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簡述了中國現代制造業的特點及數控機床的基本組成。對常用的現代板材數控成形設備——多點成形機，伺服壓力機、卷板機，以及滑塊上帶氣墊壓力機、高速壓力機等設備的應用現狀進行了分析論述，最后簡述了部分現代板材數控設備的發展趨勢。
制造業是創造物質財富的基礎，是國家安全的重要保證，是國家競爭力的重要體現。發達國家在重大裝備關鍵技術上對我國一直實行高技術壁壘與封鎖政策。20多年來，我們以市場換技術的策略基本未收到成效，如哈電、東電、上電( 北重) 與西屋、GE 等國外公司進行了多年的合作，但現在這些跨國公司都拒絕轉讓最新核心技術。因此，國民經濟增長與可持續發展對制造技術提出了更高的要求，特別在一些重大或戰略性行業，迫切需要開發具有我國自主知識產權的設計制造技術，實現我國由制造大國向制造強國的轉變。 如果這個包絡面與支撐模型間發生錯位，將嚴重影響成形精度，并撞壞模型和工具。因此，加工軌跡坐標( 以機床坐標系為基準) 與支撐模型坐標( 稱造型支撐模型時所采用的坐標系為支撐模型坐標系) 的準確對位至關重要。為了有效地排除成形過程中坐標對位對零件上出現的拉裂、材料堆積、材料硬化等現象的影響，使進行更準確的工藝分析成為可能，必須完成該成形軌跡坐標的準確對位。但用人工對位的方法效率低、精度差，因此可采用基于機器視覺的非接觸式加工軌跡坐標對位方法。圖3 所示即為基于機器視覺的坐標對位系統，由光源、CCD 攝像機、數據采集卡、工業控制計算機、圖像處理與機床坐標自適應軟件、CNC 系統和運動驅動單元組成。 2. 數控激光切割機 激光切割設備的出現，是對鈑金工業日常生產的改革。與其他加工設備比較，激光加工具有以下特點： ( 1) 激光的光速直徑極小，可進行狹窄的直邊割縫。 ( 2) 對任何硬度的薄板或厚板、簡單或復雜的形狀均能有效加工。 ( 3) 切邊質量高，工件不會受損傷，無機械變形，加工質量穩定可靠。 ( 4) 加工時不產生噪聲。 ( 5) 兩工件可同一切邊，節省加工材料和工時，與計算機結合，可整張排料，從而降低材料耗費。 ( 6) 切割速度快，加工新產品時只需要很短的準備時間，生產效率高。 激光切割的加工成本主要是氣體的消耗、電力的損耗、設備的折舊及維修費用，不需要模具，對小批量產品或形狀復雜的大批量產品，以及工藝適合激光加工的產品，激光機的運轉成本均低于數控沖床。在許多鈑金企業中大多將二者配合使用，從而充分發揮各自的優點，以取得最佳的加工效果。 金屬板材成形設備作為國民經濟的支柱產業之一——汽車工業的重要裝備，都需要其制造者及使用者了解數控金屬板材成形設備的現狀及發展，為企業的生存和發展奠定基礎。為此，本文針對部分數控板材成形技術機械的現狀及發展趨勢進行探討。 1. 金屬板材數控漸進成形機 金屬板材數控漸進成形技術是根據工件形狀生成的幾何信息，用三軸數控設備控制成形工具頭沿其運動軌跡對板材進行局部的塑性加工，使板材逐步成形為所需工件的柔性加工技術。該技術不需要專用模具便可加工任意復雜形狀的工件，省去了設計產品過程中的模具設計、制造、試驗修改等復雜過程，極大地降低了新產品的開發周期和成本，對于飛機等多品種小批量的產品、家用電器等新產品開發，以及汽車新型樣車試制等具有較大的經濟價值。 金屬板材數控漸進成形系統主要由成形工具頭、支撐模型、導向裝置、壓邊裝置及機床本體組成。成形工具頭在數控系統的控制下運動; 支撐模型用來支撐板料，對于形狀復雜的工件，可把支撐模型做成工件的形狀，以利于成形; 壓邊裝置用來固定板材，并且可沿導向裝置上下移動。 金屬板材數控漸進成形技術引入快速原型制造“分層制造” 的思想，將復雜的三維模型沿z 軸方向切成一系列二維斷面，并沿這些斷面輪廓生成加工軌跡。成形工具頭在CNC 系統的控制下，以走等高線的方式從最高層軌跡沿模型輪廓線運動，并一圈一圈向下對金屬板材進行逐層輾壓，使板材成形為與模型相同的形狀。 目前，還有數控沖壓/ 激光復合機床，它不是兩種功能的簡單合并，是把一種功能的強項和另一種功能的優點相結合，具有許多單功能設備無法比擬的優越性。 3. 數控剪板機 先進的CNC 剪板機摒棄了一般剪板機的人工操作，由板料自動進給支承、卸除和堆垛系統組成，除可定位、送料和切斷工件外，還可自動分選、收集剪下的碎片。對加工大量恒定尺寸的零件來說，效率甚高，且大大減輕工人的勞動強度。CNC設備的一次性投資雖然貴一些，但可通過連續、大量的加工來彌補，最終使每個零件的加工成本降低。近年來，國內不同規模的鈑金企業已意識到上述先進技術設備無論在性能與經濟上，還是從加工方式的發展方向上，都是明智的選擇，因而相繼引進，使鈑材加工水平大大提高，對于產品與世界接軌，走向世界起了關鍵的作用，同時，也標志著我國鈑金生產的加工技術和裝備水平已跨入世界先進行列。 