袁 峰，楊清濤

YUAN Feng, YANG Qing-tao

（鄭州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，鄭州 450001）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，客車的需求量也在不斷增加[1]，同時(shí)也呈現(xiàn)出了小批量、多品種的需求態(tài)勢(shì)[2]。在客車門板的生產(chǎn)過程中，需要將金屬板材的某一部位壓成特定半徑的圓弧形狀[3]，這就用到折彎?rùn)C(jī)以及不同規(guī)格的模具?，F(xiàn)有的生產(chǎn)方式采用的是普通的折彎?rùn)C(jī)，壓弧模具的上模裝在折彎?rùn)C(jī)的滑塊上，下模固定在折彎?rùn)C(jī)工作臺(tái)上，上、下模要求成套使用[4,5]。由于客車門板尺寸較大，因而對(duì)應(yīng)的模具往往尺寸也很大，一套模具的重量輕則幾百公斤，重則超過一噸，因此更換起來特別麻煩，要借助叉車起升模具，并由人工將模具推到工作臺(tái)上，手工完成上、下模具的定位以及夾緊操作，整個(gè)過程消耗大量的時(shí)間和勞動(dòng)力[6]；而現(xiàn)階段有些小批量、多品種的生產(chǎn)模式又決定了壓弧模具需要頻繁地更換，一個(gè)班有時(shí)模具更換量甚至達(dá)到了十多次，這樣就大大增加了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。因此如何提高客車門板壓弧工序的生產(chǎn)效率，如何提高折彎?rùn)C(jī)壓弧模具更換的自動(dòng)化程度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及生產(chǎn)成本，成為企業(yè)目前急需解決的難題。

1 新型折彎?rùn)C(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合上述原因，以及國(guó)內(nèi)外各類壓弧設(shè)備的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和理念[7,9]，應(yīng)該設(shè)計(jì)一款新型客車門板壓弧專用折彎?rùn)C(jī)，這種折彎?rùn)C(jī)應(yīng)該除了具有市場(chǎng)上現(xiàn)有折彎?rùn)C(jī)所具有的很好的壓弧折彎性能外，還應(yīng)滿足設(shè)備自動(dòng)化、集成化，能很好的提高設(shè)備的可靠性、產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)成本的降低。所有的這些設(shè)計(jì)都必須很好的解決現(xiàn)階段的問題，以滿足市場(chǎng)和企業(yè)發(fā)展的需求。

圖1 整體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖

圖2 整體結(jié)構(gòu)正面示意圖

圖3 上模夾緊裝置局部示意圖

圖4 整套模具示意圖

圖5 模具搬運(yùn)裝置示意圖

圖6 圖5中A-A剖視圖的局部示意圖

如圖1、圖2所示，該客車門板壓弧專用折彎?rùn)C(jī)由機(jī)架1、滑塊2、上模夾緊裝置3、下模定位夾緊裝置4、工作臺(tái)5、模具庫(kù)6、模具搬運(yùn)裝置7、后擋料裝置8、液壓系統(tǒng)9和控制系統(tǒng)10[10]等結(jié)構(gòu)組成。

圖中其他標(biāo)號(hào)部位裝置為：上模夾緊油缸31、斜推塊32、下模定位塊41、轉(zhuǎn)位夾緊油缸42、模具架61、模具限位塊62、模具63、上模631、下模632、定位銷633、定位套634、模具水平移動(dòng)裝置71、模具垂直升降裝置72、貨叉收展機(jī)構(gòu)73、平移架711、伺服電機(jī)Ⅰ712、水平導(dǎo)軌713、絲杠Ⅰ714、螺母Ⅰ715、吊架716、絲杠Ⅱ721、螺母Ⅱ722、伺服電機(jī)Ⅱ723、小同步帶輪724、同步帶725、大同步帶輪726、垂直導(dǎo)軌727、升降架728、貨叉收展機(jī)構(gòu)73、小油缸731、齒條732、貨叉733、齒輪軸734、后擋指81、直線導(dǎo)軌82。

