计算机辅助数控冲床编程系统的高级功能研究及其实现

摘 要 本文首先针对数控转塔冲床运行中存在的材料浪费问题进行了分析，简要提出了计算机辅助数控冲床编程系统高级功能扩展应遵循的主要方向，进而详细研究了自动重定位以及夹钳避让的实现方式。上述相关问题希望能够引起各方工作人员的关注与重视。

关键词 计算机辅助；数控冲床；编程系统；功能；重定位；避让；分析

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）032-030-02

数控转塔冲床是数控冲床中应用最为普遍的一类。此种冲床设备的最主要特点在于：在工作台与冲裁滑块部件之间，设置有一套能够储存多套模具的回转转盘。进而，在换模过程当中，上部转盘与下部转盘能够保持完全同步的旋转动作，从而可保障上部模具与下部模具的有效匹配。

1 数控转塔冲床功能扩展分析

在数控转塔冲床处于正常工作状态的情况下，每完成一次的冲压处理，板料就需要在被夹持的状态下，面向冲模中心同时进行X向以及Y向的运动。借助于此种方式，可以准确的将拟冲压的位置传输至冲模下部。其中，板料所作的X方向，即横向运动需要由一套交流伺服电极驱动溜班与夹钳同时沿直线导轨方向运动而实现的；同时，板料所作的Y方向，即竖向运动需要由另一套交流伺服电极驱动滚珠丝杠的运动而实现。在整个冲床运动的过程当中，送进处理的精度需要由数控系统对其实现准确且可靠的控制。

在当前技术条件支持下，数控转塔冲床功能实现过程中的板料夹钳多应用的结构模式为板料夹钳结构，且夹紧方式以气动模式为主，一般来说，多配备有2～3个的板料夹钳部件。各个板料夹钳所处的位置应当在编程作用之下所实现，确保调节的自动性。与此同时，各个板料夹钳均装设有放松报警传感器设备，在传感器设备的运行下保障数控转塔冲床加工的可靠性。

板料夹持与送进的工作示意图如下图所示（见图1）。在运行过程当中，设置有形状为矩形的夹钳安全工作区。一般企业在实际工作过程中，基于对编程操作的简化需求，需要定义Y轴在0 mm～100 mm之内严禁执行冲压操作。受到这一因素的影响，导致高度在100 mm范围之内的长条板料最终成为废料，引发极为突出的材料浪费问题。

因此，在数控转塔冲床功能的扩展过程当中，最需要关注的两方面问题在于：1）重定位；2）夹钳避让。在需要对加工范围予以可扩大的情况下，数控加工程序需要自动面向数控转塔冲床发出夹钳重定位的操作指令，并引导夹钳自动移动至指定位置。同时，在生成刀具路径的基础之上，编程软件一旦判定夹钳能够与该刀具路径产生干涉，则可及时对加工路径进行调整与优化，在保障冲床工作持续进行的同时，实现良好的避让处理。

2 自动重定位与夹钳避让方法分析

大量的实践研究结果证实：板材重定位质量在很大程度上直接决定着加工的质量与精度。然而，仅仅但从人为控制的角度入手，并无法保障所获取重定位方案的合理性，从这一角度上来说，计算机辅助数控冲床编程系统支持下，实现重定位的自动性，能够显著提高后期编程质量。更加关键的一点是：通过实现夹钳避让功能的方式，能够防止数控冲床加工模具与夹钳出现干涉问题，也就能够确保对刀具路径所作修改的合理性。上述两点问题也正是整个数控冲床编程系统高级功能扩展的关键所在。具体而言，需要从以下两个方面加以实现。

2.1 板料自动重定位实现方法分析

以具备两个夹钳的数控转塔冲床为例，两个夹钳部件相互影响，能够将整个工作台区划分为三个区间。各个区间的表达方式如下所示：

1）Ij1={xj，xj+y1-a1}

2）Ij2={xj+y1+b1，xj+y2-a1}

3）Ij3={xj+y2+b2，xj+L}

在上述区间表达式当中，L设定为工作台整体长度，而a、b的具体取值数值则需要参照工位大小予以确定。特别需要注意的一点是：若夹钳两侧最近图元加工所选取的工位完全一致，则a、b的取值一致。在传统的定位方案下，要想保障定位的准确性，需要实现内部的完全覆盖，可能导致大量的时间与空间资源消耗。因此，建议在功能扩展的过程当中，选取广度优先算法作为实现方案。即在数控冲床初次装夹的状态台下，板材左侧边缘需要与工作台左侧边缘保持完全重合。重定位后期板材的移动避免受定位销的影响。同时将加工坐标原点确定为板材左下角位置。同时，自动重定位仅需要按照X轴向实施，确保Y轴向能够处于工作区内。由此，在自动重定位过程当中，安全夹钳的安全区间可实现：

1）C1={xj+y1-a1，xj+y1+b1}

2）C2={xj+y2-a2，xj+y2+b2}

2.2 夹钳避让方法分析

在数控转塔冲床的运行过程当中，刀具路径多表现为直线形式。定义当前加工点的坐标位置为（X1，Y1），且下一冲压坐标位置为（X2，Y2）。则，可以借助于应用直线轮廓与夹钳安全区判交的方式来判定夹钳是否与刀具路径存在干涉。若存在干涉，则需要及时对刀具路径进行合理的调整，通过增设过渡点的方式，保障夹钳避让的有效性。举例来说，若满足以下条件：

1）X1

2）yx=xmax>Ymax

3）yx=xmin

则，在刀具路径的调整过程当中，需要增设中间过渡点，过渡点坐标位置为（X1，Y2），从而以最小的空行程时间来满足夹钳避让的基本需求。

3 结束语

数控冲床作为数控加工过程中应用最为普遍与广泛的设备之一，实现与计算机辅助操作的融合，这一点至关重要的。总而言之，本文针对有关计算机辅助数控冲床编程系统高级功能扩展过程中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明，希望能够引起各方特别关注与重视。

参考文献

[1]于小宁，杨建华，郭浩，等.基于DSP的冲床装模高度监控系统研究[J].陕西科技大学学报（自然科学版），2010，28（4）：88-91.

[2]刘辉，谈沛，贺俊雄，等.基于AutoCAD的数控自动编程系统的研制[J].组合机床与自动化加工技术，2008（10）：68-70.

[3]王立朝，谷安，张新朋，等.基于运动控制卡的多工位数控冲床控制系统的研究与应用[J].机电一体化，2009（7）：87-88，93.

[4]李强，霍永思.数控冲床加工框类钣金件过程中零件变形的问题分析和研究[J].锻压装备与制造技术，2011（5）：83-85.