机电专业设计说明

40-125数控液压折弯机后挡料机构的改装设计
院系：机电与自动化学院
专业班：机械电子工程0801班
姓名：王锴
学号：20081100029
指导教师：徐盛林
2012年5月
40-125数控液压折弯机后挡料机
构的改装设计
Redesign of the Backgauge Mechanism for the 40-125 CNC Hydraulic Press Brake
摘要
本文重点介绍了液压数控折弯机的基本组成部分及各部分的功用、具体的设计参数、方法以及折弯机的原理。

本文讨论的主要内容是将原来40/12.5的数控液压折弯机改造为40/25的液压数控折弯机，同时对后挡料机构进行改装设计。

改装的总体思路是: 1.将原后挡料机构的工作范围扩大为原来的2倍，由于挡板通过支撑板安装在横梁上，所以重点是折弯机横梁的改装设计2.横梁的改装设计第一步是长度的改装，将原长度1500mm改长到2500mm，第二步是横梁上螺钉孔的位置及尺寸大小的改装，第三步是支撑板安装位置尺寸的改装。

3.后挡料机构的传动采用光轴和丝杠配合使用的方法，使传动的精度更高，稳定性更好。

4.改装后用表格形式列出电动机参数，丝杠技术参数，以及链轮，链条的参数等等，最后很据参数计算电动机转一圈丝杠的行程。

关键词：数控液压折弯机改装设计后挡料机构挡板丝杠
Abstract
This paper introduces the issue of the name ,the purpose of the research , the domestic and international situation and development trend . The article also focuses on the functions of the basic components and parts of the Hydraulic Press Machine，the specific design parameters, methods, and the principle of the press brake. Furthermore, how to redesign the original 40/12.5 CNC hydraulic press brake into the 40/25 CNC hydraulic press brake is discussed , and the Redesign of the backgauge mechanism. The redesign idea are shown as follow: First is to twice the original width of the backgauge mechanism. Because the baffle is installed in the beam by the support plate , so the main point is redesign of the beam. Secondly, the first step is the modification of the length of the beam, change the original length of 1500mm to 2500mm. The second step is the modification of the size and location for the bolt hole. Then the modification of the size and location for the support plate. Thirdly, the shaft and lead screw are used in the driving of the backgauge mechanism , so the transfering accuracy is higher and stability is better .Finally, table lists the technical parameters of the motor ,screw bar ,as well as the sprocket ,chain and so on. The feed of the screw bar is calculated in the case of the one circle of motor.
Keywords：CNC hydraulic press brake modification backgauge mechanism baffle screw bar
绪论
当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高自动化先进机床，以加速工业和国名经济的发展。

如今国内数控机床发展迅速，年产量逐渐攀升，但是所产机床精度等方面达不到要求。

长期以来，欧、亚、美早国际市场上互相展开激烈的竞争，已经形成一条无形的战线，特别是随着微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后急速发展，各方用户提出的要求更多，早已成各国机床制造商竞相展示先进技术，争夺用户、扩大市场的焦点。

我国的数控机床无论从产品种类。

技术水平、质量产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。

据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500多种，几乎覆盖了整个金属切割机床的品种类别和主要锻压机械。

这标志整个国内数控机床已经进入快速发展的时期。

近几年来我国机床行业不断为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务，我国的数控机床无论从产品种类，技术水平，质量和产量上都取得了巨大的发展，在一些关键技术上也取得了重大的突破。

在机床性能方面，例如：(1)加工高精度化；(2)高速化；(3)搞可靠性；(4)系统化；(5)微型化；(6)智能化。

同时在技术参数方面也取得了不小的进步，例如：(1）折弯过程传动平稳，提高了折弯质量；（2）增大压料力度，使用液压回路，压料力度随着折弯长度的增加额增大，从而提高了折弯的精度；（3）行程次数提高，采用液压系统实现了刀架的快进快退功能；（4）刀具形状各异，满足了板料不同折弯角度的要求。

