磁吸式角鋼沖孔模具自動更換設(shè)備

隨著沖孔角鋼產(chǎn)品種類的增多，模具切換的次數(shù)隨之增加，換模消耗的時間也越來越多，占用了更多的生產(chǎn)時間，造成生產(chǎn)效率的下降。現(xiàn)在就需要更統(tǒng)一、便捷、高效、自動化的模具更換方式。參閱了有關(guān)快速換模結(jié)構(gòu)的設(shè)計資料，本文涉及裝置的模具自動更換功能，依靠程序算法控制，通過上位機選擇模具類型，實現(xiàn)沖壓模具和刀具的自動更換，除去了模具或工具的手動拆裝環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率，減少其磨損度，提高了模具的使用壽命。

1 設(shè)備總體設(shè)計

磁吸式角鋼沖孔模具自動更換設(shè)備主要由輔助沖孔機構(gòu)、模具更換機構(gòu)和模具架機構(gòu)三部分構(gòu)成，模具更換設(shè)備結(jié)合固定于小型沖壓機床上的角鋼沖孔平臺可以實現(xiàn)自動化沖孔更換。整個設(shè)備適配小型沖壓機，通過螺絲螺母固定再平臺上，整體尺寸為800mm×255mm×160mm。設(shè)備整體三維模型渲染效果如圖1所示。

2 輔助沖孔機構(gòu)設(shè)計

輔助沖孔機構(gòu)設(shè)計。如圖2所示，凹模和凸模已經(jīng)進入安裝位置，凸模鑲進凸模沖壓套合為一體，凸模沖壓套安裝在“凹”字型的輔助沖壓塊內(nèi)。輔助沖壓塊的兩個“尖角”設(shè)有通孔，并在里面裝有直線軸承，直線軸承內(nèi)部配合豎直的導(dǎo)柱，此時輔助沖壓塊便可以順利上下移動，為實現(xiàn)輔助沖壓塊下壓后歸位，導(dǎo)柱上應(yīng)配有合適的彈簧。

工作時，沖床的沖錘會先接觸到凸模沖壓套，凸模被下壓接觸到材料鋼帶，但沖料的過程中，材料鋼帶會因形變而彈起或鑲在凸模上而發(fā)生移動，便在凸模沖壓套與輔助沖壓塊之間加入導(dǎo)柱和彈性更強的彈簧，此時沖床的沖錘同樣會先接觸到凸模沖壓套，凸模被下壓接觸到材料鋼帶過程中，輔助沖壓塊比凸模率先接觸到材料鋼帶，起到輔助緊定作用，沖料完成后，輔助沖壓塊比凸模后接離開材料鋼帶，可以防止材料鋼帶彈起或鑲在凸模上。

此外，輔助沖孔設(shè)計還簡單設(shè)有導(dǎo)軌和絲桿，導(dǎo)軌與絲桿相對平行，絲桿兩端有螺釘緊定，絲桿不能轉(zhuǎn)動和移動。

3 模具更換機構(gòu)設(shè)計

模具架機構(gòu)設(shè)計如圖4所示。模具架用于凹模和凸模的存儲，分為上下兩層，一組可以存放五套凹凸模，上層用于凸模的存放，凸模以橫向推進方式嵌入，并于應(yīng)用磁吸效果簡單鎖定。下層用于凹模存放，以機械鎖定方式，原理在于凹模向下嵌入凹模存放位置時，凹模內(nèi)部的彈簧和卡扣被模具架凹模存放位置底部的撐片撐開，模具更換機構(gòu)的凹模和凸模安裝拆卸解鎖對凹模的鎖定。

模具更換機構(gòu)內(nèi)有凹模和凸模安裝拆卸的裝置，該裝置兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌和滑塊，可以相對模具更換機構(gòu)內(nèi)橫向移動，并通過上方的步進電機控制安裝在該裝置上的齒條移動而實現(xiàn)裝置的移動。當(dāng)模具更機構(gòu)到達安裝位置后，模具更機構(gòu)控制齒條移動將裝置水平推動一定距離，該裝置同時將凸模和凹模遞進工作位置，此時凹模鑲進輔助沖孔中底板的階梯方孔內(nèi)，完成后凹模的上表面(工作表面)與底板上表面持平，此時凸模也完全被遞進輔助沖孔中輔助沖壓塊的安裝孔內(nèi)，正好與下方的凹模位置相對，裝置內(nèi)部的電磁鐵斷電并收回，凸模脫離模具更換的控制。

