杜建偉，宋清玉，李 建

六連桿機(jī)械壓力機(jī)作為沖壓線中的首臺(tái)壓力機(jī)，主要用于零件的拉深工藝，其滑塊運(yùn)動(dòng)精度對(duì)車(chē)身沖壓件的質(zhì)量影響最大。

壓力機(jī)性能不僅取決于其制造精度，也取決于調(diào)整精度，正確的調(diào)試方法能減小甚至消除零部件的精度誤差對(duì)整機(jī)的影響，使運(yùn)動(dòng)精度達(dá)到最好的狀態(tài)。反之，調(diào)試方法不當(dāng)或經(jīng)驗(yàn)不足會(huì)拖長(zhǎng)調(diào)試周期，降低調(diào)試精度，加劇運(yùn)動(dòng)副摩擦和導(dǎo)軌磨損[1]。本文對(duì)調(diào)試過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)精度調(diào)整及影響運(yùn)動(dòng)精度的原因和偏差大小進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為運(yùn)動(dòng)精度調(diào)整提供了理論依據(jù)和誤差分析方法，可以在壓力機(jī)的調(diào)試過(guò)程中縮短調(diào)試時(shí)間，提高工作質(zhì)量及效率。

1 六連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

在進(jìn)行滑塊運(yùn)動(dòng)精度分析之前，要對(duì)六連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，由于六連桿機(jī)構(gòu)比曲柄滑塊機(jī)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法直接給出滑塊位移的表達(dá)式，所以六連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析用解析法求解更合適（見(jiàn)圖1）。首先列出運(yùn)動(dòng)解析方程組，設(shè)計(jì)出多連桿運(yùn)動(dòng)分析程序，采用編程計(jì)算解超越方程組求得每個(gè)轉(zhuǎn)角下的滑塊位移s7的值，然后繪制出滑塊理論位移與曲柄轉(zhuǎn)角曲線（見(jiàn)圖2）。

六連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)矢量方程如下：

式中，l1—曲柄半徑 （mm）；l2、l3、l4、l5、l6—桿系中各連桿尺寸（mm）；l8—曲柄中心到擺桿鉸接點(diǎn)的距離（mm）；s7—滑塊的位移，以下死點(diǎn)為零 （mm）；θ1、θ2…θ6—各桿矢量

圖1 六連桿壓力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 滑塊理論位移曲線

“十一五”國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目 (2010ZX04004-112)方向相對(duì)于x軸的矢量夾角（rad）；a、b—擺桿鉸接點(diǎn)相對(duì)于曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心的坐標(biāo)值；e—連桿結(jié)點(diǎn)的偏心距（mm）。

然后在計(jì)算程序中可以對(duì)每個(gè)變量（l1、l2、l3、l4、l5、l6、a、b）分別給定一個(gè)誤差，求得實(shí)際滑塊位移并與理論位移做差值得到Δs，即為這個(gè)未知量對(duì)滑塊傾斜度的誤差影響，再繪制出相應(yīng)的誤差與曲柄轉(zhuǎn)角的曲線，這樣可以清楚觀察各種誤差在整個(gè)周期中對(duì)滑塊傾斜度的影響。

2 運(yùn)動(dòng)精度影響因素誤差分析

因六連桿壓力機(jī)工作臺(tái)面大，常采用雙點(diǎn)或四點(diǎn)傳動(dòng)，則各點(diǎn)的偏心輪和各連桿之間的運(yùn)動(dòng)均有同步性問(wèn)題，上梁、主齒輪、曲柄、連桿及調(diào)速桿等主要零部件的加工誤差直接影響壓力機(jī)各結(jié)點(diǎn)的同步性，而同步性問(wèn)題直接影響滑塊的運(yùn)動(dòng)精度。曲柄轉(zhuǎn)角誤差，曲柄半徑誤差，連桿長(zhǎng)度誤差，以及連桿結(jié)點(diǎn)分布偏差等因素均會(huì)引起滑塊的傾斜導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精度不良[2]。

下面以2000 t六連桿壓力機(jī)為例，重點(diǎn)分析由于這些誤差影響壓力機(jī)各結(jié)點(diǎn)同步性致使滑塊傾斜的因素及消除方法。

2.1 曲柄轉(zhuǎn)角誤差

曲柄轉(zhuǎn)角誤差即相位差，是指因兩偏心輪旋轉(zhuǎn)角度不同步使壓力機(jī)四點(diǎn)之間位移不一致，導(dǎo)致滑塊傾斜。本文給出因相位差超前所造成的壓力機(jī)滑塊傾斜的誤差曲線（見(jiàn)圖3），圖中給出了相位差分別超前0.05°和0.1°時(shí)的誤差曲線。

圖3 相位差引起的滑塊位移誤差曲線

從圖3中可以看出，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角在250°附近時(shí)引起的誤差最大，為正誤差，在下死點(diǎn)180°和322°附近引起的誤差最小，基本為零，在滑塊中位55°和255°位置引起的誤差分別為0.7 mm和1.5 mm，且兩個(gè)滑塊中位誤差方向相反。由此可以通過(guò)實(shí)測(cè)導(dǎo)柱或者滑塊的平行度數(shù)據(jù)并結(jié)合誤差曲線對(duì)相位差進(jìn)行分析，判斷相位差大小，然后確定調(diào)整點(diǎn)及調(diào)節(jié)量。

