块；4-4托架支撑体；4-5螺纹套；4-6顶钉；4-7紧固螺母。
具体实施方式
下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。本实施例是利用微细电火花加工技术在线制备复杂形状的凸凹模，用精密移动平台实现凸凹模的对合，通过高载荷直线执行器推动超精密直线导轨上的凸模组件完成冲裁动作。
具体实施例一：如图1～9所示，本实施例所述的凸凹模在线加工的微冲裁系统主要包括凸模组件1，门架组件2，凹模组件3，托架组件4，精密XYZ三轴定位组件5，配重组件6，电火花主轴组件7，WEDG线电极磨削组件8，大理石立板9，大理石台面10。大理石立板9为门架式结构，通过螺钉安装于大理石台面10台面上，保证大理石立板9安装面与大理石台面10垂直度为50μm，凸模组件1和电火花主轴组件7分别固定于大理石立板安装面的左右两边，门架组件2和精密XYZ三轴定位组件5分别独立安装于大理石台面10上，使精密XYZ三轴定位组件的X轴分别与大理石立板9及大理石台面10的安装面平行，且保证精密XYZ三轴定位组件的运动空间可以达到凸模组件1及电火花主轴组件7的加工区域，托架组件4安装于门架组件2的底板上，凹模组件3和WEDG线电极磨削组件8安装于精密XYZ三轴定位组件5的Z轴移动滑台上，配重组件6安装于精密XYZ三轴定位组件5的Z轴支架上且与凹模组件3和WEDG线电极磨削组件8重力平衡。凸模组件1包括凸模导轨基座1-1、凸模直线导轨1-2、凸模导轨滑块1-3、调心结构件1-4、弹性体1-5、钢球1-6、夹头安装块1-7、凸模夹头1-8、凸模1-9、凸模紧固螺帽1-10、推杆1-11、推杆连接头1-12、光栅尺支座1-13、光栅尺读头1-14、光栅尺主尺1-15；如图5所示，调心结构件1-4含有调心上板1-4-1、调心中板1-4-2、调心下板1-4-3、调心螺钉1-4-4、连接立板1-4-5及结构件安装面1-4-6六部分，其中调心中板1-4-2和调心下板1-4-3相互平行，左右侧面通过连接立板1-4-5连接为一体，前后侧面平齐，整体呈框式结构，由6061铝合金铣削加工而成，调心上板1-4-1前后方向宽度小于调心中板1-4-2及调心下板1-4-3，调心上板1-4-1通过两个双头螺柱及螺母安装紧固在框式结构的最上端，其中调心上板1-4-1与调心下板1-4-3相互平行，整体构成日字型结构；调心上板1-4-1中间设置有螺纹孔，调心螺钉1-4-4旋入调心上板1-4-1螺纹孔中，并通过上方螺母锁紧，保证调心螺钉1-4-4轴线与调心上板1-4-1垂直，结构件安装面1-4-6固定于连接立板1-4-5后侧面上且与调心下板1-4-3下表面垂直，结构件安装面1-4-6所在平面高出调心中板1-4-2及调心下板1-4-3的后侧面，如图6所示，夹头安装块1-7为一体式结构，由加工中心完成加工，包含夹头安装块底板1-7-1，夹头安装块上板1-7-2，夹头安装块下板1-7-3及光栅尺主尺安装板1-7-4四部分，其中夹头安装块上板1-7-2和夹头安装块下板1-7-3相互平行且通过夹头安装块底板1-7-1连接为C型结构，其中夹头安装块底板1-7-1背部安装面与夹头安装块上板1-7-2垂直，夹头安装块底板1-7-1一端连接有光栅尺主尺安装板1-7-4，其中光栅尺主尺安装板1-7-4上安装面与夹头安装块底板1-7-1背部安装面平行，如图7所示；推杆1-11为一体式结构，由下而上依次包含有下推杆1-11-1、推杆中板1-11-2及推杆上板1-11-3三个结构，其中，下推杆1-11-1为圆杆状结构，推杆中板1-11-2与下推杆1-11-1相邻连接，推杆中板1-11-2与推杆上板1-11-3通过一立板连接，且呈C型，推杆中板1-11-2与推杆上板1-11-3相互平行且与