周麗麗，韓學(xué)軍，寇薈闊

（濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東濟(jì)南250022）

0 前言

車架縱梁上的孔約80%以上分布在U形梁的腹面，由此縱梁的沖孔加工效率取決于腹面的沖孔速度。在現(xiàn)有的腹面加工中，多采用雙主機(jī)(或三主機(jī)）的組合形式實(shí)現(xiàn)雙主機(jī)同時(shí)沖孔以提高沖孔效率，但目前的汽車縱梁腹面數(shù)控沖孔線，其沖孔方式存在以下缺點(diǎn)：

（1）沖孔速度相對較慢。由于每個(gè)數(shù)控沖孔線的主機(jī)只有單沖即一次只能沖一個(gè)孔，兩個(gè)主機(jī)同時(shí)沖也只能沖兩個(gè)孔，這種單沖的沖孔方式?jīng)Q定了速度慢、效率低。

（2）沖孔精度相對較差。因?yàn)榻M孔通常由兩個(gè)主機(jī)沖孔完成或由一個(gè)主機(jī)兩次沖孔完成，在U形梁的送進(jìn)過程中，有許多因素如不同工位相同尺寸的模具的安裝誤差、絲杠的重復(fù)定位精度等，都能影響沖孔精度。

隨著汽車行業(yè)自主研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新的多品種高品質(zhì)重型車的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，對車架的沖孔精度和效率的要求也越來越高，現(xiàn)有的沖孔方法已不能滿足目前汽車行業(yè)對沖孔精度和效率的要求。本文將以汽車縱梁雙主機(jī)腹面數(shù)控沖孔線為例，介紹雙沖的加工系統(tǒng)和方法，實(shí)現(xiàn)U形梁的高速高精度加工。

1 傳統(tǒng)技術(shù)的組成及特點(diǎn)

圖1是傳統(tǒng)技術(shù)的系統(tǒng)框圖，由CAD圖形讀取與回寫模塊、實(shí)有模具庫操作模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、自動(dòng)適配模具模塊、優(yōu)化模塊、模擬仿真模塊、NC程序創(chuàng)建模塊等組成。

圖1 傳統(tǒng)技術(shù)的系統(tǒng)框圖

傳統(tǒng)技術(shù)只有單沖適配，形成三種沖孔方式即小主機(jī)單沖、大主機(jī)單沖、大小主機(jī)同時(shí)沖，它存在的缺陷是生成程序的沖孔次數(shù)比較多，加工運(yùn)行的時(shí)間長，效率低。

2 雙沖技術(shù)的組成及特點(diǎn)

圖2是雙沖的加工方法系統(tǒng)框圖。與傳統(tǒng)的沖孔模式不同的是，它增加了虛擬模具庫操作模塊、數(shù)據(jù)定義模塊、雙沖圖形處理模塊、實(shí)體和虛擬模具選擇模塊、雙沖自動(dòng)適配模具模塊等，對優(yōu)化和NC程序模塊的內(nèi)容也進(jìn)行了擴(kuò)充。

增加了雙沖后的沖孔方式有八種即小主機(jī)單沖、小主機(jī)雙沖、大主機(jī)單沖、大主機(jī)雙沖、小主機(jī)單沖和大主機(jī)單沖組成同時(shí)沖、小主機(jī)單沖和大主機(jī)雙沖組成同時(shí)沖、小主機(jī)雙沖和大主機(jī)單沖組成同時(shí)沖、小主機(jī)雙沖和大主機(jī)雙沖組成同時(shí)沖。雙沖技術(shù)通過采用虛擬模具號(hào)，把以上八種沖孔方式歸結(jié)為小主機(jī)單沖、大主機(jī)單沖、小主機(jī)同時(shí)沖三種基本沖孔方式，小主機(jī)、大主機(jī)、大小主機(jī)的單沖和雙沖通過模具號(hào)區(qū)分。它生成程序的沖孔次數(shù)少，加工運(yùn)行的時(shí)間短，效率高。

圖2 雙沖的加工方法系統(tǒng)框圖

3 雙沖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

雙沖技術(shù)通過硬件和軟件兩大部分來實(shí)現(xiàn)。

參照地方同類工程的定額標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定一個(gè)合理的獨(dú)立費(fèi)及其各分項(xiàng)取費(fèi)的費(fèi)率標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，考慮山區(qū)、平原項(xiàng)目區(qū)的特點(diǎn)和工程的復(fù)雜程度，以及投資額度等因素，取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)有一定幅度，具體操作中可以根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況，按規(guī)定選取各項(xiàng)費(fèi)率。

硬件是在沖孔小主機(jī)和沖孔大主機(jī)的模具庫結(jié)構(gòu)中沿X軸方向設(shè)計(jì)兩個(gè)X向間距為L（該距離可根據(jù)用戶要求設(shè)定）整數(shù)倍的直徑為ΦD1和ΦD2、Y方向相同的四個(gè)模具，其中ΦD1、ΦD2可相同也可不同，但其數(shù)值都小于25mm；在數(shù)控系統(tǒng)中對沖孔小主機(jī)和沖孔大主機(jī)各定義四個(gè)虛擬模具，用于實(shí)現(xiàn)上排兩個(gè)ΦD1模具和下排兩個(gè)ΦD1模具、上排兩個(gè)ΦD2模具和下排兩個(gè)ΦD2模具雙沖。

