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数控转塔冲床基础知识教材
课程编码ZN-L
数控转塔冲床基础
知识介绍培训教程
冲床分厂技术部编辑
2012年6月
江苏亚威机床股份有限公司
前言
数控转塔冲床集机、电、液、气于一体化，是在板材上进行冲孔加工、浅拉深成型的压力加工设备，其主体由电脑控制系统、机械或液压动力系统、伺服送料机构、模具库、模具选择系统、外围编程系统等组成。
本文主要介绍了国内外数控转塔冲床现状及发展趋势并简要介绍了数控转塔冲床的主体结构，对各分支结构的主要特点进行了分类介绍，对比了国内外同行的结构并作了简单分析，希望能对初学者起到引导作用。
前言1
第一章数控转塔冲床的用途及应用行业3
1.1数控转塔冲床的定义3
1.2数控转塔冲床的工艺用途3
1.3数控冲床的应用行业3
1.4数控转塔冲床行业发展现状3
1.4.1市场需求3
1.4.2国内外同行3
1.5数控转塔冲床行业未来发展3
第二章数控转塔冲床主要冲压结构及冲切原理3
2.1数控转塔冲床的三种主要冲压结构3
2.2冲切原理及精度分析3
2.3数控转塔冲床的主要技术参数指标组成3
第三章数控转塔冲床的主要结构3
3.1机架3
3.2横梁3
3.3转盘3
3.4旋转模位3
3.5夹钳3
3.6数控转塔冲床的安全防护系统3
3.6.1脱模检测装置3
3.6.2夹钳脱料检测装置3
3.6.3护罩及活动工作台联锁安全装置3
3.6.4夹钳死区保护装置3
3.6.5板料过度变形检测装置3
3.7数控转塔驱动方式3
3.8数控转塔冲床的送料系统3
3.8.1滚珠丝杆传动特点3
3.8.2齿轮齿条特点3
3.9数控转塔冲床工作台3
3.10数控转塔冲床数控操作系统3
3.11数控转塔冲床液压系统类型3
3.12数控转塔冲床机型代号含义3
第四章数控转塔冲床的模具3
4.1数控转塔冲床模具按功能可分为：
3
4.2模具按结构划分：
3
4.3模具冲头结构划分：
3
4.4模具材料特性：
3
4.5模具间隙的选择：
3
4.6模具订购三要素3
4.7模具的刃磨注意事项3
第一章数控转塔冲床的用途及应用行业
学习要求：
了解数控转塔冲床的基本概念，了解数控转塔冲床的工艺用途
主要生产厂家。
1.1数控转塔冲床的定义
数控转塔冲床于1955年由美国威德曼公司在1955年正式推出，对钣金事业提到了新的发展高度。
早期对于较大尺寸规格的薄板加工，一般采取人工划线钻床打孔或震动剪孔。
对加工孔的尺寸精度要求较高的企业，会特殊定购多台大吨位的深喉口冲床配套冲压模具来实现各种对应的定位和冲压加工，严重制约了加工范围及加工精度。
数控冲床可以按照加工的形状及位置，自动更换模具、自动精确送料并完成加工，加工效率和加工精度与普通的深喉口冲床都有明显的区别。
在薄板加工的现代工艺中，数控冲床是一项关键的重要加工设备。
对于薄板（厚度在0.5－6.35之间）的冲孔及浅拉伸（拉伸后的凸出高度A、B工位6.35，C、D工位9.27以内的）的加工，不论是大小规格的板材，都可以按程序一次加工达到要求。
1.2数控转塔冲床的工艺用途
数控转塔冲床的主要工艺用途是冲孔、浅拉伸、压印。
浅拉伸功能冲圆凸台、孔周翻边、冲百页窗、桥形孔、敲落孔、步冲百页窗、步冲压筋、滚筋、滚剪、滚台阶、冲铰链（2模组合、3次冲压）。
压印功能打标、冲压标记、字符、刻印。
1.3数控冲床的应用行业
