普通沖床改造數控沖床自動送料

 一、引言——沖床在中國目前的產業狀況

1.1沖壓件的廣泛使用
金屬板材的大部分是經過沖壓加工制成成品。沖壓加工在中國制造業中應用范圍相當廣泛。例如，儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿和五金制品等產品中采用大量的沖壓件。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工而成的。

1.2沖床加工的發展
沖床加工是指為薄片加工，沖壓， 模壓，壓紋等強迫金屬進入模具的活動部分。
沖床按加工自動化程度可分為普通沖床和數控沖床。沖床具有一次成型，維護簡單操作方便等特性，作為一種歷史悠久的加工設備，在經歷了二十多年的制造業高速發展的今天，我們依然能夠經?？匆娺@種設備的原型還在廣泛應用，可見這種設備的需求由高到低都有著廣泛的需求。沖床常見的沖壓裝置有液壓，轉塔；制動有氣壓剎車，電剎車片，離合檔塊；沖頭模分上下組合模具，有單工位，多工位之分；一些高端沖床上模具還可控制旋轉方向等。
普通沖床沖壓生產既滿足不了其高速生產要求，對設備和人員的數量需求大，對于小批量生產來說成本太高，又大量發生人身、設備和質量事故。隨著科學技術的發展 ,各種數控設備大量涌現。數控設備的出現 ,不僅提高了生產效率 ,降低了勞動強度 ,而且提高了加工精度 ,也就提高了產品的質量 ,無疑是給企業增加了強大的生命力。

1.3普通沖床改造為數控沖床的強大需求
由于數控設備的普及卻受到一定條件的限制 ,一是數控設備價格昂貴 ,特別是小企業想徹底更新換代 ,資金上受到限制 ;二是企業現有的舊式設備一下子棄之不用 ,也是對資源的一種浪費。
如果把現有的機加工設備通過一些數控技術改造 ,提高其自動化能力 ,則即給企業節約了資金 ,又能充分利用現有資源 ,做到兩全其美 ! 數控技術應用在沖床設備領域,使普通沖床得以升級,通過數控技術的自動控制完成沖壓的功能。

1.4常見的沖床數控控制技術比較：
目前比較常見的沖床運動控制系統主要有兩種架構，一種是電腦+運動控制卡，這種方案可以讓沖床編程便捷，在電腦里面完成編程運動一體化的操作，但是由于龐大的主機，顯示器和鍵盤，需要有一個專門的電柜來安裝；另外PC主板的抗干擾性能差，windows系統的脆弱性，也讓系統的整體穩定性大打折扣。第二種就是國外主推的嵌入式運動控制器，由于一體化的控制器設備在結構和設計上對干擾的過濾能有有效保證， 所以幾乎是清一色進口設備的不二選擇，但由于嵌入式上性能的不足，所以在復雜的沖床編程操作上顯得不那么便捷。但這個缺點在數控飛躍發展的今天已經不復存在了，特別是國產一些民族品牌廠家，在有效分析了國人操作風格的基礎上，提供了一些很不錯的解決方案；今天帶給大家的是深圳眾為興開發的CNC4220MC運動控制系統，就是一套典型方案。

二、沖床改造數控系統方案

2.1改造方案概述
本數控沖床改造是集中了眾為興CNC4220MC運動控制系統以及JaBao伺服產品于一體的綜合應用系統，使整個機床能實現整張鈑料上機，自動排料，自動進給，自動沖壓等功能，能最大限度地利用原材料，提高生產效率，并能加工各種復雜圖形孔，同時還具有人工離機操作，確保安全，改善勞動條件等優點，廣泛適用于機械、電器、儀表、制罐、篩網、瓶蓋、電控柜、五金等行業的沖壓加工。
改造數控沖床由通常由機床本體（沖壓部）、料裝置（物料夾鉗）、送料裝置(XY軸送料機構)、自動化數控硬件和運動控制軟件五大部分組成。