軟件實(shí)現(xiàn)是在汽車縱梁CAM系統(tǒng)中對電子圖進(jìn)行雙沖處理，把X向距離為L整數(shù)倍的直徑為ΦD1或ΦD2的兩個(gè)圓處理成雙沖，第一個(gè)雙沖，第二個(gè)不沖但加入屬性“SD”并有特殊顏色顯示，NC程序生成和加工運(yùn)行中，兩個(gè)主機(jī)各自的單沖用實(shí)體模具號(hào)，雙沖用虛擬模具號(hào)。

下面詳細(xì)說明雙沖軟件的實(shí)現(xiàn)步驟。

步驟①：系統(tǒng)的初始化。由數(shù)據(jù)定義模塊定義模具庫數(shù)組、沖壓數(shù)組、優(yōu)化數(shù)組、CAM層、模擬層以及公共變量，并把數(shù)組和公共變量傳遞給CAD圖形讀取模塊、雙沖圖形處理模塊、自動(dòng)適配模具模塊、優(yōu)化模塊、模擬仿真模塊、NC程序創(chuàng)建模塊等各個(gè)功能模塊。

參數(shù)設(shè)置模塊：參數(shù)設(shè)置模塊讀取設(shè)置窗體的參數(shù)，存放到數(shù)據(jù)定義模塊定義的公共變量中，參數(shù)有程序號(hào)、梁長度、梁腹面寬度、梁厚度、X行程、Y行程等并把這些公共變量傳遞給自動(dòng)適配模具模塊、優(yōu)化模塊、模擬仿真模塊、NC程序創(chuàng)建模塊等各個(gè)功能模塊。

虛擬模具庫的操作模塊：虛擬模具庫的操作模塊定義虛擬模具號(hào)，并把虛擬模具號(hào)的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)定義模塊定義的模具庫數(shù)組；實(shí)有模具庫操作模塊讀取各個(gè)實(shí)有工位的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)定義模塊定義的模具庫數(shù)組；實(shí)有模具和虛擬模具合成模具庫數(shù)組，每個(gè)模具都以塊的形式建立模具塊圖形并輸出模具庫數(shù)組至自動(dòng)適配模具模塊、優(yōu)化模塊、模擬仿真模塊和NC程序創(chuàng)建模塊，輸出模具塊圖形至模具庫圖形調(diào)用模塊、模具庫回寫模塊和模擬仿真模塊。

步驟②：CAD圖形讀取模塊。首先建立CAD與CAM的連接，讀取U形梁圖形庫的所有圖素，篩選出圖素名稱等于圓的實(shí)體，獲取實(shí)體的屬性值圓心和直經(jīng)，并把圓心的坐標(biāo)值X、圓心的坐標(biāo)值Y和直徑值D轉(zhuǎn)換進(jìn)數(shù)據(jù)定義模塊定義的沖壓數(shù)組中并輸出沖壓數(shù)組Data1的數(shù)據(jù)至雙沖圖形處理模塊和自動(dòng)適配模具模塊。

步驟③：雙沖圖形處理模塊。雙沖圖形處理模塊對CAD圖形讀取模塊輸出沖壓數(shù)組中圓直徑相等且兩圓間距為規(guī)定長度的圓作特定標(biāo)記位并輸出沖壓數(shù)組的數(shù)據(jù)至自動(dòng)適配模具步驟，字符標(biāo)記回寫到U形梁圖形庫中。

步驟④：自動(dòng)適配模具模塊。自動(dòng)適配模具模塊從CAD圖形讀取模塊和雙沖圖形處理模塊輸出的沖壓數(shù)組中檢測特定標(biāo)記位，如該位是雙沖則根據(jù)圓直徑、圓中心的X坐標(biāo)值和Y坐標(biāo)值、U形梁的梁參數(shù)、模具庫的模具信息自動(dòng)適配虛擬模具號(hào)，如該位是單沖則自動(dòng)適配實(shí)有模具號(hào)，如該位為不沖則不匹配模具；把匹配模具的模具塊圖形以塊的形式回寫到U形梁圖形庫由數(shù)據(jù)定義模塊定義的CAM層中，供優(yōu)化模塊讀取。

步驟⑤：優(yōu)化模塊。優(yōu)化模塊讀取自動(dòng)適配模具模塊回寫的圖形數(shù)據(jù)庫的CAM層的所有塊的插入點(diǎn)的坐標(biāo)值、模具號(hào)、插入點(diǎn)的坐標(biāo)值加該模具的模具偏置放入由數(shù)據(jù)定義模塊定義的優(yōu)化數(shù)組，優(yōu)化數(shù)組分成主從兩個(gè)隊(duì)列，大主機(jī)沖孔數(shù)據(jù)為主隊(duì)列，小主機(jī)沖孔數(shù)據(jù)為從隊(duì)列，各隊(duì)列按X+模具偏置由小到大排序并輸出排序完成的優(yōu)化數(shù)組數(shù)據(jù)至NC程序創(chuàng)建模塊和模擬仿真模塊。