数控冲床主要广泛应用于电气箱柜（高低压开关、电气、电力、电子设备行业）、机床护罩钣金行业、电梯、铁路机车、汽车箱体、纺织机械、厨房设备、洗涤设备、集装箱、金属结构、金属制品、供热、照明、空调、冰柜等家电行业、太阳能热水器行业、仓储设备、轻工配件、五金制作、墙幕制作、装饰行业等
1.4数控转塔冲床行业发展现状
1.4.1市场需求
目前数控转塔冲床的使用价值已被市场广泛认可。
市场需求呈现逐步增长的势头，尤其国内市场的需求正在加速增长。
近年来国内的年需求均已达到2000台以上，市场需求明显进入快速增长期
1.4.2国内外同行
目前国内生产数控转塔冲床的其他厂家主要有：
金方圆、扬力、济南捷迈、广东梁发记、台湾的台历福、黄石合资的LVD；还有产量较少的徐州锻压、无锡锻压、中龙精机、济南汇力、广东大同、丹阳沃得精机等厂家。
国外先进公司生产数控转塔冲床主要是日本天田，村田的产品，还有芬兰的芬宝，德国通快。
国外同行由于起步早，发展较快，目前已经逐步淘汰传统液压系统，采用更加节能环保的机械伺服冲压系统。
1.5数控转塔冲床行业未来发展
随着时代发展及技术水平的提高，钣金加工手段也不仅局限与冲床，近年来数控激光切割机逐步开始崭露头角，行业内也担心激光高速发展会制约冲床未来发展，下面我们来分析下两种产品的各自特点：
数控转塔冲床主要特点是可进行复杂的成形加工，更适用于对板材成形要求较高的企业，如电子设备行业，机床护罩钣金行业，门业等。
加工效率相似的数控冲床与激光相比整机价格只有其三分之一左右，且后续维护保养成本低廉，性价比高。
数控冲床模具冲压的使用成本相对于激光切割机消耗氮气或氧气要低很多。
激光的主要优势是能够加工各种小间距不规则外形零件，不受模具大小限制，也无需频繁更换模具，速度较快。
相对数控冲床可以加工较厚板材。
思考题：
1.数控转塔冲床的工艺用途有哪些？
2.数控转塔冲床的应用范围？
3.数控转塔冲床的主要生产厂家？
4.数控转塔冲床与数控激光切割机的优缺点对比？
第二章数控转塔冲床主要冲压结构及冲切原理
学习要求：
了解数控转塔冲床的几种冲压类型，了解数控转塔冲床的冲切过程
了解数控转塔冲床的主要技术参数指标。
2.1数控转塔冲床的三种主要冲压结构
飞轮、曲轴、连杆的传统结构的机械冲压主传动，其优点在于结构简单、维护、维修方便、使用寿命长、成本低，缺点是效率低、冲压运动不能调节，冲压工艺应用功能少、冲压时噪音大、能耗高。
高速液压主传动的优点是可根据不同的冲压工艺选择不同的冲压运动模式、节能、高效、可以全冲程满负荷高速冲压，缺点是控制结构复杂、同等寿命的使用维护成本较高。
机械伺服冲压主传动的优点是高效、节能环保、低噪音、可根据不同的冲压工艺选择不同的冲压运动模式、维护简便、维护成本低，缺点是结构成本较高。
2.2冲切原理及精度分析
冲切过程主要挤压、变形、拉裂、分离
上下模同心度影响刃口间隙及模具寿命，目前公司通过高精度校模工装将上下模同心度误差控制在0.02mm之内
冲切力的记算
所需加工圧力
（kN）＝模具外周尺寸（mm）×板厚（mm）×抗拉强度（kN/mm2）
（tonf）＝模具外周尺寸（mm）×板厚（mm）×抗拉强度（kgf/mm2）／1000
抗拉强度值如下（已含30％安全系数，以下均按抗拉强度计算，实际应该采用剪切强度）软铝：
0.196kN/mm2（20kgf/mm2）
硬铝：
0.490kN/mm2（50kgf/mm2）
碳钢：
0.490kN/mm2（50kgf/mm2）
不锈钢：
0.735kN/mm2（75kgf/mm2）
2.3数控转塔冲床的主要技术参数指标组成
冲压公称吨位