2.2 曲柄半徑誤差

曲柄半徑誤差是指兩曲柄半徑由于加工誤差所產(chǎn)生的相對(duì)偏差（見(jiàn)圖4），圖中是誤差為0.25 mm時(shí)的曲線。

由圖4可知，由偏心差引起的滑塊傾斜量在曲柄轉(zhuǎn)角為308°時(shí)較大，而在140°和230°附近基本為零，在下死點(diǎn)180°的誤差為0.18 mm，在滑塊中位55°和255°的誤差分別為0.22 mm和0.3 mm，方向相同，數(shù)值大小與長(zhǎng)度誤差基本一致。

2.3 各個(gè)連桿長(zhǎng)度誤差

由于六連桿機(jī)構(gòu)中各桿件數(shù)量多，故影響因素也比較多，需要分別對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。本文僅給出連桿長(zhǎng)度偏差為0.25 mm時(shí)引起壓力機(jī)滑塊在曲柄各角度時(shí)的傾斜量（見(jiàn)圖5、圖6）。

圖4 曲柄半徑誤差引起的滑塊位移誤差曲線

圖5 調(diào)速桿各桿長(zhǎng)度誤差引起的滑塊位移誤差曲線

圖6 擺桿及連桿長(zhǎng)度誤差引起的滑塊位移誤差曲線

由圖可知，調(diào)速桿中各桿（L2，L3，L4）長(zhǎng)度誤差造成的滑塊傾斜量在曲柄轉(zhuǎn)角為300°時(shí)較大，而在130°附近基本為零，在滑塊中位55°和255°時(shí)影響也很大，如果出現(xiàn)長(zhǎng)度誤差，不易彌補(bǔ)。而擺桿（L5）和連桿（L6）的長(zhǎng)度誤差在下死點(diǎn)和滑塊中位附近對(duì)滑塊的傾斜量影響要小很多。連桿（L6）在整個(gè)周期對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)影響變化很小，可以通過(guò)調(diào)整消除。

2.4 擺桿鉸接點(diǎn)位置誤差

在六連桿壓力機(jī)中，擺桿（L5）在上梁鉸接點(diǎn)的位置誤差也會(huì)對(duì)滑塊的傾斜度產(chǎn)生很大影響，該誤差主要是由上梁的擺桿鉸接孔與偏心輪孔的加工定位精度誤差造成的。本文給出擺桿鉸接點(diǎn)誤差為0.25 mm時(shí)滑塊位移誤差曲線（見(jiàn)圖7）。

圖7 擺桿鉸接點(diǎn)誤差對(duì)滑塊位移誤差曲線

由圖7可知，鉸接點(diǎn)沿水平方向和豎直方向誤差對(duì)滑塊的影響基本相同，所造成的滑塊傾斜量在曲柄轉(zhuǎn)角為300°附近時(shí)較大，而在90°和180°附近基本為零，但對(duì)中位的滑塊精度會(huì)造成很大的影響，所以加工時(shí)必須要嚴(yán)格保證上梁鉸接點(diǎn)的定位精度。

2.5 齒側(cè)間隙不均勻誤差

由于齒輪齒厚加工不一致及齒輪軸兩對(duì)人字齒輪基準(zhǔn)偏差等因素造成齒側(cè)間隙不均勻，使壓力機(jī)滑塊發(fā)生傾斜，對(duì)滑塊傾斜度的影響體現(xiàn)在轉(zhuǎn)角相位不一致。齒側(cè)間隙誤差曲線與相位差曲線一致，由齒側(cè)間隙不均勻引起壓力機(jī)滑塊的傾斜量也是在曲柄轉(zhuǎn)角為250°附近時(shí)達(dá)到最大值，而在下死點(diǎn)附近最小。

對(duì)此偏差只能以更換齒輪、齒輪軸或根據(jù)相位偏差的數(shù)值配主齒輪與偏心輪相位差的辦法來(lái)解決，但必須準(zhǔn)確測(cè)量偏差并且弄清齒側(cè)間隙的方向，以達(dá)到調(diào)整的目的。

2.6 連桿結(jié)點(diǎn)分布偏差

連桿結(jié)點(diǎn)的位置偏差同樣會(huì)造成滑塊的傾斜，但在機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，因?qū)е鶎?dǎo)套結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用使得影響壓力機(jī)精度的一個(gè)因素（見(jiàn)圖8）變?yōu)榱艘环N精度調(diào)節(jié)手段，可以在一定程度上彌補(bǔ)其他誤差對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的影響。

如果從中心位置移動(dòng)導(dǎo)套到左側(cè)或右側(cè)一個(gè)極限，滑塊在55°中位時(shí)的平行度的變化量為0.25 mm，而在滑塊另一中位255°時(shí)的滑塊平行度是與55°中位的數(shù)值變化方向相反的，變化量為1.5 mm，約為55°中位數(shù)值的6倍，根據(jù)這個(gè)特性可以通過(guò)測(cè)量一個(gè)周期中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，判斷調(diào)節(jié)導(dǎo)套的方向和調(diào)節(jié)量，最后將精度調(diào)到符合要求。

