國外數(shù)控沖床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國外生產(chǎn)數(shù)控沖床的廠家已有30多家，這還不包括一些著名廠家在其他國家的子公司或分廠。自數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床問世近30年來，伴隨著數(shù)控技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)元件及計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控沖床發(fā)展之迅速（大部分廠家的高檔機(jī)型的技術(shù)指標(biāo)和功能），大大超出了大部分用戶的想象。各個(gè)廠家的產(chǎn)品不斷地推陳出新，精彩紛呈，這既是為了規(guī)避已有專利技術(shù)，也是展示個(gè)性技術(shù)，以便爭(zhēng)奪市場(chǎng)。數(shù)控沖床技術(shù)的快速進(jìn)步同時(shí)帶動(dòng)了其輔機(jī)的發(fā)展，板材加工柔性系統(tǒng)（FMS）的大量涌現(xiàn)和普及與此也密切相關(guān)。通過對(duì)數(shù)控沖床結(jié)構(gòu)、技術(shù)指標(biāo)的考察，可了解數(shù)控沖床的發(fā)展趨勢(shì)。

1、數(shù)控沖床的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

數(shù)控沖床（不包括單模步?jīng)_機(jī)）在結(jié)構(gòu)方面按床身形式、控制軸數(shù)、模具庫、主傳動(dòng)方式等可以劃分成不同的類型。按床身形式可分為開式C形或J形、閉式O形；按控制軸數(shù)可分為3軸、3軸或5軸；按模具庫可分為轉(zhuǎn)塔式、刀庫式、直列式、陣列式；按主傳動(dòng)方式可分為曲柄滑塊式、機(jī)械凸輪式、肘桿伺服式、液壓式。

（1）床身無論是開式還是閉式都不代表技術(shù)性能的先進(jìn)與否。公稱力在400kN以下時(shí)，兩種床身形式的數(shù)控沖床對(duì)機(jī)床的性能基本上沒有影響。在加工制造、用戶操作觀察方面，開式床身比閉式還更好一些。當(dāng)然，大噸位沖床在床身重量一樣時(shí)，閉式床身對(duì)減少機(jī)床的變形更有利。盡管目前大部分廠家都在生產(chǎn)開式床身數(shù)控沖床，但決不能說這是數(shù)控沖床的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而否定閉式結(jié)構(gòu)。 日本AMADA公司和KOMATSU公司采用雙重結(jié)構(gòu)機(jī)架來提高加工精度和模具壽命。

（2）板材送進(jìn)定位的X、Y兩個(gè)軸和選模軸T軸是數(shù)控沖床的3個(gè)基本數(shù)控軸。由德國Trumpf公司生產(chǎn)的在X軸橫梁上直線排列模具的數(shù)控沖床和由意大利Salvagnini公司生產(chǎn)的模具陣列式布置的數(shù)控沖床是個(gè)特例。前者選模軸和X軸合二為一，后者沒有選模軸只有兩個(gè)軸。不考慮這兩個(gè)特例，數(shù)控沖床的第4軸是轉(zhuǎn)模軸C軸，第4、5軸是轉(zhuǎn)模軸的C1和C2（跟隨軸）軸。當(dāng)前各廠家已基本不再生產(chǎn)3軸的或者說不帶轉(zhuǎn)模的數(shù)控沖床。轉(zhuǎn)模軸將不再是數(shù)控沖床的可選項(xiàng)，而是基本配置。

（3）轉(zhuǎn)塔式模具庫一直是數(shù)控沖床模具庫的主流模式，這種模具庫結(jié)構(gòu)簡單、容量大、模具結(jié)構(gòu)合理、換模迅速、模具裝拆方便。沖床刀庫式模具庫是從金切機(jī)床的刀庫和換刀模式派生的，現(xiàn)在只有意大利Omes公司、美國Whitney公司采用，德國Trumpf公司已經(jīng)淘汰刀庫式結(jié)構(gòu)而獨(dú)樹一幟地發(fā)明了直列式模具庫。意大利Salvagnini公司獨(dú)創(chuàng)陣列式模具庫。上述三個(gè)廠家在產(chǎn)品的發(fā)展過程中都完善了自己的結(jié)構(gòu)，能夠滿足絕大部分客戶的需要，但在某些方面各有其不足，如換模時(shí)間長、容量小、不利轉(zhuǎn)模布置等。有些廠家發(fā)展了外置式模具庫以減少人工輔助時(shí)間提高生產(chǎn)率或兼有彌補(bǔ)模具庫容小的不足，但是這已經(jīng)不是數(shù)控沖床本身的問題了。