沖床數控改造實物圖

2.2改造系統配置（如需配圖還可配硬件系統結構圖）
CNC4220MC數控系統一套：整個沖床送料系統控制中心，完成對送料伺服軸的聯動定位動作控制；回零，手動及自動等操作；畫面顯示及參數設定；沖孔，上定位等輸入輸出信號的邏輯控制。CNC4220MC是開環運動控制系統，和伺服采用位置控制模式，也就是脈沖控制。能夠和國內外的眾多伺服產品進行配套。
控制電柜一個：用來安裝常規電路，伺服驅動器和控制系統。
伺服驅動+電機2套：兩軸帶動鈑材快速準確聯動定位，對伺服電機的快速響應性及整定時間有較高要求，國產伺服可采用我公司JaBao系列伺服1200W產品，性能完全滿足客戶要求；進口可以選用750W產品。
減速箱2套：減速機的選配能夠延長電機的使用壽命，可根據需要選配。伺服電機部分建議增加減速箱，減速箱可能會讓沖床速度有所下降，但是在筆者改造幾十套系統積累的經驗顯示，減速箱能夠延長伺服使用壽命，主要是能夠將沖床沖壓瞬間的電機串動吸收掉。

2.3眾為興沖床數控系統性能與功能實現
CNC4220MC沖床系統是在銑床系統基礎上延伸出來的，完全依據目前國內沖床市場控制來定位，是眾為興十年數控品牌打造出的一款嵌入式控制系統，產品外形緊湊小巧，功能完備，和傳統的沖床送料系統比較，省卻了龐大的電腦主機，可以嵌入到主電柜面板上，非常美觀?？垢蓴_方面由于是嵌入式工業主板，所以在業界一直有著不俗的口碑。
CNC4220MC為沖床定制了若干的特性，讓沖壓變得更加簡單高效。主要有：
高效沖孔：
系統能夠智能的判斷孔距和進給速度，利用對飛輪的“十二刻鐘”定點監測，來自動控制離合開關，實現連續沖壓，充分發揮沖床的沖孔效率。
G代碼編程：
編程方式是CNC4220MC和其他沖床系統比較最為優勢的地方，CNC4220MC沖床系統是遵循國際標準的G代碼加工控制器，并擴展了十多條沖壓專用G代碼用來輔助編寫沖孔軌跡，大大提供編程效率。CNC4220MC還支持B類宏功能，利用宏的邏輯設計功能，可以自由編寫規律軌跡。
CAD圖紙加工：
這是CNC4220MC的又一力創功能，CAD作為國內非常普及的設計輔助軟件，相信大家都非常熟悉，CNC4220MC能夠識別CAD創建的DXF文檔，讀入原始軌跡，并通過一個內置的腳本語言轉換為G代碼進行加工。讓編程更加可視化。
圖例加工：
作為一款經濟低端的單色屏產品，依然提供了直觀的圖例界面供一些喜歡圖形化操作的用戶使用；這是一種傻瓜化操作界面，用戶在圖形提示下，輸入參數，就可以完成和圖例一樣的沖孔效果。CNC4220MC內置了幾十種圖例程序，但出于經濟型的考慮，出廠只配備十幾種，用戶可以進行選配，也可以根據不同的產業需求進行定制。
MaterCAM，UG等CAM的支持：
CAM有專門的沖床版，不過一般價格都不菲，咱國內的用戶可不建議吃這虧，但標準的銑床版的鉆孔等指令我們也可以挪為己用的，CNC4220MC提供了“G代碼宏替換”功能，可以將生成的G代碼指令換為沖孔指令，實現無縫結合。
安全性檢查：
CNC4220MC繼承了銑床操作系統的安全性能檢查，并增加了沖床特殊的安全檢測，有夾料報警，安全門報警，氣壓報警，定時油泵輸出，潤滑油路報警等等。

2.4數控系統主要加工畫面




2.5.數控沖床送料系統部分G.M指令:

