本文介紹了汽車模具在高速生產(chǎn)條件下壓機凸輪自動化的設置模型，并通過實際案例展示壓機凸輪自動化設置流程。對實際生產(chǎn)過程中的自動化凸輪問題進行剖析，給出解決措施，總結出模具高速生產(chǎn)模式下快速解決壓機凸輪自動化故障的方法。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及高速壓機(某主機廠生產(chǎn)壓機最高節(jié)拍可達到每分鐘28 次沖程)的應用，汽車模具結構也發(fā)生改變，尤其是模具斜器的驅(qū)動方式。前期汽車模具斜器采用硬性沖擊的方式強制驅(qū)動工作，這樣導致模具導向磨損嚴重，尤其是在模具高速生產(chǎn)的模式下，模具的使用壽命急劇下降。為適應高速壓機的生產(chǎn)，目前汽車模具斜器多采用氣缸柔性驅(qū)動，這種驅(qū)動方式減少了斜器導向的磨損，提高了模具的使用壽命。然而采用氣缸驅(qū)動的模具斜器結構，會隨著模具生產(chǎn)節(jié)拍的提升，出現(xiàn)斜器動作與壓機自動化不匹配的現(xiàn)象，導致設備故障，產(chǎn)生異常停機，造成停產(chǎn)損失，有時還會使模具沖壓出的沖壓件出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，造成大量返修及廢品，導致生產(chǎn)成本提高。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111221.html

主機廠沖壓模具的斜器大多采用氣缸驅(qū)動，為使斜器正確的運動，需要氣缸有精準的驅(qū)動，目前壓機自動化控制氣缸的動作更為精準可靠，同時斜器運動的過程中也需要壓機自動化系統(tǒng)反饋斜器的位置，要想達到上述的效果，就需要在壓機凸輪自動化中設置合適的參數(shù)。基于這些問題，筆者對高速生產(chǎn)的沖壓模具及壓機自動化進行探索研究，尋找模具與壓機自動化快速匹配的模型，并應用于實際生產(chǎn)的模具中，從而形成一套解決此類問題的成熟方法。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111221.html

模具與壓機自動化匹配模型文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111221.html

模具斜器的運動文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111221.html

某主機廠汽車頂蓋外板模具斜器結構如圖1 所示，生產(chǎn)過程中，上道工序壓機的機械手把工序件放到本工序模具前，本工序模具氣缸運動推動斜器運動至工作位置，工作位置傳感器產(chǎn)生信號，壓機凸輪自動化開始監(jiān)測斜器是否到工作位置，壓機滑塊運行至下死點(壓機的下停止點)，完成壓件任務，壓機滑塊帶動模具上模開始返回，當上模壓料板與下模開始脫開時，氣缸驅(qū)動斜器回程到位，壓機凸輪自動化再次監(jiān)測斜器是否回程到位，當斜器回程到位后本工序機械手把件取走，放入到下一工序，模具回到壓機的上死點(壓機的上停止點)，這樣模具就完成了一次生產(chǎn)。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111221.html

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圖1 某車型頂蓋下模斜器結構示意文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111221.html

壓機自動化的控制方式文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111221.html

主機廠的壓力機對氣源角度自動化的控制方式可分為機械手角度控制及壓機凸輪角度控制，兩者的原理一致，生產(chǎn)過程中使用壓機凸輪角度控制更直觀，因此生產(chǎn)過程中常用凸輪角度來控制壓機的氣源，實現(xiàn)對氣缸的控制，使模具斜器精準運動。下面主要針對壓機凸輪角度自動化的參數(shù)設置進行詳細介紹。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111221.html

在圖1 所示的模具結構運動過程中，假設上道工序壓機的機械手把工序件放到本工序模具中時對應的壓機凸輪角度為a 度，上模壓料板與下凸模剛接觸時對應的凸輪角度為b 度，斜器單行程所對應的壓機凸輪運行角度為c 度，壓機運行到下死點的角度為d 度，模具壓料板與下凸模剛脫開的角度為e 度，本工序機械手開始取件放入到下一工序時對應壓機凸輪角度為f 度，則壓機凸輪角度的設定如下。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111221.html

斜器工作時所對應的壓機凸輪角度A 區(qū)間的設定為，當上道工序的工序件放到本工序模具中，與模具斜器沒有干涉(即當斜器在工作位置時，工序件放到模具內(nèi)，工序件與斜器所在的模具部件無干涉)的情況下，A 的區(qū)間見公式1。當上道工序的工序件放到本工序模具中與斜器有干涉(即當斜器在工作位置時，工序件放到模具內(nèi)，不能到達正確位置，工序件與斜器所在的模具部件有干涉)的情況下，A 的區(qū)間見公式2。斜器回程時所對應的壓機凸輪角度B 區(qū)間的設定見公式3。斜器工作監(jiān)測角度C 區(qū)間的設定見公式4。斜器回程監(jiān)測角度D 區(qū)間的設定見公式5。

