关键词：数控；卷边成形；步进电机；开环控制
目前，冲压件的卷边成形基本上都依靠模具来完成：如拉深或挤压模随着市场经济的发展，产品的快速更新换代，品种多样化已成为一个企业能香立足于市场的关键因素，用户对产品提出了更高的要求，企业只有更多地适应市场需求才能得以生存，这就需要企业扩大产品的种类，提高产品质量及缩短产品的开发和交货时间，实现多品种、小批量生产。要满足不同用户的需求，利用模具加工很难从根本上解决问题这主要体现在以下三个方面：
（1）模具加工周期长，适告于大批量定型产品的生产小批量生产的投资回收率不高；
（2）利用模具加工适应性差，一套模具一般只能用于加工一种产品，产品的尺寸一改变，模具必须重赫设计加工，这无疑会增加生产的成本；
（3）模具加工维护过程复杂。需要经常修模以保证加工精度。可调整性差。
数控加工技术是目前制造业发展的重点，利用这一技术，对硬件无须作出太大的改变。只需针对不同类型的产品适当调整软件参数，即可得到满意的结果。大大提高了生产的灵活性。因此将数控加工技术应用于冲匪件的卷边成形中，将能克服模具加工的不足，满足未来单件、的难度。
1加工原理
图1所示是一形状任意的工件外形曲线，其曲线方程y=f（x），为适合系统的加工控钳计算，需将其转换为极坐标方程。取坐标原点在工件的凰转中心，以距回转中心最远的点（图中1点）为起始点变换方程为
用式（1）求得曲线上各点的极坐标θ、ρ（θ），得到工件的外形展开曲线如图2所示。图中ρmax一为工件外形曲线上距回转中心最远点的极半径，ρmin为最近点的扳半径。为了能完成上述曲线工件的卷边，从（点I）出发的旋轮进给量D（θ）应满足如下方程
式中：ρ（θ）为工件外形曲线上点的极半径。
一般来说，这种工件的外形曲线很难用理论公式准确表示，文中采用三次样条函数拟合得到。边界条件按周期函数（封闭曲线）来定。即
进一步得到的旋轮进路量曲线如图3所示利用旋轮进给量曲线求解旋轮回转中心的运动轨迹曲线的过程如图4所示。任意选取置工件外形曲线，O点为工件回转中心，旋轮半径为R。过成形点A，沿外法线方向距A点R处取点O1连接O1，O，OO1与外形曲线的交点为B、即为进给点。也就是说，当工件旋转β角至B点时，旋轮进给，成形点将在A点，B点的求解过程为
求得点A至点O1的坐标之差△x、△y。式中：ρ（）为外形曲线上A点的切线斜率。B点的极角为
ρ（b）可由外形曲线方程求得。OO1的长度。由下式求得
式中：IOO1max是距O点最远的O1点到的距离，此时B点与A点重合；ρmax是最远的O1点对应的B点极半径。旋轮回转中心运动轨迹曲线表达式为
此即所求的旋轮进给曲线方程。
利用F（t）进而可求得f（θ）和f（θ）。步进电机的速度控树曲线F（t）可由式（9）求得
式中：PL为步进电机的脉冲当量；ω是工件的旋转速度。
利用曲线F（t）就可以编制相应的步进电机控制脉冲指令，通过驱动器驱动步进电机旋转，而控制旋轮按照上述连给曲线f（θ）完成成形进给。用三次样条插值求解f（θ），f（θ）曲线，进而获得F（t）曲线，其中必然存在数值计算的误差本文以椭圆为倒，用理论曲线计算的结果与本算法所得的结果进行比较，其误差很小。这说明采用本算法是可行的。为简便起见，选用0～5 。的6组数据进行比较。结果见表1和表2。（椭圆长半轴为90mm，短半轴为70mm）。
2数控卷边工艺与传统旋压卷边工艺的比较
数控卷边工艺与传统的旋压卷边工艺相比较，如图5所示。
由图5可以看出两种加工工艺的成形机理是一致的、都采用连续局部塑性成形技术成形过程中板厚基本保持不变。工作时，旋轮进给与坯料近似点接触。当坯料与旋轮接触局部所受应力超过其变形抗力时、就产生局部塑性变形，随着旋轮的连续进给和与工件的相对旋转，变形区由点到线，由线到面不断扩展，晟后实现成形。这种连续局部塑性成形的变形区很小、所以。相对于普通成形工艺来讲。成形工艺力很小。仅为整体冲压成形力的几十分之一、甚至百分之一。