以下是国内外锻压机床的最新发展成果。

我国济南捷迈数控机械公司生产的SKYY系列液压塔冲床和SKY系列数控转冲床，其中SKYY31228型是五轴液压数控转冲床，采用高强度的整体焊接开始机身，毛刷工作台面，送进系统采用德国STAR大直径、长导程精密滚珠丝杠传动，轴向移动速度达到80m/min，夹钳可以上下浮动，上料时自动下沉，钳体松脱可自动报警。

采用西班牙FAGOR 8055开放型数控及伺服系统，配有美国TEKSOFT自动编程软件。

SKYY系列的型号有31225、31250、41225、21020等，SKY系列型号有31228、31225、41225等。

上海冲剪机床厂展出的WS67k-160/3200型折弯机，两个油缸各自采用电液私服闭环控制，采用Cybele公司Press Cad900数控系统，实现了7轴数控（Y1、Y2、X1、X2、R、Z1、Z2),滑块上有长孔，布置液压绕度补偿装置，上模有液压快速加紧装置，工作台有气动前托料架。

其他如徐州锻压机床厂。

上海第二锻压床厂等。

日本村田公司展出了HPB-8525A型折弯机，折弯力为850kN,工作台长度2500mm，采用传统的扭轴实现了滑块的同步，机械挡块的结构不同于传统方式，蜗轮蜗杆装在油缸的下盖中，转动螺母套，使螺杆套上下移动，控制活塞的下死点位置，上模的微调装置不同于以往的斜锲式，而是每组由2个偏心轴，用旋转扭动进行调节。

芬兰芬宝公司（FINN-POWER) 生产的COMPACT C5型300kN数控转塔冲床也采用了高速伺服控制液压驱动，步距1mm的步冲速度达到11001
min 。

其旋转模具工位由单独交流伺服电动机驱动，上、下模座有设计独特的连杆运动，可做360°旋转和0.001°微动工位移动。

该机结构紧凑，配备自动上、下料装置后也只占地502m。

本次设计改装的数控液压折弯机要求是将40-125数控液压折弯机改装为
40-250数控液压折弯机，使其达到新型号机床的性能指标，扩大机床的工艺范围。

既然是改装而不是设计，那么要注意的问题有许多，改装侧重点是什么，即哪些地方需要我们去改，哪些地方可以保留。

例如后挡料的改装，改装的重点就用该放在横梁上，但是如何改装才合理需要做深入的分析。

1 数控液压折弯机简介
折弯机是广泛应用于板材加工的设备。

为了提高生产过程的自动化水平，并满足加工精度越来越高的要求，将原有的折弯机进行技术改造，实现数字控制，对于提高生产效率，提高板材加工的精度和质量，具有十分重要的现实意义。

图1-1 数控液压折弯机
数控液压折弯机是指双缸上动式的数控液压折弯机，它通过伺服比例阀上的各类阀门动作来驱动左右油缸的伸长与返回,从而带动滑块的上升与下降。

滑块的同步采用全闭环电液伺服控制技术，滑块位置信号由两侧光栅尺反馈给数控系统，再由数控系统控制同步阀的开口大小，自动调节油缸进油量的多少，从而控制滑块(Y1、
Y2)轴的同步运行，始终保持对工作台的平行状态，如图1-1所示。

采用的相关系统为：
控制系统：荷兰Delem公司的专用数控系统DA65W，系统采用微软工业专用操作系统Windows CE。

液压系统：德国Bosch公司伺服阀，液压单元上有真空筛过滤及电子过滤双重过滤系统。

传动系统：高精密的滚珠丝杆及直线导轧，日本安川伺服电机。

补偿机构：采用滑块和工作台双向补偿，实现无盲区补偿，从而保证折弯的精度。

控制轴数：Y1、Y2、X、R、H轴；
Y1、Y2轴定位精度±0.01mm，重复定位精度0.01mm；
X轴定位精度±0.025mm，重复定位精度0.025mm；
R轴定位精度±0.025mm，重复定位精度0.025mm
1.1 数控液压折弯机的工艺特点
各种箱形、盒形零件是板件生产中的主要类型之一，将平面板料转弯成一定角度是其中最重要的工序。