以上5 個公式為模具運動與壓機凸輪角度自動化的匹配模型(以下簡稱“模型”)，實際生產(chǎn)中可根據(jù)模型設定合適參數(shù)，實現(xiàn)模具與壓機的正確匹配，提高生產(chǎn)效率。

壓機凸輪角度設置案例

模具斜器的運動

某車型側圍模具在主機廠高速壓機6(第六道工序壓機)的生產(chǎn)節(jié)拍為每分鐘12.5 次，其下模結構如圖2 所示，圖3 為圖2 中標注區(qū)域的斜器結構。此斜器結構工作原理為當上道工序的工序件放到模具下模后，氣缸1 拉動斜器1 到工作位置，氣缸2 推動斜器2 到工作位置，壓機帶動模具的上模由上死點向下逐漸運動到下死點，斜器3 在油氣混合裝置的作用下運動到工作位置完成沖孔工作，上模開始回程，斜器3 在回程氮氣缸的作用下回程，氣缸2 拉動斜器2 回程，氣缸1 推動斜器1 回程，上模到達上死點，完成一次沖孔工作。

圖2 某側圍模具下模結構

圖3 斜器結構示意

壓機凸輪角速度的計算

壓力機完成一次沖程(壓機上滑塊由上死點運動到下死點，再由下死點返回上死點，為一次沖程)壓機凸輪角度經(jīng)過360°，如圖4 所示。壓機上死點對應的凸模角度為0°，下死點與壓機曲線設定相關約200°左右(具體位置需要查看壓機運行曲線)，圖4 所示下死點凸輪角度183°，當壓機速度為每分鐘12.5 次時，凸輪平均角速度為每秒75°。

圖4 高速壓機凸輪角度曲線示意

斜器單次的運動計算

此側圍模具氣缸為SMC 品牌氣缸，型號為CP96SDL100-0150(氣缸為CP96 系列，缸體直徑為100mm，行程為150mm)，當模具高速生產(chǎn)時氣缸活塞桿受到負載，導向潤滑，導向間隙等因素的影響，氣缸的實際速度為該型號最小速度，由氣缸動能曲線，可知該氣缸1 的最小速度250mm/s，則斜器1 的速度為250mm/s，斜器單次運行時間為0.6s，斜器單行程所對應的壓機凸輪運行角度為45°。

壓機凸輪角度區(qū)間設置

⑴ 斜器工作對應的壓機凸輪角度設置。

本案例中由于上道工序的工序件與本工序模具的斜器有干涉，斜器工作時所對應的壓機凸輪角度選擇為a＜A＜b-c，根據(jù)高速生產(chǎn)壓機的機械手運行角度曲線(圖5)及機械手運行角度與壓機角度耦合關系(圖6)，可知當機械手5 把上道工序的工序件放到壓機6 所在的模具時，機械手角度為285°，對應的壓機6 的凸輪角度為40°，可得氣缸1 的最小進氣角度為40°，那么斜器1 的最小驅(qū)動角度a1=40°。由圖4 可知模具壓料板與下凸模剛接觸時的壓機凸輪角度為b1=153°，氣缸的最大驅(qū)動角度為b1-c1=153°-45°=108°，由模型可以得出斜器1 工作時所對應的壓機凸輪角度A1 的區(qū)間(40°＜A1＜108°) ，最終實際生產(chǎn)中驅(qū)動角度為60°，故A1=60°。

圖5 高速機械手5 運行曲線示意

圖6 機械手運行角度與壓機角度耦合關系

根據(jù)模具運動的時序性，斜器工作時，斜器2 應當滯后斜器1(有利于減少斜器導向的磨損)一定的角度，一般取5°到10°，可得斜器2 的驅(qū)動角度A2=70°。

⑵斜器回程時對應的壓機凸輪角度設置。

當上模回程時由圖4 可知壓料板與下模剛脫開時對應的壓機凸輪角度為e1=199°，可得斜器1 回程最小角度199°，通過耦合角度可知機械手6 抓件時所對應的壓機凸輪角度為f=288 度，因此斜器1 的最大回程角度為f-c1=288°-45°=243°，由模型可得斜器1 回程所對應壓機凸輪回程驅(qū)動角度B1 的區(qū)間(199°＜B1＜243°)，最終實際生產(chǎn)中驅(qū)動角度取210°，故B1=210°。

由于斜器2 的計算原理與斜器1 相同，再根據(jù)模具運動的時序性，回程時斜器1 應當滯后斜器2，斜器2 的回程角度B2=200°。在壓機的凸輪自動化控制中，自動化閥門3 控制斜器1 的驅(qū)動，自動化閥門4 控制斜器2 的驅(qū)動，可得斜器1 與斜器2 在壓機中的驅(qū)動設置。

壓機凸輪自動化監(jiān)測角度設置

當斜器1 運行到工作位置時對應的開始角度為A+c=60+45=105°，由圖4 可知壓機下死點對應的角度d=183°，由模型可得斜器1 的監(jiān)測角度C1 區(qū)間(105°＜C1＜183°)。

