摘要：將數控技術應用于沖壓件的卷邊成形、研究了數控卷邊的加工原理，分析了數控卷邊與傳統旋壓卷邊的差別，并介紹了己開發的數控卷邊系統的組成結構及其應用。 關鍵詞：數控；卷邊成形；步進電機；開環控制 目前，沖壓件的卷邊成形基本上都依靠模具來完成：如拉深或擠壓模隨著市場經濟的發展，產品的快速更新換代，品種多樣化已成為一個企業能香立足于市場的關鍵因素，用戶對產品提出了更高的要求，企業只有更多地適應市場需求才能得以生存，這就需要企業擴大產品的種類，提高產品質量及縮短產品的開發和交貨時間，實現多品種、小批量生產。要滿足不同用戶的需求，利用模具加工很難從根本上解決問題這主要體現在以下三個方面： （1）模具加工周期長，適告于大批量定型產品的生產小批量生產的投資回收率不高； （2）利用模具加工適應性差，一套模具一般只能用于加工一種產品，產品的尺寸一改變，模具必須重赫設計加工，這無疑會增加生產的成本； （3）模具加工維護過程復雜。需要經常修模以保證加工精度。可調整性差。 數控加工技術是目前制造業發展的重點，利用這一技術，對硬件無須作出太大的改變。只需針對不同類型的產品適當調整軟件參數，即可得到滿意的結果。大大提高了生產的靈活性。因此將數控加工技術應用于沖匪件的卷邊成形中，將能克服模具加工的不足，滿足未來單件、的難度。 1加工原理 圖1所示是一形狀任意的工件外形曲線，其曲線方程y=f（x），為適合系統的加工控鉗計算，需將其轉換為極坐標方程。取坐標原點在工件的凰轉中心，以距回轉中心最遠的點（圖中1點）為起始點變換方程為 用式（1）求得曲線上各點的極坐標θ、ρ（θ），得到工件的外形展開曲線如圖2所示。圖中ρmax一為工件外形曲線上距回轉中心最遠點的極半徑，ρmin為最近點的扳半徑。為了能完成上述曲線工件的卷邊，從（點I）出發的旋輪進給量D（θ）應滿足如下方程 式中：ρ（θ）為工件外形曲線上點的極半徑。 一般來說，這種工件的外形曲線很難用理論公式準確表示，文中采用三次樣條函數擬合得到。邊界條件按周期函數（封閉曲線）來定。即 進一步得到的旋輪進路量曲線如圖3所示利用旋輪進給量曲線求解旋輪回轉中心的運動軌跡曲線的過程如圖4所示。任意選取置工件外形曲線，O點為工件回轉中心，旋輪半徑為R。過成形點A，沿外法線方向距A點R處取點O[sub]1[/sub]連接O[sub]1[/sub]，O，OO[sub]1[/sub]與外形曲線的交點為B、即為進給點。也就是說，當工件旋轉β角至B點時，旋輪進給，成形點將在A點，B點的求解過程為 求得點A至點O[sub]1[/sub]的坐標之差△x、△y。式中：ρ（）為外形曲線上A點的切線斜率。B點的極角為 ρ（b）可由外形曲線方程求得。OO[sub]1[/sub]的長度。由下式求得 式中：IOO1max是距O點最遠的O[sub]1[/sub]點到的距離，此時B點與A點重合；ρmax是最遠的O[sub]1[/sub]點對應的B點極半徑。旋輪回轉中心運動軌跡曲線表達式為 此即所求的旋輪進給曲線方程。 利用F（t）進而可求得f（θ）和f（θ）。步進電機的速度控樹曲線F（t）可由式（9）求得 式中：PL為步進電機的脈沖當量；ω是工件的旋轉速度。 利用曲線F（t）就可以編制相應的步進電機控制脈沖指令，通過驅動器驅動步進電機旋轉，而控制旋輪按照上述連給曲線f（θ）完成成形進給。用三次樣條插值求解f（θ），f（θ）曲線，進而獲得F（t）曲線，其中必然存在數值計算的誤差本文以橢圓為倒，用理論曲線計算的結果與本算法所得的結果進行比較，其誤差很小。這說明采用本算法是可行的。為簡便起見，選用0～5 。的6組數據進行比較。結果見表1和表2。（橢圓長半軸為90mm，短半軸為70mm）。 2數控卷邊工藝與傳統旋壓卷邊工藝的比較 數控卷邊工藝與傳統的旋壓卷邊工藝相比較，如圖5所示。 由圖5可以看出兩種加工工藝的成形機理是一致的、都采用連續局部塑性成形技術成形過程中板厚基本保持不變。工作時，旋輪進給與坯料近似點接觸。當坯料與旋輪接觸局部所受應力超過其變形抗力時、就產生局部塑性變形，隨著旋輪的連續進給和與工件的相對旋轉，變形區由點到線，由線到面不斷擴展，晟后實現成形。