下推杆1-11-1轴线垂直，凸模导轨基座1-1通过螺钉安装于大理石立板9的铜螺纹套中，凸模直线导轨1-2固定在凸模导轨基座1-1上并用千分表检测保证与大理石台面10的垂直度不低于10μm/mm，每根凸模直线导轨1-2上设置有上下两个凸模导轨滑块1-3，夹头安装块底板1-7-1的安装面通过螺钉与下方的凸模导轨滑块1-3上表面配合安装并保证夹头安装块下板1-7-3与大理石台面10的平行度，凸模夹头1-8固定于夹头安装块下板1-7-3的下端面上，凸模夹头1-8和夹头安装块1-7的下端面之间设置绝缘性好，机械强度高的电木板绝缘，并用带绝缘套和绝缘垫圈的螺钉紧固，用于电火花加工凸模时的绝缘，其中凸模夹头1-8的凸模1-9安装孔为圆形附平台异形孔，凸模1-9外圆安装面磨出一个平面与凸模夹头1-8的异形孔配合，凸模1-9通过异形孔定位安装于凸模夹头1-8中并通过侧壁紧定螺丝及凸模紧固螺帽1-10紧固，防止凸模轴向和侧向位移，调心结构件1-4的安装面与上方的凸模导轨滑块1-3的安装面通过螺钉贴合紧固并保证调心下板1-4-3与大理石台面10的平行度，夹头安装块上板1-7-2下端面与调心中板1-4-2上端面之前设置有弹簧1-5，其中一个铝制导向棒通过螺钉安装于夹头安装块上板1-7-2下端面，并套住弹簧1-5内圈，防止弹簧1-5压缩时崩出，推杆1-11中的下推杆1-11-1与夹头安装块上板1-7-2上端面之间设置钢球1-6实现球面接触，其中夹头球面接触安装块上板1-7-2上端面加工有一半球坑，钢球1-6与半球坑小间隙配合，下推杆1-11-1下端面与钢球1-6接触位置加工有八分之一球坑，并与钢球1-6实现小间隙配合，推杆中板1-11-2上端面与调心螺钉1-4-4的下端面之间设置钢球1-6实现调心螺钉1-4-4与钢球1-6球面接触，调心螺钉1-4-4可以通过旋入深度可以调整夹头安装块上板1-7-2下端面与调心中板1-4-2上端面之间弹性体的预压缩量，推杆中板1-11-2上端面加工有二分之一球坑，调心螺钉1-4-4下端面加工有八分之一球坑，两球坑均与钢球1-6小间隙配合，推杆连接头1-12一端有螺纹，且与推杆上板1-11-3的外螺纹连接紧固，保证推杆连接头1-12另一端外螺纹轴线及下推杆1-11-1轴线同轴且与大理石台面10基本垂直，光栅尺读头1-14通过光栅尺支座1-13安装于凸模导轨基座1-1上，光栅尺主尺1-15安装于夹头安装块底板1-7-1上，随凸模1-9一起运动，安装时保证光栅尺主尺1-15与运动方向的平行度，保证光栅尺主尺1-15与光栅尺读头1-14的平行度。
具体实施例二：凸模组件1中所用的凸模直线导轨1-2可以选择台湾HIWIN中的HGH30HA型超精密直线导轨，直线度达2μm所使用的光栅尺可以选择德国海德汉生产的LS400170。
具体实施例三：如图1～3所示，本实施例所述微冲裁系统的门架组件2包括门架底板2-1、门架主体2-2和直线执行器2-3；其中门架底板2-1安装于大理石台面10上，门架主体2-2呈门形框架结构，由两个立板和一个横板拼接而成，门架主体2-2在其两个立板底部用螺钉固定于门架底板2-1上并使门架主体2-2横跨大理石台面10，顶端横板的安装面与大理石立板9及大理石台面10基本平行，直线执行器2-3安装于门架主体2-2顶端安装面上并使直线执行器2-3的执行进给方向与大理石台面10垂直，直线执行器2-3的执行端与凸模组件1中的推杆连接头1-12连接紧固并使直线执行器2-3推力中轴线与下推杆1-11-1同轴并垂直于大理石台面10。
具体实施例四：门架组件2所使用的直线执行器2-3可以选择北京力姆泰克公司生产的IMB 20电动缸，行程50mm，最大推力为3500N。
