广东麻将H20型全电伺服数控转塔冲床噪声分析及

  H20型全电伺服数控转塔冲床噪声分析及降噪方案。H20 型全电伺服数控转塔冲床噪声分析及降噪方案 王 亮,卞正其,朱志金 【摘 要】摘要:对 H20 型全电伺服数控转塔冲床作了介绍,对伺服转塔冲床 的冲压噪声进行测量、分析,并提出了降噪解决方案。

  H20 型全电伺服数控转塔冲床噪声分析及降噪方案 王 亮,卞正其,朱志金 【摘 要】摘要:对 H20 型全电伺服数控转塔冲床作了介绍,对伺服转塔冲床 的冲压噪声进行测量、分析,并提出了降噪解决方案。 【期刊名称】锻压装备与制造技术 【年(卷),期】2014(049)004 【总页数】4 【关键词】机械制造;数控转塔冲床;噪声;分析;全电伺服 1 引言 作为钣金加工业的重要一员,数控转塔冲床近年来迎来了其发展的高峰期。全 电伺服转塔冲床作为高效节能无污染的新一代机床,被越来越多的客户认可。 1988 年国内研制出第一台机械式数控转塔冲床,1997 年国内开始生产液压式 数控转塔冲床,2005 年扬力研发出国内第一台全电伺服转塔冲床,发展到现在, 该种冲床已成为一种技术成熟、性能可靠的钣金加工设备。伺服控转塔冲床具 有无液压油污染等特点,而且耗电量是普通液压冲床的 65%左右,是伺服控转 塔冲床的发展趋势之一。 H20 型数控转塔冲床是全电伺服数控转塔冲床,如图 1 所示。其 X 轴送料移动 由交流伺服电机通过高精密行星减速机带动齿轮转动,拖板上的齿条与齿轮啮 合,带动拖板、夹钳运动,从而实现工件左右移动、定位冲孔;Y 轴送料移动 由两个交流伺服电机通过两个高精密行星减速机带动齿轮转动,齿轮与横梁底 座的齿条啮合,从而带动横梁、夹钳运动,工件由夹钳夹持,实现前后移动、 定位冲孔,具有机械结构性能稳定,定位快等特点。其冲头部分采用全电伺服 主传动结构,机床采用低速大扭矩伺服电机驱动冲头动作,数控系统给伺服驱 动器发出冲压信号,伺服电机在驱动器的控制下完成冲压动作并发出冲压完成 信号。H20 型数控转塔冲床的主要性能参数如表 1 所示。 当前,伺服数控转塔冲床发展的一大瓶颈是其噪声问题,这也是目前国内机床 与国外高端机床的主要差距之一。 2 冲压传动原理及降噪解决方案 2.1 伺服主传动原理 当前国内的主流伺服冲其主轴部分多为曲柄连杆式结构,如图 2 所示。 主轴电机带动曲轴做双摆运动,曲轴带动连杆做上下运动,则对应的滑块做往 复冲压运动。 2.2 冲压时冲头噪声产生机理 冲头模具冲制板材会产生很大的噪声。冲裁时,冲头一旦接触金属板料,冲裁 力开始增加。与此同时,由于机身及其他受力构件的变形而积蓄了弹性能。当 冲头进入板料约一半厚度时,冲裁力达到最大值。板材的突然断裂使冲头突然 失荷,机身等积蓄的弹性能在极短时间内释放出来,将激起机身及各部件的振 动,使部件间产生冲击。与此同时,滑块以相当大的速度下冲,引起滑块周围 空气的压力扰动,从而辐射噪声。前者激发的噪声称振鸣噪声,后者引起的噪 声为加速度噪声。由分析可知,振鸣噪声与引起机身等构件振动的冲裁力—时 间历程有关。此外,冲裁噪声还包括板料断裂声、冲头与板料的撞击声及两者 接触时的空气挤出声共 5 种噪声。 全电伺服数控转塔冲床在工作时的噪声可从源头分为两类:一是冲压时机床的 机械结构共振产生的噪声;二是主轴冲头从接触板材到冲穿板材时产生的噪声。 我们主要针对后者进行了测试与分析。 2.2.1 通过降速减小噪声 如图 3 所示为德国 VOITH 公司 HKL 液压系统的冲压曲线。其中,黑线斜率大 小表示速度快慢,越陡表示速度越快,越平表示速度越慢。 从图示结合液压系统的工作原理可看出,HKL 液压控制系统的冲压柔性较好, 冲头接触板材受到板材的反作用力被动减速,而非主动减速,无需控制。冲头 向下到板材即将冲穿位置再次加速冲穿,到下死点后通过换向阀切换后快速返 回到预压点。HKL 液压系统是通过判断冲头移动的速度,通过控制卡内的程序 控制选择是否打开高压阀而工作的。 图 4 为伺服主传动系统在静音模式下的冲压曲线。其中,黑线斜率大小表示速 度快慢,越陡表示速度越快,越平表示速度越慢。广东麻将 从图示结合主轴电机的工作原理可看出,冲头接触板材之前主动减速冲穿板材 到下死点后,加速返回到预压点。靠近板材圆圈里的转折点是需要设定的速度 转换点,速度转换点下面的速度曲线(黑线)的斜率是需要设定的转换点速度。 冲头运行到转换点的速度是实际设定的速度,从快到慢的减速过程在转换点之 前出现,而非转换点之后,这样使得速度转换点的设定更加清晰可控,直观、 方便调试。有一些主轴的工作原理是冲头到达速度转换点之后再减速,因为整 个减速需要的时间随着转换点速度的改变而改变,这样就增加了调试速度转换 点的难度,只能通过多次调试后的噪声比较来确定转换点位置的最佳设定值。 表 2、表 3 为我们做的噪声测试数据(以下所有表格中的速度转换点设定值= 电机的旋转角度×10)。 从上述的测试数据可以得出:速度转换点的设定可以改变冲压的噪声,也就是 接触板材的速度快慢直接影响着撞击产生的噪声,而且撞击板材的速度越慢, 产生的噪声越小,如图 5 所示。 2.2.2 降速对板材能否冲穿的影响 一般数控转塔冲床模具最大加工尺寸(直径)依次为:A 工位 12.7mm,B 工 位 31.8mm,C 工位 50.8mm,D 工位 88.9mm。 我们使用 D 工位 ?46 的圆模冲压 3.6mm 厚的热板,进行满负荷试验,测试数 据如表 4 所示。 可以看出,冲压速度下降,功率减小,对能否冲穿板材影响很大。由公式 其中 P 为冲制功率,W 为冲制能量,t 为冲制时间。冲穿板材所使用的能量是 不变的,广东麻将冲压消耗的时间越长,功率将越小。由此得出,冲压速度减小是不能 完成冲制的直接原因。因而,在处理噪声问题上,不能无限制地降低速度。 从表 5 可以看出,速度降到一定程度之后,对噪声的影响变小,且在现场可听 到有接触到板材的声音和冲穿的声音,有连声现象。通过计算 ?75 模具冲 2mm 厚冷板可达到 150kN 的冲裁力。考虑到客户对大工位的速度要求及噪声 要求,取平衡点转换点速度设定在 50 位置。其他板厚根据实际测试择优设定。 2.2.3 静音功能在机床上的实现 主轴驱动上可使用 IO 控制设定静音功能,可使用 PMC