数控转塔冲床结构与运动控制系统设计.doc

济南大学毕业设计

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1前言
1.1设计的目的和意义
为适应现代锻压机械行业的高速发展并且满足钣金加工行业的需求，现阶段数控冲床朝着高速度、高效率和高精度的方向发展。数控冲床工作性能的提高，对数控转塔冲床提出了许多更新更高的要求。随着各种高新技术的引入，数控冲床的科技创新发展很快，功能更完善，许多性能指标（如冲孔频率、联动控制轴数、冲孔精度等）都有了很大程度的提高。在专业板金加工工厂，数控转塔冲床已成为不可缺少的通用设备。使用范围的扩展对机器的性能和加工工艺提出了新的要求，设备制造商和模具制造商始终将不断满足这些新的需求作为目标和前进的动力。数控转塔冲床在加工中可能存在以下情况：待加工板材超出机床工作台范围，加工中存在图素与夹钳死区干涉等。为了解决实际工作中的问题，对数控转塔冲床结构与运动控制系统的研究是必要而有意义的。
1.2国内外研究现状
数控转塔冲床，作为金属板材冲压加工的关键设备和钣金加工的主要设备，到今天已经有近50年的应用和发展，数控转塔冲床60年代问世，至今已经走过30年的发展历程，其结构、性能、模具和控制系统设计日臻完善，适使用范围已扩展延伸到高低压开关柜、邮电通讯设备、电梯、纺织机械制造、机车车辆制造、机床、中央空调设备、展示柜、文件柜、自动仓库等众多领域。其中，作为冲压动力源的主传动部件，也经历了机械式主传动、液压式主传动、伺服电机驱动式主传动等几个阶段的变化和发展。机械式主传动的传动机构也由原来的曲柄连杆机构延伸出冲压频率更高的曲柄肘杆机构，并开始与伺服电机相结合，这样就使冲床不仅保留了机械主传动结构成熟安全的优点又同时具备了许多液压主传动系统的优良特性。济南捷迈数控机械有限公司于1983年率先开发研制出中国第一台数控机械转塔式冲床、96年中国第一台30吨四轴控制的数控液压转塔冲床，2005年5月，又推出了一款最新的冲床产品——SKYB31225C型新型无摩擦离合器的机械式数控转塔冲床。
数控转塔冲床在国外的发展也经历了几个阶段，90年代后期，世界著名的数控转塔冲床模具专业制造商——美国威尔逊国际机床工具公司，开发出数控转塔冲床使用的滚轮工具系列，在根本上发起了薄板冲压加工工艺的革命。日本的村田机械在1994年东京工作机械展上展出了世界上第一台全伺服电机驱动的数控转塔冲床。MOTORUM上市后，因它优异可靠的性能和新颖美观的设计，即在第二年在由日刊工业新闻社主办的工业设计奖中获得日本通产大臣奖。而日本AMADA公司的EM2510NT型数控转塔冲床，则是将两台伺服电机分别连接于曲轴的两端，控制使其同步运转，保证对曲轴扭矩的足够输出，于此同时也可以获得很高的冲压频率。
我国锻压机械行业和钣金加工的整体水平进步较快，特别是在一些高端产品的技术性能、结构等指标方面，已接近或超越国际先进水平。近年来，锻压机械行业不仅只停留在结构、性能、模具和控制系统等主要技术指标提高上，也开始注重机床的外观与色彩的人性化设计，随之也出现了不少精品，但是与国外许多知名品牌比较还存在着明显的差距。综上所述，我国的数控转塔冲床研究有很大的实用意义和进步空间。
1.3设计的主要内容
当前，在锻压机械行业和板金冲压加工领域，数控转塔冲床以其冲压速度快、加工精度高、模具通用性强、产品灵活多样等特点得到广泛应用。使用范围的扩展对机器的性能、机构加工工艺以及控制程序提出了新的要求。例如：现在市场需求千变万化，为增强企业的竞争力和灵敏性，适应迅速多变的市场环境需要，满足市场小批量、多品种产品的要求，加工时就需要多种型号多种规格的加工刀具，因此在更换刀具的同时刀具库参数的修改要求简单快捷。实际的需要对数控转塔冲床结构、性能与运动控制系统有更多的要求，因此对数控转塔冲床的研究和改进是很有必要的。
毕业设计的课题是数控转塔冲床与运动控制系统设计，主要包括机械部分和电气部分两部分的内容，内容需要包括机械部分总装图及配套零部件图，电气部分相关原理图机控制程序，主要计算内容：电机选型计算，齿轮选型计算，滚珠丝杠的设计计算，导轨及轴承的选用及工作台尺寸等，设计说明书：清楚调理阐述设计过程，符合设计要求。
设计完成后，根据具体的设计方案，编写相关程序并调试、连接电路，进行仿真运行，观察设计效果，进行修改完善。
机床根据加工要求，在控制程序的协调控制下进行工作，经电动机得驱动，滚珠丝杠的传动使板料在工作的X、Y方向定位，主传动系统负责模具的冲压控制和动力提供。进给机构由平面直角坐标系下的X轴和Y轴驱动系统所组成。被加工的板材被夹持在固定在固定在X轴Y轴的数个夹钳上。当X轴或Y轴按照数控系统的位置指令移动时，夹持在夹钳上的板材也跟随移动，从而在模具处按要求冲压出各种不同规格的孔。同时为了满足夹钳保护的需求，需要有专门的夹钳保护软件和夹钳保护区位置搜索指令来满足各