数控板料折弯机就是这种将金属板料在冷状态下弯曲成形的加工机械。

过去的普通折弯机上，对于整批的折弯工件只能一道道工序整批完成，即在调好后挡料位置后，对整批零件进行一道折弯工序，整批折弯后，再整批进行第二道折弯工序，如此一道道下去，不但需要有很大的制品堆放场地，繁重的钢铁搬运，而且整批零件长时间积压在折弯工序上，严重影响后续工序的流水作业。

数控折完机从根本上改变了上述落后的生产过程，由于后挡料机构可以数控系统通过伺服电动机及滚珠丝杠传动来迅速而准确的定位，因此一个多弯折弯件的全
部折弯工序可以自动且连续地在数控折弯机上完成，不但折弯精度高，而且整批折弯件的尺寸大小精度一致，不需要再制品的堆放面积与堆放时间，也大大减少了在制品的搬运时间。

1.2 液压数控折弯机的原理
数控折弯机包括支架、工作台和夹紧板。

工作台置于支架上，由底座和压板构成。

底座通过铰链与夹紧板相连，由座壳、线圈和盖板组成。

线圈置于座壳的凹陷内，凹陷顶部覆有盖板。

使用时由导线对线圈通电，通电后对压板产生引力，以此实现对压板和底座之问薄板的夹持。

由于采用了电磁力夹持，使得压板可满足多种工件要求，并对有侧壁的工件进行加工。

折弯机可以通过更换折弯机模具，以满足各种工件需求。

由液压系统驱动液压缸对滑块做功，此时分别固定在滑块及工作台上的一定形状的上下模受到力的作用而合模，从而实现对板材的折弯成形。

当然，折弯机两端的液压缸活塞对滑块做功额同时的，力的大小和方向是相同的，此外为了保证两端滑块同步，本设计采用扭轴同步，即扭轴与摆臂刚性连接，然后再将两个摆臂分别与滑块两端连接，利用扭轴刚性体的性质，使滑块在运动过程中被迫同步，这样就是的滑块个部分向下压使，使工件的各部分均匀受力，从而达到折弯的功能，而且保证的加工精度。

各种箱形、盒形零件是板件生产中的主要类型之一，将平面板料转弯成一定角度是其中最重要的工序。

数控板料折弯机就是这种将金属板料在冷状态下弯曲成形的加工机械。

1.2.1 自由折弯
如图1-2所示，凹模的形状固定不变，板料架于凹模表面，折弯机滑块带动凸模下行，将板料在凹模内折弯成一定的角度。

板料折弯的角度取决于凸模进入凹模的深度，因而可以利用一副模具将工件折弯成不同的角度。

其优点就是机床结构较简单，折弯力小；缺点就是板料厚度不均匀性对称对折弯角度有影响，回弹较大，且拉延性能不好的板料在折弯区外侧易产生裂纹。

1.2.2 三点折弯
如图1-3所示，是瑞士汉默勒公司首创的一种折弯方法。

他的特点是凹模的地板深度H可以精确的调节并固定，这样就相当于调整了凸模进入凹模的深度，调节起来更容易且更精确。

在折弯时，板料与模具接触的三个点b、a、c都在板料的同一侧表面，因此，凸模顶端和凹模地板都接触板料，改变了板料折弯区域的应力状态，中性层外侧自由折弯时的拉应力转变为压应力，不易产生裂纹，且回弹量大大减少，能获得 10'的折弯精度。

