摘 要：本文在簡(jiǎn)述金屬少無(wú)切削旋壓成形工藝原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)描述基于中達(dá)電通PUTNC-H4-2數(shù)控系統(tǒng)與臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)系統(tǒng)集成自動(dòng)化平臺(tái)的數(shù)控旋壓機(jī)設(shè)計(jì)，給出功能概念設(shè)計(jì)和詳盡的操控界面技術(shù)細(xì)節(jié)。
關(guān)鍵詞：金屬制品 旋壓加工 臺(tái)達(dá)數(shù)控 臺(tái)達(dá)伺服
1 引言
在金屬加工工程領(lǐng)域，旋壓是金屬制品無(wú)屑成型加工的一種新技術(shù)。旋壓加工利用金屬的延展性，綜合了鍛壓、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)軋、橫軋和滾壓等工藝特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削加工的優(yōu)質(zhì)高效金屬成型過(guò)程。強(qiáng)力旋壓是本世紀(jì)五十年代以后迅速發(fā)展起來(lái)的。這種成型技術(shù)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(wú)縫空心回轉(zhuǎn)體零件等優(yōu)點(diǎn)。它已經(jīng)在各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的工業(yè)部門中顯示出其先進(jìn)性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。旋壓技術(shù)和設(shè)備成功地應(yīng)用，不僅促進(jìn)了航空、火箭、導(dǎo)彈和人造衛(wèi)星等尖端技術(shù)地發(fā)展，而且在常規(guī)兵器、化工、冶金、機(jī)械制造、電子以及輕工民用等工業(yè)部門中，成為量大面廣的金屬加工技術(shù)裝備和產(chǎn)品。旋壓加工作為一項(xiàng)新技術(shù)與傳統(tǒng)工藝方法并行地發(fā)展著，并且已形成近代金屬壓力加工地一個(gè)新領(lǐng)域。
2 數(shù)控旋壓機(jī)設(shè)計(jì)
旋壓成型加工的工藝設(shè)備是旋壓機(jī)。利用旋壓加工設(shè)備將厚壁金屬筒形件，包括難熔金屬、有色金屬、不銹鋼等經(jīng)強(qiáng)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(zhuǎn)件的加工。旋壓成形是將毛坯夾緊在模芯上,由旋壓機(jī)帶動(dòng)模芯和毛坯一起以高速旋轉(zhuǎn)。同時(shí)利用滾輪的壓力和進(jìn)給運(yùn)動(dòng),使毛坯產(chǎn)生局部變形,最后獲得軸對(duì)稱零件。旋壓模具簡(jiǎn)單,且為局部變形,可用功率和噸位較小的設(shè)備加工大型零件,多用于批量小而形狀復(fù)雜的零件。旋壓機(jī)原理是在工件高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)強(qiáng)大的外力對(duì)工件按一定路徑進(jìn)行擠壓，通過(guò)滾輪對(duì)材料進(jìn)行反復(fù)趕壓,使其由點(diǎn)到線,由線到面最終導(dǎo)致工件熱變形形成需要的外形。根據(jù)需要的擠壓力不同，小型旋壓機(jī)通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)螺桿產(chǎn)生壓力即可，一些大型強(qiáng)力旋壓機(jī)則需要通過(guò)液壓的方式來(lái)擠壓。
本例介紹的是鋼管旋壓機(jī)，主要是用于將管頭的直徑縮小，生產(chǎn)出的零件用于一些制冷行業(yè)。電氣控制系統(tǒng)采用中達(dá)電通PUTNC-H4-2數(shù)控系統(tǒng)+兩套臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)，數(shù)控旋壓機(jī)圖片參見(jiàn)圖1，鋼管旋壓機(jī)的成型制品參見(jiàn)圖2。
2.1 旋壓機(jī)結(jié)構(gòu)原理