HPH、HPI、HPQ、HPC、HIQ标准冲压力均为30t,HPH可选配50t机型
冲头速度频次
HPH冲频600次/min，HPI冲频1000次/min，HPQ冲频1750次/min，HPC冲频3800次/min，HIQ冲频1500次/min
1mm步距、6mm冲程工作速度频次
HPH冲频320次/min，HPI冲频530次/min，HPQ冲频690次/min，HPC冲频700次/min，HIQ冲频750次/min
25.4mm步距、6mm冲程工作速度频次
HPH冲频230次/min，HPI冲频295次/min，HPQ冲频330次/min，HPC冲频350次/min，HIQ冲频350次/min
X、Y轴一次送料行程
X轴一次最大送料行程2500mm，Y轴一次最大送料行程1250mm
最大送料速度102m/min
转塔模位数、旋转模位规格和数量
各机型标配转盘有26、30、36、40、56工位。
其中26、36标配两只B工位旋转工位，30标配六只D工位旋转工位,40标配两只D工位旋转工位,56标配两只B/D工位旋转工位
冲孔精度毛刷工作台±0.15,钢球工作台±0.1
最大加工孔径φ88.9mm
转盘最大转速30r/min
思考题：
1数控转塔冲床有哪些冲压结构？
2.数控转塔冲床的技术参数指标？
3.数控转塔冲床的冲切力的计算？
第三章数控转塔冲床的主要结构
学习要求：
了解数控转塔冲床的主要组成结构，了解数控转塔冲床各结构细分类型
3.1机架
机架是机床各部件的载体，主要分为分闭式、开式两种，均为钢板焊接结构。
闭式机架结构紧凑、稳定、强度刚性高；
开式机架操作开放性好、加工方便但对焊接结构及焊接应力时校处理要求高
亚威数控转塔冲床的机架完成焊接后进行高温回火去除内应力，进口的西班牙DANOBAT（丹诺巴特）4轴大型加工中心上，一次装夹完成重要表面的高精度加工,保证机床主体性能的稳定。
3.2横梁
横梁是传动部件中最重要一环，送料精度控制的基体。
X轴的丝杠、电机、直线导轨和夹持板料的夹钳、固定夹钳的X轴溜板等零部件均安装在横梁上。
横梁要求有足够的刚性和尽量小的运动惯性，避免Y轴驱动负载过大，降低速度。
其结构的合理与否直接影响送料精度和速度以及机床的稳定性，技术要求较高。
3.3转盘
转塔也是机床的核心部件之一，其精度直接影响到模具工作定位精度，从而影响到机床加工精度和模具使用寿命。
主要分为转塔分薄转塔和厚转塔两种。
薄转塔成本低、刚性低、导向性能差、普通炭钢材质加工变形大。
厚转塔刚度高、导向性能好、能吸收工作震动、高级合金铸铁材质精度稳定性高，模具高速步冲、偏载加工的使用寿命长，使用变形小，目前亚威公司采用的厚转塔结构，上转盘100mm，下转盘90mm。
3.4旋转模位
客户产品复杂多变，要求越来越高，数控转塔冲床转盘必须配备旋转模位来满足客户需求。
旋转模位上的模具可按要求旋转到任意需要的角度，冲压所需的切边角度。
在使用滚轮模具加工时，配合送料系统，实时调整滚动方向角度，按照系统设定的滚压路径运行。
旋转刀具类型可划分为：
常啮合结构形式，该结构优点是精度高，工位不易跑偏，但是扩展性较差。
分体式旋转结构，在实际使用时通过驱动装置啮合工作，该结构对装配及加工精度要求较高，但是扩展性很好，比如芬宝公司转塔有数十个旋转工位，便是采用此种结构。
3.5夹钳
夹钳是夹持板料进行自动精确送料加工的重要部件。
为了保证送料精度和速度，夹钳需要有足够的强度与整体安装刚度，同时夹钳的自身重量也要尽可能的轻。
目前夹钳主要按结构功能可分为下列几项：
夹钳的浮动功能，作用主要是应对板材适量变形引起的夹钳口高度变化，型式分为：