（4）主傳動(dòng)部分一直是數(shù)控沖床技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志之一。主傳動(dòng)部分的沖壓頻率直接影響數(shù)控沖床的生產(chǎn)效率，也因此成為制造商和用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。從最初的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)加氣動(dòng)離合制動(dòng)器或液壓離合制動(dòng)器的主傳動(dòng)，發(fā)展到現(xiàn)今高頻次、低噪聲、性能完善的液壓主傳動(dòng)系統(tǒng)。

復(fù)雜的機(jī)械凸輪式結(jié)構(gòu)僅是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的一種變形，目的是減少噪聲，這種結(jié)構(gòu)是日本Amada公司的專利。

肘桿伺服式主傳動(dòng)是日本Murata公司獨(dú)創(chuàng)，它開創(chuàng)性地用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)肘桿機(jī)構(gòu)方便地控制沖壓頻率和速度，并因此使其在1995年日本筑波機(jī)床博覽會(huì)上獲日本機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)——通產(chǎn)大臣獎(jiǎng)。這種肘桿伺服式主傳動(dòng)，機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，性能不比液壓主傳動(dòng)優(yōu)越。

液壓主傳動(dòng)系統(tǒng)由快速液壓缸、控制閥塊和液壓站組成，其關(guān)鍵在于油缸的上下行程多點(diǎn)或無級(jí)可控，換向迅速。液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)、易調(diào)速、行程可控、過載安全保護(hù)在數(shù)控沖床上得到了充分體現(xiàn)，并為數(shù)控沖床帶來了前所未有的技術(shù)進(jìn)步：①噪聲大大降低，基本上只有板材沖斷的聲音。②振動(dòng)大大減小。③沖壓頻率提高，已達(dá)1200次/min。④沖裁入模量可調(diào)，減少了模具調(diào)整時(shí)間。⑤不存在過載悶車甚至造成零件損壞的現(xiàn)象。⑥滑塊可保持在任意行程位置，數(shù)控沖床可完成滾壓滾剪工藝。

由此可見，液壓主傳動(dòng)取代機(jī)械主傳動(dòng)是必然趨勢(shì)，當(dāng)前機(jī)械主傳動(dòng)數(shù)控沖床的產(chǎn)量在迅速下降。

2、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展和二次開發(fā)

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控沖床的重要組成部分，數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)的進(jìn)步是數(shù)控沖床許多技術(shù)指標(biāo)提高和功能實(shí)現(xiàn)的前提。數(shù)控系統(tǒng)絕大部分都采用32位CPU使其運(yùn)行處理速度大幅度提高；內(nèi)存容量加大；許多由外部機(jī)電結(jié)合實(shí)現(xiàn)的功能開始成為數(shù)控系統(tǒng)具備的功能，大大簡化機(jī)電結(jié)構(gòu)提高了可靠性；人機(jī)界面更加友好。數(shù)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)越來越接近，帶硬盤，以Windows操作系統(tǒng)為平臺(tái)更便于主機(jī)制造商個(gè)性化開發(fā)，使用更方便。

以夾鉗安全保護(hù)為例：數(shù)控系統(tǒng)不具備夾鉗軟件保護(hù)功能以前，夾鉗防沖安全區(qū)的設(shè)定是由多個(gè)檢測(cè)開關(guān)和感應(yīng)撞塊板聯(lián)合確定的，機(jī)電結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全性差，而數(shù)控系統(tǒng)記憶各夾鉗位置并時(shí)刻由系統(tǒng)軟件檢測(cè)夾鉗運(yùn)行位置，可靠地保護(hù)了夾鉗，除非軟件出問題。

一些著名的數(shù)控沖床制造廠家通過對(duì)外購的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，使之更能配合機(jī)床的特點(diǎn)（有的把自動(dòng)編程軟件嵌入數(shù)控系統(tǒng)使現(xiàn)場(chǎng)編程十分簡單）。芬蘭Finn-Power公司三夾鉗程控自動(dòng)換位功能使制件精度免受重定位影響，就是得益于數(shù)控系統(tǒng)的快速和宜人化。數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)、機(jī)床結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新還可使操作更簡單方便。如系統(tǒng)具有排料顯示、實(shí)時(shí)顯示加工過程、進(jìn)行自動(dòng)編程、夾鉗位置編程、機(jī)床運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（沖壓次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、模具使用次數(shù)等）、完善的故障診斷等功能；機(jī)械方面不斷出現(xiàn)了輔助提模裝置、模具油霧潤滑、運(yùn)動(dòng)副自動(dòng)潤滑、小件通道、真空吸廢料、液壓主傳動(dòng)、多轉(zhuǎn)模及多子模裝置等新裝置新結(jié)構(gòu)，使操作人員對(duì)機(jī)器的干預(yù)和維護(hù)越來越少，非生產(chǎn)時(shí)間越來越短。