這種連續局部塑性成形的變形區很小、所以。相對于普通成形工藝來講。成形工藝力很小。僅為整體沖壓成形力的幾十分之一、甚至百分之一。 兩種工藝之間也有很大的區別：傳統旋壓卷邊過程中旋輪僅作單向連續進給運動，而數控卷邊過程中，旋輪要配合工件的旋轉作快速的往復進給運動因此，傳統的旋壓工藝只適合于加工軸對稱的回轉體零件。對于如橢圓、梅花、帶圓角過渡的方形件無法加工。數控卷邊則不僅適用于上述形狀的零件的卷邊成形。而且適合許多外形更為復雜的沖壓件的卷邊成形。 3數控卷邊系統的體系結構 已開發的數控卷邊成形系統的體系結構如圖6所示主要由三部分組戚： （1）卷邊成形機構，由步進電機通過單根滾珠絲杠驅動進給機構，由交流電機通過蝸輪蝸桿帶動工件旋轉； （2）PC486微型計算機控制系統，采用通用微機接口電路； （3）在線位置檢測部件、壓力傳感器及其信號處理電路。 系統采用單軸開環控制方式。在成形加工過程中，首先進行工藝參數的計算：根據成形件的形狀要求和卷邊量大小決定毛坯的外形尺寸，然后用磁盤文件或手工將毛坯的形狀、尺寸、卷邊量、卷邊單改進給量等工藝參數輸入計算機，計算機通過接口電路向步進電機驅動器發送控制信號驅動步進電機按照工藝要求的轉向和速度旋轉，連接在步進電機上的豫珠絲杠帶動旋轉進給同時。裝在減速器輸出軸上的工件恒速旋轉；減速器輸出軸上的光電斷路器檢測每一次進給的啟動信號。將其反饋到微機中，以確定旋輪的初始進給并補償累積誤差。這樣，通過控制步進電機按照預定的速度曲線旋轉，驅動成形機構（旋輪）進給，配臺工件旋轉完成卷邊成形加工。 4控制軟件的界面 為了在實際應用中簡化整個數控卷邊成形過程的控制操作，作者在DOS環境下用C++開發了類Windows界面控制軟件，使用彩色圖形漢字下拉式菜單驅動，提供鼠標和鍵盤兩種工作方式。其主界面如圖7所示，功能框圖如圖8。 除了主要控制模塊外+本軟件還提供了許多輔助功能模塊：幫助，數據準備、數據棱查，成形模擬等。數據準備提供三種交互方式實現加工曲線的輸入數據棱查可在屏幕或打印機上輸出加工工件外形曲線及對應的旋輪進給速度、加速度曲線+以方便對數據準備部分運行結果的核查。成形模擬提供靜態與動態兩種方式，靜態模擬是理論進給速度曲線與實際實現曲線直觀的對比。動態模擬形象地顯示旋輪與工件的配臺運動情況。幫助項實際上是奉軟件的使用說明。和用它可以在線查找遇到問題的解決辦法。 整個控制軟件簡單、易學、易操作，運行穩定可靠，人機界面友好，容錯性強，在實際運用中效果良好。 5數控卷邊系統的應用范圍 本系統不僅可以加工外形曲線具有理論表達式的工件+對于其它無法用理論公式準確表示的工件-利用上述方法，也可以進行加工。并且，改變的過程非常方便，只需在最初數據準備階段將這種工件外形的一些特征參數輸︿即可。這種可通過微機控制而改變所加工不同外形工件的功能。大大拓寬了本系統的應用范圍，使系統具有很大的柔性另外，只要將旋輪的結構做一適當的調整+也可以完成其它類似翻邊、縮口、擴口、膿形等工藝所能完成的沖壓件的成形加工。 圖9所示為系統設計加工的幾種典型工件曲線：（a）標準橢圓形，（b）仿橢圓形，（c）仿梅花形，（d）帶圓角過渡多邊形。這幾種曲線已做成標準圖庫存于系統中，加工時只需輸人它們的特征值即可。 6結束語 數控卷邊成形系統用低精度的成形旋輪即可進行任意曲線的平板沖壓件的卷邊，若旋輪磨損，經過對工件直接的在線檢測可自動進行補償該技術的顯著優點是加工設備結構簡單、投資少、加工成本低，柔性好。 基于數控卷邊成形技術，進一步完善本文開發的系統、提高系統的精度、可靠性、自適應性，努力將之應用與生產實踐，開發出具有商業價值的數拉卷邊機，將是下一步工作的重點。 參考文獻 [1] 劉亞東．微機數控卷邊成形設備的開發及精度分析[D]．西安：西安 交通大學．1999 [2] 馬澤恩．計算機輔助塑性成形．[M]西安：西北工業大學出版版，1995 [3] 張建民．機電一體化系統設計[M]．北京：北京理工大學出版社，1996 [4] Takadhi．Stepping Motors and their Microprocess or Controis[M]．Oxford：CLeardoon Press