1.1 模具庫(kù)與模具

模具庫(kù)由模具架、模具限位塊和若干套模具組成；模具架固定在工作臺(tái)后面并與機(jī)架相連；模具限位塊設(shè)置在模具架上，而模具則放在模具限位塊的槽中；模具庫(kù)可容納六套規(guī)格不同的模具，每套模具之間留有100mm的間隙，以便升降架連同貨叉收展機(jī)構(gòu)從中穿過

模具分為上模和下模，上模兩端設(shè)有定位套，下模相應(yīng)部位設(shè)有定位銷，以保證上下模具合攏后的對(duì)中；上模的上部開有3～6個(gè)方孔，方孔的上平面為一斜面；當(dāng)上模與滑塊結(jié)合后，上模夾緊油缸推動(dòng)斜推塊頂緊方孔的上斜面，即可實(shí)現(xiàn)上模的夾緊。下模的底部開有凹槽，與下模定位塊配合可實(shí)現(xiàn)下模的定位；下模兩端各有一個(gè)平臺(tái)，以便轉(zhuǎn)位夾緊油缸的壓頭將下模壓緊。

1.2 自動(dòng)搬運(yùn)裝置

模具自動(dòng)搬運(yùn)裝置設(shè)置在模具庫(kù)上方，由模具水平移動(dòng)裝置、模具垂直升降裝置和貨叉收展機(jī)構(gòu)組成（如圖1、圖5所示）。上述模具水平移動(dòng)裝置由吊架、水平導(dǎo)軌、平移架、伺服電機(jī)Ⅰ、絲杠Ⅰ、螺母Ⅰ組成；其中吊架固定在機(jī)架內(nèi)壁上，兩條水平導(dǎo)軌固定在吊架的下部，平移架與螺母Ⅰ相連；在伺服電機(jī)Ⅰ和絲杠Ⅰ的驅(qū)動(dòng)下，平移架可沿水平導(dǎo)軌做前后平移。上述模具垂直升降裝置由絲杠Ⅱ、螺母Ⅱ、伺服電機(jī)Ⅱ、小同步帶輪、同步帶、大同步帶輪、垂直導(dǎo)軌和升降架組成，其中垂直導(dǎo)軌固定在上述平移架上，螺母Ⅱ固定在升降架上，小同步帶輪裝在伺服電機(jī)Ⅱ上，大同步帶輪裝在絲杠Ⅱ上；由伺服電機(jī)Ⅱ帶動(dòng)小同步帶輪、同步帶、大同步帶輪和絲杠Ⅱ動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)升降架沿垂直導(dǎo)軌上下移動(dòng)。上述貨叉收展機(jī)構(gòu)配有兩套，左右對(duì)稱安裝在升降架的下部，分別由貨叉、齒輪軸、齒條和小油缸組成；其中小油缸固定在升降架上，齒條與小油缸的活塞桿相連，貨叉與齒輪軸為鍵連接；在小油缸和齒條的驅(qū)動(dòng)下，齒輪軸可帶動(dòng)貨叉做90°擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)貨叉的收縮與伸展。

1.3 其他關(guān)鍵裝置

滑塊與液壓系統(tǒng)中主油缸的活塞桿相連接，能沿著機(jī)架上的導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)。滑塊的下端開有凹槽，依靠凹槽的兩側(cè)面和滑塊下端面實(shí)現(xiàn)上模的安裝定位。

上模夾緊裝置設(shè)置在滑塊的下部，由上模夾緊油缸和斜推塊組成。

下模定位夾緊裝置設(shè)置在工作臺(tái)上，左右各有一套（如圖2所示），它由下模定位塊、轉(zhuǎn)位夾緊油缸組成。下模定位塊與下模底部的凹槽配合實(shí)現(xiàn)下模的定位，轉(zhuǎn)位夾緊油缸的壓頭作用在下模兩端的平臺(tái)上將其夾緊。

工作臺(tái)固定在機(jī)架上，工作臺(tái)表面有兩道凹槽，以避讓模具搬運(yùn)裝置上的貨叉。

后擋料裝置設(shè)置在模具搬運(yùn)裝置的升降架上，由一條直線導(dǎo)軌和兩個(gè)后擋指組成；兩個(gè)后擋指的位置可根據(jù)待加工的金屬板材的尺寸作相應(yīng)調(diào)節(jié)。

