材料成形装备及自动化-教学精--作者-樊自田-第3章(3)ppt课件

精品课程,材料成形装备及自动化第三章（3.6）华中科技大学材料科学与工程学院SchoolofMaterialScienceandTechnology，HUST,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,本章主要内容概述液压成形装备精冲压力机多工位压力机数控冲压装备伺服压力机塑性成形自动化,第3章,金属塑性成形装备及自动化,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,采用了数控技术的一类冲压装备主机、数控装置、驱动装置、监控检测装置、编程计算机及一些辅助装置组成,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6数控冲压装备,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,数控冲压装备具有如下特点：.对加工对象改型的适应能力强，可基本适应多品种、小批量生产的需要。.提高生产率，可缩短加工时间和辅助时间。.提高同批工件的重复性精度，避免由于手工控制所产生的误差。.扩大机器的使用范围，能加工一些手工控制无法或难于加工的复杂零件。.减少了在制品，加速了流动资金的周转。.可存贮加工用的优化程序，并可随时调用以实现最佳加工过程。.可组成板材加工柔性制造单元（FMC），并可以进一步组成板材加工柔性制造系统（FMS），实现生产管理现代化。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6数控冲压装备,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,数字控制(NumericalControl)，简称为数控(NC)数字控制系统的控制信息是数字量，模拟控制系统中的控制信息是模拟量。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.1数控技术,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,数字控制系统有以下特点：1.可用不同的字长表示不同精度的信息，表达信息准确。2.可进行逻辑运算、算术运算及复杂的信息处理。3.有逻辑处理功能，可根据不同的指令进行不同方式的信息处理。可用软件改变信息处理的方式或过程、而不用改动电路或机械机构，因而具有功能的柔性化。早期的数控系统由硬逻辑电路构成，被称为硬件数控系统。随着微型计算机的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统(ComputerNumericalControl)，简称CNC。由于计算机可以完成由软件来确定数字信息的处理过程，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，使数字控制系统的性能大大提高。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.1数控技术,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,数控技术不依附于数控机床，但它却是随数控机床发展起来的。数控技术多指机床数控技术。数控机床一般由信息载体、计算机数控系统、伺服系统和机床本体组成,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.2数控技术与数控机床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,信息载体又称为控制介质：用于记载各种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。计算机数控系统：接受输入装置输入的加工信息。完成数控运算、逻辑判断、输入输出控制等功能。伺服系统：数控系统的执行部分，包括电动机、速度控制单元、检测反馈单元及位置控制等部分，接受由计算机数控系统发来的各种动作命令，驱动受控没备运动。机床本体：完成各种加工的机械部分。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.2数控技术与数控机床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,、按控制的运动轨迹划分1.点位控制系统只控制工具相对工件从某一加工点到另一加工点之间的精确坐标位置，对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且在移动过程中不做任何加工。2.点位直线控制系统既要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间工具移动的轨迹为一条直线，并且在移动中工具能以给定的进给速度进行加工。3.轮廓控制系统又称为连续控制系统或轨迹控制系统。能对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即不仅控制每个坐标的行程的位置，同时还控制每个坐标的运动速度。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.3数控系统分类,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.3数控系统分类、按伺服系统类型划分1.