1 前言
随着数控冲压设备的发展，钣金冲裁加工工艺向多元化方向发展。本文通过研究和分析传统加工工艺和"数控冲剪复合机床"加工工艺的特点，提出了在钣金冲裁加工工艺中应如何合理地利用设备，和数控冲剪复合机床在加工工艺方面的发展前景。
数控冲剪复合机床是钣金加工工艺的一个新的突破，在钣金加工方面开创了一个崭新的领域，特别适合中小批量生产和柔性加工。
2 加工工艺的分析
零件的加工方法有很多，依照现有的设备和加工能力选择合理的加工工艺是完成零件加工的首要条件。
例如电脑刺绣机面板零件如图1所示:外形尺寸L*W(410mm*400mm)生产加工工艺是先下料，然后放到数控冲床上编程加工或者是利用数控冲床进行套裁。
2.1 基于传统的数控冲床冲压的加工工艺
传统的工艺流程图中，在工艺编制的时候有两种不同的生产加工工艺:
(1
)先下料 ，后加工
先用剪板机将板材按照零件外形尺寸下料，而后编辑数控程序进行加工，如图2所示，将裁剪好尺寸的板材用数控冲床的夹钳夹持进行加工，此种加工工艺在下料时要进行修边，并要保证4边的垂直度，按照理想状态在一张1250*2500的板材上能加工18块410mm*400mm的矩形板料，通常按照宽度小于5mm的板条为废料，材料利用率小于9%，平均每个零件的下料按照30秒计算，耗时9分钟，需要1个人工:将下料后的板材到数控冲床上加工，每个工件加工所需6种模具，共冲压93次完成此工件的加工，加上装夹和卸下工件的过程，每个工件完成耗时1分钟，需要1个人工。
(2) 冲压套裁
在整张板材上排料18个零件，用数控冲床中50*5的长方模具以切断的方式把每个零件分开，同时还要预留微连接，防止零件脱落，保证板材的整体性，一次装夹后完成，由于模具在切断时每两个零件之间有5mm的间隙为长方模具的尺寸，材料利用率小于94%，工件加工所需7种模具，其中较第一种生产工艺增加了一套长方模具的使用，在这一次切断零件之间连接的加工中长方模具冲压了360次，共冲压93*l8+360=2034次完成此1件的加工，整个过程耗时12 分钟，需要1个人工，由于整张板只有微连接维持其板材的整体性，板材刚度变得非常低，加工零件的精度相对降低，在以Y方向迂回加工时，极有可能使得板料与机床的上下转盘发生碰撞发生卷料或拉料故障，构成极不安全的隐患，所以在加工切断零件时不宜高速。对于数控冲床加工后的零件还被微连接连在一起，要将微连接打断取下零件，并将零件微连接处毛刺磨掉，需1个人工耗时6分钟。
2.2 基于数控冲剪复合机床的加工工艺
在利用数控冲剪复合机床加工此零件时采用了先冲压后剪切的工艺方式，完全不同于数控冲床的加工工艺，整张板材在加工过程编程加工一次完成，省去了下料的工艺过程，经过剪切套裁从而节省了材料。如图3所示18个零件紧密的排列在整张板材上，用直角剪将各个零件从整张板上剪切脱离。
(1)一次装夹后，数控冲床以6套模具1674次冲压，耗时7分钟完成数控冲床的冲压任务。
(2)经过一次二次定位，转入数控直角剪工作状态，先对远离夹钳侧的长边进行修边，直角剪全剪3刀裁去宽5mm、长2400mm的板料.对短边进行修边，直角剪全剪1刀裁去宽5mm、长1235mm的板料;随后全剪远离夹钳侧为第一行，右侧为第一块，依次剪切18刀，将所有零件裁下。材料利用率99.4%，耗时2秒。
(3)被裁剪后的修边废料和零件通过两套分选皮带分别进入不同的料箱，分选过程和裁减过程并行处理，边裁减，边分选，直角剪裁剪工作完成后顺延5秒分选工作也就相继完成，至此废料落入第一通道料箱;18个工件加工完成，落入第二通道料箱。
2.3 加工18件电脑刺绣机面板时.数控冲床和数控冲剪复合机使用情况的对比
数控冲剪复合机床套裁加工工艺的优点:(1)材料利用率高。(2)工艺流程简单，能一次编程完成加工。(3)一台数控冲剪复合机床就能完成加工，集成化程度高，运输环节少，总体故障率低;(4)工件精度高.断面质量好。(5)劳动强度小;(6)加工周期短。其缺点是数控冲床和数控直角剪不能并行工作。
