CN201855869U - 长行程板材数控冲孔成套系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种长行程板材数控冲孔成套系统，包括深喉式冲床、冲孔模具、数控系统，在深喉式冲床正前方设置长行程板材二维数控送料装置，长行程板材二维数控送料装置包括底座和安装在底座上的板料自动运行系统，板料自动运行系统包括X、Y二维传动机构、送料平台和气动夹钳机械手；X、Y二维传动机构的X轴系统在下层，安装在底座上；送料平台安装在X轴系统上，在X轴方向运动；Y轴系统安装在送料平台上；气动夹钳机械手有4～10个，沿X轴方向均布在Y轴系统的Y轴滑板上；X轴系统和Y轴系统伺服电机在数控系统的控制下作定位运动，而气动夹钳机械手在数控系统的控制下完成对纵梁平板工件的夹紧放开和伸缩避让冲模的操作。

Description

长行程板材数控冲孔成套系统

技术领域

本实用新型涉及一种长行程板材数控冲孔成套系统，系为超长板材加工冲孔工艺开发的专用设备，与深喉式冲床配套组成独立的数控冲床系统。

背景技术

汽车行业是国民经济的支柱行业。2009年我国汽车销售量已跃居全球第一，达1300万辆。这里80％以上是轿车，其产品和生产工艺装备已经国际化，达到较高水平。作为载货汽车，特别是农用载货汽车，由于批量小，开发较晚，目前生产工艺装备普遍落后，较少引进国外先进技术，本项目就是在此背景下设计开发的。

载货汽车的纵梁为槽钢型，通常由两片特种钢板叠焊在一起，再折弯成槽型钢结构，两组纵梁和数组横梁组合成车架，纵梁处于汽车底盘，其上有许铆钉孔和工艺孔，为支撑整平所必需。一般轻型和中型载货车(5-14吨)纵梁平板尺寸长为5-12米，宽0.4米，厚6-12mm，平板需冲Φ9-Φ35大小不同约6-15种孔型，这些孔总数有200-300个，每种孔的数量不等，分布在纵梁平板上各不同坐标位置。

车架是整个汽车的重要承载部件，是发动机底盘和车身各总成的安装基础，其强度、刚性及动力学特性直接影响了整车的基本性能。目前大部份车架采用边梁式车架，边梁式车架由纵梁和横梁联结组成，纵梁是车架的主要承载元件，其长度大体接近整车长度。部分中小企业纵梁平板冲孔现有装备落后、生产效率低、劳动强度大、质量差、消耗大，急需一种经济适用的汽车纵梁平板数控冲孔机，实现传统纵梁生产工艺装备的重大技术创新。

现有的大部分车架生产企业纵梁平板冲孔是这样完成的：

1、钻孔方法：一条生产线装备有4-6台摇臂钻，使用钻模板工装，通过钻模板一个一个地钻孔，当一种孔通过模板钻完后，转到下一台钻床，用另一种钻模板钻另一种孔，孔数较少的，还要更换钻头再钻。通常钻完一张平板需要30分种，工人的劳动强度大，钻孔的质量差，毛刺大，孔的位置误差大。

2、用组合模具冲压，用一台250吨冲床，冲床工作台两侧有一输送线，线上装配有4-5组组合模具，每组组合模具有30-50个左右的大小不同，位置各异冲孔模具，组合成一体，平板定好零点后，一次可冲50个左右的孔，输送线移动到下一个工位，平板同时定好位置，再冲50个左右不同的孔，为此4-5次冲压，一片纵梁平板可冲完，此种加工方法比钻孔方法效率稍高，但定位不易操作，组合模具加工和调整十分麻烦费时，不适合小批量多品种的生产要求。

目前，轻型载货汽车，特别是农用车和专用汽车市场需求量日益增加，市场需求与产能形成鲜明对照，扩大产能只能走技术创新的道路，达到高效、低耗、减轻工人劳动强度和优质的目标。这就是本项目所要达到的目标。

发明内容

本实用新型的目的是针对中小企业纵梁平板冲孔现有装备落后、生产效率低、劳动强度大、质量差、消耗大的问题，设计一种长行程板材数控冲孔成套系统，实现对传统纵梁生产工艺装备的重大技术创新。