步驟⑥：模擬仿真模塊。模擬仿真模塊對優(yōu)化模塊輸出的優(yōu)化數(shù)組中的數(shù)據(jù)和進(jìn)行沖點(diǎn)和沖孔路徑顯示并輸出到圖形數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)定義模塊定義的模擬層上。

步驟⑦：NC程序創(chuàng)建模塊。NC程序創(chuàng)建模塊根據(jù)優(yōu)化模塊輸出的排序主從兩個(gè)有序隊(duì)列的數(shù)據(jù)、分別從兩個(gè)隊(duì)列的頭部取數(shù)據(jù)，從主隊(duì)列的頭部取一組數(shù)據(jù)把X+該模具的偏置賦給變量Pz1，再從從隊(duì)列中取一組數(shù)據(jù)把X+該模具的偏置賦給變量Pz2，比較這兩組數(shù)據(jù)中坐標(biāo)值X+該模具的偏置的條件，X3xc為小主機(jī)沿X方向水平移動(dòng)。

若滿足雙沖條件Pz2-Pz1≥0且Pz2-Pz1≤X3xc雙沖

Pz1＞Pz2小主機(jī)單沖

Pz1≤Pz2大主機(jī)單沖

形成三種基本沖孔方式語句（小主機(jī)單沖、大主機(jī)單沖、兩主機(jī)同時(shí)沖），主從兩個(gè)隊(duì)列的數(shù)組都判斷完畢，輸出形成NC程序；加工運(yùn)行中，遇到虛擬模具號(hào)雙沖，即兩個(gè)實(shí)有模具同時(shí)下壓沖孔，遇到實(shí)體模具號(hào)單沖。

所述雙沖是指一個(gè)主機(jī)一次同時(shí)下壓兩個(gè)模具沖出兩個(gè)孔；所述實(shí)有模具是指機(jī)械結(jié)構(gòu)中按工位布置實(shí)際存在的模具號(hào)；所述虛擬模具號(hào)是指工位布置圖中不存在，而有兩個(gè)或多個(gè)實(shí)有模具號(hào)組合完成某些特殊功能的模具號(hào)。

4 雙沖技術(shù)的實(shí)施效果

與傳統(tǒng)的沖孔模式相比，雙沖技術(shù)具有如下優(yōu)勢：①提高了汽車U形梁的加工速度，比傳統(tǒng)的方法效率高；②提高了汽車U形梁的加工精度。這是由于雙沖的實(shí)現(xiàn)只與模具庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與絲杠的重復(fù)定位精度、不同工位相同尺寸的模具的安裝誤差等無關(guān)，解決了組孔精度差的缺點(diǎn)；③虛擬模具號(hào)技術(shù)通用性強(qiáng)，把八種沖孔方式變成了三種基本沖孔方式，程序處理簡單；④所述雙沖的加工方法創(chuàng)建的NC程序短，占用內(nèi)存少，操作簡單，實(shí)現(xiàn)容易。

將雙沖的加工方法在U形梁雙主機(jī)腹面數(shù)控沖孔線中進(jìn)行了驗(yàn)證，做了大量的測試對比實(shí)驗(yàn)，效果顯著。以用戶汽車U形梁為例，該U形梁長度11750mm，腹面寬度300mm，全部孔數(shù)359個(gè)，滿足雙沖的孔數(shù)為87對，在其他條件相同的情況下，節(jié)約時(shí)間 87×1.5s=130.5s＝2.17min，即采用傳統(tǒng)方法加工該U形梁需要8min，而用雙沖方式加工該U形梁需要約5min，提高速度30%以上，在沖孔的精度方面也大大提高。

5 結(jié)束語

雙沖針對傳統(tǒng)沖孔模式只有單沖、只有實(shí)有模具號(hào)、無法實(shí)現(xiàn)雙沖的特點(diǎn)，對其進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，考慮到模具庫沿縱梁送進(jìn)方向放置的優(yōu)點(diǎn)，采用了虛擬模具號(hào)以達(dá)到單沖和雙沖兩種方式的兼容，把八種沖孔方式歸結(jié)為三種基本沖孔方式。它不僅有利于NC程序的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也為其他生產(chǎn)線的開發(fā)和升級(jí)打下基礎(chǔ)。因其在沖孔效率和精度方面的提高改善，雙沖正被越來越廣泛地應(yīng)用于汽車縱梁數(shù)控沖孔線中。

[1]韓學(xué)軍.汽車縱梁沖孔數(shù)控生產(chǎn)線自動(dòng)編程系統(tǒng)ActiveX Au tomation技術(shù)的應(yīng)用[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2006，（12）.

[2]王傳標(biāo)，韓學(xué)軍.基于VB6.0和ActiveX Automation技術(shù)開發(fā)CAM 的研究[J].信息技術(shù)與信息化，2009，（1）.

[3]韓學(xué)軍.汽車縱梁沖孔數(shù)控生產(chǎn)線自動(dòng)排刀[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007，42（3）.