具体实施例五：如图8所示，本实施例所述微冲裁系统的凹模组件3包括连接板3-1、凹模导轨3-2、凹模导轨滑块3-3、凹模过渡体3-4、凹模安装板3-5、凹模3-6、凹模压料板3-7、压料支撑钉3-8、微型导柱导套3-9、球头螺钉3-10、微量进给装置3-11和进给装置支架3-12；两根凹模导轨3-2相互平行固定于连接板3-1上，凹模过渡体3-4由两块相互垂直的板构成L型结构，其中一块板的安装面与凹模导轨滑块3-3安装面配合安装，并保证凹模过渡体3-4另一块板的模具安装面与凹模导轨滑块3-3运动方向垂直，凹模安装板3-5通过带绝缘垫圈的螺钉及绝缘定位销安装于凹模过渡体3-4的上表面，且凹模过渡体3-4的模具安装面与凹模安装板3-5之间设置1mm厚的电木板来保证后续电火花加工凹模3-6与其他零件的绝缘性，与其中凹模安装板3-5为上方敞开的槽结构，槽底面与凹模安装板3-5下表面平行，并在槽底部中间位置加工一个直径具有一定尺寸精度的深度为1～2mm浅圆槽，凹模3-6为厚度为2～3mm圆片结构，圆片上下表面平行度不低于10μm，且外圆尺寸与凹模安装板3-5槽底的浅圆槽尺寸满足小间隙配合，凹模3-6通过外圆定位安装在凹模安装板3-5的槽底面，凹模3-6外圆对称磨出两个平面，方便拆卸。凹模压料板3-7通过两根对称布置的微型导柱导套3-9实现与凹模安装板3-5槽底面垂直的相对运动，并保证凹模压料板3-7底部的压力作用面与凹模3-6上表面平行，两个对称布置的压料支撑钉3-8通过螺纹紧固于凹模压料板3-7上并保证压料支撑钉3-8轴线与凹模压料板3-7的运动轨迹平行。一个球头螺钉3-10固定于凹模过渡体3-4上并使球头螺钉3-10的球头向下，且球头螺钉3-10的球头支撑点位置与凹模3-6中心重合。进给装置支架3-12紧固于连接板3-1上两根凹模导轨3-2之间，微量进给装置3-11安装于进给装置支架3-12上并使微量进给装置3-11的进给推杆与安装于凹模导轨滑块3-3上的凹模过渡体3-4实现点接触，连接板3-1安装于精密XYZ三轴定位组件的Z轴上并保证凹模导轨3-2垂直于大理石台面10。
具体实施例六：凹模组件3中所使用的凹模导轨3-2为台湾HIWIN的MGN9H微型直线导轨，单根直线度达2μm所使用的微量进给装置3-11为微分头。
具体实施例七：如图9所示，本实施例所述微冲裁系统的托架组件4包含托架底板4-1、托架导轨4-2、托架导轨滑块4-3、托架支撑体4-4、螺纹套4-5、顶钉4-6和紧固螺母4-7；托架底板4-1安装于门架底板3-1上，两根托架导轨4-2安装于托架底板4-1上，使托架导轨滑块4-3运动方向与大理石立板9平行，托架支撑体4-4呈一体式方框结构，其下端面与托架导轨滑块4-3的安装面配合安装，螺纹套4-5呈法兰结构，由螺钉紧固安装于托架支撑体4-4上端面中心位置的安装孔中，并使螺纹套4-5的内螺纹轴线垂直于大理石台面10，顶钉4-6的外螺纹旋入紧固螺母4-7后再旋入螺纹套4-5的内螺纹中并使顶钉4-6的上端支撑面与大理石台面10平行。
具体实施例八：托架组件4中所使用的托架导轨4-2为台湾HIWIN的HGH30CA型直线导轨。
针对本发明的使用方法再进行如下阐述：
所述的微冲裁系统能够连续完成异形凸凹模在线加工、修整、对心、冲裁等一系列工艺过程。下面对本发明凸凹模在线加工、对心及冲裁过程进行详细说明。
第一阶段：将凸模1-9装入凸模夹头1-8安装孔中，并用紧定螺丝及凸模紧固螺帽1-10固定锁死，限制其轴向和侧向位移。在厚度为2mm的凹模3-6背面中心部位用电火花加工出深度为1.8mm，直径为1mm的沉头孔。将加工有沉头孔的凹模3-6装入凹模安装板3-5底面定位圆槽中，并用一对螺钉锁紧，向凹模安装板3-5的槽中注入煤油。
第二阶段：钨丝电极夹持在电火花主轴组件7的旋转主轴上，并在WEDG线电极磨削组件8及精密XYZ三轴定位组件5的作用下将钨丝电极加工至100μm。