3 结语
数控冲剪复合机床的使用大大简化了生产工艺，提高了生产效率。板材冲孔、成型及剪切过程一次完成，由原材料直接生成工件，替代了传统的冲剪分离加工工序，减少加工时间约60%以上，节省材料达6%-10%，极大地提高了材料的利用率，加工效率.降低了生产成本，是钣金加工行业的一颗新星，并几预留了可与仓库、自动上料机械手和堆垛等装置配套的接口，进一步拓展自动化程度构成数控冲剪板材柔性加工生产线。这将是以后高集成化设备发展的趋势。
水刀的工作原理
超高压水刀的基本工作原理既简单又极为复杂。超高压水形成的关键在于高压泵。从油泵出来的低压油，推动增压器的大活塞，使其往复运动。大活塞的运动方向由换向阀自动控制。另一方面，供水系统先经过净化处理，然后由水泵打出低压水，进入增压器的低压水被小活塞增压后，压力升高。由于高压水是经过增压器不断往复压缩后产生的，而增压器的活塞又需要换向，因而从喷嘴所发出的水射流压力是脉动的。（水切割加工）
为获得稳定的高压水射流，需使产生的高压水进入一个蓄能器，然后再流向喷嘴，从而达到稳定压力的目的。水刀就是由普通水经过一个超高压加压器，将水加压至4,000 bar (60,000psi)，然后通过一个极细小的喷嘴（其直径为0.1mm至0.4mm左右），产生一道速度每秒近千米（约音速的三倍）的水箭。这道水箭就像一把切削加工的利剑，对所需要加工的工件进行切削加工。水刀加工设备的组成包括：超高压泵、水刀切割头装置、水刀X-Y可移动平面切割台、CNC控制器及CAD/CAM软件包等。其中的关键设备是：超高压泵使水压提高到能切割各种材料，越是高压越能穿透多种不同的材料；水刀切割头装置包含一个直径微小的宝石喷嘴，通常采用的是红或蓝宝石，这种宝石喷嘴镶嵌在金属材料中，喷嘴安装在可以进行上下微量调整的架子上，以使高压水箭能精确通过所要加工的方位，而不损坏工件其它任何地方。这也是保证水刀切割精度的一个重要因素。
超高压水切割的用途
超高压水切割又称水刀和水射流，它是将普通的水经过多级增压后所产生的高能量(380MPa)水流，再通过一个极细的红宝石喷嘴(Φ0.1-0.35mm)，以每秒近千米的速度喷射切割，这种切割方式称为超高压水切割。
虽然说超高压水切割可以切割任何材料，但在应用上还是有所侧重的。
水切割的用途主要有三个，一是切割非可燃性材料，如大理石、磁砖、玻璃、水泥制品等材料，这是热切割无法加工的材料；二是切割可燃性材料，如钢板、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶等，以往的热切割也可以加工这些材料，但容易产生燃烧区和毛刺，但水切割加工不会产生燃烧区和毛刺，被切割材料的物理、机械性能不发生改变，这也是水切割的一大优点；三是切割易燃易爆材料，如弹药和易燃易爆环境内的切割，这是其它加工方法无法取代的。
一般情况下，能够利用激光、等离子、火焰、线切割、锯、铣削等加工方法基本满足加工工艺要求时，则不宜采用水切割加工，毕竟水切割的运行成本较高，喷嘴、导流套、高压密封件都是进口的耗材，价格较贵。但当遇到以下情况是，可以选择水切割解决：
当感到激光和等离子所能切割的厚度太薄，所产生的毛刺太大，所产生的热影响区不利时；
当感到火焰切割的毛刺太大、粗糙度太差、热影响区太大时；
当感到线切割的速度太慢，并且不能切割非导电材料时；
当您感到铣削的方法产生了许多废屑，造成了很大的浪费时，水切割不会产生废屑，而是整片切割，水切割加工割分开的材料大多是可利用的；
当感到使用圆锯和带锯太慢，而又不能进行非直线切割时；
当切割易燃易爆材料或在易燃易爆的环境下切割时；
当切割时不想产生毒副气体、不需二次加工、不想产生热效应或变形或微裂缝、又想产生良好的切边品质并能同时切割细小的孔时。
总之，水切割是一种万能的切割方式，但某些场合下的使用并不是最佳的，所以选择时要做具体分析。