2 新型折彎?rùn)C(jī)工作進(jìn)程描述

該客車門板壓弧專用折彎?rùn)C(jī)工作時(shí)，根據(jù)需求確定模具編號(hào)，控制系統(tǒng)10發(fā)出指令，模具搬運(yùn)裝置7移動(dòng)到所需模具的上方，模具垂直升降裝置72向下運(yùn)動(dòng)；此時(shí)貨叉收展機(jī)構(gòu)73處于收縮狀態(tài)，其隨同升降架728一起穿過兩套模具之間的空隙，當(dāng)貨叉733的上平面低于下模632的底面時(shí)，貨叉收展機(jī)構(gòu)73展開；接下來模具垂直升降裝置72向上運(yùn)動(dòng)，貨叉733將模具搬起；當(dāng)下模632的底部高于工作臺(tái)5的上平面10mm后，停止上升；接下來模具搬運(yùn)裝置7水平移動(dòng)將模具搬運(yùn)到工作臺(tái)上部，然后模具垂直升降裝置72下落，將模具放置在工作臺(tái)5上，與此同時(shí)在下模定位塊41引導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)模具的對(duì)中；當(dāng)模具垂直升降裝置72下降至貨叉733與模具完全脫離接觸后停止下降，由模具搬運(yùn)裝置7帶動(dòng)貨叉633從模具下方抽出，然后貨叉收展機(jī)構(gòu)73收縮。接下來，由兩個(gè)轉(zhuǎn)位夾緊油缸42將下模左右兩端自動(dòng)夾緊；折彎?rùn)C(jī)滑塊2下行，并與上模631結(jié)合后由上模夾緊裝置3實(shí)現(xiàn)定位夾緊，從而完成了模具的自動(dòng)安裝。對(duì)金屬板材加工時(shí)，通過控制模具搬運(yùn)裝置7中的兩個(gè)伺服電機(jī)，即可調(diào)整后擋料裝置8中兩個(gè)后擋指81的前后以及上下位置，滿足加工工藝要求。

完成一組工件的加工，需要更換模具時(shí)，由控制系統(tǒng)10發(fā)出指令，滑塊2下行，先將上模631與下模632合攏，由上模夾緊油缸31將斜推塊32回拉，滑塊2隨后上升并脫離與上模631的接觸；以此同時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)位夾緊油缸42各自松開并轉(zhuǎn)動(dòng)90°，以避讓模具的起升。接下來，模具搬運(yùn)裝置7 先向后退出一段距離，通過調(diào)整模具垂直升降裝置72使得貨叉733的上平面低于工作臺(tái)5的上平面5mm后，將貨叉收展機(jī)構(gòu)73展開；然后模具搬運(yùn)裝置7向前移動(dòng)，直至貨叉733進(jìn)入工作臺(tái)5上的凹槽中并來到模具的正下方后停止前移；隨后垂直升降裝置72向上移動(dòng)15mm將模具搬起，再由模具搬運(yùn)裝置7將模具放入模具庫(kù)6中模具限位塊62 對(duì)應(yīng)的位置后，貨叉收展機(jī)構(gòu)73收縮，模具垂直升降裝置72升起并回位；接下來按照控制系統(tǒng)10的指令，執(zhí)行并完成下一個(gè)模具的搬運(yùn)工作即可。

3 結(jié)論

該客車門板壓弧專用折彎?rùn)C(jī)的設(shè)計(jì)充分利用機(jī)器內(nèi)部的空間資源，在折彎?rùn)C(jī)后部配置了模具庫(kù)，方便了模具的存儲(chǔ)與搬運(yùn)；配備了模具自動(dòng)搬運(yùn)裝置以及上下模自動(dòng)夾緊裝置，顯著提高了模具更換效率，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度；后擋料裝置由兩臺(tái)伺服電機(jī)控制其上下和前后位置，靈活方便，定位精度高；大大提高了折彎?rùn)C(jī)的自動(dòng)化和集成化，并降低了生產(chǎn)成本。

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