第三阶段：通过钨丝电极的旋转运动及精密XYZ三轴定位组件5的运动，在凹模3-6中心部位加工微小异形凹模孔。同样在位于WEDG线电极磨削组件8中的铜片上加工出凸模反拷贝电极。通过精密XYZ三轴定位组件5的Z轴运动，反拷加工凸模1-9。
第四阶段：抽去凹模安装板3-5槽中的煤油，通过精密XYZ三轴定位组件5，实现凸模1-9和凹模3-6对心。并将凹模3-6移至凸模1-9正下方2mm处，将托架支撑体4-4移动至工作位置，此时顶钉4-6上端承载面位于球头螺钉3-10球头正下方1mm，旋转微量进给装置3-11，使安装在凹模导轨滑块3-3上的凹模3-6、凹模过渡体3-4及凹模安装板3-5在重力作用下沿凹模导轨3-2下滑，直至与顶钉4-6接触，如图10所示。
第五阶段：直线执行器2-3带动推杆1-11下行，下推杆1-11-1通过钢球带动夹头安装块1-7、凸模夹头1-8及凸模1-9向下运动，夹头安装块上板1-7-2下端面通过弹性体1-5将下行推力传递给调心中板1-4-2上端面，继而带动调心结构件1-4跟随凸模1-9同步下移，当调心下板1-4-3下端面首先接触到凹模组件3中压料支撑钉3-8时，调心结构件1-4下行运动停止，下推杆1-11-1继续通过钢球带动夹头安装块1-7、凸模夹头1-8及凸模1-9向下运动，直至凸模1-9冲穿板料。继续下行过程中弹性体1-5逐渐压缩，调心螺钉1-4-4下端面与推杆中板1-11-2上端面的钢球脱离接触，下行冲裁过程中弹性体1-5压缩产生的弹性力从调心中板1-4-2上端面传递到压料支撑钉3-8上表面，继而产生冲裁所需的压料力。冲裁完成后，直线执行器2-3带动推杆1-11上行，夹头安装块1-7、凸模夹头1-8及凸模1-9跟随推杆1-11向上运动直至调心螺钉1-4-4下端面与推杆中板1-11-2上端面钢球恢复接触，直线执行器2-3继续带动推杆1-11上移，推杆中板1-11-2通过钢球推动调心螺钉1-4-4、调心结构件1-4上移，调心结构件1-4继而通过预压缩的弹性体1-5带动夹头安装块1-7、凸模夹头1-8及凸模1-9向上运动至起始位置，至此完成一个冲裁行程。
本发明可以实现微型复杂形状凸凹模的在线加工、修整、对心及冲裁，生产柔性高；凸模组件采用的这种超精密直线导轨与高载荷直线执行器的球面接触刚性连接结构具有导向精度高，冲裁载荷大等优点，并且具有较高的运动偏差吸收能力；基于精密直线导轨的浮动式凹模组件设计适用于凹模加工的场合，并可以有效减少对心后凹模支撑固定所产生的误差，且凹模支撑固定后可以实现超高载荷冲裁，解决了模具原位电火花加工和高载荷冲裁不能同时实现的难题；独立门架式的冲裁力输出结构可以有效降低动力源对微冲裁设备的干扰，提高冲裁精度。

Claims (1)

1.一种凸凹模在线加工的微冲裁系统，其特征在于，该微冲裁系统包括凸模组件(1)、门架组件(2)、凹模组件(3)、托架组件(4)、精密XYZ三轴定位组件(5)、配重组件(6)、电火花主轴组件(7)、WEDG线电极磨削组件(8)、大理石立板(9)和大理石台面(10)，大理石立板(9)垂直安装于大理石台面(10)一端，凸模组件(1)和电火花主轴组件(7)分别固定于大理石立板(9)上，并置于左右两边，门架组件(2)和精密XYZ三轴定位组件(5)分别独立安装于大理石台面(10)上，使精密XYZ三轴定位组件(5)的X轴分别与大理石立板(9)及大理石台面(10)的安装面平行，且保证精密XYZ三轴定位组件(5)的运动空间达到凸模组件(1)及电火花主轴组件(7)的加工区域，托架组件(4)安装于门架组件(2)的底板上，凹模组件(3)和WEDG线电极磨削组件(8)安装于精密XYZ三轴定位组件(5)Z轴的移动滑台上，配重组件(6)安装于精密XYZ三轴定位组件(5)的Z轴支架上且与凹模组件(3)和WEDG线电极磨削组件(8)平衡；