如何确定切割加工过程中切削用量
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。（水切割加工）
在进行自由曲面(模具)加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注重的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄(3种规格)和锥柄(4种规格)2种，共包括16种不同用途的刀柄。
在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。
如何选择数控加工刀具
刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。
按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
在进行自由曲面(模具)加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注重的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄(3种规格)和锥柄(4种规格)2种，共包括16种不同用途的刀柄。
在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。
含砂水刀的特性和应用
含砂水刀
含砂水刀与无砂水刀存在一些不同之处。无砂水刀通过水射流刻蚀材料。而含砂水刀通过水射流加速砂射流，用被加速后的砂射流去刻蚀材料。含砂水刀的能效是无砂水刀的成千上万倍。当然，无砂水刀和含砂水刀都有其各自的应用领域。无砂水刀可切割较软的材料，而含砂水刀则用于切割硬质的材料，比如金属、石材、复合材料以及陶瓷材料。在标准状态下，含砂水刀可以切割硬度达到或稍稍超过氧化铝陶瓷的材料（氧化铝，AD99.9）。
含砂水刀的特性
超常的万能切割技术 ；无热反应区 ；无机械应力；容易编程控制 ；极细的水射流（直径约0.020至0.050英寸）；可加工极其复杂的图形 ；薄壁材料的加工 ；10英寸厚度的材料加工 ；层叠加工；水切割时造成极少的切屑；工件固定夹具简单；切割时的作用力小（小于1磅）；只需装一种刀头，就可以加工几乎所有的作业 ；容易从单刀头升级成为多刀头 ；可快速地从无砂水刀切换成为含砂水刀；减少二次加工的操作；无噪音。
含砂水刀切割刀头
所有含砂水刀系统中都有一套无砂水刀系统。研磨砂是在无砂水射流形成后再加入水射流中。然后，研磨砂就被加速，象来复枪膛里的子弹一样，射出砂刀管。
含砂水刀所用的砂是一种硬质砂，是特别筛选和按目数细筛后获得的。最通用的砂是石榴石砂。石榴石砂是一种硬质、耐磨且便宜的砂。就象五金商店里摆放的粉红色砂纸一样，不同目数的研磨砂用于不同要求的作业：120目——制造光洁的表面；80目——常用的，一般用途；50目——切割比80目要快点，当然切割表面会毛糙点。
砂刀管就象来复枪管的作用一样来加速研磨砂砾。砂刀管有如宝石喷嘴一样有许多不同的尺寸和使用寿命。砂刀管一般约3英寸长， 1/4英寸粗细。其内孔口径约从0.020至0.060英寸不等。通常情况都是0.040英寸。
虽然含砂水刀设备操作简单并且不易受损，还是需要提醒操作者小心使用砂刀管。含砂水刀的主要技术就是发明了这种真正拥有长使用寿命的砂刀管。不幸的是，这种长使用寿命的砂刀管却比其原先基于钨碳材质的刀管更加易碎。如果切割刀头运动时碰到了夹具，重物，或者被加工材料的话，砂刀管就会断裂。断裂的砂刀管是不能修复的。现在很多改进的含砂水刀系统都配置了碰撞感测器来避免砂刀管的断裂。
砂刀管口与被加工材料表面的距离通常是0.010至0.200英寸。距离大时（比如大于0.080英寸）就会造成被加工零件表面的切割边缘出现雾化现象。许多水刀系统通过水下切割技术或其他相关技术来避免或消除这种雾化现象。
