一、概述
近几年，我国钢桶及配套企业引入了许多水平较高的高速精密压力机、多工位压力机及CNC冲模回转台压力机等，各制桶设备制造厂也正在加速开发研制新颖的高效、高精度、高水平的冲压自动生产线，使我国钢桶冲压生产向技术密集型迈出了一大步。
高精度、高速冲压生产线通常是与开卷校平、自动送料、废料处理等组成完整的加工系统，制桶设备生产厂为了提供成套的自动化设备，必然要开发研制各种类型的附属装置，而附属装置是以自动送料装置为核心的。
对常速压力机，用一副模具进行落料或冲孔时，采用普通的送料装置即可满足产品精度要求；而对于高精度、高速压力机，使用普通结构的送料装置就显然不能满足产品的精度要求。机床的精度再高，送料精度上不去，生产出的冲压件仍是废次品。所以送料装置及精度问题是目前一项重要的研究课题。本文分析了影响送料精度的各种因素，并从多年的生产实践和教学研究经验出发，探讨了提高送料精度的措施。
二、影响送料精度的因素
如上所述，对于行程次数在200次/分以下的常速压力机，可采用普通辊轴式送料装置；但对于行程次数为100～2000次/分的高速、高精度压力机，要求送料装置也高速化，当送料速度达30m/min，送料节距达200mm以上时，采用普通的送料装置，送料精度就满足不了要求。要研制高精度的送料机构，必须先了解影响送料精度的因素。
送料精度与送料装置的设备、制造、生产工艺、冲压件材料等方面有关。
（1）设计。包括机构方案的选择，结构设计的合理性，设计计算误差，误动作计算误差，传动链的长短等；
（2）制造。有加工误差、装配误差、传动机构间隙值；
（3）工艺。有送料速度、送料稳定性、零件形状变化、零件故障；
（4）材料厚度的均匀度，表面光滑度等。
尽管影响送料精度的因素是多方面的，但一次送料精度最主要取决于送料速度。送料装置的平均送料速度为送料进距与每分钟送进次数之乘积，压力机工作期间内、送料所占时间往往只占180°曲轴转角，且送料过程中送料速度不是常数，实际最大送料速度约为平均速度的三倍，增大送料速度会降低送料精度，这与提高送料精度的途径相违背，所以应研究其它途径。
三、提高送料精度的措施
在条料或卷料自动化冲压生产中，采用的送料装置主要有辊式、钳式、夹持式、钩式等。其中，辊式占有有主要地位，故以辊式为例来讨论，其原理对于其它类型的送料装置具有同样意义。
图1为辊式送料装置简图。辊轴1和2固定在压力机工作台上，通过偏心轮8、连杆7和单身离合器5等驱动，辊轴工作周期性的转动，间歇地把条料送进，上辊轴1除转动外，还可垂直移动，靠弹簧6压在下辊轴上，由于辊轴与带料间摩擦力作用，使辊轴夹持料3向前送进。由工作原理分析，为提高送料精度可采取的办法是：由于辊轴与带料间摩擦力的作用，使辊轴夹料送进，所以要防止送料辊与材料之间的相对滑动；送料时加速运输，终止时要突然停止，故要防止送料起始和终了时的加速冲击及行程终点的准确定位。
图1 辊轴送料装置工作原理图
1-上辊轴；2-下辊轴；3-夹持料；4-连杆；
5-离合器；6-弹簧；7-连杆；8-偏心轮
1、防止送料辊和材料间的相对滑动
为了防止送料辊和材料间的相对滑动，可适当提高辊轴对材料的接触压力，设计时可按下式确定压力：
式中 σy——许用接触压力，Pa
P——辊子对材料的总压力，N
E——材料的弹性模数，Pa
R——辊子半径，cm
L——料宽，cm
一般取σy＝0.5σB。