凸模组件(1)包括凸模导轨基座(1-1)、凸模直线导轨(1-2)、凸模导轨滑块(1-3)、调心结构件(1-4)、弹性体(1-5)、钢球(1-6)、夹头安装块(1-7)、凸模夹头(1-8)、凸模(1-9)、凸模紧固螺帽(1-10)、推杆(1-11)、推杆连接头(1-12)、光栅尺支座(1-13)、光栅尺读头(1-14)和光栅尺主尺(1-15)；
调心结构件(1-4)包括调心上板(1-4-1)、调心中板(1-4-2)、调心下板(1-4-3)、调心螺钉(1-4-4)、连接立板(1-4-5)及结构件安装面(1-4-6)六部分，调心上板(1-4-1)、调心中板(1-4-2)及调心下板(1-4-3)依次自上而下平行布置，两连接立板(1-4-5)用于连接调心上板(1-4-1)、调心中板(1-4-2)及调心下板(1-4-3)左右两侧，构成日字型结构；调心中板(1-4-2)和调心下板(1-4-3)前后两侧面平齐，调心上板(1-4-1)前后方向宽度小于调心中板(1-4-2)及调心下板(1-4-3)前后方向宽度；调心螺钉(1-4-4)设置在调心上板(1-4-1)中间位置的螺纹孔中，并通过螺母从上方锁紧，保证调心螺钉(1-4-4)轴线与调心上板(1-4-1)的垂直度；结构件安装面(1-4-6)固定于连接立板(1-4-5)后侧面上且与调心下板(1-4-3)下表面垂直，结构件安装面(1-4-6)所在平面高出调心中板(1-4-2)及调心下板(1-4-3)的后侧面；
夹头安装块(1-7)包括夹头安装块底板(1-7-1)、夹头安装块上板(1-7-2)、夹头安装块下板(1-7-3)和光栅尺主尺安装板(1-7-4)四部分，其中夹头安装块上板(1-7-2)和夹头安装块下板(1-7-3)相互平行且通过夹头安装块底板(1-7-1)连接为C型，其中夹头安装块底板(1-7-1)背部安装面与夹头安装块上板(1-7-2)垂直，夹头安装块底板(1-7-1)一端连接有光栅尺主尺安装板(1-7-4)，其中光栅尺主尺安装板(1-7-4)上安装面与夹头安装块底板(1-7-1)背部安装面平行；
推杆(1-11)由下而上依次包含下推杆(1-11-1)、推杆中板(1-11-2)及推杆上板(1-11-3)三个结构，其中推杆中板(1-11-2)和推杆上板(1-11-3)相互平行且与下推杆(1-11-1)轴线垂直，推杆中板(1-11-2)和推杆上板(1-11-3)一端通过板连接成C型；
凸模导轨基座(1-1)安装于大理石立板(9)上，两根凸模直线导轨(1-2)并列固定于凸模导轨基座(1-1)上并保证与大理石台面(10)的垂直度，每根凸模直线导轨(1-2)上设置有上下两个凸模导轨滑块(1-3)；夹头安装块底板(1-7-1)的背部安装面与下方的凸模导轨滑块(1-3)的安装面配合并通过螺钉紧固，保证夹头安装块下板(1-7-3)与大理石台面(10)的平行度；凸模夹头(1-8)固定于夹头安装块下板(1-7-3)的下端面上，凸模(1-9)通过孔定位安装于凸模夹头(1-8)中并通过凸模紧固螺帽(1-10)紧固；调心结构件(1-4)的结构件安装面(1-4-6)与上方的凸模导轨滑块(1-3)的安装面配合并通过螺钉紧固，保证调心下板(1-4-3)与大理石台面(10)的平行度；夹头安装块上板(1-7-2)下端面与调心中板(1-4-2)上端面之间设置有弹性体(1-5)，推杆(1-11)的下推杆(1-11-1)与夹头安装块上板(1-7-2)上端面之间设置钢球(1-6)实现球面接触，推杆中板(1-11-2)上端面与调心螺钉(1-4-4)的下端之间设置钢球(1-6)实现球面接触；推杆连接头(1-12)一端与推杆上板(1-11-3)紧固连接，保证推杆连接头(1-12)另一端外螺纹轴线和下推杆(1-11-1)轴线同轴且与大理石台面(10)垂直；光栅尺读头(1-14)通过光栅尺支座(1-13)安装于凸模导轨基座(1-1)上，光栅尺主尺(1-15)安装于光栅尺主尺安装板(1-7-4)的安装面上；