含砂水刀的主要消费品有：水、研磨砂、宝石喷嘴（通常是红宝石的）、以及砂刀管。研磨砂和砂刀管是含砂水刀的独特标志。其他的消费品在无砂水刀系统中也会用到。
数控设备对电源的要求
高速切割加工技术发展迅速，而推动这种发展趋势的正是数控机床,如何合理利用好数控机床的各项性能和维护好机床的精度,就显得至关重要,现在就结合我个人的工作经验,说说机床在电源方面需要注意的一些细节和常识,希望会对大家有帮助。
电源是维持系统正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。另外，数控系统部分运行数据，设定数据以及加工程序等一般存贮在RAM存贮器内，系统断电后，靠电源的后备蓄电池或锂电池来保持。因而，停机时间比较长，拔插电源或存贮器都可能造成数据丢失，使系统不能运行。
同时，由于数控设备使用的是三相交流380V电源，所以安全性也是数控设备安装前期工作中重要的一环，基于以上的原因，对数控设备使用的电源有以下的要求：
一、电网电压波动应该控制在+10%～-15%之间，而我国电源波动较大，质量差，还隐藏有如高频脉冲这一类的干扰，加上人为的因素（如突然拉闸断电等）。电高峰期间，例如白天上班或下班前的一个小时左右以及晚上，往往超差较多，甚至达到±20%。使机床报警而无法进行正常工作，并对机床电源系统造成损坏。甚至导致有关参数数据的丢失等。这种现象，在CNC加工中心或车削中心等机床设备上都曾发生过，而且出现频率较高，应引起重视。
建议在CNC机床较集中的车间配置具有自动补偿调节功能的交流稳压供电系统；单台CNC机床可单独配置交流稳压器来解决。
二、建议把机械电气设备连接到单一电源上。如果需要用其他电源供电给电气设备的某些部分(如电子电路、电磁离合器)，这些电源宜尽可能取自组成为机械电气设备一部分的器件(如变压器、换能器等)。对大型复杂机械包括许多以协同方式一起工作的且占用较大空间的机械，可能需要一个以上的引人电源，这要由场地电源的配置来定。
除非机械电气设备采用插头/插座直接连接电源处，否则建议电源线直接连到电源切断开关的电源端子上。如果这样做不到，则应为电源线设置独立的接线座。
电源切断开关的手柄应容易接近，应安装在易于操作位置以上0.6m～1.9m间。上限值建议为1.7m。这样可以在发生紧急情况下迅速断电，减少损失和人员伤亡。
三、数控设备对于压缩空气供给系统的要求数控机床一般都使用了不少气动元件，所以厂房内应接人清洁的、干燥的压缩空气供给系统网络。其流量和压力应符合要求。压缩空气机要安装在远离数控机床的地方。根据厂房内的布置情况、用气量大小，应考虑给压缩空气供给系统网络安装冷冻空气于煤机、空气过滤器、储气罐、安全阀等设备。
四、数控设备对于工作环境的要求精密数控设备一般有恒温环境的要求,只有在恒温条件下，才能确保机床精度和加工度。一般普通型数控机床对室温没有具体要求，但大量实践表明，当室温过高时数控系统的故障率大大增加。
潮湿的环境会降低数控机床的可靠性，尤其在酸气较大的潮湿环境下，会使印制线路板和接插件锈蚀，机床电气故障也会增加。因此中国南方的一些用户，在夏季和雨季时应对数控机床环境有去湿的措施。
1、工作环境温度应在0～35℃之间，避免阳光对数控机床直接照射，室内应配有良好的灯光照明设备。
2、为了提高加工零件的精度，减小机床的热变形，如有条件，可将数控机床安装在相对密闭的、加装空调设备的厂房内。
3、工作环境相对湿度应小于75％。数控机床应安装在远离液体飞溅的场所，并防止厂房滴漏。
4、远离过多粉尘和有腐蚀性气体的环境。
声明:资料技术参数仅供参考,若有变更,如不另行通知.明联陶瓷机械公司专业生产水刀，介砖机，石材机械
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