4. 數控旋壓設備 在近10年的時間里，我國的旋壓設備完成了由液壓仿行到全數字控制的轉變。20紀60年代中期至90年代中期，我國設計制造的旋壓機床基本上是液壓仿行，控制精度較低，所采用的電器和液壓控制元件性能差，機床的整體性能及可靠性低。對于一些形狀復雜、加工工序道次多、走刀軌跡復雜的零件，液壓仿行旋壓機床就暴露出加工效率低和其他一些功能上的缺陷。但這類機床經久耐用，抗沖擊震動、抗負荷過載能力強，能夠適用各種惡劣的工況。經過不斷地維修整改，這些機床現在仍有不少在承擔著大量的科研生產任務，30多年來為我國的航空航天事業做出了突出貢獻。 90年代末期，隨著計算機技術的發展，各種進口元器件的大量采用，在綜合吸收已經研制開發旋壓設備的基礎上，設計制造出集國際上最先進的數控系統、液壓系統、機械及各種元器件于一身的完全代表了國際先進水平的旋壓設備。 其特點如下： ( 1) 廣泛采用國際上最先進、最流行數控系統如西門子840D，控制軸數多，控制精度高，性能穩定可靠。 ( 2) 液壓系統采用伺服閥或比例伺服閥，頻響高，全閉環控制。尤其是比例伺服閥，集比例閥和伺服閥的優點，是數控旋壓機床電- 液轉換最理想的控制元件。 ( 3) 主軸系統采用交流變頻或直流調速，變頻器采用進口，能夠做到恒線速度。 ( 4) 采用進口主軸軸承、進口滾動導軌等旋轉傳動部件，提高了整個設備的精度和可靠性。 ( 5) 光柵尺、位移傳感器、旋壓編碼器等多種位移，及位置反饋元件也采用進口元件。 由于采用了國際上最先進的數控系統、液壓系統、機械傳動及控制元件，結合自身的機械加工優勢，國產旋壓機床的整體水平已經達到國外21 世紀初的水平。國產旋壓機床的這種制造模式與國外其他旋壓機生產廠商是一致的，與進口旋壓設備相比，具有價格優勢、維修及售后服務優勢、工藝服務優勢。 90年代末至今，我國共設計制造各類數控旋壓機床70余臺，其中包括單旋輪普通旋壓機床、雙旋輪普通-強力旋壓機床、三旋輪強力旋壓機床；各類專用旋壓機床如立式皮帶輪旋壓機床、鋁合金氣瓶和鋼質氣瓶收口專用旋壓機床、封頭成形旋壓機床、風機零件成形和翻邊專用旋壓機床；還有內旋壓專用機床、滾珠旋壓機床。機床的加工范圍從50 ～2000mm，可成形零件高度最大達3000mm。就旋壓機床的最重要參數徑向旋壓力來講，單個旋輪的最大推力已經達到600kN。 5. 伺服和異步電動機聯合拖動機械壓力機 采用交流異步電動機和交流伺服電動機聯合拖動機械壓力機是目前研究的熱點問題。國內某單位在現有J84 —250 精壓機結構的基礎上，開發研制了一種雙曲軸并聯驅動肘桿式精壓機JB84 —250 。 主要技術參數： 公稱力2500kN 滑塊行程80 ～120mm 滑塊行程次數25 ～45 次/ min 主電機功率22kW 伺服電機功率11kW 機器的驅動部分增加了一臺可控伺服電動機作輔助驅動，用五桿機構完成輸入運動合成主電動機通過主曲軸L1 驅動連桿a1，再驅動肘桿a 2 、a3，使壓力機滑塊運動的同時，改變伺服電動機的控制參數( 如勻速轉動、變速轉動及在一定的相角內擺動等) 就可實現對滑塊運動速度、下死點位置及滑塊保壓時間( 保壓時間可達1/5周期) 的調節。 新型JB84 —250精壓機的主要特點是采用雙曲軸雙電動機協調配合并聯驅動，兼容了J84—250精壓機機構的高精度、高效率、高承載力的特點，增加了伺服電動機驅動機構柔性可調節的優點，可在一定范圍內靈活調節沖壓滑塊的位置和速度，以適應不同零件加工工藝折彎單元，縮短折彎工序輔助時間，提高工件加工效率。該機代表了國內數控液壓板料折彎機的最高水平。 近年來，數控板料折彎機出現了由液壓驅動向機械傳動回歸的動向。這種回歸不是機械傳動簡單地替代液壓驅動，而是采用伺服電動機帶動滾珠絲杠直接驅動折彎滑塊，形成新型數控板料折彎機。上海沖剪機床廠生產的ME50/2550 型數控板料折彎機、江蘇揚力集團有限公司生產的EB3512 型數控板料折彎機和湖北三環鍛壓機床有限公司生產的PPH35/13型數控板料折彎機，折彎滑塊由兩臺伺服電動機同步驅動，在滑塊平衡快速運行的同時，滑塊撓度得到有效補償。伺服電動機直接驅動的優點在于能耗、噪聲、污染和制造維修成本大為降低，機床的可靠性、工作速度和效率得以提高。該類數控板料折彎機滑塊空程速度可達100mm/s，折彎速度10 ～15mm/s，空程速度70mm/s；滑塊定位精度為0. 035mm，重復定位精度為0. 01mm。 至此，我國數控液壓板料折彎機在技術層面上已具備了網絡化的條件，并開始出現向網絡化和單元化發展的趨勢。 |
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