开环伺服系统不带位置检测装置，控制信号的流程为单向。,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,2.闭环控制系统带有工作台位置检测装置，它将位移的实际值反馈回输入端与输入指令比较，用比较后的差值去控制，直至差值消除时才停止修正动作。3.半闭环控制系统与闭环系统的区别在于检测反馈信号不是来自工作台，而是来自于安装在电动机轴端或丝杠轴端的测量元件，这种系统的闭环回路中不包括工作台传动链。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.3数控系统分类,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,、按数控功能水平划分1.经济型数控机床具有针对性加工功能，功能水平较低，但价格较低廉的数控机床。2.普及型数控机床具有自动加工所需的各种功能，但辅助功能不完善，功能水平不够高。3.全功能型数控机床功能完善、且功能水平高的数控机床。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.3数控系统分类,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,第一步，数控程序的编制：先根据零件图纸的要求设计数控加工工艺过程，如工步、加工路线、切削用量、行程等，再按编程手册的有关规定编制数控加工程序单；第二步，控制介质的制作和程序的输入：由加工程序单制作控制介质，如穿孔带、磁带、磁盘等，再将控制介质记录的加工信息通过输入装置输入到数控系统中；第三步，加工信息的处理与计算和控制指令的发出：当加工程序输入到数控系统后，在控制系统内部的系统程序的支持下，对加工程序进行必要的处理与计算后，发出相应的控制指令；第四步，控制指令的执行：运动部件按控制指令进行运动，从而实现零件的数控加工。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.4数控机床加工零件的操作过程,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,1.输入：输入给数控系统的有零件加工程序、控制参数和补偿数据等。2.译码：输入的程序段含有零件的轮廓信息(起点、终点、直线还是圆弧等)、要求的加工速度以及其它的辅助信息(换刀、换挡、冷却液开关等)。计算机依靠译码程序来识别这些符号，将加工程序翻译成计算机内部能识别的话言。3.数据处理：一般包括刀具半径补偿、速度计算和辅助功能的处理。4.插补：即根据给定的曲线类型、起点、终点以及速度，在起点和终点之间进行数据点的密化。计算机数控系统的插补功能主要由软件来实现。5.伺服控制：将计算机送出的位置进给脉冲或进给速度指令，经变换和放大后转化为执行机构的动作。6.管理程序：即由它调用各个功能子程序，且保证一个数据段加工过程中将下一个程序段推备就绪。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.5计算机数控系统的工作过程,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,数控转塔冲床是用来对板材进行冲孔及成形的压力机,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,第3章,金属塑性成形装备及自动化普通式数控冲床,3.6.6数控转塔冲床瑞士RASKIN公司的转塔冲床型材冲孔数控生产线,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,数控转塔冲床结构主要由机架、工作台、转塔（冲模回转头）、转模（自动分度）机构、驱动（机械或液压）系统、检测系统、数控系统和电气系统组装而成。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,主电动机10通过大小带轮9和蜗轮蜗杆8，带动曲轴7、连杆5、肘杆4动作使滑块3作上下往复直线运动进行冲压。伺服电机11通过皮带带动上下转盘12同步回转，以选择模具，并用定位销6使转盘最终定位，以保证上下模同心。被加工板料用夹钳13夹紧，放置在移动工作台2上。两个伺服电机通过滚珠丝杠滚珠螺母传动，使工作台纵横向送进，以选择工件冲孔的坐标。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,冲床工作原理及特点在其冲头与工作台之间有一对可以储存若干套模具的转塔（即回转头），待加工的板材被夹钳夹持，并沿X，Y轴方向移动。工作时根据冲制零件所编制的计算机程序，使板材在X，Y轴方向移动和定位，并可任意选择转盘上模具进行自动冲压。加工件刀站,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,（1）机架多为钢板焊接结构，按其结构形式数控转塔冲床的机架可分为开式机架（即C形或J形机架）和闭式机架（即O形机架）。闭式机架的优点是机架的刚性好，弹性变形小，在工作过程中对模具有利。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床（2）工作台焊接结构，它由本体（即机架的一部份）、活动拖架（即活动工作台Y轴）和滑动夹钳（X轴）等几部分组成。活动拖架（Y轴）通过安装在本体上的伺服电机、滚珠丝杠副来驱动；滑动夹钳（X轴）则通过安装在活动拖架上的伺服电机、滚珠丝杠副来驱动，同时夹钳间的距离还可任意调整。