一、引言——沖床在中國目前的產(chǎn)業(yè)狀況

1.1沖壓件的廣泛使用
金屬板材的大部分是經(jīng)過沖壓加工制成成品。沖壓加工在中國制造業(yè)中應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。例如，儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿和五金制品等產(chǎn)品中采用大量的沖壓件。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工而成的。

1.2沖床加工的發(fā)展
沖床加工是指為薄片加工，沖壓， 模壓，壓紋等強迫金屬進入模具的活動部分。
沖床按加工自動化程度可分為普通沖床和數(shù)控沖床。沖床具有一次成型，維護簡單操作方便等特性，作為一種歷史悠久的加工設(shè)備，在經(jīng)歷了二十多年的制造業(yè)高速發(fā)展的今天，我們依然能夠經(jīng)?？匆娺@種設(shè)備的原型還在廣泛應(yīng)用，可見這種設(shè)備的需求由高到低都有著廣泛的需求。沖床常見的沖壓裝置有液壓，轉(zhuǎn)塔；制動有氣壓剎車，電剎車片，離合檔塊；沖頭模分上下組合模具，有單工位，多工位之分；一些高端沖床上模具還可控制旋轉(zhuǎn)方向等。
普通沖床沖壓生產(chǎn)既滿足不了其高速生產(chǎn)要求，對設(shè)備和人員的數(shù)量需求大，對于小批量生產(chǎn)來說成本太高，又大量發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,各種數(shù)控設(shè)備大量涌現(xiàn)。數(shù)控設(shè)備的出現(xiàn) ,不僅提高了生產(chǎn)效率 ,降低了勞動強度 ,而且提高了加工精度 ,也就提高了產(chǎn)品的質(zhì)量 ,無疑是給企業(yè)增加了強大的生命力。

1.3普通沖床改造為數(shù)控沖床的強大需求
由于數(shù)控設(shè)備的普及卻受到一定條件的限制 ,一是數(shù)控設(shè)備價格昂貴 ,特別是小企業(yè)想徹底更新?lián)Q代 ,資金上受到限制 ;二是企業(yè)現(xiàn)有的舊式設(shè)備一下子棄之不用 ,也是對資源的一種浪費。
如果把現(xiàn)有的機加工設(shè)備通過一些數(shù)控技術(shù)改造 ,提高其自動化能力 ,則即給企業(yè)節(jié)約了資金 ,又能充分利用現(xiàn)有資源 ,做到兩全其美 ! 數(shù)控技術(shù)應(yīng)用在沖床設(shè)備領(lǐng)域,使普通沖床得以升級,通過數(shù)控技術(shù)的自動控制完成沖壓的功能。

1.4常見的沖床數(shù)控控制技術(shù)比較：
目前比較常見的沖床運動控制系統(tǒng)主要有兩種架構(gòu)，一種是電腦+運動控制卡，這種方案可以讓沖床編程便捷，在電腦里面完成編程運動一體化的操作，但是由于龐大的主機，顯示器和鍵盤，需要有一個專門的電柜來安裝；另外PC主板的抗干擾性能差，windows系統(tǒng)的脆弱性，也讓系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性大打折扣。第二種就是國外主推的嵌入式運動控制器，由于一體化的控制器設(shè)備在結(jié)構(gòu)和設(shè)計上對干擾的過濾能有有效保證， 所以幾乎是清一色進口設(shè)備的不二選擇，但由于嵌入式上性能的不足，所以在復(fù)雜的沖床編程操作上顯得不那么便捷。但這個缺點在數(shù)控飛躍發(fā)展的今天已經(jīng)不復(fù)存在了，特別是國產(chǎn)一些民族品牌廠家，在有效分析了國人操作風(fēng)格的基礎(chǔ)上，提供了一些很不錯的解決方案；今天帶給大家的是深圳眾為興開發(fā)的CNC4220MC運動控制系統(tǒng)，就是一套典型方案。

二、沖床改造數(shù)控系統(tǒng)方案

2.1改造方案概述
本數(shù)控沖床改造是集中了眾為興CNC4220MC運動控制系統(tǒng)以及JaBao伺服產(chǎn)品于一體的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，使整個機床能實現(xiàn)整張鈑料上機，自動排料，自動進給，自動沖壓等功能，能最大限度地利用原材料，提高生產(chǎn)效率，并能加工各種復(fù)雜圖形孔，同時還具有人工離機操作，確保安全，改善勞動條件等優(yōu)點，廣泛適用于機械、電器、儀表、制罐、篩網(wǎng)、瓶蓋、電控柜、五金等行業(yè)的沖壓加工。
改造數(shù)控沖床由通常由機床本體（沖壓部）、料裝置（物料夾鉗）、送料裝置(XY軸送料機構(gòu))、自動化數(shù)控硬件和運動控制軟件五大部分組成。