當(dāng)需要更換模具的時候，凹模和凸模安裝拆卸的裝置倒反安裝步驟，將凹模和凸模撤離工作槽位，通過各個電機的工作運送到模具架區(qū)域的裝卸位置。

縣鄉(xiāng)兩級管理互通互融，縣農(nóng)口有關(guān)部門與鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道農(nóng)技推廣班子定期聯(lián)絡(luò)，縣農(nóng)口有關(guān)部門多走訪，鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道農(nóng)技推廣班子多匯報，互通信息，細致管理，切實做好農(nóng)技推廣業(yè)務(wù)工作并及時落實到位，切實實現(xiàn)工作職責(zé)，避免推廣工作行政化，以及行政事務(wù)替代本職工作現(xiàn)象，著力避免農(nóng)技推廣工作脫離農(nóng)民現(xiàn)象［3］。共同服務(wù)新型職業(yè)農(nóng)民培育、壯大新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的農(nóng)技推廣新模式。

模具更機構(gòu)還設(shè)有四根豎直的導(dǎo)柱和兩套絲桿螺母移動裝置，通過同時控制兩套電機的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，可以精確升降凹模和凸模安裝拆卸的裝置和其推進平臺的升降。

（3）漳河水利經(jīng)濟管理創(chuàng)新情況。一是實行崗位競爭，完善用人機制。各企業(yè)在人事管理中，對重要崗位和關(guān)鍵崗位實行崗位競爭，激發(fā)了廣大職工堅持加強自身學(xué)習(xí)，不斷提高自身技能和水平，從而成為實現(xiàn)自我價值的內(nèi)在動力。二是實行分配改革，完善激勵機制。各生產(chǎn)經(jīng)營單位實行效益工資，職工收入分配總額與生產(chǎn)經(jīng)營單位主營業(yè)務(wù)收入、利潤、資本保值增值率、資產(chǎn)負債率、收入變現(xiàn)率、上交款項等經(jīng)濟指標掛鉤，根據(jù)經(jīng)濟指標完成情況確定，收入分配總額隨各項指標增減率浮動。

破壞大丫身體的，是一位拉板車的老頭兒，他常年跟大丫的養(yǎng)母鬼混。他是她家的?？?。據(jù)說他是一個很慷慨的老工人。有了這些便利條件，才使這個壞老頭兒得了手。

負面清單模式能夠極大地賦予市場主體從事經(jīng)濟活動的自由，這可能會造成社會資本流向熱點行業(yè)、熱點地區(qū)，導(dǎo)致行業(yè)發(fā)展不平衡，地區(qū)發(fā)展不均衡。適當(dāng)?shù)墓苤瓶梢砸龑?dǎo)市場主體的行為，避免市場主體之間的惡性競爭，更合理、有效地配置社會資源，促進行業(yè)和地區(qū)經(jīng)濟的均衡發(fā)展，防止壟斷的發(fā)生。

4 模具架機構(gòu)設(shè)計

模具更換機構(gòu)設(shè)計如圖3所示，模具更機構(gòu)安裝在輔助沖孔機構(gòu)中導(dǎo)軌之上，模具更機構(gòu)上則對應(yīng)設(shè)計有絲桿螺母，絲桿螺母與絲桿配合，控制絲桿螺母的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)可以實現(xiàn)模具更機構(gòu)相對導(dǎo)軌的精確移動。絲桿螺母以“軸承—齒輪—軸承”的方式安裝，只能旋轉(zhuǎn)而不能移動。

5 電控部分設(shè)計

(1)設(shè)備橫向移動控制系統(tǒng)設(shè)計。模具更換過程中，需要設(shè)備準確的在沖壓區(qū)和模具放置區(qū)來回進行精準的橫向移動。

MH7A細胞為永生化的RA關(guān)節(jié)滑膜細胞，購自廣州吉妮歐公司。用高糖DMEM+10%胎牛血清于5%CO2，37℃的培養(yǎng)箱培養(yǎng)。購買時為第3代，培養(yǎng)3代后用于后續(xù)實驗研究。

自動更換控制系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化控制，代替了傳統(tǒng)的人工化替換模具的方式，大大提升了生產(chǎn)線的效率和模具更換的精確度，使得操控人員易上手，并且也解決了模具摩擦損壞的問題。

根據(jù)沖孔模具進行電機的對比以及選擇。直流電機的特點是，給電就轉(zhuǎn)至于轉(zhuǎn)幾圈，以什么樣的速度來轉(zhuǎn)直流電機這些功能是不受控制的。步進百電機的特點是，給完整的信號才步進一次，常見的步進電機步進角度是5度，需要步進72次才能轉(zhuǎn)度一圈這在一些車床控制里面就顯得尤其重要了。比如在某個坐標鉆孔，如果使用直流電機，則很難精確找到坐標而如果使用步進電機，則可以將坐標轉(zhuǎn)換為步進次數(shù)。因此單片機在控制內(nèi)直流電機和步進電機時直流電機只需要給高電平或者低電平即容可步進電機需要給A-B相控信號才能驅(qū)動，這樣的方式在保證設(shè)備精度的同時降低了開發(fā)和測試的難度，對于后期的維護也能更加的方便。綜上，選擇步進電機。

步進電機是一種簡單、 穩(wěn)定性良好的機電元件, 可以將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移輸出, 電機位移輸出的大小與脈沖嚴格同步, 具有瞬間啟動, 精確定位操作等特點。