压力的调节可通过调整压紧弹簧或从结构上增大轴径，但为防止转动惯量增大，勿过份增大轴径，一般取R>15h（h为料厚）。
加外，还可以在辊轴表面滚花、铣槽等，以提高辊轴与材料间的摩擦系数来防止辊、料间的滑动。
2、行程终点准确定位
（1）减少送料时传动惯量。高速送料辊可做成空心结构；辊轴用轻金属制造；单向离合器采用结构小巧的异形辊子摩擦离合器。
（2）安装可靠而完善的制动器。设计时考虑克服送料惯性运动的制动器；减少滑动的可调压装置；防止反转的制动超越离合器等。
（3）模具上安装定位销，以控制带料最后位置。这虽是一个小措施，但往往会起明显效果。如为某厂设计的多工位压力机，用户提出的辊轴送料精度要求为±0.05mm。因为以前冲压产品时，一天几十万个，若送料误差几十丝，一天就浪费几百米钢板，为此采取多种措施不见效。而新设计制造的多工位冲床，利用冲压后下料孔的位置，靠与滑块同步的定位销定位，保证了落料孔距的精度。
3、防止送料开始和终了时加速冲击
送料开始和终了时的加速冲击的防止，主要从选择合适的送进机构上考虑。
在送料开始和终了时，材料承受一突然增大的加速度，必然会产生冲击和振动。在高速送料情况下，冲击和振动急刷增大，送料精度也急剧下降。因此，对高速送料（v>30m/min），不采用单向摩擦离合器，而采用下述几种运动平稳的步进传送机构。
（1）圆弧凸轮步进机构
如图2所示，圆弧面凸轮1像变螺旋角的球面蜗杆，所以也称蜗杆凸轮机构，国外称福开森机构。从动件滚动2的周向均布若干个圆柱滚子3，滚子的数量一般为6～8个。凸轮工作表面隆起的截面为梯形，其和滚子保持接触，蜗杆凸轮作等速回转，而从动件产生间歇运动。对于单头蜗杆凸轮机构，凸轮转一周，从动作转过一个滚子节距。
图2 圆弧凸轮步进机构
1-凸轮；2-滚轮；3-滚子
蜗杆凸轮一般都是以正弦曲线的运动规律设计的，设计时通过改变运动的最大速度。工作时该机构可保证凸轮工作表面两侧与两介滚子紧密接触，消除了间隙，当螺旋升角过渡到零时，从动件立即停止，惯性很小，故大大减小冲击振动，并且不用制动器就能实现精确定位。目前，该机构间歇分度时，压力机行程次数已达3000次/分，适用于高速、高精度自动压力机上的送进。美国明斯特公司研制的60吨力高速自动压力机，最高行程次数为1600次/分，采用福开森机构的辊式送料装置，以120m/min的速度送料，精度达±0.025mm。
（2）圆柱凸轮式步进机构
图3所示，圆柱形凸轮1表面有两条凸起的具有一定形状的轮廓，从动件为一圆盘，其端面在半径为R1的圆周上均布一圈滚子A、B、C……。主动轴4和从动轴3垂直交错，相距R1的凸轮轮廓线正好在其中两滚子之间，当凸轮按图示方向旋转时，圆盘上的滚子B开始进入轮廓的曲线段，凸轮转动驱使从动件2转动，滚子A与轮廓脱开。当凸轮转过180°时，从动件转动结束，与B接触的轮廓线开始由曲线过渡到直线，同时与B滚相邻的C滚开始和该直线的另一侧接触，凸轮继续转动而圆盘不动实现间歇。间歇阶段B和C同时贴紧在直线轮廓的两侧，对从动盘起锁紧定位作用。
图3 圆柱凸轮步进机构
1-圆柱凸轮；2-圆盘；3-从动轴；4-主动轴
为保证间歇定位，凸轮直线轮廓宽度b应为相邻两滚子表面间的最短距离（图4）。
式中 R1——圆盘上滚子中心至圆盘中心距离
α——步进角之半，α＝π/2
d——滚子直径
z——滚子数目，通常z>6～8
