淺析多工位模具干涉檢查技術(shù)

文／董劍安·上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司

淺析多工位模具干涉檢查技術(shù)

文／董劍安·上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司

本文重點(diǎn)介紹多工位模具在汽車沖壓模具領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用，以及多工位干涉曲線在模具設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。對靜態(tài)干涉檢查技術(shù)做了詳細(xì)的論述，對于模具行業(yè)多工位模具的設(shè)計(jì)及制造調(diào)試有很大的指導(dǎo)意義。

多工位模具是將多套工序的模具依次裝配在同一個(gè)底板上，形成一個(gè)模具族，然后安裝在一臺多工位壓力機(jī)上，一個(gè)行程中同時(shí)完成多工序沖壓，靠送料機(jī)械手或吸盤將工序件自動(dòng)地移送到下一工位，最后一個(gè)工位完成的是最終產(chǎn)品，由此實(shí)現(xiàn)了多工位連續(xù)沖壓生產(chǎn)。多工位模具壽命約為200萬次，第一次刃磨次數(shù)高于30萬次。采用多工位模具生產(chǎn)制程能力指數(shù)CPK≥1.33，SPM最高可以達(dá)到25，是沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)常用的方式之一。多工位機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由傳輸橫梁及夾持裝置兩部分構(gòu)成。傳輸橫梁一般屬于壓機(jī)設(shè)備；夾持裝置屬于工裝設(shè)備，不同零件單獨(dú)定制。傳輸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡橫梁與夾持裝置隨時(shí)間或壓機(jī)凸輪轉(zhuǎn)角的變化而走過的路徑及軌跡曲線。其可分為二維絕對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線及三維絕對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線兩種。

二維絕對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線可分為四個(gè)階段（圖1）：⑴夾持裝置在零位等待（兩個(gè)工位之間）；⑵夾持裝置到前一個(gè)工位準(zhǔn)備取件；⑶夾持裝置將工件吸住并抬起，傳送工件到下一個(gè)工位并放下工件；⑷夾持裝置返回零位等待。分為二維運(yùn)動(dòng)和三維運(yùn)動(dòng)。筆者多年從事多工位模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、校對和審核工作，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，現(xiàn)撰寫此文，供同行參考。

多工位傳送裝置的絕對運(yùn)動(dòng)

多工位傳送裝置的絕對運(yùn)動(dòng)是指傳輸

圖1 二維絕對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線

三維絕對運(yùn)動(dòng)即端拾器真實(shí)運(yùn)動(dòng)的軌跡線，如圖2所示。絕對運(yùn)動(dòng)軌跡包括：端拾器伸出準(zhǔn)備夾持工件的運(yùn)動(dòng)（Y軸進(jìn)入運(yùn)動(dòng)）；端拾器抬起工件到傳送高度（Z軸升起運(yùn)動(dòng)）；端拾器傳送工件到下一個(gè)工位（X軸傳輸運(yùn)動(dòng)）；端拾器將工件放下（Z軸下降運(yùn)動(dòng)）；端拾器收回（Y軸退出運(yùn)動(dòng)）；端拾器返回拾取下一個(gè)工件（X軸返回運(yùn)動(dòng)）。

圖2 三維絕對運(yùn)動(dòng)軌跡線

二維絕對運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)間圖是用來表示運(yùn)動(dòng)位置與時(shí)間點(diǎn)關(guān)系的圖表，一般由沖壓廠提供。二維、三維絕對運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)間圖通常與壓機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡表合在一起，大部分不以時(shí)間點(diǎn)為基準(zhǔn)，而以壓機(jī)凸輪轉(zhuǎn)角為基準(zhǔn)而生成圖表。

多工位傳送裝置的相對運(yùn)動(dòng)

在壓機(jī)滑塊的運(yùn)動(dòng)過程中，以壓機(jī)滑塊為不動(dòng)點(diǎn)或觀測點(diǎn)來看端拾器的運(yùn)動(dòng)而形成的運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)軌跡曲線叫相對運(yùn)動(dòng)及相對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線（干涉曲線），相對運(yùn)動(dòng)與時(shí)間沒有關(guān)聯(lián)。

某多工位模具沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手相對上模的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3所示，即二維相對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線。三維相對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線如圖4所示。三維絕對曲線與相對曲線的空間相對關(guān)系，如圖5所示。其中，a為絕對曲線（機(jī)械手帶件）；b為絕對曲線（機(jī)械手空走）；c為相對曲線（機(jī)械手帶件）；d、e為相對曲線（機(jī)械手空走）。

