一、概述
近幾年，我國鋼桶及配套企業引入了許多水平較高的高速精密壓力機、多工位壓力機及CNC沖模迴轉臺壓力機等，各制桶設備製造廠也正在加速開發研製新穎的高效、高精度、高水平的衝壓自動生產線，使我國鋼桶衝壓生產向技術密集型邁出了一大步。
高精度、高速衝壓生產線通常是與開卷校平、自動送料、廢料處理等組成完整的加工系統，制桶設備生產廠為了提供成套的自動化設備，必然要開發研製各種類型的附屬裝置，而附屬裝置是以自動送料裝置為核心的。
對常速壓力機，用一副模具進行落料或衝孔時，採用普通的送料裝置即可滿足產品精度要求；而對於高精度、高速壓力機，使用普通結構的送料裝置就顯然不能滿足產品的精度要求。機床的精度再高，送料精度上不去，生產出的衝壓件仍是廢次品。所以送料裝置及精度問題是目前一項重要的研究課題。本文分析了影響送料精度的各種因素，並從多年的生產實踐和教學研究經驗出發，探討了提高送料精度的措施。
二、影響送料精度的因素
如上所述，對於行程次數在200次/分以下的常速壓力機，可採用普通輥軸式送料裝置；但對於行程次數為100～2000次/分的高速、高精度壓力機，要求送料裝置也高速化，當送料速度達30m/min，送料節距達200mm以上時，採用普通的送料裝置，送料精度就滿足不了要求。要研製高精度的送料機構，必須先了解影響送料精度的因素。
送料精度與送料裝置的設備、製造、生產工藝、衝壓件材料等方面有關。
（1）設計。包括機構方案的選擇，結構設計的合理性，設計計算誤差，誤動作計算誤差，傳動鏈的長短等；
（2）製造。有加工誤差、裝配誤差、傳動機構間隙值；
（3）工藝。有送料速度、送料穩定性、零件形狀變化、零件故障；
（4）材料厚度的均勻度，表面光滑度等。
儘管影響送料精度的因素是多方面的，但一次送料精度最主要取決於送料速度。送料裝置的平均送料速度為送料進距與每分鐘送進次數之乘積，壓力機工作期間內、送料所佔時間往往只佔180°曲軸轉角，且送料過程中送料速度不是常數，實際最大送料速度約為平均速度的三倍，增大送料速度會降低送料精度，這與提高送料精度的途徑相違背，所以應研究其它途徑。
三、提高送料精度的措施
在條料或卷料自動化衝壓生產中，採用的送料裝置主要有輥式、鉗式、夾持式、鉤式等。其中，輥式佔有有主要地位，故以輥式為例來討論，其原理對於其它類型的送料裝置具有同樣意義。
圖1為輥式送料裝置簡圖。輥軸1和2固定在壓力機工作臺上，通過偏心輪8、連桿7和單身離合器5等驅動，輥軸工作週期性的轉動，間歇地把條料送進，上輥軸1除轉動外，還可垂直移動，靠彈簧6壓在下輥軸上，由於輥軸與帶料間摩擦力作用，使輥軸夾持料3向前送進。由工作原理分析，為提高送料精度可採取的辦法是：由於輥軸與帶料間摩擦力的作用，使輥軸夾料送進，所以要防止送料輥與材料之間的相對滑動；送料時加速運輸，終止時要突然停止，故要防止送料起始和終了時的加速衝擊及行程終點的準確定位。
圖1 輥軸送料裝置工作原理圖
1-上輥軸；2-下輥軸；3-夾持料；4-連桿；
5-離合器；6-彈簧；7-連桿；8-偏心輪
1、防止送料輥和材料間的相對滑動
為了防止送料輥和材料間的相對滑動，可適當提高輥軸對材料的接觸壓力，設計時可按下式確定壓力：
式中 σy——許用接觸壓力，Pa
P——輥子對材料的總壓力，N
E——材料的彈性模數，Pa
R——輥子半徑，cm
L——料寬，cm
一般取σy＝0.5σB。
