冲压设备结构与工作原理
李思国 装备0902班 200906080303
农保益 装备0902班 200906080605
孙世敏 装备0901班 200906080205
2012年12月13日
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目录
冲压设备结构与工作原理 ............................................................................................................... 3
1引言........................................................................................................................................ 3 2冲压设备的现状及发展 ........................................................................................................ 3
2.1冲压成型设备 ............................................................................................................. 3 2.2我国冲压设备现状 ..................................................................................................... 3 2.3展望 ............................................................................................................................. 4 3冲床的分类
4冲压设备的工作原理 ............................................................................................................ 6 4.1冲压机工作原理 ......................................................................................................... 6
4.2常用冷冲压设备的工作原理和特点 ......................................................................... 7 4.3冲压设备主要技术参数 ............................................................................................. 7 5液压力机 ................................................................................................................................ 8
5.1液压机的工作原理 ..................................................................................................... 8 5.2油压机 ......................................................................................................................... 9 6冲压机的维护与保养 .......................................................................................................... 13
6.1冲压机的精度 ........................................................................................................... 13 6.2冲压机的校正 ........................................................................................................... 13 7.参考文献 .............................................................................................................................. 14
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冲压设备结构与工作原理
李思国 农保益 孙世敏
（西安石油大学机械工程学院，陕西 西安 710065） 摘要：本文主要介绍冲压设备的结构与工作原理，冲压设备是对材料冲压成型加工所用的设备。冲压
成型以金属材料为主，在常温下利用金属的塑性特征，在冲压机械上通过冲压模具加工成金属零件。在成型设备上充分发挥模具的作用以生产各制件，使得冲压成型加工成为现代工艺生产的主要生产工艺之一。
关键词：冲压设备，油压机、结构，工作原理
1引言
冲压设备是对材料冲压成型加工所用的设备。冲压成型以金属材料为主，在常温下利用金属的塑性特征，在冲压机械上通过冲压模具加工成金属零件。在成型设备上充分发挥模具的作用以生产各制件，使得冲压成型加工成为现代工艺生产的主要生产工艺之一。冲压成型设备的类型很多，以适应不同的冲压工艺要求，在我国锻压机械的八大类中，它就占了一半以上，应用最广泛的是曲柄压力机、摩擦压力机和液压机。
2冲压设备的现状及发展
2.1冲压成型设备
冲压成型设备的类型很多，以适应不同的冲压工艺要求，在我国锻压机械的八大类中， 它就占了一半以上，应用最广泛的是曲柄压力机、摩擦压力机和液压机。
由于采用了现代化的冲压生产工艺生产产品具有效率高、品质好、能量省和成本低等优点，所以，少无切削加工的冷冲压工艺越来越多地代替切削、焊接和其他工艺。冲压设备在机床中所占的比例也越来越大。
2.2我国冲压设备现状
在汽车、航空航天、电子和家用电器领域，需要大量的金属板壳零件，特别是汽车行业要求生产规模化、车型个性化和覆盖件大型一体化。进入21 世纪，我国汽车制造业飞速发展，面对这一形势，我国的板材加工工艺及相应的冲压设备都有了长足的进步。
大型多工位压力机过去唯工业发达国家独有，20世纪末到21世纪初我国也已开发研制，并取得成功。济南二机床集团公司于1999年与德国万加顿公司合作制造了两台20000 kn大型机械多工位压力机，2005年初又与世界最大的汽车零部件供应商——美国德纳(dana)
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公司签订了供货合同，为其提供一台50000 kn重型多工位压力机。该机采用电控同步、电子伺服三坐标送料、多连杆、全自动换模、模具保护及现场总线控制等多项国际先进技术，具有远程诊断、远程控制和网络通信等多种自动化功能，适用于汽车制造中薄板件的拉深、弯曲、冲裁和成形等冷冲压工艺。是我国迄今为止出口的吨位最大、技术含量最高、自动化程度最高的冲压成套设备。济南二机床公司因强大的研发制造能力和良好的市场业绩，被国外用户誉为“世界五大数控装备制造商之一”。迄今为止，这类多工位压力机在国内汽车业尚未广泛使用，但市场前景十分看好。
2.3展望
进入21世纪以来，中国锻压机床行业经过技术引进、合作生产及合资等多种方式的运作，快速地提升了我国冲压设备整体水平。近年设计制造的许多产品，其技术性能指标已经接近或达到世界先进水平，在宜人性方面也取得了长足进步。但由于大家都在进步，所以国内产品与国外名牌产品的差距并无明显缩短。因此，我国冲压设备行业和企业需以战略的思路和有效的措施应对当前的机遇和挑战。 1.转变经营理念，培育知名品牌
当前，中国市场的竞争日趋国际化。国际知名冲压机床厂商的大举进入，导致国内冲压机床市场高端失守，低端混战。因此，政府和企业界必须尽力消除内部恶性竞争，并充分利用我国作为世界第一大机床消费市场的优势，从企业体制创新、产品优化、品牌再塑造入手，逐步培育出一批国际知名的冲压机床。 2.分析技术上的差距，制定有效措施
(1)加速冲压机床的数控化和柔性化 我国冲压机床的数控化程度较之发达国家低，而且数控系统主要依靠进口。因此，若要真正提高机床的数控化和柔性化，就要大力研发自己的数控系统，以满足国产机床数控化的需要。
(2)依托汽车、电子工业，促进高技术冲压装备的研发应用 目前，我国汽车工业如日中天，发展势头强劲，加上新兴的电子工业( 电讯、数据处理、自动控制、家电) ，为冲压机床的发展提供了广阔的战场。高速冲压装备( 高速压力机及配套自动化) 、大型多工位压力机及产品一次成形的多技术复合加工单元( 激光切割与数控冲床及自动上下料的复合；开卷校平与激光切割的复合) 需要加大发展。