沖床數(shù)控改造實物圖

2.2改造系統(tǒng)配置（如需配圖還可配硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖）
CNC4220MC數(shù)控系統(tǒng)一套：整個沖床送料系統(tǒng)控制中心，完成對送料伺服軸的聯(lián)動定位動作控制；回零，手動及自動等操作；畫面顯示及參數(shù)設(shè)定；沖孔，上定位等輸入輸出信號的邏輯控制。CNC4220MC是開環(huán)運動控制系統(tǒng)，和伺服采用位置控制模式，也就是脈沖控制。能夠和國內(nèi)外的眾多伺服產(chǎn)品進行配套。
控制電柜一個：用來安裝常規(guī)電路，伺服驅(qū)動器和控制系統(tǒng)。
伺服驅(qū)動+電機2套：兩軸帶動鈑材快速準確聯(lián)動定位，對伺服電機的快速響應(yīng)性及整定時間有較高要求，國產(chǎn)伺服可采用我公司JaBao系列伺服1200W產(chǎn)品，性能完全滿足客戶要求；進口可以選用750W產(chǎn)品。
減速箱2套：減速機的選配能夠延長電機的使用壽命，可根據(jù)需要選配。伺服電機部分建議增加減速箱，減速箱可能會讓沖床速度有所下降，但是在筆者改造幾十套系統(tǒng)積累的經(jīng)驗顯示，減速箱能夠延長伺服使用壽命，主要是能夠?qū)_床沖壓瞬間的電機串動吸收掉。

2.3眾為興沖床數(shù)控系統(tǒng)性能與功能實現(xiàn)
CNC4220MC沖床系統(tǒng)是在銑床系統(tǒng)基礎(chǔ)上延伸出來的，完全依據(jù)目前國內(nèi)沖床市場控制來定位，是眾為興十年數(shù)控品牌打造出的一款嵌入式控制系統(tǒng)，產(chǎn)品外形緊湊小巧，功能完備，和傳統(tǒng)的沖床送料系統(tǒng)比較，省卻了龐大的電腦主機，可以嵌入到主電柜面板上，非常美觀?？垢蓴_方面由于是嵌入式工業(yè)主板，所以在業(yè)界一直有著不俗的口碑。
CNC4220MC為沖床定制了若干的特性，讓沖壓變得更加簡單高效。主要有：
高效沖孔：
系統(tǒng)能夠智能的判斷孔距和進給速度，利用對飛輪的“十二刻鐘”定點監(jiān)測，來自動控制離合開關(guān)，實現(xiàn)連續(xù)沖壓，充分發(fā)揮沖床的沖孔效率。
G代碼編程：
編程方式是CNC4220MC和其他沖床系統(tǒng)比較最為優(yōu)勢的地方，CNC4220MC沖床系統(tǒng)是遵循國際標(biāo)準的G代碼加工控制器，并擴展了十多條沖壓專用G代碼用來輔助編寫沖孔軌跡，大大提供編程效率。CNC4220MC還支持B類宏功能，利用宏的邏輯設(shè)計功能，可以自由編寫規(guī)律軌跡。
CAD圖紙加工：
這是CNC4220MC的又一力創(chuàng)功能，CAD作為國內(nèi)非常普及的設(shè)計輔助軟件，相信大家都非常熟悉，CNC4220MC能夠識別CAD創(chuàng)建的DXF文檔，讀入原始軌跡，并通過一個內(nèi)置的腳本語言轉(zhuǎn)換為G代碼進行加工。讓編程更加可視化。
圖例加工：
作為一款經(jīng)濟低端的單色屏產(chǎn)品，依然提供了直觀的圖例界面供一些喜歡圖形化操作的用戶使用；這是一種傻瓜化操作界面，用戶在圖形提示下，輸入?yún)?shù)，就可以完成和圖例一樣的沖孔效果。CNC4220MC內(nèi)置了幾十種圖例程序，但出于經(jīng)濟型的考慮，出廠只配備十幾種，用戶可以進行選配，也可以根據(jù)不同的產(chǎn)業(yè)需求進行定制。
MaterCAM，UG等CAM的支持：
CAM有專門的沖床版，不過一般價格都不菲，咱國內(nèi)的用戶可不建議吃這虧，但標(biāo)準的銑床版的鉆孔等指令我們也可以挪為己用的，CNC4220MC提供了“G代碼宏替換”功能，可以將生成的G代碼指令換為沖孔指令，實現(xiàn)無縫結(jié)合。
安全性檢查：
CNC4220MC繼承了銑床操作系統(tǒng)的安全性能檢查，并增加了沖床特殊的安全檢測，有夾料報警，安全門報警，氣壓報警，定時油泵輸出，潤滑油路報警等等。