壓力的調節可通過調整壓緊彈簧或從結構上增大軸徑，但為防止轉動慣量增大，勿過份增大軸徑，一般取R>15h（h為料厚）。
加外，還可以在輥軸表面滾花、銑槽等，以提高輥軸與材料間的摩擦係數來防止輥、料間的滑動。
2、行程終點準確定位
（1）減少送料時傳動慣量。高速送料輥可做成空心結構；輥軸用輕金屬製造；單向離合器採用結構小巧的異形輥子摩擦離合器。
（2）安裝可靠而完善的制動器。設計時考慮克服送料慣性運動的制動器；減少滑動的可調壓裝置；防止反轉的制動超越離合器等。
（3）模具上安裝定位銷，以控制帶料最後位置。這雖是一個小措施，但往往會起明顯效果。如為某廠設計的多工位壓力機，用戶提出的輥軸送料精度要求為±0.05mm。因為以前衝壓產品時，一天幾十萬個，若送料誤差幾十絲，一天就浪費幾百米鋼板，為此採取多種措施不見效。而新設計製造的多工位衝床，利用衝壓後下料孔的位置，靠與滑塊同步的定位銷定位，保證了落料孔距的精度。
3、防止送料開始和終了時加速衝擊
送料開始和終了時的加速衝擊的防止，主要從選擇合適的送進機構上考慮。
在送料開始和終了時，材料承受一突然增大的加速度，必然會產生衝擊和振動。在高速送料情況下，衝擊和振動急刷增大，送料精度也急劇下降。因此，對高速送料（v>30m/min），不採用單向摩擦離合器，而採用下述幾種運動平穩的步進傳送機構。
（1）圓弧凸輪步進機構
如圖2所示，圓弧面凸輪1像變螺旋角的球面蝸桿，所以也稱蝸桿凸輪機構，國外稱福開森機構。從動件滾動2的周向均布若干個圓柱滾子3，滾子的數量一般為6～8個。凸輪工作表面隆起的截面為梯形，其和滾子保持接觸，蝸桿凸輪作等速回轉，而從動件產生間歇運動。對於單頭蝸桿凸輪機構，凸輪轉一週，從動作轉過一個滾子節距。
圖2 圓弧凸輪步進機構
1-凸輪；2-滾輪；3-滾子
蝸桿凸輪一般都是以正弦曲線的運動規律設計的，設計時通過改變運動的最大速度。工作時該機構可保證凸輪工作表面兩側與兩介滾子緊密接觸，消除了間隙，當螺旋升角過渡到零時，從動件立即停止，慣性很小，故大大減小衝擊振動，並且不用制動器就能實現精確定位。目前，該機構間歇分度時，壓力機行程次數已達3000次/分，適用於高速、高精度自動壓力機上的送進。美國明斯特公司研製的60噸力高速自動壓力機，最高行程次數為1600次/分，採用福開森機構的輥式送料裝置，以120m/min的速度送料，精度達±0.025mm。
（2）圓柱凸輪式步進機構
圖3所示，圓柱形凸輪1表面有兩條凸起的具有一定形狀的輪廓，從動件為一圓盤，其端面在半徑為R1的圓周上均布一圈滾子A、B、C……。主動軸4和從動軸3垂直交錯，相距R1的凸輪輪廓線正好在其中兩滾子之間，當凸輪按圖示方向旋轉時，圓盤上的滾子B開始進入輪廓的曲線段，凸輪轉動驅使從動件2轉動，滾子A與輪廓脫開。當凸輪轉過180°時，從動件轉動結束，與B接觸的輪廓線開始由曲線過渡到直線，同時與B滾相鄰的C滾開始和該直線的另一側接觸，凸輪繼續轉動而圓盤不動實現間歇。間歇階段B和C同時貼緊在直線輪廓的兩側，對從動盤起鎖緊定位作用。
圖3 圓柱凸輪步進機構
1-圓柱凸輪；2-圓盤；3-從動軸；4-主動軸
為保證間歇定位，凸輪直線輪廓寬度b應為相鄰兩滾子表面間的最短距離（圖4）。
式中 R1——圓盤上滾子中心至圓盤中心距離
α——步進角之半，α＝π/2
d——滾子直徑
z——滾子數目，通常z>6～8