(3)专机和配套件的生产 随着电力、交通和城市建设的发展，各类型材加工需求日益凸显。因此，型材加工专机的研发( 钢结构成套加工、空调通风圆管成套加工等) 将大有前途。
(4)大力生产“绿色环保” 冲压机床 为了人身安全和无污染环境，研发冲压机床时需做到“五绿”——绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装和绿色处理。
3冲床的分类
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1.按滑块驱动力分类：
机械式冲床 上缸式四柱油压机 冲床 油压机 下缸式四柱油压机 液压式冲床 模锻水压机 水压机 自由锻水压机 一般板金冲压加工,大部份使用机械式冲床。液压式冲床依其使用液体不同,有油压式冲床与水压式冲床,目前使用油压式冲床占多数,水压式冲床则多用于大型机械或特殊机械。 2.依滑块运动方式分类： 单动冲床 冲床 复动冲床 三动冲床
唯目前使用最多者为一个滑块之单动冲床,复动及三动冲床主要使用在汽车车体及大型加工件的引伸加工,其数量非常少。 3.依滑块驱动机构分类：
曲轴式冲床 无曲轴式冲床 肘节式冲床 冲床 摩擦式冲床 螺旋式冲床 齿条式冲床 连杆式冲床 凸轮式冲床 （1）曲轴式冲床
使用曲轴机构的冲床称为曲轴冲床,如图一是曲轴式冲床,大部份的机械冲床
使用本机构。使用曲轴机构最多的理由是,容易制作、可正确决定行程之下端位置、及滑块运动曲线大体上适用于各种加工。因此,这种型式的冲压适用于冲切、弯曲、拉伸、热间锻造、温间锻造、冷间锻造及其它几乎所有的冲床加工。 （2）无曲轴式冲床
无曲轴式冲床又称偏心齿轮式冲床,图二是偏心齿轮式冲床。曲轴式冲床与偏心齿轮式冲床两构造之功能的比较,如表二所示,偏心齿轮式冲床构造的轴刚性、润滑、外观、保养等方面优于曲轴构造,缺点则是价格较高。行程较长时,偏心齿轮式冲床较为有利,而如冲切专用机之行程较短的情形时,是曲轴冲床较佳,因此小型机及高速之冲切用冲床等也是曲轴冲床之
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领域。
（3）肘节式冲床
在滑块驱动上使用肘节机构者称为肘节式冲床,如图三所示。这种冲床具有在下死点附近的滑块速度会变得非常缓慢（和曲轴冲床比较）之独特的滑块运动曲线,如图四所示。而且也正确地决定行程之下死点位置,因此,这种冲床适合于压印加工及精整等之压缩加工,现在冷间锻造使用的最多。 （4）摩擦式冲床
在轨道驱动上使用摩擦传动与螺旋机构的冲床称为摩擦式冲床。这种冲床最适宜锻造、压溃作业,也可使用于弯曲、成形、拉伸等之加工,具有多用性之功能,因为价格低廉,战前曾被广泛使用。 因无法决定行程之下端位置、加工精度不佳、生产速度慢、控制操作错误时会产生过负荷、使用上需要熟练的技术等缺点,现在正逐渐的被淘汰。 （5）螺旋式冲床
在滑块驱动机构上使用螺旋机构者称为螺旋式冲床（或螺丝冲床）。 （6）齿条式冲床
在滑块驱动机构上使用齿条与小齿轮机构者称为齿条式冲床。螺旋式冲床与齿条式冲床有几乎相同的特性,其特性与液压冲床之特性大 致相同。以前是用于压入衬套、碎屑及其它物品的挤压、榨油、捆包、及弹壳之压出（热间之挤薄加工）等,但现在已被液压冲床取代,除非极为特殊的情况之外不再使用。 （7）连杆式冲床
在滑块驱动机构上使用各种连杆机构的冲床称为连杆式冲床。使用连杆机构之目的,在引伸加工时一边将拉伸速度保持于限制之内,一边缩短加工之周
期,利用减少引伸加工之速度变化,加快从上死点至加工开始点之接近行程与从下死点至上死点之复归行程的速度,使其比曲轴冲床具有更短之周期,以提高生产性。这种冲床自古以来就被用于圆筒状容器之深引伸,床台面较窄,而最近则被用于汽车主体面板之加工、床台面较宽。 （8）凸轮式冲床
在滑块驱动机构上使用凸轮机构之冲床称为凸轮冲床。这种冲床的特征是以制作适当的凸轮形状,以便容易地得到所要的滑块运动曲线。但因凸轮机构之性质很难传达较大的力量,所以这种冲床能力很小。 4
冲压设备的工作原理
4.1冲压机工作原理
冲压机工作原理：是通过电动机驱动飞轮，并通过离合器，传动齿轮带动曲柄连杆机构使滑块上下运动，带动拉伸模具对钢板成型。
冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。
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4.2常用冷冲压设备的工作原理和特点