主軸：帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。小輪：XY 軸工作臺(tái)帶動(dòng)小輪按一定路徑對(duì)工件進(jìn)行擠壓。車刀：旋壓完成后利用車刀對(duì)工件端面進(jìn)行適當(dāng)修整。送料機(jī)構(gòu)：相關(guān)動(dòng)作見(jiàn)下面動(dòng)作介紹。
2.2 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
邏輯動(dòng)作由括號(hào)內(nèi)的M碼控制，上料和下料的動(dòng)作順序可參考后附的加工程序。
（1）送料進(jìn)/退（M06/M07）：將工件送到一個(gè)可以推料進(jìn)夾頭的位置，加工過(guò)程中送料架不能停在這個(gè)位置。
（2）吹氣開(kāi)/關(guān)（M08/M09）：對(duì)工件吹氣進(jìn)行冷卻。
?。?）夾頭夾緊/松開(kāi)（M10/M11）：夾持工件以便加工。
?。?）推料進(jìn)/退（M12/M13）：由一個(gè)氣缸將工件送入主軸夾頭內(nèi)。
?。?）尾座緊/松（M14/M15）：芯棒進(jìn)到位后為防止加工過(guò)程中芯棒被擠出來(lái)尾座須夾緊。
?。?）卸料進(jìn)/退（M16/M17）：將工件從夾頭中頂出來(lái)。
?。?）產(chǎn)料1進(jìn)/退（M18/M19）：產(chǎn)料1和產(chǎn)料2配合保證每次只上一個(gè)料。
（8）產(chǎn)料2進(jìn)/退（M20/M21）：產(chǎn)料1和產(chǎn)料2配合保證每次只上一個(gè)料。
（9）芯棒進(jìn)/退（M79/M78）：工件加工時(shí)對(duì)內(nèi)孔尺寸有要求，而旋壓在外表面進(jìn)行不能保證內(nèi)孔尺寸，所以加工時(shí)需要將芯棒放入工件內(nèi)來(lái)保證內(nèi)孔尺寸。
（10）旋壓自動(dòng)化：XY 軸工作臺(tái)帶動(dòng)小輪按一定路徑對(duì)工件進(jìn)行擠壓，不同的工件外形旋壓路徑不同。
2.3 自動(dòng)化旋壓工藝軌跡設(shè)計(jì)
?。?）軌跡設(shè)計(jì)。第一種自動(dòng)化旋壓加工軌跡如圖3所示。第二種自動(dòng)化旋壓加工軌跡如圖4所示。采用第一種進(jìn)給方式優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，工件表面光潔度好，但是容易導(dǎo)致工件變粗或拉斷，因此采用第二種進(jìn)給方式。
圖3 自動(dòng)化旋壓加工軌跡（1）
?。?）軌跡計(jì)算.在不同工藝條件需設(shè)定不同的進(jìn)給量，需要計(jì)算每段進(jìn)給路徑中的圓弧在XY方向的長(zhǎng)度，計(jì)算過(guò)程根據(jù)圖5計(jì)算如下。
每段圓弧在Y方向長(zhǎng)度ΔY1、ΔY2．．．ΔYn=K
第一段圓弧在X方向長(zhǎng)度ΔX1=sqrt(R2-(R-K)2)
第二段圓弧在X方向長(zhǎng)度ΔX2=sqrt(R2-(R-2K)2)- ΔX1
．．．
第n段圓弧在X方向長(zhǎng)度ΔXn=sqrt(R2-(R-n*K)2)-ΔXn-1
3 系統(tǒng)操控界面設(shè)計(jì)
3.1自動(dòng)畫面
從面板按鍵上選擇自動(dòng)模式進(jìn)入自動(dòng)畫面。自動(dòng)畫面下按上下翻頁(yè)鍵可以調(diào)整G01進(jìn)給倍率。
自動(dòng)畫面下輔助功能鍵介紹：
程式暫停：按一下反白時(shí)程式暫停執(zhí)行，再按一下反白消失程式繼續(xù)執(zhí)行。
循環(huán)一次：反白時(shí)程式循環(huán)執(zhí)行一次加工一個(gè)工件就不再執(zhí)行，不反白時(shí)程式啟動(dòng)后連續(xù)加工工件不停止。
計(jì)數(shù)清零：持續(xù)按住1秒加工計(jì)數(shù)會(huì)清零。
夾頭：夾頭加緊/松開(kāi)
油泵：油泵開(kāi)啟/關(guān)閉
3.2 手動(dòng)畫面
從面板上選擇手動(dòng)模式進(jìn)入手動(dòng)畫面。
手動(dòng)畫面下按上下左右按鍵可以控制XY兩軸正負(fù)方向進(jìn)給。
手動(dòng)畫面下按上下翻頁(yè)鍵可以調(diào)整G01和手動(dòng)進(jìn)給倍率。
手動(dòng)畫面下輔助功能鍵介紹：
點(diǎn)動(dòng)測(cè)試：按一下進(jìn)入輸出點(diǎn)測(cè)試畫面。