但是其凸模液压垫和凹模的深度调节机构相当复杂。

1.3 数控液压折弯机的结构
折弯机一般采用液压上传动形式，整机由机架、滑块、机械挡块、扭力轴、液压系统、电器系统、前托料、后挡料、模具等部分组成。

(1) 机架部分
机架由左右立柱与邮箱等焊接成刚性体，工作台固定在左、右立上，工作台高、低位置可通过调整装置微量调整。

(2) 滑块部分
滑块为整体钢板，在二油缸的作用下，滑块沿机架导轨上下运动，滑块右侧有
行程调整装置调整控制电器行程开关，可以预先调定滑块行程和中点位置。

(3) 机械挡块部分
当不用滑块行程调整装置而用机械挡块调定滑块下死点位置时，二油缸中活塞内的机械挡块可使滑块在下死点时停留在调定的位置上。

(4) 扭轴同步系统（扭力轴部分）
该机由扭轴、摆臂、关节轴承等组成的机械同步机构，结构简单，性能稳定可靠，同步精度高。

支撑在机架左、右立柱上的扭力轴与滑块铰接在一起，当滑块承受偏载时，扭力轴利用自身的刚性能够抗偏载，以保证滑块平行运动。

(5) 工作台部分
由按钮盒操纵，使电动机带动挡料架前后移动，并由数控系统控制移动的距离，其最小读数为0.01毫米（前后位置均有行程开关限位）。

(6) 后挡料机构
目的是为了确定板料的折弯尺寸，具体是指长度尺寸。

保证折弯精度。

挡料采用电机传动，通过链操带动两丝杆同步移动，数控系统控制挡料尺寸。

1-挡板2-支撑板3-横梁4-固定板5-链轮
6 -链条7-电机8-张紧轮9-转向轮10-立柱
图1-4 后挡料机机构传动原理图
如图1-4 所示电动机⑦工作，带动链条⑥运作，为了防止整个传动传动过程的稳定，采用了⑧张紧轮装置，经过转向轮⑨传动到链轮⑤，链轮跟丝杠是同轴的，因此链轮转动会带动丝杠一起转动，在这里采用的是光轴跟丝杠的配合使用，而且为了保证同步，在后挡料机构两边都采用了该种这种形式，图1-4中挡板①用螺钉紧固在支撑板上②，支撑板②连接在横梁③上，并且成对使用。

横梁两端各有一个安装螺钉孔，通过紧固螺钉与导向块相连接，导向块跟丝杠相互连接后由固定板④固定在立柱⑩上，从而完成了整个传动过程。

这其中包括了齿轮传动，发动机到链轮之间的传动要通过齿轮副过渡，图1-4中没有详细画出，不过在图2-1中有详细介绍。

(7) 模具部分
是折弯机用来成型加工板料的工具，这种工具有各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。

它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。

用以在折弯机压力的作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。

折弯机模具分为折弯机上模和下模，用于板料冲压成形和分离的模具。

成形用的模具有型腔，分离用的模具有刃口。

(8) 液压系统
液压系统用常规的滑阀和插装阀组合而成，具有在高压无回城冲击，中途可停靠，技能等优点。

液压系统由卸荷状态、工作状态、回程状态、中途停止状态组成。

过去的普通折弯机上，对于整批的折弯工件只能一道道工序整批完成，即在调好后挡料位置后，对整批零件进行一道折弯工序，整批折弯后，再整批进行第二道折弯工序，如此一道道下去，不但需要有很大的制品堆放场地，繁重的钢铁搬运，而且整批零件长时间积压在折弯工序上，严重影响后续工序的流水作业。

数控折弯机从根本上改变了上述落后的生产过程，由于后挡料机构可以数控系统通过伺服电动机及滚珠丝杠传动来迅速而准确的定位，因此一个多弯折弯件的全部折弯工序可以自动且连续地在数控折弯机上完成，不断折弯精度高，而且整批折弯件的尺寸大小精度一致，不需要再制品的堆放面积与堆放时间，也大大减少了在
制品的搬运时间。

2 后挡料装置
后挡料机构主要是用来给板料的折弯尺寸定位的一个测量装置，其原理类似剪板机后挡料装置。

1-光杆2-电动机3-齿轮副4-链轮5-挡板6-丝杠7-行程开关
图2-1 后挡料装置的结构简图
如图2-1所示，电动机（1）启动带动齿轮转动，这里采用的是一对斜齿轮，齿数比为1：1,目的是为了改变力传动的方向，齿轮与链轮同轴转动，链轮转动将力传动到丝杠（6）上，从而带动丝杠（6）旋转，由于丝杠和导向块并不是单一的配合使用，还增加了光杆（1），这里是为了是丝杠能够更好的导向而采用该种结构，同时丝杠在转动的过程中稳定性会更好。