2.6沖床改造全自動送料系統的方案組合
由于本沖床送料系統方案采用了眾為興CNC4220MC，組成開環的運動控制系統，和伺服采用位置控制模式，也就是脈沖控制。
安裝方面上由兩個電機組成XY平面，實現送料控制；轉塔沖飛輪的“十二刻鐘”是對飛輪的圓周運動一個形象的稱謂，根據這個描述，在磨具抬起的安全高度對應的刻度安裝一個監測開關，做安全高度監測，另外在離合松開需要對轉盤有個監測點來感應是否脫扣，這個有助于一些響應比較慢的離合器例如氣動離合，能夠有效判斷是否離合操作到位?；景惭b要求這些就可以讓沖床正常工作了，剩余的安全監測等等，根據需要再一個一個加入系統，系統已經預留了很多安全報警在里面?？梢愿鶕枰獑⒂谩?/span>

三、沖床系統編程操作實例
下面利用幾個實例來演示一下CNC4220MC系統的強大功能
用戶提供的CAD圖稿截圖如下，該形狀是一個SIN曲線的沖孔圖樣，要求按照軌跡均勻分布即可，這種屬于非常見圖案，但符合某種數學表達式關系，所以利用B類宏可以輕松實現。


方式1：標準G代碼＋B類宏功能
O0001
#500=0 //初始角度為0度
#501=360 //結束角度為360度
#502=100 //SIN曲線的幅度

#1=#500
#2=#501
#3=#502
WHILE[#1 LE #2]DO
#101=#3*SIN[#1];
G90G800X#1Y#10
#1=#1+10
END1
M30

點評：
B類宏支持多種數學表達式，可以直接加減乘除，還提供很多數學函數供用戶使用，例如上圖的SIN函數，這種語言是國際通用的擴展G代碼，可以在各大車銑床系統內見到一些案例，用在沖床上可以極大程度靈活用戶編程。CNC4220MC在此基礎上還增加一個特色的人性化功能，就是給一些廠家提供參數自定義名稱字段功能，可以自己定義＃500參數顯示為“初始角度”，＃501顯示為“結束角度”，這樣在終端用戶操作就直接對對應的參數進行設置即可，不用關心內部G代碼的實現了。

方式2：DXF直接加工
將用戶提供的圖稿在autocad打開，然后指定當前層為ADTLAYER1，存儲為DXF格式文件。將該文件拷貝到控制系統內，直接在文件操作畫面下加載，系統會提示加載成功，然后進行對刀，啟動即刻馬上加工。

點評：
一切就是這么簡單，CAD是CNC4220MC力創的一項主打功能，在簡單的操作后面，由讓各種加工需要兼顧得到，這一切得益于我們的一個CAD腳本配置文件，如果你對這種理念還比較陌生，不要緊，利用我們默認的腳本，你只要按照我們的幾點要求對你的CAD進行修改，例如上面的修改當前層名稱，你就可以直接使用了。

四、改造后的經濟效益
數控沖床的改造意義相信很多人都明白，普通沖床最大的一個特點就是耗人力，一人一天十二小時操作加工出的產品，CNC4220MC一個小時就能夠完成，而且一個人可以同時維護十部機器。這個在制作產業日益升級的今天，意義是非常大的。在用工條件日益沖突的今天，主要還能夠避免招工荒的尷尬境地，同時也可減低不少管理成本，極大的提高了制造效率和減低成本。對于安裝人員的要求，只要求有電工基礎，編程和操作一天內就可上手。本沖床改造方案充分相比客戶以前方案，不但在沖孔精度及效率方面有較大提升，且圓周孔、棋盤孔、角度孔、圓弧孔等多種規律孔對話框式填寫參數自動生成程序的方式及多種專用沖孔編程代碼的開發，使整個系統的操作及編程更加簡單方便。自推出后受到不少廠家的咨詢和使用。加工產品種類繁多，附上一些改造圖例和加工產品。