,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,（3）转塔由上、下两个转盘组成，模具均装在转盘上。在转盘的侧面或背面设有锥形定位销孔，锥销插入就可以保证定位准确。转盘轴称为T轴，T轴的驱动包括伺服电机、传动机构、驱动轴、分度销、上、下转盘。当数控系统设定转盘的某一模位号之后，定位推销自动拔出，伺服电机转动，经传动机构到后轴带动上、下转盘转动，转到设定的模位后停下，锥销再插入到相应的锥孔之中，从而使上、下转盘准确定位。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,上、下转塔1、9通过中心轴3、7悬挂和支承在机身的上部和下部，转塔可在中心轴上旋转。在上转塔的上平面和下转塔的下平面各有多个上、下定位孔5、6，以使转塔最终定位。多副上、下模通过上、下模座2、8分别安装在上、下转塔上，通过吊环4来调整上模的高低位置。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,上模结构：图a为非圆形刃口凸模，凸模1用螺钉与上模座2固紧，并采用方槽定位。对于直径小于8mm的圆形凸模增加过渡套，如图b所示。上模通过T形头与滑块T形槽联接。下模结构:下模座用三个螺钉紧固，并用压板压紧，以防止向上窜动。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,（4）转模（自动分度）机构转模机构(即模具分度机构)：用来使转盘上某些模具沿本身轴线旋转的机构。使用转模（自动分度）机构可以冲切复杂形状的板件。（5）驱动（机械或液压）系统机械驱动式数控转塔冲床由电机、飞轮、离合器/制动器、主轴/偏芯轴、联杆和冲头组成。主电机通过带传动带动飞轮转动，再通过离合器/制动器和偏芯轴，使滑块上、下往复运动，冲击上转盘上所选定的凸模（上模）而对板材进行冲孔。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,EAMP,材料成形装备及自动化,第3章,金属塑性成形装备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院,3.6.6数控转塔冲床液压驱动式数控转塔冲床由活塞和油缸组合构成，这个组合连接到冲床液压系统的动力源上，带动冲头上、下往复运动，冲击上转盘上所选定的凸模（上模）而对板材进行冲孔。可以控制冲头的行程和速度，通过控制冲头在冲压过程中的速度，降低冲头在接触板料时的速度，减少撞击噪音。精品课程,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,（6）电气控制系统数控转塔冲床目前多采用日本FANUC或德国SIEMENS公司的控制系统，控制轴数有三轴（X、Y、T）、四轴（X、Y、T、C）和五轴（X、Y、T、C1、C2）；采用高精度、高性能、快速的交流伺服电机，X、Y轴联动；采用彩色显示屏（TFT或STN），带有标准的RS232接口，可配软驱，配有PLC（可编程控制器），具有自诊断功能。FANUC公司有0P（低档）、18iP或180iP（高档）、0iP（简化）等数控冲床专用系统。SIEMENS公司有840D等开放式用于数控冲床的系统。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,数控转塔冲床特点：较好的灵活性和较高的生产率与普通冲床相比，可提高生产率410倍，尤其对单件、小批量生产可提高生产率2030倍。数控转塔冲床有较好的灵活性，同时又有较高的生产率，能满足不断变化的市场需要。较短的调试时间需要极少的调试时间，并且不需要凸模和凹模的手工对心。程序控制化高利用程序生产零件，几乎不需要操作者干预。精度高可以提供较准确的打孔位置。孔的尺寸和形状由冲床和模具精确地控制。使用数控转塔冲床可以达到+/-0.1mm的精度。可以加工大尺寸的板材和大直径的孔带有一个支撑板料的工作台。大多数数控转塔冲床都带有二次定位功能，从而使加工大尺寸板材成为可能。可利用小尺寸的模具沿圆周冲切大直径的孔。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,数控转塔冲数控系统J9210型转塔数控冲床分为机械、液压和控制系统三大部分。机械部分主要由3个方向运动合成：水平X、Y方向上的联动以及垂直Z方向上的冲压运动，还包括有X轴上的夹钳动作，用作换模的转塔以及定位销动作，其中，夹钳和定位销动作由专门的气动阀来控制。转塔由上下两个同步带传动的转盘构成，它由一台大惯量伺服电机并经161减速同步带轮来驱动，从而实现快速换模，它可预装18种不同尺寸、多种形状的冲孔模具，而且可以随时更换模具形状和大小，可以冲出各种形状复杂的板材；液压部分主要是冲头（由差动式液压缸带动），设计中用一与冲头位置同步的编码器来对冲头进行全闭环控制，并采用模糊控制的概念，使其行程与次数能自动调整以满足冲模要求。为了能使液压系统快速响应动作，采用HSV开关式高速电磁阀来控制冲头上下，此阀采用脉宽调制，开启瞬间加+24V电压，5ms后加+12V电压保持，这种高低压驱动方式保证了阀的动态响应时间在6ms内，从而也就保证了液压系统的快速动作。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.6.6数控转塔冲床,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精品课程,（1）数控系统硬件内置软件PLC，而且采用单机控制。控制系统硬件主要由一体化工控