丝杠（6）转动从而带动挡料架(5)前后移动，在托架上装有行程开关（7），它是控制低速运动的机构，改变挡料板（5）的运动方向跟行程。

当（5）碰到改开关时胡自动停止，信号会传输到伺服系统中，告诉操作人员做出相应的指令。

挡料板（5）的运动方式有三种：快进，快退，微动前进。

先以前两种方式将挡料板调至所需的尺寸位置左右，通过后挡料的电动机进行正反转从而使挡料板进或者退，利用微动方式将挡料板移动到所需的精确位置。

2.1 后挡料装置的功能
后挡料装置是为了确定所需要的折弯长度。

该机构一般通过固定板与折弯机机架的两个立柱相连，在折弯时一般电动机转动带动丝杠使挡料装置移动到设定位置，板料进来时只需要控制上刀架运动，该装置挡料精准，调整灵活，使用可靠。

1电动机2张紧轮3、4丝杠
图2-2 后挡料装置传动简图
如图2-2中所示，折弯机的传动采用了链轮传动和丝杠传动相结合的一种传动方式。

从图中还可以看出，为了保证整个装置的同步，两边都采用了丝杠3,4)，同时为了保证传动的平稳，采用了张紧轮（2)。

2.2 后挡料装置的结构
后挡料装置的结构主要分为挡板部分，支撑部分，导向部分，还有传动部分。

1-活动挡板 2 -挡板 3 -手轮 4 -轴5-螺钉6-支撑板
图2-3 后挡料支撑
如图2-3所示,活动挡板（1）由一根长销固定在挡板（2）上，挡板（2）前端是叉状，后端有两个螺栓孔，用来与支撑板（6）连接，手轮（3)通过连接键跟轴（4）相连接，手轮（3)与轴（4)在这里当一个调节装置的作用，主要是用来调节挡板（2）的高度的，当板料进来时，可以通过调节手轮（3）使挡板(2)运动到不同的高度，到达折弯不同厚度的板料的功能。

图2-4 活动挡板
如图2-4所示，活动挡板是折弯机后挡料装置中最重要的组成元件之一，由于它要经常与板料接触，因此他在材料选择方面比较特殊，此处采用35号钢，渗碳处
理后它的耐磨性能和抗冲击能力都比较高，板料从左边送入，有时候比较长，板料进来时并不是完全水平的，前端会自然下垂，将挡板前端改装成10°的斜坡，该设计的好处就是起到给板料一个导向的作用。

图2-5 挡板
如图2-5所示，挡板是连接活动挡板跟支撑板的零件,它的尺寸大小以及安装位置比较特殊，此处采用的材料为Q235-A(普通碳素结构钢），不做温度冲击。

详细结构尺寸在请看后面的附图。

后挡料装置的支撑板一共有两块，对称分布在横梁上，由于结构比较特殊，这
里选用Q235-A，因为它的综合性能好，经过处理后强度足够，有较好的塑性。

下面是折弯机后挡料支撑板零件图。

图2-6 支撑板
如图2-6所示，后挡料支撑板，上端是两个用来与挡板连接的螺钉孔，中间是用来导向的，支撑板固定在横梁上是可以上下移动，支撑板可上下移动的行程为100mm，通过手柄来调节，调节时只需要转动手柄使螺钉松开，在将支撑板调节到需要的高度，再转动手柄让螺栓拧紧。

