臺達產品在數控旋壓機上的應用

1 引言

在金屬加工工程領域，旋壓是金屬制品無屑成型加工的一種新技術。旋壓加工利用金屬的延展性，綜合了鍛壓、擠壓、拉伸、彎曲、環軋、橫軋和滾壓等工藝特點，實現少無切削加工的優質高效金屬成型過程。強力旋壓是本世紀五十年代以后迅速發展起來的。這種成型技術具有變形條件好、制品性能好、尺寸公差小、材料利用率高、制品范圍廣、可制程整體無縫空心回轉體零件等優點。它已經在各先進工業國家的工業部門中顯示出其先進性、實用性和經濟性。旋壓技術和設備成功地應用，不僅促進了航空、火箭、導彈和人造衛星等尖端技術地發展，而且在常規兵器、化工、冶金、機械制造、電子以及輕工民用等工業部門中，成為量大面廣的金屬加工技術裝備和產品。旋壓加工作為一項新技術與傳統工藝方法并行地發展著，并且已形成近代金屬壓力加工地一個新領域。

2 數控旋壓機設計

旋壓成型加工的工藝設備是旋壓機。利用旋壓加工設備將厚壁金屬筒形件，包括難熔金屬、有色金屬、不銹鋼等經強力旋壓成各種尺寸的薄壁管材或異形旋壓加工成異形空心回轉件的加工。旋壓成形是將毛坯夾緊在模芯上,由旋壓機帶動模芯和毛坯一起以高速旋轉。同時利用滾輪的壓力和進給運動,使毛坯產生局部變形,最后獲得軸對稱零件。旋壓模具簡單,且為局部變形,可用功率和噸位較小的設備加工大型零件,多用于批量小而形狀復雜的零件。旋壓機原理是在工件高速旋轉時，通過強大的外力對工件按一定路徑進行擠壓，通過滾輪對材料進行反復趕壓,使其由點到線,由線到面最終導致工件熱變形形成需要的外形。根據需要的擠壓力不同，小型旋壓機通過伺服電機帶動螺桿產生壓力即可，一些大型強力旋壓機則需要通過液壓的方式來擠壓。

本例介紹的是鋼管旋壓機，主要是用于將管頭的直徑縮小，生產出的零件用于一些制冷行業。電氣控制系統采用中達電通PUTNC-H4-2數控系統+兩套臺達伺服系統，數控旋壓機圖片參見圖1，鋼管旋壓機的成型制品參見圖2。

圖1 數控旋壓機

圖2 旋壓縮管成型制品

2.1 旋壓機結構原理

主軸：帶動工件旋轉。小輪：XY 軸工作臺帶動小輪按一定路徑對工件進行擠壓。車刀：旋壓完成后利用車刀對工件端面進行適當修整。送料機構：相關動作見下面動作介紹。

2.2 數控系統設計

邏輯動作由括號內的M碼控制，上料和下料的動作順序可參考后附的加工程序。

（1）送料進/退（M06/M07）：將工件送到一個可以推料進夾頭的位置，加工過程中送料架不能停在這個位置。

（2）吹氣開/關（M08/M09）：對工件吹氣進行冷卻。

（3）夾頭夾緊/松開（M10/M11）：夾持工件以便加工。

（4）推料進/退（M12/M13）：由一個氣缸將工件送入主軸夾頭內。

（5）尾座緊/松（M14/M15）：芯棒進到位后為防止加工過程中芯棒被擠出來尾座須夾緊。

（6）卸料進/退（M16/M17）：將工件從夾頭中頂出來。

（7）產料1進/退（M18/M19）：產料1和產料2配合保證每次只上一個料。

（8）產料2進/退（M20/M21）：產料1和產料2配合保證每次只上一個料。

（9）芯棒進/退（M79/M78）：工件加工時對內孔尺寸有要求，而旋壓在外表面進行不能保證內孔尺寸，所以加工時需要將芯棒放入工件內來保證內孔尺寸。

（10）旋壓自動化：XY 軸工作臺帶動小輪按一定路徑對工件進行擠壓，不同的工件外形旋壓路徑不同。

2.3 自動化旋壓工藝軌跡設計

（1）軌跡設計。第一種自動化旋壓加工軌跡如圖3所示。第二種自動化旋壓加工軌跡如圖4所示。采用第一種進給方式優點是編程簡單，工件表面光潔度好，但是容易導致工件變粗或拉斷，因此采用第二種進給方式。