3、技術(shù)指標(biāo)大幅提高、功能不斷完善

數(shù)控沖床是高速度高精度板金沖壓設(shè)備，其發(fā)展方向以提高生產(chǎn)率為首要目標(biāo)，其他還需不斷增加功能、不斷擴(kuò)大工藝范圍、提高自動(dòng)化程度、改善操作使之更宜人。

高速啟制動(dòng)、高頻次沖壓、高精度定位同時(shí)要求對(duì)數(shù)控沖床是相當(dāng)苛刻的，但是數(shù)控沖床的技術(shù)指標(biāo)在近年來得到了持續(xù)提高。多數(shù)廠家最高指標(biāo)已達(dá)：換模時(shí)間縮短到1~2s；沖壓頻率達(dá)900次/min，最高達(dá)1200次/min（意大利Salvagnini公司模具陣列式S4系統(tǒng)），25mm步距沖壓頻率450次/min；單軸進(jìn)給速度達(dá)100m/min；相鄰孔間距（300mm內(nèi)）精度達(dá)±0.07mm。

為達(dá)到上述指標(biāo)，各公司采用了不同措施，如日本Amada公司和Komatsu公司采用雙重結(jié)構(gòu)機(jī)架來提高加工精度（±0.07mm）和模具壽命。意大利Rainer公司機(jī)床Y軸采用雙邊驅(qū)動(dòng)，使工作臺(tái)加速度達(dá)8~10m/min，能夠以100m~900m的速度沖壓。

轉(zhuǎn)模裝置和構(gòu)思獨(dú)特的模具的出現(xiàn)使數(shù)控沖床加工工藝范圍不斷擴(kuò)大，除沖孔、起伏成型外任意滾剪、滾筋、大范圍拉深等新工藝也可在數(shù)控沖床上實(shí)現(xiàn)。這些技術(shù)發(fā)展大大超越了用戶需求的期望，這是國外知名廠家技術(shù)實(shí)力的體現(xiàn)，也是他們?cè)谑袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位的根本原因。

自動(dòng)編程軟件也開始成為數(shù)控沖床的一部分，它的功能影響著用戶對(duì)主機(jī)的評(píng)價(jià)。用戶開始要求自動(dòng)編程軟件具備三維展開、自動(dòng)排料、多數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。

4、數(shù)控沖床如何發(fā)展

生產(chǎn)廠家對(duì)數(shù)控沖床高速、高效、高精度的追求，確實(shí)使其技術(shù)性能得到了不斷提高，但這卻使操作人員成為機(jī)床效能發(fā)揮的障礙。這是因?yàn)橛扇斯ね瓿傻纳舷铝虾蛽Q模操作占去了太多的輔助時(shí)間，操作者成了機(jī)床的奴隸，越來越不適應(yīng)機(jī)床的高生產(chǎn)率要求。因此，沖床自動(dòng)上下料裝置、外置模具庫自動(dòng)換模裝置成為高效數(shù)控沖床的一部分就被提上改進(jìn)日程。例如，日本小松（Komatsu） 公司APO3048沖壓中心內(nèi)置最多達(dá)300套模具；絕大部分廠家都有不同檔次的上下料裝置，有的甚至是多軸數(shù)控裝置。由此可見，數(shù)控沖床技術(shù)性能功能的持續(xù)提高應(yīng)以相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為前提，最終以機(jī)器的擴(kuò)張（增加輔機(jī)）為結(jié)果。

縱觀數(shù)控沖床的現(xiàn)狀和發(fā)展，可以認(rèn)為：

（1）機(jī)械主傳動(dòng)被液壓主傳動(dòng)淘汰已成定局。

（2）加工過程無人干預(yù)的沖壓（或復(fù)合）中心是數(shù)控沖床的發(fā)展方向。

（3）速度不斷提高、開放、可靠的工控機(jī)更多地被采用。

（4）隨著數(shù)控技術(shù)、伺服技術(shù)、運(yùn)動(dòng)元件的發(fā)展特別是直線伺服電機(jī)的成熟和成本的降低，數(shù)控沖床的結(jié)構(gòu)還會(huì)有新的突破。比如，夾鉗可直接和直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分相連，而不需直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠，從而使結(jié)構(gòu)簡化，運(yùn)動(dòng)慣量減小，進(jìn)一步提高送進(jìn)速度；模具的刃磨可不裝拆模具即可在機(jī)床上完成；直線伺服電機(jī)可以取代現(xiàn)有的液壓主傳動(dòng)裝置。

（5）開發(fā)遠(yuǎn)程診斷技術(shù)的應(yīng)用和普及。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展將使制造廠家對(duì)其遍布世界各地的機(jī)床進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維修成為現(xiàn)實(shí)。