当合理设计凸轮郭曲线形状时，可使从动件得到理想的运动状况，如较小的动荷、无刚性和柔性冲击以及较高的精度等。它也适用于高速、轻载压力机，并已成功地用于1500次/分的步进动作。
图4 圆柱凸轮步进机构展开尺寸图
（3）行星轮式步进机构
它是利用行星齿轮偏心机构上点的轨迹实现往复运动而送进的。图5所示行星轮2在绕圆定的中心轮1周转运动时，其上每一点画出属于摆线类的轨迹。位于圆周上的点画出摆线4，其它点也画出不同的变态摆线。若中心轮直径为D，行星轮径d＝0.5D，则这些摆线为双叶摆线。摆线中的行星轮上某一点E，当符合EO1:d:D=1:5:10时，E点画出的摆线如曲线5所示，它在x方向两端各有一段近似直线，当用E点驱动滑块6时，滑块即在x方向往复移动，并在两端各有一段间歇停顿时间。
该机构可用于送料距较大而且中速情况下的夹钳送料装置。它运行平稳，加速度曲线接近正弦曲线，冲击小，设计时只要合理选择参数，计算波凸量，即可得到较好的送料精度。
图5 行星轮半步进机构示意图
1-中心轮；2-行星轮；3-行星轮与中心轮切点；
4-摆线；5-过E点画出的摆线；6-驱动滑块
（4）凸轮分度星行轮辊轴式送进机构
我国自行设计制造的100吨力高速压力机，它与开卷校平、自动送料、废料处理等装置组成完整自动线。送料装置采用凸轮分度行星轮辊轴式（见图6），利用一对挂轮（速比1/3～3）组成级差0.5～3.5mm的近百个数列，形成送料进距S的主要部分S1，再用一锥滚无级变速箱通过行星机构将尾数S2轮入料辊，使S＝S1+S2并形成一完全连续的数列。送料精度主要取决于齿轮精度，凸轮采用正弦曲线，使送料起点与终点加速度为零。当最高行程次数为700次/分，送料速度达50m/min时，送料精度可达±0.05mm。
图6 凸轮分度星行轮辊轴式送料装置传动示意图
4、传动链的问题
送料装置的驱动方式是多样的，但为了保证送料与压力机工作的同步性，一般借助于曲轴或滑块的运输，再通过某些机构传递送料装置的动作。常用的传动机构是：
（1）由曲轴端部偏心轮带动连杆组成曲柄摇杆机构，使单向离合器运动并驱动料辊的拉杆直接传动式；
（2）偏心轮带动齿条一齿轮，使单向机构摆动并驱动送料辊的齿轮齿条式；
（3）偏心轮通过拉杆、等臂杆将运动传给单向机构的拉杆——杠杆式；
（4）滑块上装一斜楔推动齿条齿轮，再通过链轮、链条及齿轮机构的斜楔——齿轮式；
（5）装在曲轴端面凸轮通过杠杆机构传动的凸轮杠杆式；
（6）其它还有马尔化机构、电磁离合机构及液压传动、气动等。
传动机构的选择对送料精度有一定影响，若把上述传动方式称为直接驱动或间接驱动的话，我们应尽量选择直接驱动式，以避免传动链的过长。
实践证明，直接驱动比间接驱动送料精度高。曾对一送料装置作过这样的试验，在送料传动链最后的齿轮上贴一张分度盘并装一固定指针，观察送料误差的变化，发现送料时齿轮旋转角是不均匀的，最大误差值在5°左右，这是传动链过长引起的。原装置由曲轴的一结余齿轮送料分配箱，再由一组伞齿轮分别通过一对齿轮副，再由偏心盘带动凸轮、摆杆牵动超越离合器。最后经一组齿轮副传动辊轴送料。这一系列的传动使间歇增大，加上各构件制造、装配误差，使送料精度明显下降。后改为滑块直接通过拉杆带动超越离合器使辊轴转动，由间接改为直接传动式，送料精度明显提高。
文/孙自恺
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