單邊進給

雙邊進給

圖3 自動化旋壓加工軌跡（1）

單邊進給

雙邊進給

圖4 自動化旋壓加工軌跡（2）

（2）軌跡計算.在不同工藝條件需設定不同的進給量，需要計算每段進給路徑中的圓弧在XY方向的長度，計算過程根據圖5計算如下。

圖5 工藝軌跡計算參考圖

每段圓弧在Y方向長度ΔY1、ΔY2．．．ΔYn=K

第一段圓弧在X方向長度ΔX1=sqrt(R²-(R-K)²)

第二段圓弧在X方向長度ΔX2=sqrt(R²-(R-2K)²)- ΔX1

．．．

第n段圓弧在X方向長度ΔXn=sqrt(R²-(R-n*K)²)-ΔXn-1

3 系統操控界面設計

3.1自動畫面

從面板按鍵上選擇自動模式進入自動畫面。自動畫面下按上下翻頁鍵可以調整G01進給倍率。

自動畫面下輔助功能鍵介紹：

程式暫停：按一下反白時程式暫停執行，再按一下反白消失程式繼續執行。

循環一次：反白時程式循環執行一次加工一個工件就不再執行，不反白時程式啟動后連續加工工件不停止。

計數清零：持續按住1秒加工計數會清零。

夾頭：夾頭加緊/松開

油泵：油泵開啟/關閉

3.2 手動畫面

從面板上選擇手動模式進入手動畫面。

手動畫面下按上下左右按鍵可以控制XY兩軸正負方向進給。

手動畫面下按上下翻頁鍵可以調整G01和手動進給倍率。

手動畫面下輔助功能鍵介紹：

點動測試：按一下進入輸出點測試畫面。

對刀：按一下進入對刀畫面。

程序設置：按一下進入程式選擇畫面。

3.3 輸出點測試畫面

通過上下翻頁鍵可在兩個測試畫面間切換。

輸出點測試畫面下輔助功能鍵介紹：

夾頭/產料1/產料2/送料/推料/芯棒/尾座/卸料/落料/吹氣：各種輸出測試，按一下開按一下閉。

3.4 對刀畫面

通過上下翻頁鍵可在兩個對刀畫面間切換。

對刀畫面下輔助功能鍵介紹：

記憶X1：記憶小輪機械坐標X并寫入MCM參數#19。

記憶Y1：記憶小輪機械坐標Y并寫入MCM參數#20。

記憶X2：記憶車刀1機械坐標X并寫入MCM參數#23。

記憶Y2：記憶車刀1機械坐標Y并寫入MCM參數#24。

記憶X3：記憶車刀2機械坐標X并寫入MCM參數#27。

記憶Y3：記憶車刀2機械坐標Y并寫入MCM參數#28。

返回：按下返回手動畫面。

3.5 工藝選擇畫面

編程方式選擇：輸入0時，系統根據用戶選擇的圖形執行相應的程式，用戶不能自己選擇程式；輸入1時，用戶可在程式選擇畫面下自己選擇程式。

工件圖形選擇：選擇與需要加工的工件外形相同的預先設置的圖形，輸出圖形左上角的數字，程式號碼會自動切換到相應程式。

加工方式選擇：輸入相應的數字選擇單邊或雙邊進刀的加工路徑，程式號碼會自動切換到相應程式。

程式選擇畫面下輔助功能鍵介紹：

返回：按下返回手動畫面。

參數設置：按下進入參數設置畫面。工件圖形選擇不同進入不同的參數設置畫面。

3.6 零件參數設置畫面

在此畫面下輸入零件的相關尺寸。

輔助功能鍵介紹：

工藝參數：按下進入工藝參數畫面。

返回：按下返回程式選擇畫面。

3.7 工藝參數設置畫面

通過上下翻頁鍵可在三個工藝參數設置畫面間切換。

4 結束語

國內自主產權生產精密旋壓機床已有30多年的歷史，設計、制造、生產的技術能力已有很大進步，許多技術指標已達到國際先進水平，并已形成出口能力。國內自行開發研制的各型精密旋壓設備完全可以替代進口。外國旋壓機造價昂貴，同等性能的旋壓設備國外價格是國內的5-8倍。更有硬件、軟件分開計費，軟件使用費往往超過設備費用，即使不購軟件，也要自己投入大量人力、物力二次開發。更換、修理零部件同樣也受制于人。而國內設備交付時都將試制產品和設計軟件一并交付，零部件的更換時間也有保證。基于中達電通PUTNC-H4-2數控系統與兩套臺達伺服系統集成技術平臺的新型高性能數控旋壓機的研發已經取得成功，是為國產自主產權數控機床產業振興的貢獻。