對(duì)刀：按一下進(jìn)入對(duì)刀畫面。
程序設(shè)置：按一下進(jìn)入程式選擇畫面。
3.3 輸出點(diǎn)測(cè)試畫面
通過(guò)上下翻頁(yè)鍵可在兩個(gè)測(cè)試畫面間切換。
輸出點(diǎn)測(cè)試畫面下輔助功能鍵介紹：
夾頭/產(chǎn)料1/產(chǎn)料2/送料/推料/芯棒/尾座/卸料/落料/吹氣：各種輸出測(cè)試，按一下開(kāi)按一下閉。
3.4 對(duì)刀畫面
通過(guò)上下翻頁(yè)鍵可在兩個(gè)對(duì)刀畫面間切換。
對(duì)刀畫面下輔助功能鍵介紹：
記憶X1：記憶小輪機(jī)械坐標(biāo)X并寫入MCM參數(shù)#19。
記憶Y1：記憶小輪機(jī)械坐標(biāo)Y并寫入MCM參數(shù)#20。
記憶X2：記憶車刀1機(jī)械坐標(biāo)X并寫入MCM參數(shù)#23。
記憶Y2：記憶車刀1機(jī)械坐標(biāo)Y并寫入MCM參數(shù)#24。
記憶X3：記憶車刀2機(jī)械坐標(biāo)X并寫入MCM參數(shù)#27。
記憶Y3：記憶車刀2機(jī)械坐標(biāo)Y并寫入MCM參數(shù)#28。
返回：按下返回手動(dòng)畫面。
3.5 工藝選擇畫面
編程方式選擇：輸入0時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)用戶選擇的圖形執(zhí)行相應(yīng)的程式，用戶不能自己選擇程式；輸入1時(shí)，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(yù)先設(shè)置的圖形，輸出圖形左上角的數(shù)字，程式號(hào)碼會(huì)自動(dòng)切換到相應(yīng)程式。
加工方式選擇：輸入相應(yīng)的數(shù)字選擇單邊或雙邊進(jìn)刀的加工路徑，程式號(hào)碼會(huì)自動(dòng)切換到相應(yīng)程式。
程式選擇畫面下輔助功能鍵介紹：
返回：按下返回手動(dòng)畫面。
參數(shù)設(shè)置：按下進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置畫面。工件圖形選擇不同進(jìn)入不同的參數(shù)設(shè)置畫面。
3.6 零件參數(shù)設(shè)置畫面
在此畫面下輸入零件的相關(guān)尺寸。
輔助功能鍵介紹：
工藝參數(shù)：按下進(jìn)入工藝參數(shù)畫面。
返回：按下返回程式選擇畫面。
3.7 工藝參數(shù)設(shè)置畫面
通過(guò)上下翻頁(yè)鍵可在三個(gè)工藝參數(shù)設(shè)置畫面間切換。
4 結(jié)束語(yǔ)
國(guó)內(nèi)自主產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)精密旋壓機(jī)床已有30多年的歷史，設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)的技術(shù)能力已有很大進(jìn)步，許多技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并已形成出口能力。國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)研制的各型精密旋壓設(shè)備完全可以替代進(jìn)口。外國(guó)旋壓機(jī)造價(jià)昂貴，同等性能的旋壓設(shè)備國(guó)外價(jià)格是國(guó)內(nèi)的5-8倍。更有硬件、軟件分開(kāi)計(jì)費(fèi)，軟件使用費(fèi)往往超過(guò)設(shè)備費(fèi)用，即使不購(gòu)軟件，也要自己投入大量人力、物力二次開(kāi)發(fā)。更換、修理零部件同樣也受制于人。而國(guó)內(nèi)設(shè)備交付時(shí)都將試制產(chǎn)品和設(shè)計(jì)軟件一并交付，零部件的更換時(shí)間也有保證?；谥羞_(dá)電通PUTNC-H4-2數(shù)控系統(tǒng)與兩套臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(tái)的新型高性能數(shù)控旋壓機(jī)的研發(fā)已經(jīng)取得成功，是為國(guó)產(chǎn)自主產(chǎn)權(quán)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)振興的貢獻(xiàn)。