圖3 二維相對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線

圖4 三維相對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線

圖5 三維絕對曲線與相對曲線的空間相對關(guān)系

三維模具靜態(tài)干涉檢查

三維干涉檢查

多工位模具一般所做的干涉檢查都是靜態(tài)檢查，即在模具閉合的狀態(tài)下，下模用絕對曲線（機(jī)械手的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡）進(jìn)行檢查，上模用相對曲線（機(jī)械手相對上模的運(yùn)動(dòng)軌跡）進(jìn)行檢查。

干涉檢查的前提是單個(gè)零件模具數(shù)量不多于整條生產(chǎn)線的壓機(jī)或工步數(shù)量，不足的數(shù)量必須有空工位；壓機(jī)干涉曲線由模具訂貨廠家提供最終絕對曲線及相對曲線，或提供壓機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，由模具制造廠家進(jìn)行合成，壓機(jī)橫梁參數(shù)、拆垛機(jī)高度、出料側(cè)輸送帶高度等等；操作線高度圖包括送料高度、制件頂起高度、制件傳輸高度、沖模中心線、制件的轉(zhuǎn)角等等，一般由模具制造廠家繪制在工藝圖上。自動(dòng)化取送料在模具中的具體應(yīng)用一般主要考慮模具訂貨廠家在生產(chǎn)使用過程中與自動(dòng)取送料裝置不能發(fā)生干涉碰撞，否則模具生產(chǎn)無法進(jìn)行。模具干涉檢查就是為了防止發(fā)生干涉碰撞進(jìn)行的先期模擬，因此干涉檢查最好能在模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前進(jìn)行，模具按照干涉檢查結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

三維干涉檢查的內(nèi)容

絕對運(yùn)動(dòng)軌跡的干涉檢查是對模具下模零件所做的干涉檢查。相對運(yùn)動(dòng)軌跡的干涉檢查是對模具上模零件的干涉檢查，在檢查過程中要注意：⑴模具的全部活動(dòng)工作零件的行程之和加上端拾器舉高行程要小于壓機(jī)滑塊行程，這是干涉檢查的前提條件；⑵在夾持工件運(yùn)動(dòng)中，端拾器不與上模或下模零件發(fā)生干涉，并且在上下?；顒?dòng)零件行程釋放的狀態(tài)下進(jìn)行檢查；⑶在抬起和傳送工件運(yùn)動(dòng)中，將端拾器不與上?；蛳履Ａ慵l(fā)生干涉；⑷在抬起、傳送及放下工件的運(yùn)動(dòng)中，工序件及端拾器不與上?；蛳履Ａ慵l(fā)生干涉；⑸端拾器收回運(yùn)動(dòng)中，不與上?；蛳履Ａ慵l(fā)生干涉；⑹端拾器返回運(yùn)動(dòng)中，不與上模及下模零件發(fā)生干涉。

絕對運(yùn)動(dòng)軌跡的干涉檢查步驟

⑴下模單序模具檢查。

下模單序模具檢查如圖6所示。機(jī)械手不帶件的運(yùn)動(dòng)階段，直接檢查機(jī)械手與下模是否干涉，在機(jī)械手與工序件同時(shí)運(yùn)動(dòng)階段，將端拾器＋工序件的絕對運(yùn)動(dòng)軌跡掃描成曲面，檢查下模零件是否與曲面干涉。

⑵下模聯(lián)動(dòng)檢查。

將模具各工序絕對運(yùn)動(dòng)掃描曲面與各工序模具放在一起做整體檢查，如圖7所示。

相對運(yùn)動(dòng)軌跡的干涉檢查步驟

相對運(yùn)動(dòng)軌跡主要檢查進(jìn)入、抬起、傳輸、下降、退出、返回6個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中是否與上模干涉。在進(jìn)入、抬起、下降、退出運(yùn)動(dòng)過程機(jī)械手不帶件空走，檢查進(jìn)或出模具，上模所有零件不能與機(jī)械手掃過區(qū)域有干涉。返回運(yùn)動(dòng)過程機(jī)械手不帶件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡掃描成曲面，檢查上模零件是否與曲面干涉。傳輸運(yùn)動(dòng)過程干涉檢查，如圖8所示。機(jī)械手帶件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡掃描成曲面，檢查上模零件是否與曲面干涉，此時(shí)，上模所有壓料板及彈頂銷要行程釋放來檢查。

圖6 下模單序模具檢查

圖7 下模聯(lián)動(dòng)檢查

圖8傳輸運(yùn)動(dòng)過程干涉檢查

二維模具靜態(tài)干涉檢查

串聯(lián)壓機(jī)組干涉曲線

多工位串聯(lián)壓機(jī)組按生產(chǎn)頻次分為12SPM、13SPM、15SPM、17SPM四種干涉曲線。模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)零件形狀的起伏大小優(yōu)先選擇SPM較快的干涉曲線。每種頻次的干涉曲線按照橫梁抬升高度又分為250mm、300mm、350mm三種，設(shè)計(jì)時(shí)具體按照零件深度來選擇。每種抬升高度的干涉曲線又細(xì)分為3種，每類抬升高度的干涉曲線中分為2根，檢查上模是否干涉的曲線是橫梁與壓機(jī)合成運(yùn)動(dòng)曲線，檢查下模是否干涉的曲線，是橫梁的運(yùn)動(dòng)曲線。