本实用新型的技术方案：本实用新型的长行程板材数控冲孔成套系统包括深喉式冲床、冲孔模具、数控系统，在深喉式冲床正前方设置长行程板材二维数控送料装置，长行程板材二维数控送料装置包括底座和安装在底座上的板料自动运行系统，板料自动运行系统包括X、Y二维传动机构、送料平台和气动夹钳机械手；X、Y二维传动机构的X轴系统在下层，安装在底座上；送料平台安装在X轴系统上，在X轴方向运动；Y轴系统安装在送料平台上；气动夹钳机械手有4～10个，沿X轴方向均布在Y轴系统的Y轴滑板上；X轴系统和Y轴系统伺服电机在数控系统的控制下作定位运动，而气动夹钳机械手在数控系统的控制下完成对纵梁平板工件的夹紧放开和伸缩避让冲模的操作。

所述的气动夹钳机械手包括固定在Y轴滑板上的滑套基座，滑动钳身安装在滑套基座内，伸缩气缸固定在滑套基座的后端，伸缩气缸的输出端与置于滑套基座内的滑动钳身连接；滑动钳身的中部通过转轴与夹钳臂铰接，夹钳臂的尾端与夹紧气缸连接，夹紧气缸的输出杆顶在滑动钳身上，夹钳臂的首端与滑动钳身首端构成一对夹爪。

所述的冲孔模具是气动选模机构，气动选模机构是在一副模架上安装6～15副冲孔模具，每副冲孔模具包括上模部分和下模部分，上模部分包括上模板，固定在上模板上的模销安装块，模销安装块内有横向控制孔，模销插块置于控制孔内，模销插块的外端与控制气缸的输出端连接，冲头安装在模销插块的控制孔的下侧；下模部分包括下模板和安装在下模板上的下模芯；通过控制气缸控制模销插块在控制孔内的位置，控制哪副模具投入工作，气缸动作是由数控系统控制的。

所述的数控系统控制包括CAD图纸编译模块、二维工作台驱动控制模块、夹钳机械手控制模块、夹钳机械手位置计算模块、气动选模控制模块、深喉式冲床控制模块；CAD图纸编译模块将编译的数控代码送给二维工作台控制模块和气动选模控制模块，控制纵梁平板工件的位置、选模和冲压；夹钳机械手控制模块控制夹钳机械手夹紧纵梁平板工件；夹钳机械手位置计算模块对每个夹钳的位置计算，对到达冲床工位附近的夹钳机械手进行避开冲模的控制。

本实用新型的优点：

1、一次装夹，一次按钮操作连续完成一块纵梁平板的不同孔型不同孔数的冲孔加工，一般只需6分钟左右的时间，与现有加工工艺相比大大提高生产效率。

2、自动化操作，操作工只须完成上、下料和监视机器工作，大大降低了劳动强度。

3、由于数控操作保证了孔位精度和加工的重复性，大大提高了产品的质量。

4、与现有生产设备相比，减少了设备的安装占地面积。

5、钻孔的废料为铁销，不易回收。冲孔的落料，易回收，有效降低了消耗。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图1的俯视图。

图4是气动夹钳机械手结构示意图。

图5是气动夹钳机械手夹紧状态结构示意图。

图6是气动选模机构结构示意图。

图7是图6的A-A结构示意图。

图8是动选模机构失效状态示意图。

图9是数控系统控制模块框图。

图10是数控系统控制软件框图。

具体实施方式

图1、图2是本实用新型的结构示意图：

本实用新型的长行程板材数控冲孔成套系统包括深喉式冲床1、冲孔模具4、数控系统5，在深喉式冲床1正前方设置长行程板材二维数控送料装置，长行程板材二维数控送料装置包括底座2和安装在底座上的板料自动运行系统3。

如图3：板料自动运行系统3包括X、Y二维传动机构、送料平台和气动夹钳机械手；X、Y二维传动机构的X轴系统在下层，安装在底座上；送料平台安装在X轴系统上，在X轴方向运动；Y轴系统安装在送料平台302上；气动夹钳机械手309有4～10个，沿X轴方向均布在Y轴系统的Y轴滑板308上；X轴系统和Y轴系统伺服电机在数控系统的控制下作定位运动，而气动夹钳机械手309在数控系统的控制下完成对纵梁平板工件的夹紧放开和伸缩避让冲模的操作。

长行程板材二维数控送料装置包括底座2和安装在底座上的板料自动运行系统3，板料自动运行系统3的传动机构包括X、Y二维滚珠丝杠副以及直线导轨副，X轴系统在下层，X轴系统通过X轴伺服电机305驱动，其丝杆303的螺母与X轴滑板307连接，301是X轴直线导轨副。

送料平台308为一框架结构，连接在X轴滑板307上。上层Y轴系统安装在送料平台308上。Y轴丝杆304的螺母与Y轴滑板308连接，由Y轴伺服电机306驱动Y轴滑板308沿Y轴运动，310是Y轴直线导轨副。