摆动式夹钳的重量轻、使用寿命长、浮动灵敏。
平动式夹钳的钳口在上下浮动时Y方向的尺寸理论上保持不变。
夹钳夹紧功能，作用主要是夹紧板材，型式分为：
液压夹紧，维护不便，夹紧力较大，不易脱料。
气动夹紧，节能环保，安装方便。
夹钳位置的调整功能，作用主要是移动夹钳到指定位置，型式分为：
数控转塔冲床使用中对于不同的工件板材，需要前移动和调整夹钳的位置和间距。
手动夹钳，调整时扳动把手松开锁紧装置，推动夹钳到所需位置，再扳紧把手完成调整。
自动夹钳，调整时在加工程序中设定各夹钳的位置，由机床在夹板前自动将各夹钳调整到所需的位置，精确又快捷。
3.6数控转塔冲床的安全防护系统
数控转塔冲床属于高速度、高精度、高自动化的现代钣金加工设备。
为了确保自动化的高效加工的可靠性，以及保证设备运行时操作人员的安全和设备的安全。
数控转塔冲床具有一系列的安全防护装置，由此组成了安全防护系统。
主要包含：
脱模检测装置、夹钳脱料检测装置、护罩联锁安全装置、活动工作台联锁安全装置、夹钳死区保护装置、夹钳撞料及板料过度变形检测装置等。
3.6.1脱模检测装置
冲模在高速连续冲压加工的过程中，偶尔会发生上模卡在板料中不能顺利及时复位的现象。
如机床继续进行下一步的动作，就可能发生或撞料、或带料、或夹钳撞模具等安全事故，脱模检测装置能够对上模的及时复位进行有效的监测，如果检测到上模在冲压后未能及时复位，该装置即会触发系统的停机报警。
从而可以避免发生后续的安全事故。
3.6.2夹钳脱料检测装置
夹钳夹持板料进行连续冲压加工的过程中，可能发生废料反弹等现象引起的板料被卡住的情况，如果夹钳继续回拉板料时就会发生板料被拉脱掉一个夹钳或全部的夹钳。
夹钳脱料后如果机床继续下一步的工作就会发生或撞料、或错误位置冲压等事故。
夹钳脱料检测装置能够对夹钳脱料现象进行有效的监测，一但发生，该装置即会触发系统的停机报警。
从而可以避免发生后续的安全事故。
3.6.3护罩及活动工作台联锁安全装置
机床在自动加工的过程中，如果护罩或活动工作台被人打开进去操作，就有可能发生人身伤害事故。
因此机床的活动护罩和活动工作台都带有联锁安全装置。
如果在机床自动加工过程中，人为打开护罩或拉开活动工作台，联锁装置即会触发系统的停机报警。
从而可以避免发生后续的安全事故。
3.6.4夹钳死区保护装置
夹钳夹持板料部位或附近位置（称为夹钳死区），可能有必需的冲压加工，如果没有相应的保护措施，加工时模具会冲压到夹钳，导致模具或夹钳的部分损坏。
夹钳死区保护装置，就是针对这一情况配备的自动保护设施，该装置通过一组感应开关（大小规格不同的模具对应不同的感应开关），在机床自动加工的过程中，当夹钳进入死区、并有冲压指令时，保护装置即会触发系统的停机报警。
从而可以避免发生后续的安全事故。
3.6.5板料过度变形检测装置
夹钳夹持板料进行连续冲压加工的过程中，可能发生废料反弹等现象引起的板料被卡住的情况，接下来如果夹钳继续推送板料时就会发生板料被顶弯变形的撞料事故；工件毛坯板料如果原本就有过大的变形（翘曲总高度达20mm时），在送进转塔时会与转塔产生碰撞事故。
夹钳撞料及板料过度变形检测装置能够及时对板料的过大变形触发系统的停机报警。
从而可以避免发生后续的安全事故。
3.7数控转塔驱动方式
目前主流产品转塔驱动方式主要有下列两种：
链条传动，此类结构通过电机驱动减速机带动链条驱动转塔工作，结构比较可靠，缺点是噪音大，且比较容易松动，需要定期调节。
同步带传动，采用此结构公司目前不是太多。