圖8 導(dǎo)套偏移對(duì)滑塊位移誤差曲線

3 滑塊運(yùn)動(dòng)精度的調(diào)整

可見(jiàn)，在上述影響壓力機(jī)精度的因素中，有些是可以調(diào)整的，有些是需要在加工中嚴(yán)格控制的。在調(diào)試過(guò)程中，每臺(tái)壓力機(jī)的精度影響因素不盡相同，當(dāng)運(yùn)動(dòng)精度不易調(diào)整時(shí)，我們可以通過(guò)上述分析對(duì)精度影響因素進(jìn)行判斷并給出相應(yīng)的解決方案。

3.1 相位調(diào)整

曲柄轉(zhuǎn)角的誤差所引起的滑塊傾斜可以通過(guò)調(diào)整齒輪相位差的辦法來(lái)消除。為使兩曲柄同步旋轉(zhuǎn)，須在主齒輪與偏心輪組裝時(shí)進(jìn)行相位調(diào)整。壓力機(jī)上梁組裝后，可以調(diào)整中間齒輪的調(diào)節(jié)螺釘，待達(dá)到同步后，便可打孔安裝緊固螺釘。使齒輪正確嚙合以消除相位偏差[2、3]。

這其中，調(diào)整中間相位齒輪只能調(diào)節(jié)左右兩側(cè)機(jī)構(gòu)之間的偏差，而無(wú)法彌補(bǔ)前后兩點(diǎn)之間的偏差，如果前后偏差過(guò)大，則可以判斷是由于偏心輪與大齒輪之間的相位沒(méi)有調(diào)整到位或是齒輪軸加工時(shí)兩對(duì)人字齒基準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)中，對(duì)此只能通過(guò)調(diào)節(jié)主齒輪和偏心輪的相位進(jìn)行調(diào)整?？傃b后還可以移動(dòng)導(dǎo)套對(duì)誤差進(jìn)行進(jìn)一步的補(bǔ)償，如果運(yùn)動(dòng)精度仍然超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，則應(yīng)考慮返修相關(guān)件。

3.2 移動(dòng)導(dǎo)套調(diào)整

即在壓力機(jī)總裝階段結(jié)合整機(jī)兩項(xiàng)精度（滑塊下平面與工作臺(tái)上平面平行度及滑塊行程對(duì)工作臺(tái)上平面的垂直度）對(duì)部裝工序同步調(diào)整作進(jìn)一步補(bǔ)充調(diào)整，其目的是克服同步零件的加工誤差，確保導(dǎo)柱導(dǎo)套的位置精度，進(jìn)而保證滑塊部件的運(yùn)行精度[4]。

由于導(dǎo)套是設(shè)計(jì)成向里和向外各有2 mm的竄動(dòng)量的可調(diào)結(jié)構(gòu)，調(diào)整結(jié)構(gòu)的上梁安裝導(dǎo)套孔（見(jiàn)圖9），在不同的位置時(shí)會(huì)對(duì)滑塊的傾斜度產(chǎn)生不同的影響，所以利用這一特點(diǎn)可以彌補(bǔ)其他誤差對(duì)滑塊傾斜度造成的影響。

圖9 導(dǎo)套調(diào)節(jié)示意圖

由于滑塊傾斜是幾種因素復(fù)合作用的結(jié)果，如果以上兩種手段均無(wú)法將精度調(diào)節(jié)到滿意的水平，則應(yīng)考慮是否由于某些因素的誤差過(guò)大造成的精度無(wú)法調(diào)整，調(diào)試過(guò)程中可根據(jù)實(shí)測(cè)一個(gè)周期中在幾個(gè)關(guān)鍵位置時(shí)滑塊與工作臺(tái)的平行度數(shù)值以及加工裝配記錄判斷出影響滑塊傾斜的主要因素，確定具體調(diào)整部位和調(diào)整方向，然后根據(jù)調(diào)整后的實(shí)際數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析，然后確定下一步調(diào)試方案，如此反復(fù)進(jìn)行，直到確定調(diào)整或返修方案。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以一臺(tái)典型的六連桿壓力機(jī)為例，詳細(xì)分析了各種誤差對(duì)滑塊傾斜度的影響，指出了六連桿壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)精度調(diào)整中出現(xiàn)問(wèn)題的根本原因，為解決調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)方向。經(jīng)過(guò)實(shí)際分析多臺(tái)壓力機(jī)的六連桿機(jī)構(gòu)以后，發(fā)現(xiàn)每臺(tái)壓力機(jī)中各種誤差對(duì)滑塊傾斜度的影響只有微小的區(qū)別，在工程應(yīng)用上可以忽略不計(jì)，所以本文六連桿機(jī)構(gòu)的誤差分析數(shù)據(jù)對(duì)其他六連桿壓力機(jī)的誤差分析同樣適用。

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