當合理設計凸輪郭曲線形狀時，可使從動件得到理想的運動狀況，如較小的動荷、無剛性和柔性衝擊以及較高的精度等。它也適用於高速、輕載壓力機，並已成功地用於1500次/分的步進動作。
圖4 圓柱凸輪步進機構展開尺寸圖
（3）行星輪式步進機構
它是利用行星齒輪偏心機構上點的軌跡實現往復運動而送進的。圖5所示行星輪2在繞圓定的中心輪1週轉運動時，其上每一點畫出屬於擺線類的軌跡。位於圓周上的點畫出擺線4，其它點也畫出不同的變態擺線。若中心輪直徑為D，行星輪徑d＝0.5D，則這些擺線為雙葉擺線。擺線中的行星輪上某一點E，當符合EO1:d:D=1:5:10時，E點畫出的擺線如曲線5所示，它在x方向兩端各有一段近似直線，當用E點驅動滑塊6時，滑塊即在x方向往復移動，並在兩端各有一段間歇停頓時間。
該機構可用於送料距較大而且中速情況下的夾鉗送料裝置。它運行平穩，加速度曲線接近正弦曲線，衝擊小，設計時只要合理選擇參數，計算波凸量，即可得到較好的送料精度。
圖5 行星輪半步進機構示意圖
1-中心輪；2-行星輪；3-行星輪與中心輪切點；
4-擺線；5-過E點畫出的擺線；6-驅動滑塊
（4）凸輪分度星行輪輥軸式送進機構
我國自行設計製造的100噸力高速壓力機，它與開卷校平、自動送料、廢料處理等裝置組成完整自動線。送料裝置採用凸輪分度行星輪輥軸式（見圖6），利用一對掛輪（速比1/3～3）組成級差0.5～3.5mm的近百個數列，形成送料進距S的主要部分S1，再用一錐滾無級變速箱通過行星機構將尾數S2輪入料輥，使S＝S1+S2並形成一完全連續的數列。送料精度主要取決於齒輪精度，凸輪採用正弦曲線，使送料起點與終點加速度為零。當最高行程次數為700次/分，送料速度達50m/min時，送料精度可達±0.05mm。
圖6 凸輪分度星行輪輥軸式送料裝置傳動示意圖
4、傳動鏈的問題
送料裝置的驅動方式是多樣的，但為了保證送料與壓力機工作的同步性，一般藉助於曲軸或滑塊的運輸，再通過某些機構傳遞送料裝置的動作。常用的傳動機構是：
（1）由曲軸端部偏心輪帶動連桿組成曲柄搖桿機構，使單向離合器運動並驅動料輥的拉桿直接傳動式；
（2）偏心輪帶動齒條一齒輪，使單向機構擺動並驅動送料輥的齒輪齒條式；
（3）偏心輪通過拉桿、等臂杆將運動傳給單向機構的拉桿——槓桿式；
（4）滑塊上裝一斜楔推動齒條齒輪，再通過鏈輪、鏈條及齒輪機構的斜楔——齒輪式；
（5）裝在曲軸端面凸輪通過槓桿機構傳動的凸輪槓桿式；
（6）其它還有馬爾化機構、電磁離合機構及液壓傳動、氣動等。
傳動機構的選擇對送料精度有一定影響，若把上述傳動方式稱為直接驅動或間接驅動的話，我們應儘量選擇直接驅動式，以避免傳動鏈的過長。
實踐證明，直接驅動比間接驅動送料精度高。曾對一送料裝置作過這樣的試驗，在送料傳動鏈最後的齒輪上貼一張分度盤並裝一固定指針，觀察送料誤差的變化，發現送料時齒輪旋轉角是不均勻的，最大誤差值在5°左右，這是傳動鏈過長引起的。原裝置由曲軸的一結餘齒輪送料分配箱，再由一組傘齒輪分別通過一對齒輪副，再由偏心盤帶動凸輪、擺杆牽動超越離合器。最後經一組齒輪副傳動輥軸送料。這一系列的傳動使間歇增大，加上各構件製造、裝配誤差，使送料精度明顯下降。後改為滑塊直接通過拉桿帶動超越離合器使輥軸轉動，由間接改為直接傳動式，送料精度明顯提高。
文/孫自愷
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