夹持纵梁平板工件6的气动夹钳机械手309有4～10个，沿X轴方向均布在Y轴滑板308上，X轴和Y轴方向伺服电机在数控系统的控制下作定位运动，而气动夹钳机械手在数控系统的控制下完成对纵梁平板工件6的夹紧放开和伸缩避让冲模的操作。

图4、图5是气动夹钳机械手结构示意图：气动夹钳机械手309包括固定在送料平台上的滑套基座309a，滑动钳身309f安装在滑套基座309a内，伸缩气缸309c固定在滑套基座309a的后端，伸缩气缸309c的输出端与置于滑套基座309a内的滑动钳身309f连接；滑动钳身309f的中部通过转轴309g与夹钳臂309b铰接，夹钳臂309b的尾端与夹紧气缸309d连接，夹紧气缸309d的输出杆顶在滑动钳身309f上，夹钳臂309b的首端与滑动钳身309f首端构成一对夹爪309e。

图6、图7是气动选模机构结构示意图：

冲孔模具4是气动选模机构，气动选模机构是在一副模架上安装6～15副冲孔模具，每副冲孔模具包括上模部分和下模部分，上模部分包括上模板401，固定在上模板上的模销安装块403，模销安装块403内有横向控制孔405，模销插块406置于控制孔405内，模销插块406的外端与控制气缸407的输出端连接，冲模409安装在模销插块406的控制孔405的下侧；冲模409的上端的横板与卸料板410之间有回位弹簧411。图7是模具生效状态，即模销插块406插进控制孔405，将冲模409压下。408是冲模409的护套。

图8是动选模机构失效状态示意图，即模销插块406从控制孔405退出，回位弹簧411将冲模409抬起。

下模部分包括下模板402和安装在下模板402上的下模芯404；通过控制气缸407控制模销插块406在控制孔405内的位置，控制哪副模具投入工作，气缸动作是由数控系统控制的。

图9是数控系统控制模块框图：

数控系统控制包括CAD图纸编译模块、二维工作台驱动控制模块、夹钳机械手控制模块、气动夹钳机械手位置计算模块、气动选模控制模块、深喉式冲床控制模块；CAD图纸编译模块将编译的数控代码送给二维工作台控制模块和气动选模控制模块，控制纵梁板材工件的位置、选模和冲压；气动夹钳机械手控制模块控制夹钳机械手夹紧纵梁板材工件；夹钳机械手位置计算模块对每个夹钳的位置计算，对到达冲床工位附近的夹钳机械手进行避开冲模的控制。

CAD图纸编译模块将CAD设计图纸输入计算机，通过软件编译成可执行的标准数控代码，使得整个冲压过程从板材装夹回零、数控送料、气动夹钳机械手伸缩避让、自动换模直至冲完全部孔型，所有气动夹钳机械手松开卸料，全过程由计算机控制完成。

二维工作台驱动原理如下：

二维工作台驱动是纵梁板材工件6冲孔的执行机构，它有正交垂直的两维坐标，通过计算机数控系统控制和伺服电机驱动下，使送料平台308可沿X轴和Y轴作定位运动。

由于一些孔设计安排在距纵梁板材工件6的边缘很近的地方，占据了气动夹钳机械手的夹位，这就要求气动夹钳机械手在冲压过程中实现必要的伸缩避让，同时也要保证装夹过程的可靠稳定。本实施例设有6个气动夹钳机械手，由数控系统计算，当哪一个气动夹钳机械手到达冲床工位附近时，控制该气动夹钳机械手的夹紧气缸309d动作，松开夹爪，伸缩气缸309c动作，气动夹钳机械手后退，避开冲模。

气动夹钳机械手在数控系统的控制下完成对纵梁板材工件的夹紧放开和伸缩避让冲模的操作。冲床的启动、停止是通过气动选模机构选择模具的操作。

气动选模的结构是在一副模架上装有6～15副冲孔模具，将其组合在一起，通过控制模销插块406投入工作的那副模具，当模销插块406插入控制孔405内时，该副模具工作，而模销插块406由控制气缸407驱动，控制气缸407又是由数控系统控制的。