1.剪板机 剪板机是剪切方法使板料分离的冲压设备。下料用设备，将板料剪成一定宽度的条料，以供冲压之用按传动形式分为机械剪板机和液压剪板机。
2.压力机 压力机是一种能使滑块作往复运动，并按所需方向给模具施加压力的机器，是冲压的基本设备。常用的压力机工作原理和特点如下表所示：
表4-1 常用的压力机工作原理和特点 类型 机械压力机 曲柄压力机 利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲柄传动，经连杆使滑块作直线往复运动。曲柄压力机分为偏心压力机和曲柄压力机，二者区分主要在主轴，前者主轴是偏心轴，后者主轴是曲轴。偏心压力机一般是开式压力机，而曲轴压力机有开式和闭式之分。 高速冲床 工作原理与曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程次数都比较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。 液压机 液压机 水压机 利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块上、下往复运动。 压力大，而显是静压力，但生产率低。适用于拉伸、挤压等成型工序。 生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工位级进模。 摩擦压力机 利用摩擦盘与飞轮之间相互接触并传递动力，借助螺杆与螺母相对运动原理而工作。 结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。但飞轮缘磨损大，生产率低。适用于中小型件的冲压加工，对于校正、压印和成型等冲压工序尤为适宜。 生产率高适用于各种冲压加工 设备名称 工作原理 特点 4.3冲压设备主要技术参数
4.3.1公称压力 Pg
曲柄压力机的公称压力（即额定压力）是指滑块离下死点前某一特定距离（即公称压
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力行程Sg）或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度（即公称压力角αg）时，滑块所容许承受的最大作用力，单位N或KN。 4.3.2滑块行程 S
滑块行程为滑块从上死点到下死点直线距离，单位mm。
4.3.3滑块单位时间的行程次数 n
行程次数为滑块每分钟从上死点到下死点再回到上死点的往返次数。 压力机的行程次数应能保证生产率，同时必须考虑操作者的操作频率不能超过承受能力，造成疲劳作业。
4.3.4装模高度 H
装模高度为滑块在下死点时，滑块底平面到工作垫板上表面的距离，单位mm。当滑块调节到上极限位置时，装模高度达到最大值，称为最大装模高度。
封闭高度是指滑块在下死点时，滑块底平面到工作台上表面的距离，单位mm。封闭高度和装模高度之差恰好是垫板厚度。
其他参数还有工作台板和滑块底面尺寸、喉深及立柱间距等。压力机装设安全装置时要考虑这些参数。
5液压力机
液压机简介（又名：油压机）利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，种类很多。当然，用途也根据需要是多种多样的。如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。水压机机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。我国制造的第一台万吨水压机就是自由锻造水压机。液压机容易获得很大的工作压力和较大的工作空间，获得较大的工作行程，压力调节方便，调速方便，工作平稳，操作方便，制造容易。
5.1液压机的工作原理
液压机是根据帕斯卡（Pascal)原理制成，其工作原理如图5-1所示。两个充满工作液体的具有柱塞的容腔，有管道相连接。当小柱塞1上的作用力F1,并且其工作面积为A1是液体的压力为pF1.根据帕斯卡原理，在密闭的容器中，对于静止的匀质的液体，一点的压力A1会大小不变地迅速传递到液体各点，即此容器中液体的压力在各点各个方向上都是相等的。因此，在大柱塞2上将产生向上的作用力F2,迫使工件3受力变形：
F2F1式中，A2—大柱塞2的工作面积。
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A2pA2 (5-1) A1
由于A2A1,显然F2F1.这就是说，液压机能利用小柱塞上较小的作用力F1在大柱塞上产生很大的作用力F2，由式（5-1）还可以看出，液压机能产生较大的总压力，只需增大工作柱塞面积或者提高液体压力即可。