下面要改装的是折弯机后挡料横梁，它的长度太长，为了简化方便，将它画成如下图所示结构。

图2-7 横梁主视图
在图2-7中展示的是后挡料的横梁主视图，它形状并不规则，该零件比较长，而且比较重。

两端各有一个螺钉孔，具体作用是固定连接横梁跟导向块。

该零件是铸件，做横梁使用，所以在技术方面要求不允许有气孔，夹渣，缩松，沙眼等铸造缺陷，另外还要求时效处理。

因此，在选材方面这里选用HT250,该材料经过处理之后能够很好的消除缩孔，缩松等缺陷。

图2-8 后挡料导向块
如图2-8所示，导向块是后挡料装置中高精度的零件之一。

它与丝杠组合在一起使用，类似螺栓跟螺母的组合，由于丝杠经常和光轴配合使用，所以早导向块上既有丝杠的螺孔，也有一个通孔。

导向块上端有一个螺钉孔，该螺钉孔是用来跟横梁相连接的。

尺寸大小为M12.
图2-9 丝杠
如图2-9所示，丝杠是整个后挡料装置中精度要求最高的零件，它的质量好坏，精度的高低直接关系到折弯位置的精确程度，丝杠前端设有螺钉孔，用来跟链轮互相连接。

该零件在使用的过程中要小心，不能够承受过大的径向力，否则容易变形，精度达不到要求，进而使整个零件无法使用。

因此在选材方面选用Q235-A,它含碳适中，综合性能较好，强度，有较好的塑性，用途也广泛，这样既节约了成本，有满足了技术上的要求。

时效处理后硬度满足HBS220.
图2-10 固定板
图2-10所示，它是用来将机架与整个后挡料机构互相连接的零件。

用来确定后挡料相对于正个机床的位置，固定板位置的改变会对整个折弯机参数的性能有所影响。

所以固定板安装位置的设计必须要合理。

3 后挡料装置的改装
3.1 后挡料横梁的改装设计
由于改装的要求只对整个后挡料机构的工作范围做改装，挡料机其他参数不做太大改变，所以本次改装的重点是横梁的改装。

3.1.1 横梁长度的改装
下图是横梁改装前后的对比图。

图3-1 横梁主视图
如图3-1所示，为横梁缩小后的主视图，原长度为mm
1000，改装后长度为2000。

mm
3.1.2横梁安装位置的改装
图3-2 横梁整体缩小图
图3-2中横梁的安装位置，L2控制横梁额总体长度，以横梁左端面为基准，根据改装要求查相关资料得到1L=mm
1910,于是螺钉长度方向的安装位
2000，2L=mm
置为：
()2/2
3-
1L
L-()1式中L1—横梁的总体长度；
L2—横梁的安装尺寸；
带入数值到公式()1
3-中，求得螺钉长度方向的安装尺寸为
()2/2
L-=()2/
1L
2000-=45mm
1910
如图3-2中所示，螺钉宽度方向的安装尺寸为5.
52mm。

3.1.3 横梁安装孔尺寸的改装
图3-3 横梁左端局部视图
如图3-3所示，横梁左端通孔的尺寸，宽40mm，深57.5mm的U形槽和22
⨯
2φ
的通孔是原来的尺寸，改装后尺寸变为宽45mm，深度为67.5mm的U形槽，通孔的大小为φ26，在安装时，螺钉改装后U形槽便于安装螺钉，所以在安装螺栓时，两端至少有10mm的空间可以放扳手。

横梁右端的尺寸相同,具体尺寸参数在零件图中。

3.1.4 横梁上安装孔套的改装
图3-4 套
如图3-4所示，为横梁安装孔用的套，右图是改装之前的尺寸，使用的螺钉尺寸为35
12⨯
M，左图为改装之后的尺寸，由于衡量整个加长所以，螺栓的强度要增大，此处选用50
M的螺栓。

20⨯
3.1.5 横梁上压板的安装位置尺寸改装
图3-5横梁左端螺栓孔图
图3-5中给出的是横梁上压板的安装尺寸位置，原来的两螺孔中心25mm，改装后两螺孔的中间间距为36mm,经过计算分析，此处螺栓孔的大小不变。

为了便于理解整个装配图，下面给出了后挡料横梁右视图，形状类似三角形，但是中间是空的，并不规则。

图3-6横梁右视图
如图3-6所示是整个横梁改装完之后横梁的右视图，以右端面为基准,图右边是一个T型螺钉孔，用于连接支撑板，在T型螺钉孔下面是连接压板的一对螺钉孔，当横梁安装在导向块上后，一个螺栓孔无法完全固定横梁，用压板将其右边压住，可以实现横梁在导向块上的完全定位。