图10是数控系统控制软件框图：

实际操作过程：

开启计算机数控系统，输入被加工板材CAD图形，通过编译形成系列标准数控加工代码，检查气动选模模具是否正常，启动冲床，将待冲孔板材工件装夹在送料平台上，通过按扭使两坐标轴零点回归，按起动按扭，计算机数控系统自动选择第一种孔型工作，X、Y轴移动，使到达第一种孔型的第一个孔的位置上，冲床滑块启动，自动下冲，通过模具完成第一个孔的加工，冲床滑块通过下死点后即提起上升，当冲床滑块上安装的模具的冲头上行离开板材时，X、Y轴迅速移动到第二个孔的坐标位置上，冲床滑块上行到上死点后即连续下冲，如为此连续冲压，当第一孔型的所有各孔位均冲压完毕，冲床滑块在计算机数控系统控制下暂停，模具上的气缸通过计算机数控系统控制，选择第二种孔型工作，X、Y轴移动，使到达第二种孔型的第一个孔的位置上，此时冲床滑动自动下冲，通过模具完成第二种孔型的第一个孔的加工，依次连续冲压下去，如此循环，直到6～15种孔型的所有孔位全部加工完毕，冲床滑块自动停止，待所有气动夹钳机械手松开，加工好的板材工件待卸。

由于部份孔位距离板材工件边缘较近，使得冲床滑块下冲时，安装在滑块上的模具与气动夹钳机械手可能发生冲突，损坏设备，为解决这一问题，将气动夹钳机械手设计成可伸缩气动夹钳机械手。整机4～10副气动夹钳机械手统一由计算机数控系统控制，气动夹钳机械手有两个动作，通过两个气缸独立完成操作，一是夹紧和松开，二是夹钳的前进一退回。通常，各气动夹钳机械手是轮流松开的，只有一个气动夹钳机械手处于松开状态，其它气动夹钳机械手都处于夹紧状态，保证板材工件的稳定。

在冲压加工前，气动夹钳机械手的坐标位置已经在计算机里进行设置，在冲压加工时，当气动夹钳机械手进入了滑块冲压死区，那副气动夹钳机械手就在计算机数控系统控制下自动放开板材并退回，从而避开了气动夹钳机械手与冲模的冲突，此时其余所有气动夹钳机械手均正常夹持板材工作，当退回的那副气动夹钳机械手离开了滑块冲压死区时，此时在计算机数控系统的控制下，气缸动作，夹钳自动前进，并夹紧板材，整个动作都是在连续冲压过程中执行的，确保一块板材仅通过按一次启动按钮完成全部冲孔加工。

冲床的启动、停止以及通过气动机构(气缸)选择模具的操作，也都在计算机数控系统控制下完成的。

Claims (3)

1.一种长行程板材数控冲孔成套系统，包括深喉式冲床(1)、冲孔模具(4)、数控系统(5)，其特征在于：在深喉式冲床(1)正前方设置长行程板材二维数控送料装置，长行程板材二维数控送料装置包括底座(2)和安装在底座上的板料自动运行系统(3)，板料自动运行系统(3)包括X、Y二维传动机构、送料平台和气动夹钳机械手；X、Y二维传动机构的X轴系统在下层，安装在底座(2)上；送料平台(302)安装在X轴系统上，在X轴方向运动；Y轴系统安装在送料平台(302)上；气动夹钳机械手(309)有4～10个，沿X轴方向均布在Y轴系统的Y轴滑板(308)上；X轴系统和Y轴系统伺服电机在数控系统的控制下作定位运动，而气动夹钳机械手(309)在数控系统的控制下完成对纵梁平板工件的夹紧放开和伸缩避让冲模的操作。

2.根据权利要求1所述的长行程板材数控冲孔成套系统，其特征在于：气动夹钳机械手(309)包括固定在Y轴滑板(308)上的滑套基座(309a)，滑动钳身(309f)安装在滑套基座(309a)内，伸缩气缸(309c)固定在滑套基座(309a)的后端，伸缩气缸(309c)的输出端与置于滑套基座(309a)内的滑动钳身(309f)连接；滑动钳身(309f)的中部通过转轴(309g)与夹钳臂(309b)铰接，夹钳臂(309b)的尾端与夹紧气缸(309d)连接，夹紧气缸(309d)的输出杆顶在滑动钳身(309f)上，夹钳臂(309b)的首端与滑动钳身(309f)首端构成一对夹爪(309e)。

3.根据权利要求1或2所述的长行程板材数控冲孔成套系统，其特征在于：冲孔模具(4)是气动选模机构，气动选模机构是在一副模架上安装6～15副冲孔模具，每副冲孔模具包括上模部分和下模部分，上模部分包括上模板(401)，固定在上模板上的模销安装块(403)，模销安装块(403)内有横向控制孔(405)，模销插块(406)置于控制孔(405)内，模销插块(406)的外端与控制气缸(407)的输出端连接，冲头(409)安装在模销插块(406)的控制孔(405)的下侧；下模部分包括下模板(402)和安装在下模板(402)上的下模芯(404)；通过控制气缸(407)控制模销插块(406)在控制孔(405)内的位置，控制该位置对应的那副模具投入工作，气缸动作是由数控系统控制的。 

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