312图5—1 液压机的工作原理 1—小柱塞 2—大柱塞 3—制件
5.2油压机
5.2.1 基本类型
（1）按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。
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水压机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具,图5-2为在水压机上冲压封头。
43567ⅡⅢⅣ2Ⅰ89Ⅴ1011Ⅵ12Ⅶ图5-2 在水压机上冲压封头 11—下横梁 2—立柱 3—上横梁 4—阳模 5固定螺栓 6—工件 7—阴模 8—水压机 9—冲环 10—支座 11—活动横梁 12—缸体 13—卡头 （2）油压机按结构形式现主要分为：深喉液压机，四柱式液压机、单柱式液压机、小型液压机、卧式油压机、立式框架油压机等。 （3）按机器的油缸位置主要分为：上缸式四柱油压机，下缸式四柱油压机。 5.2.2四柱油压机 （1）概述
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四柱油压机是一种通过专用液压油作为工作介质，通过液压泵作为动力源，靠泵的作用力使液压油通过液压管路进入油缸/活塞，然后油缸/活塞里有几组互相配合的密封件，不同位置的密封都是不同的，但都起到密封的作用，使液压油不能泄露。将油压能转化为机械能油压传动是利用液体压力来传递动力和进行控制的一种传动方式。 油压装置是由油压泵，油压缸，油压控制阀和油压辅助元件组成的。 （2）工作原理 油压泵是油压靠泵的作用力使液压油通过液压管路进入油缸/活塞 油缸/活塞里有几组互相配合的密封件，不同位置的密封都是不同的，但都起到密封的作用，使液压油不能泄露。最后通过单向阀使液压油系统的动力源，是在油箱循环使油缸/活塞循环做功，实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。油压缸：将油压能转化为机械能油压传动是利用液体压力来传递动力和进行控制的一种传动方式． 油压装置是由油压泵，油压缸，油压控制阀和油压辅助元件（1、油箱:用来储油,散热.分离油中空气和杂质作用2、油管及油管接头3、滤油器4、压力表5、密封元件）。结构原理图如图5—3所示。 液压机的主要运动是上滑块机构和下滑块顶出机构的运动，上滑块机构由主液压缸(上缸)驱动，顶出机构由辅助液压缸(下缸)驱动。液压机的上滑块机构通过四个导柱导向、主缸驱动，实现上滑块机构“快速下行→慢速加压→保压延时→快速回程→原位停止”的动作循环。下缸布置在工作台中间孔内，驱动下滑快顶出机构实现“向上顶出→向下退回”或“浮动压边下行→停止→顶出”的两种动作循环，如图5-4所示。液压机液压系统以压力控制为主，系统具有高压、大流量、大功率的特点。如何提高系统效率，防止系统产生液压冲击是该系统设计中需要注意的问题。 图5-3 四柱油压机结构原理图 1—床身 2—工作平台 3—导柱 4—上滑块 5—上缸 6—上滑块模具 7—下滑快模具 5432671 11
上缸快进减速、加压保压快速回程停止下缸顶出工艺浮动压边工艺图5-4 油压机的工作循环 液压传动是利用液体压力来传递动力和进行控制的一种传动方式.液压装置是由液压泵,液压缸(液压马达等执行机构),液压控制阀和液压辅助元件液压泵:将机械能转换成液压能的转化装置.液压缸(液压马达等执行机构):将液压能转化为机械能.。控制阀:控制液压油的流量,流向,压力,液压执行机构的工作顺序等及保护液压回路 作用.讲的通俗一点就是控制和调节液压介质的流向,压力和流量.从而控制执行机构的运动方向,输出的力或力矩.运动速度. 动作顺序,以及限制和调节液压系统的工作压力,防止过载等作用(如单向阀,换向阀,溢流阀,减压阀,顺序阀,节流阀.调速阀等)辅助元件。 （3）用途
广泛用于化工设备行业的零配件加工及各行业多种产品的定型、冲边、校正及制鞋、手袋、橡胶、模具、轴类、轴套类零件的压装、压力容器封头成型、板材零件的弯曲、压印、套形拉伸等工艺，洗衣机、电动机、汽车电机、空调电机、微型电机、伺服电机、车轮制造、减振器、摩托车及机械等行业。 （4）四柱油压机配件
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油压机主要相关结构组成：油压机由主机及控制机构两大部分组成。油压机主机