2.4數(shù)控系統(tǒng)主要加工畫面




2.5.數(shù)控沖床送料系統(tǒng)部分G.M指令:

2.6沖床改造全自動送料系統(tǒng)的方案組合
由于本沖床送料系統(tǒng)方案采用了眾為興CNC4220MC，組成開環(huán)的運動控制系統(tǒng)，和伺服采用位置控制模式，也就是脈沖控制。
安裝方面上由兩個電機組成XY平面，實現(xiàn)送料控制；轉(zhuǎn)塔沖飛輪的“十二刻鐘”是對飛輪的圓周運動一個形象的稱謂，根據(jù)這個描述，在磨具抬起的安全高度對應(yīng)的刻度安裝一個監(jiān)測開關(guān)，做安全高度監(jiān)測，另外在離合松開需要對轉(zhuǎn)盤有個監(jiān)測點來感應(yīng)是否脫扣，這個有助于一些響應(yīng)比較慢的離合器例如氣動離合，能夠有效判斷是否離合操作到位。基本安裝要求這些就可以讓沖床正常工作了，剩余的安全監(jiān)測等等，根據(jù)需要再一個一個加入系統(tǒng)，系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)留了很多安全報警在里面?？梢愿鶕?jù)需要啟用。

三、沖床系統(tǒng)編程操作實例
下面利用幾個實例來演示一下CNC4220MC系統(tǒng)的強大功能
用戶提供的CAD圖稿截圖如下，該形狀是一個SIN曲線的沖孔圖樣，要求按照軌跡均勻分布即可，這種屬于非常見圖案，但符合某種數(shù)學(xué)表達式關(guān)系，所以利用B類宏可以輕松實現(xiàn)。


方式1：標(biāo)準G代碼＋B類宏功能
O0001
#500=0 //初始角度為0度
#501=360 //結(jié)束角度為360度
#502=100 //SIN曲線的幅度

#1=#500
#2=#501
#3=#502
WHILE[#1 LE #2]DO
#101=#3*SIN[#1];
G90G800X#1Y#10
#1=#1+10
END1
M30

點評：
B類宏支持多種數(shù)學(xué)表達式，可以直接加減乘除，還提供很多數(shù)學(xué)函數(shù)供用戶使用，例如上圖的SIN函數(shù)，這種語言是國際通用的擴展G代碼，可以在各大車銑床系統(tǒng)內(nèi)見到一些案例，用在沖床上可以極大程度靈活用戶編程。CNC4220MC在此基礎(chǔ)上還增加一個特色的人性化功能，就是給一些廠家提供參數(shù)自定義名稱字段功能，可以自己定義＃500參數(shù)顯示為“初始角度”，＃501顯示為“結(jié)束角度”，這樣在終端用戶操作就直接對對應(yīng)的參數(shù)進行設(shè)置即可，不用關(guān)心內(nèi)部G代碼的實現(xiàn)了。

方式2：DXF直接加工
將用戶提供的圖稿在autocad打開，然后指定當(dāng)前層為ADTLAYER1，存儲為DXF格式文件。將該文件拷貝到控制系統(tǒng)內(nèi)，直接在文件操作畫面下加載，系統(tǒng)會提示加載成功，然后進行對刀，啟動即刻馬上加工。

點評：
一切就是這么簡單，CAD是CNC4220MC力創(chuàng)的一項主打功能，在簡單的操作后面，由讓各種加工需要兼顧得到，這一切得益于我們的一個CAD腳本配置文件，如果你對這種理念還比較陌生，不要緊，利用我們默認的腳本，你只要按照我們的幾點要求對你的CAD進行修改，例如上面的修改當(dāng)前層名稱，你就可以直接使用了。

四、改造后的經(jīng)濟效益
數(shù)控沖床的改造意義相信很多人都明白，普通沖床最大的一個特點就是耗人力，一人一天十二小時操作加工出的產(chǎn)品，CNC4220MC一個小時就能夠完成，而且一個人可以同時維護十部機器。這個在制作產(chǎn)業(yè)日益升級的今天，意義是非常大的。在用工條件日益沖突的今天，主要還能夠避免招工荒的尷尬境地，同時也可減低不少管理成本，極大的提高了制造效率和減低成本。對于安裝人員的要求，只要求有電工基礎(chǔ)，編程和操作一天內(nèi)就可上手。本沖床改造方案充分相比客戶以前方案，不但在沖孔精度及效率方面有較大提升，且圓周孔、棋盤孔、角度孔、圓弧孔等多種規(guī)律孔對話框式填寫參數(shù)自動生成程序的方式及多種專用沖孔編程代碼的開發(fā)，使整個系統(tǒng)的操作及編程更加簡單方便。自推出后受到不少廠家的咨詢和使用。加工產(chǎn)品種類繁多，附上一些改造圖例和加工產(chǎn)品。