由于工作時斜器2 滯后于斜器1 工作(滯后10°)，可得斜器2 的監(jiān)測角度C2 區(qū)間(115°＜C2＜183°)，當斜器1 運行到回程位置時對應的凸輪角度為B1+c1=210°+45°=255°(210°時氣缸回氣口進氣，f=288°，由模型可得當斜器1 運行到回程位置的監(jiān)測角度D1 的區(qū)間(255°＜D1＜288°)。

由于回程時斜器1 滯后于斜器2 工作( 滯后10 ° )， 可 得 斜 器2 的 監(jiān) 測 角 度D2 區(qū) 間(245°＜D2＜288°)，在壓機的凸輪自動化監(jiān)測中，自動化監(jiān)測1 監(jiān)測斜器1 的工作行程，自動化監(jiān)測2監(jiān)測斜器2 的工作行程，自動化監(jiān)測3 監(jiān)測斜器1 的回程，自動化監(jiān)測4 監(jiān)測斜器2 的回程，由此可得斜器1 與斜器2 在壓機中的監(jiān)測設置。

生產(chǎn)過程常見問題優(yōu)化案例

斜器動作慢的優(yōu)化

某車型左側圍模具斜器采用氣缸驅(qū)動，以每分鐘14 次的節(jié)拍生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)斜器回程動作慢，導致自動化監(jiān)測報警，造成壓機停歇。

分析原因為：1)斜器導向潤滑不足 ，導致驅(qū)動斜器的氣缸速度變慢，無法滿足快速生產(chǎn)節(jié)拍；2)斜器驅(qū)動氣缸局部損壞，導致氣缸驅(qū)動力不足。

解決措施為：首先，確認產(chǎn)生問題斜器是由壓機的哪一組氣源控制，由于是斜器回程報警，問題鎖定斜器回程控制的凸輪角度為220°/230°。其次，查看壓機行程曲線，如圖7 所示，模具壓料板與凸模剛脫開時的角度為e=202°，由模型可知回程角度B＞e，所以回程角度大于202°即可，回程角度220°/230°更改為205°/215°，這樣氣缸提前運動，彌補了氣缸速度變慢造成的斜器不能在有限時間內(nèi)回程的問題，模具能夠穩(wěn)定生產(chǎn)。

圖7 壓機行程曲線

斜器動作不正確案例

某車型側圍模具，生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)鈑金件表面產(chǎn)生壓痕，如圖8 所示。通過排查，問題產(chǎn)生的原因是壓料板還沒有脫開下凸模，斜器已回程，造成單板件沒有模具支撐產(chǎn)生壓痕。分析模具結構，模具缺陷位置為斜器結構，且為氣缸驅(qū)動，原因鎖定斜器回程驅(qū)動角度不正確。由模具的實際動作可知壓料與下凸模脫開的角度e=242°，通過模型可知斜器回程驅(qū)動角度B＞e(即B＞242°)，但實際生產(chǎn)中斜器回程的驅(qū)動角度230°/235°。斜器的運動行程應當由壓機自動化監(jiān)測，當斜器運動不正確時，壓機應當報警，實際檢查發(fā)現(xiàn)壓機監(jiān)測角度沒有設置，造成壓機自動化無法監(jiān)測。

圖8 單板件表面壓痕缺陷示意

解決措施為，根據(jù)模型重新設置斜器運動驅(qū)動角度，最終斜器回程驅(qū)動角度調(diào)整至245°/250°，沖壓件缺陷消除。根據(jù)模型重新設置模具斜器運動在壓機凸輪自動化中的監(jiān)測區(qū)間，實現(xiàn)壓機凸輪自動化的監(jiān)測功能。

結束語

本文中模具斜器運動與壓機凸輪自動化匹配模型，能夠應用實際生產(chǎn)中，并且效果顯著，是一套成熟的體系，在生產(chǎn)中也需要注意以下細節(jié)：

1)設置凸輪角度時，要充分考慮模具動作的合理性，如斜器運動先后順序(鎖止斜器與填充斜器動作的先后順序)；

2)氣缸驅(qū)動的斜器要考慮氣缸動作的延遲性，當節(jié)拍提高時，考慮凸輪角度提前設置，使氣缸提前運動，避免斜器動作不到位的情況發(fā)生；

3)壓機監(jiān)測角度設置時要考慮模具動作的延遲性，監(jiān)測角度要滯后斜器的驅(qū)動角度，滯后度數(shù)與壓機的速度及氣缸的速度有關；

4)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)模具動作慢時，也可臨時考慮調(diào)整凸輪角度，使斜器提前運動達到能夠滿足臨時生產(chǎn)的狀態(tài)；

5)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)斜器傳感器監(jiān)測失效的情況，要檢查監(jiān)測功能是否開啟，監(jiān)測區(qū)間是否合理，模具傳感器的安裝位置是否在合理范圍內(nèi)。