部分包括机身、主缸、顶出缸及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、低压控制系统、电动机及各种压 力阀和方向阀等组成。动力机构在电气装置的控制下，通过泵和油缸及各种液压阀 控制阀：控制液压油的流量，流向， 压力，液压执行机构的工作顺序等及保护液压回路作用．讲的通俗一点就是控制和调节液压介质的流向，压力和流量．从而控制执行机构的运动方向，输出的力或力矩．运动速度．动作顺序，以及限制和调节液压系统的工作压力，防止过载等作用（如单向阀，换向阀，溢流阀，减压阀，顺序阀，节流阀．调速阀等。
液压泵：将机械能转换成液压能的转化装置 电磁阀：改变液压油流动方向 抗衡阀：防止油缸自动滑落
6冲压机的维护与保养 6.1冲压机的精度
冲压机的加工精度与滑块与滑块导轨之间的间隙(一般标准综合间隙0.02~0.13)和作业时冲压机的机身变形（尤其是C型冲压机，滑块中心线与工作台的中心线工作偏差标准为不大于3‘）、滑块下平面与工作台面的平行度、滑块与滑块连接杆之间的间隙、滑块连接杆与曲轴之间的间隙以及飞轮的中心震动有关。
根据以上的要点，在冲压机的日/次点检和年度点检中都应有所反映，另外与这些点检项目相关的内容在日常点检中也应体现。例如：用油状态、噪音、震动、机身晃动、2S等等。
6.2冲压机的校正
（1）滑块与导轨之间的间隙
滑块与导轨之间的间隙调整主要是为了精度，调整过紧时会产生发热的现象。一般小型机每一面为0.02~0.05mm，大型机每一面在0.03~0.20mm。
（2）综合间隙
综合间隙的修正方法：在生产时用手触摸运动中的滑块本体，当滑块运行到下死点时有震动感，表示综合间隙过大，需要及时进行调整。
（3）滑块连杆的锁紧
由于长期使用或过负荷，连杆会发生松动，这种状态一般认为是发生了过负荷；再有就是结合部位有油浸出也可能是发生了过负荷；这种状态必须及时进行调整连杆锁母的锁紧度，因为这关系到安全问题。 （4）制动、离合器的保养
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冲压机的制动、离合器是冲压机运转安全的重要部件，它是发生重大安全事故的诱因，所以必须了解它的基本构造，并且每天作业前必须确认它的安全性能，发现异常情况（如：滑块不能停止在指定位置、运行时有异常声音、异常震动、滑块动作迟缓等等）及时报告维修。另外，维修人员也应注意制动、离合器的摩擦片之间如果间隙过大的表现是：压缩空气用量增大，冲压机滑块出现爬行状态，严重时会出现一次操作滑块连续动作的情况，这是绝对不允许发生的。那么如果调整间隙过小，制动、离合器的摩擦片会发出摩擦声、发热、电动机电流上升等现象，还会造成回程弹簧的损坏。（正常间隙标准1.5~3.0mm） （5）脱离
脱离现象一般发生在下死点，上下模具闭合时，导致滑块不能正常运行。这时可以使电动机逆转运行并提高空压气的压力，将操作选择钮拨到“寸动”状态，分次将滑块拉起至上死点。
（6）螺栓类松动的修正
它包括机床附属设施的螺栓都必须定期确认，尤其是一些高速频繁作业的冲压机更应该注意，因为这些机床的震动比较大螺栓容易松动。一旦螺栓发生松动，如果不及时修正的话，会造成一些意想不到的安全事故。
（7）给油装置的点检
机械的运转部分在供油不及时时常会发生烧伤、咬伤所以对给油部分的点检必须确实实行。它包括油杯、油槽、油管、过滤器、油封等等的“跑、冒、滴、漏、堵”现象都必须及时处理。
（8）压缩空气的检查
机床压缩空气管线发生漏气时会造成压力低下从而影响机床动作会发生不良，所以必须及时修理。再有压缩空气的含水量也应控制（可加装空气过滤干燥脱水装置），它是机床电磁阀、汽缸等装置发生动作迟缓和锈蚀的重大诱因。
（9）定期对冲压机的精度进行点检
冲压机的精度会对模具的使用寿命、制品的加工精度产生直接的影响。但是冲压机的机床精度是随时间的延长而劣化的，所以必须定期进行精度点检，发现问题及时进行修理，以保障机床有比较精准的精度，从而保障生产出的制品精度。
对于机床的点检、维护、修正每次都应该以2S开始2S结束，即在点检、维护前对机床的各个部位进行清扫、擦拭，尤其是一些脏污严重的地方，而且必须边擦拭边观察是否存在异常情况并逐一记录。点检、维护后要及时对机台周围进行清理并清点工具，避免工具、抹布等物遗留在机床内部，给机床的运行和安全带来不必要的危险。
7.参考文献
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[5]西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著.机械设计[M].第8版.西安:高等教育出版社,2006年.
[6]侯珍秀.机械系统设计[M].哈尔滨工业大学出版社,2003年.
[7]辛希贤主编.化工设备制造工艺学[M].陕西科学技术出版社,2001年.
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