两种工艺之间也有很大的区别：传统旋压卷边过程中旋轮仅作单向连续进给运动，而数控卷边过程中，旋轮要配合工件的旋转作快速的往复进给运动因此，传统的旋压工艺只适合于加工轴对称的回转体零件。对于如椭圆、梅花、带圆角过渡的方形件无法加工。数控卷边则不仅适用于上述形状的零件的卷边成形。而且适合许多外形更为复杂的冲压件的卷边成形。
3数控卷边系统的体系结构
已开发的数控卷边成形系统的体系结构如图6所示主要由三部分组戚：
（1）卷边成形机构，由步进电机通过单根滚珠丝杠驱动进给机构，由交流电机通过蜗轮蜗杆带动工件旋转；
（2）PC486微型计算机控制系统，采用通用微机接口电路；
（3）在线位置检测部件、压力传感器及其信号处理电路。
系统采用单轴开环控制方式。在成形加工过程中，首先进行工艺参数的计算：根据成形件的形状要求和卷边量大小决定毛坯的外形尺寸，然后用磁盘文件或手工将毛坯的形状、尺寸、卷边量、卷边单改进给量等工艺参数输入计算机，计算机通过接口电路向步进电机驱动器发送控制信号驱动步进电机按照工艺要求的转向和速度旋转，连接在步进电机上的豫珠丝杠带动旋转进给同时。装在减速器输出轴上的工件恒速旋转；减速器输出轴上的光电断路器检测每一次进给的启动信号。将其反馈到微机中，以确定旋轮的初始进给并补偿累积误差。这样，通过控制步进电机按照预定的速度曲线旋转，驱动成形机构（旋轮）进给，配台工件旋转完成卷边成形加工。
4控制软件的界面
为了在实际应用中简化整个数控卷边成形过程的控制操作，作者在DOS环境下用C++开发了类Windows界面控制软件，使用彩色图形汉字下拉式菜单驱动，提供鼠标和键盘两种工作方式。其主界面如图7所示，功能框图如图8。
除了主要控制模块外+本软件还提供了许多辅助功能模块：帮助，数据准备、数据棱查，成形模拟等。数据准备提供三种交互方式实现加工曲线的输入数据棱查可在屏幕或打印机上输出加工工件外形曲线及对应的旋轮进给速度、加速度曲线+以方便对数据准备部分运行结果的核查。成形模拟提供静态与动态两种方式，静态模拟是理论进给速度曲线与实际实现曲线直观的对比。动态模拟形象地显示旋轮与工件的配台运动情况。帮助项实际上是奉软件的使用说明。和用它可以在线查找遇到问题的解决办法。
整个控制软件简单、易学、易操作，运行稳定可靠，人机界面友好，容错性强，在实际运用中效果良好。
5数控卷边系统的应用范围
本系统不仅可以加工外形曲线具有理论表达式的工件+对于其它无法用理论公式准确表示的工件-利用上述方法，也可以进行加工。并且，改变的过程非常方便，只需在最初数据准备阶段将这种工件外形的一些特征参数输︿即可。这种可通过微机控制而改变所加工不同外形工件的功能。大大拓宽了本系统的应用范围，使系统具有很大的柔性另外，只要将旋轮的结构做一适当的调整+也可以完成其它类似翻边、缩口、扩口、脓形等工艺所能完成的冲压件的成形加工。
图9所示为系统设计加工的几种典型工件曲线：（a）标准椭圆形，（b）仿椭圆形，（c）仿梅花形，（d）带圆角过渡多边形。这几种曲线已做成标准图库存于系统中，加工时只需输人它们的特征值即可。
6结束语
数控卷边成形系统用低精度的成形旋轮即可进行任意曲线的平板冲压件的卷边，若旋轮磨损，经过对工件直接的在线检测可自动进行补偿该技术的显著优点是加工设备结构简单、投资少、加工成本低，柔性好。
基于数控卷边成形技术，进一步完善本文开发的系统、提高系统的精度、可靠性、自适应性，努力将之应用与生产实践，开发出具有商业价值的数拉卷边机，将是下一步工作的重点。
参考文献
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