工作噪音小，其对同步带受力较高，长时间使用容易使齿变形。
3.8数控转塔冲床的送料系统
数控转塔冲床送料系统的稳定性及精度保证非常重要，尤其是长行程对送料要求更高，下面为主流厂家目前使用的送料形式：
滚珠丝杆传动是最为常见的送料结构，滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,运转阻力小，所以能得到较高的运动效率，成熟的加工体系是高精度的保证。
无侧隙、刚性高，可实现高速送料，发热低,其缺点在于加工成本高昂，承载较小。
另外现在部分公司为了节约成本采用精密轧制滚珠丝杠，但是由于精度不高，实际应用时需要分段参数补偿，难以控制产品质量的稳定性。
齿轮齿条近年应用越来越广泛，其优点在于承载较大，传动速度高，价格便宜，容易加工，缺点是安装要求较高，若加工安装精度差，容易引起磨损，噪音大。
3.9数控转塔冲床工作台
数控冲床工作台按照结构可区分为：
固定工作台，半随动工作台，全随动工作台。
按照功能可划分为
毛刷工作台，钢球工作台，实际冲孔精度由于毛刷台面摩擦阻力较大,精度在0.15mm,钢球工作台精度在0.1mm
3.10数控转塔冲床数控操作系统
目前数控转塔冲床系统主要是下列几种：
日本FANUC数控系统
德国SIEMENS数控系统
力士乐MTX数控系统
另外也有其他一些数控系统冲床行业应用较少，如西班牙FAGOR数控系统，日清纺冲床数控系统等。
3.11数控转塔冲床液压系统类型
数控冲床用的液压系统可以分为两大类：
一类是采用大流量变量泵和伺服阀控制主油路，由数控系统编程控制冲头运动的直接伺服液压系统；直接伺服液压系统的特点
优点：
数控系统直接控制冲头的冲压运动模式，控制方式灵活多样，最大冲压力也可在用户程序中设定。
缺点：
能耗高、成本高、液压油品质要求高、用户后期维护使用成本高、定期换油维护时易产生轻微油污染引起的伺服阀失控的严重故障（更换伺服阀成本较大）
另一类是采用高、低压双联泵供油，高、低压双油路分别有高速换向阀协调控制冲头运动，液压系统自带专用的高速伺服控制电路单元，由数控系统选用冲头的运动模式并输入相关参数的间接伺服液压系统。
间接伺服液压系统的特点
优点：
高效、节能、控制简单、经济、可靠、耐用、维护方便；
缺点：
工作时最大冲压力不能用程序设定、调节。
公司目前主要采用的液压系统是德国哈雷公司制造的液压冲头系统，对应机型如下：
HPH系列——ECO液压系统，油箱容积180L
HPI系列——HKL液压系统，油箱容积200L
HPQ系列——HRE液压系统，油箱容积275L
HPC系列——HPPC液压系统，油箱容积275L
HIQ系列——日清纺液压系统，油箱容积350L
其中ECO采用了德国哈雷公司的低档液压系统，6mm冲程运动频次每分钟600次,HKL采用了德国哈雷公司的中高档的伺服液压系统，精度高（达到±0.2mm）有高精度慢成形功能、高精度滚筋功能、5mm冲程运动频次可达每分钟1000次,HRE采用了德国哈雷公司的高档的伺服液压系统，冲头运动的控制模式多、精度高（达到±0.1mm可滚切）、控制模式中的可控参数多（速度也可控）、打标工作频次可达每分钟1750次,HPPC则是哈雷公司推出的目前最高端的伺服液压系统，兼备其他系统的所有优点，且速度大幅提升，每分钟打标达3800次。
哈雷液压系统油品统一采用美孚ATF220抗磨液压油，HIQ日清纺系统采用了美孚DTE25抗磨液压油。
HPH、HPI、HPQ、HPC、HIQ各系列液压冲头冲压吨位均为30t,HBL液压冲头冲压力50t.