门架组件(2)包括门架底板(2-1)、门架主体(2-2)和直线执行器(2-3)；其中门架底板(2-1)安装于大理石台面(10)上，门架主体(2-2)呈门形框架结构安装于门架底板(2-1)上并使门架主体(2-2)顶端安装面与大理石台面(10)平行，直线执行器(2-3)安装于门架主体(2-2)顶端安装面上并使直线执行器(2-3)的执行进给方向与大理石台面(10)垂直，直线执行器(2-3)的执行端与凸模组件(1)中的推杆连接头(1-12)连接紧固并使直线执行器(2-3)推力中轴线与下推杆(1-11-1)同轴；
凹模组件(3)包括连接板(3-1)、凹模导轨(3-2)、凹模导轨滑块(3-3)、凹模过渡体(3-4)、凹模安装板(3-5)、凹模(3-6)、凹模压料板(3-7)、压料支撑钉(3-8)、微型导柱导套(3-9)、球头支撑钉(3-10)、微量进给装置(3-11)和进给装置支架(3-12)；多个凹模导轨(3-2)相互平行固定于连接板(3-1)上；凹模过渡体(3-4)包括后侧面、上表面和下表面三个安装面，其中上表面与下表面平行且垂直于后侧面，凹模过渡体(3-4)后侧面与凹模导轨滑块(3-3)的安装面配合并通过螺钉紧固并保证凹模过渡体(3-4)上表面与凹模导轨滑块(3-3)运动方向垂直，凹模安装板(3-5)安装于凹模过渡体(3-4)的上表面，其中凹模安装板(3-5)为上方敞开的槽结构，槽底面与凹模安装板(3-5)下表面平行，凹模(3-6)定位安装于凹模安装板(3-5)的槽内，凹模压料板(3-7)通过微型导柱导套(3-9)实现与凹模安装板(3-5)槽底面垂直的相对运动，并保证凹模压料板(3-7)底部的压力作用面与凹模(3-6)上表面平行，多个压料支撑钉(3-8)通过螺纹紧固于凹模压料板(3-7)上并保证压料支撑钉(3-8)轴线与凹模压料板(3-7)的运动轨迹平行，且使压料支撑钉(3-8)支撑中心与凹模(3-6)中心重合；多个球头支撑钉(3-10)固定于凹模过渡体(3-4)下表面上并使球头螺钉(3-10)的球头向下，球头支撑钉(3-10)的球头所在平面与凹模导轨滑块(3-3)运动方向垂直且其支撑点重心位置与凹模(3-6)中心重合；进给装置支架(3-12)紧固于连接板(3-1)上，微量进给装置(3-11)安装于进给装置支架(3-12)上并使微量进给装置(3-11)的进给推杆与安装于凹模导轨滑块(3-3)上的凹模过渡体(3-4)实现点接触；连接板(3-1)安装于精密XYZ三轴定位组件(5)的Z轴上并保证凹模导轨(3-2)垂直于大理石台面(10)；
托架组件(4)包含托架底板(4-1)、托架导轨(4-2)、托架导轨滑块(4-3)、托架支撑体(4-4)、螺纹套(4-5)、顶钉(4-6)和紧固螺母(4-7)；托架底板(4-1)安装于门架底板(2-1)上，多个托架导轨(4-2)安装于托架底板(4-1)上，托架支撑体(4-4)包括上下两个安装面，托架支撑体(4-4)的下安装面与托架导轨滑块(4-3)的安装面配合并通过螺钉紧固；与球头支撑钉(3-10)位置对应的螺纹套(4-5)安装于托架支撑体(4-4)的上安装面并使螺纹套(4-5)的内螺纹轴线垂直于大理石台面(10)，多个顶钉(4-6)的外螺纹旋入紧固螺母(4-7)后再旋入所有螺纹套(4-5)的内螺纹中并使所有顶钉(4-6)的上端支撑面均在一个平面且该平面与大理石台面(10)平行。
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