多工位串聯(lián)壓機(jī)組中干涉曲線應(yīng)用

⑴干涉曲線掃描曲面的生成。

首先在沖壓工藝圖中確定各工序的傳輸高度，同時(shí)確定各吸盤及機(jī)械手在工件的抓取位置及傳輸橫梁的位置，下模干涉曲線掃描曲面分為帶件掃描曲面和不帶件掃描曲面兩種。帶件掃描曲面是將零件型面沿運(yùn)動(dòng)軌跡曲線進(jìn)行掃掠而形成的掃掠面；不帶件掃描曲面是將吸盤及機(jī)械手沿運(yùn)動(dòng)軌跡曲線進(jìn)行掃掠而形成的掃掠面（圖9）。上模干涉曲線掃描曲面分為帶件掃描曲面和不帶件掃描曲面。上模不帶件掃描曲面（圖10）是將傳輸橫梁沿相對運(yùn)動(dòng)軌跡曲線進(jìn)行掃掠而形成的掃掠面，一般只做不帶件掃描曲面的檢查就可以了。

圖9 下模干涉曲線掃描曲面

圖10 上模不帶件干涉曲線掃描曲面

⑵干涉曲線掃描曲面在模具設(shè)計(jì)中應(yīng)用。

1）上模檢查（圖11）。在模具閉合狀態(tài)下用上模干涉曲線掃描曲面與上模做檢查。模具導(dǎo)向方面主要考慮上模外導(dǎo)向與橫梁之間的干涉，設(shè)計(jì)時(shí)外導(dǎo)向盡量不要采用四角導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，上模導(dǎo)向腿的高度盡可能的降低，以減少橫梁與外導(dǎo)向發(fā)生干涉。

2）下模檢查（圖12）。在模具閉合狀態(tài)下用下模帶件掃描曲面和不帶件掃描曲面與下模做干涉檢查。拉延模零件定位方面，下模上零件定位裝置通常是最容易發(fā)生干涉的區(qū)域。通常為避免干涉設(shè)計(jì)時(shí)將吸盤的位置與零件的定位在送料方向側(cè)錯(cuò)開，同時(shí)將整個(gè)零件沿下模用干涉曲線掃掠，檢查是否存在干涉。對于零件起伏較大的零件需要將定位設(shè)計(jì)成翻轉(zhuǎn)式或伸縮式，斜楔驅(qū)動(dòng)塊方面：當(dāng)零件起伏較大而且在送料方向上存在斜楔機(jī)構(gòu)時(shí)，一定要注意斜楔驅(qū)動(dòng)塊的高度。

圖11 上模檢查

圖12 下模檢查

干涉檢查注意事項(xiàng)

所有干涉檢查必須遵循的一個(gè)原則是：檢查對象必須釋放所有彈性原件包括氣墊、彈簧、氣缸等；所有機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡是完全相同且唯一的。制件前后序的轉(zhuǎn)角會造成前后序中心線的偏移，補(bǔ)償這種偏移，既可通過在模具設(shè)計(jì)中進(jìn)行補(bǔ)償，也可通過制件外定位使其發(fā)生側(cè)移。軌跡曲線的牽入點(diǎn)的正確使用是關(guān)鍵。

結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和為了提高沖壓的生產(chǎn)效率，越來越多的整車廠和零部件廠采用自動(dòng)化壓機(jī)來生產(chǎn)，這就促使了模具設(shè)計(jì)需要越來越多考慮與壓機(jī)傳送機(jī)構(gòu)是否干涉的問題。目前大多數(shù)模具廠還是在模具設(shè)計(jì)完成以后再以2D圖紙插入干涉曲線的方式來檢查干涉，這樣有可能插入的曲線并不是最危險(xiǎn)斷面，從而模具還是與送料機(jī)構(gòu)存在干涉，還可能發(fā)現(xiàn)干涉再去重新更改模具設(shè)計(jì)。這樣無形中增加了很多返工的浪費(fèi)。由于三維設(shè)計(jì)的開展及普及，我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)開始前通過帶件掃描的技術(shù)將安全區(qū)域制定出，所有的設(shè)計(jì)內(nèi)容必須全部在安全區(qū)域內(nèi)，這樣既能避免存在干涉檢查不出，也能減少后期進(jìn)行干涉檢查所造成的返工。