3.12数控转塔冲床机型代号含义
每台机床代号都有其特定含义，如亚威公司目前机床代号HPI-3048-40LA2，其中30代表冲压吨位30吨（20则代表20吨），4代表Y轴行程1250mm（5则代表1500mm），8代表X轴行程2500mm,40代表了转塔为40工位，L代表机床采用了长模具，A2则代表该机床配备了两只旋转模具。
思考题：
1数控转塔冲床有哪些主要组成部分？
2.数控转塔冲床主要使用哪几种数控系统？
3.亚威数控转塔冲床的几种机型对应的液压系统？
第四章数控转塔冲床的模具
4.1数控转塔冲床模具按功能可分为：
按导向分：
长导向模具和短导向模具；
按复位型式分：
弹簧复位型模具和强制复位型模具；
按内部结构分：
整体式模具和模块化组合式模具；
按大小规格分：
A、B、C、D、E工位模具；
按工艺用途分：
冲孔、成形、滚压等模具；
按使用性能分：
普通模具、耐磨损涂层模具、防带料模具；
按刃口形状分：
平刃口模具和斜刃口模具
按模芯数量分：
单冲模具、多子模具、多孔模具
4.2模具按结构划分：
标准结构（E85系列）
快换结构（S90系列）
重载结构（A,B工位2.5mm以上不锈钢，3.5mm以上冷轧板，4.5mm以上铝板）
4.3模具冲头结构划分：
平刃口
斜刃口（屋顶式结构）
内凹刃口
内斜刃口
4.4模具材料特性：
模具主要采用高速工具刚SKH、M2适用于冷轧板、铝板、不锈钢板，比合金刚更硬。
合金工具刚SKD、D2主要适用于冷轧板、铝板，材料成本低。
硬度：
体现抗变形能力
韧性：
体现抗冲击能力
耐磨性：
体现抗磨损及耐腐蚀性
4.5模具间隙的选择：
在实际使用中模具最佳间隙优点在于：
有效延长模具寿命、卸料效果好、减小毛刺和翻边，减少刃磨次数。
间隙过小：
冲压力上升，冲头、下模之间磨损加快，缩短模具寿命
间隙过大：
毛刺大，冲孔质量差
间隙过大或者过小都容易在冲头刃口部分产生粘黏，从而造成带料，下表选取几种典型板厚及间隙选择
板厚
1.0
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
6.0
铝板
0.15
0.3
0.38
0.45
0.6
0.7
0.8
1.0
1.2
冷轧板
0.2
0.4
0.5
0.7
0.85
1.0
1.1
1.25
1.5
不锈钢
0.25
0.55
0.65
0.9
1.05
1.2
1.35
4.6模具订购三要素
加工形状，板厚，加工材质
4.7模具的刃磨注意事项
模具刃口R达到0.1mm时，冲头及下模都要磨
吃刀量小于0.013mm
模具刃口R最好不超过0.25mm，否则进入剧烈磨损阶段
足够的冷却，防止冲头退火
刃磨后清洗，去磁，润滑
下模刃磨后要加垫片
思考题：
1数控转塔冲床模具有几种结构？
2.数控转塔冲床模具间隙选择？
3.数控转塔冲床模具刃磨注意事项？
附录
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