故本次設(shè)計采用的是控制步進電機的方式來進一步控制設(shè)備的橫向精準移動，利用步進電機的精確度高的方式來使得設(shè)備在凹槽處移動位置的精準，從而防止模具更換過程中摩擦損壞的問題的產(chǎn)生。

DRV8825是德州儀器(TI)為打印機、掃描儀和其他自動化設(shè)備設(shè)計的集成電機驅(qū)動芯片。它集成了2個H橋電路,以及片上1/32微步進分度器,可以驅(qū)動一個雙極型電機,或兩個直流有刷電機。

控制脈沖頻率可實現(xiàn)對步進電機運動狀態(tài)的控制。使用DRV8825模塊輸入合適固定的脈沖頻率，然后通過公式算法控制可以實現(xiàn)控制步進電機轉(zhuǎn)動固定的角度，從而精確控制設(shè)備橫向移動的距離。

在模具放置區(qū)，設(shè)備通過卡扣，定位并取出模具。電機帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動設(shè)備在絲桿上移動，移動到?jīng)_壓區(qū)精確停下。設(shè)備上的電機會帶動齒輪和絲桿從而移動伸縮桿和裝置的高低位置，從而將模具放置到?jīng)_壓區(qū)固定位置。

(2)模具拿取放置控制系統(tǒng)設(shè)計。模具在沖壓區(qū)和模具放置區(qū)時，將模具精確的放置到固定的位置。通過轉(zhuǎn)動電機來帶動設(shè)備上的齒輪轉(zhuǎn)動，從而移動換刀裝置。通過轉(zhuǎn)動步進電機從而轉(zhuǎn)動步進電機上的絲桿，帶動裝置上下移動。

11月21日7版《大學(xué)應(yīng)擺脫“普遍很忙”狀態(tài)》，其“中國已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的大學(xué)學(xué)科進入了世界排名的前百分之一、千分之一，部分名校的優(yōu)勢學(xué)科甚至已經(jīng)躋身前萬分之一。但到目前為止，我們還只有個別學(xué)校的綜合交叉學(xué)科進入世界前1%”，有恙；此處“甚至”，使用不當(dāng)。

在模具的移動過程中，對轉(zhuǎn)動的精度要求非常高，在考慮到設(shè)備零件間的抖動、老化以及在移動過程中造成的摩擦損耗，需要設(shè)計運動算法用于保持轉(zhuǎn)動的精度。運動算法設(shè)計思想如下：在傳動的導(dǎo)軌上安裝一個MPU6050的芯片電路作為采樣器，步進電機作為執(zhí)行器。需要設(shè)計的MPU6050電路慣性測量單元要在一定采樣頻率下( 80ms )向主控制器提供傳動導(dǎo)軌的姿態(tài)信息，即航向角。通過當(dāng)前航向角與初始校準航向角( 0°) 作比對。檢測到航向角為負時，說明此時傳動導(dǎo)軌體運動偏多，需控制導(dǎo)軌回拉或者減低運動速度對整個傳動過程進行補償; 當(dāng)檢測到航向角為正值時，說明此時傳動導(dǎo)軌體運動偏少，需驅(qū)動加速，以此校正傳動導(dǎo)軌姿態(tài)使之保證要求的作業(yè)轉(zhuǎn)動度。

6 有限元分析與SolidWorks結(jié)合模擬工作實例

為了獲得設(shè)備在工作過程中真實應(yīng)變情況，防止設(shè)備損壞，對設(shè)備主要受力零件進行簡化，再基于ANSYS軟件進行有限元模擬分析。首先先將實體模型、材料屬性及約束點設(shè)置導(dǎo)入ANSYS中，進行接觸設(shè)置及網(wǎng)格劃分。將上下模具設(shè)置為剛性體，側(cè)柱面為接觸面設(shè)置，模具接觸面設(shè)置為目標面

；本案例使用25T小型沖壓機規(guī)格數(shù)據(jù)模擬，分別對兩個添加約束與載荷之后，對其進行有限元分析，得到凸模和凹模的變形云圖如圖5、6所示。分析凸模變形云圖，可以看出應(yīng)力主要集中在與機床沖頭接觸的上端，按設(shè)計要求，安全系數(shù)取為2，最大變化位移為上端小平臺處為6.4×10

mm，變形極其微小，工作安全。分析凹模云圖，最大變形為1.4×10

mm，變形微小，充分保證了凹模的安全和更換模具功能正常進行。

本文運用SolidWorks Motion優(yōu)化模塊進行運動分析

,通過添加空間力、接觸阻尼、固定約束以及摩擦邊界條件，模擬并分析載具的實際運動狀況，其中包含運動約束、材料屬性及組件接觸等監(jiān)控功能，之后采用GSTIFF類型解算器進行計算，并在仿真完成后提取所需的數(shù)據(jù)

。SolidWorks Motion運動仿真動畫如圖7所示，將畫面調(diào)制60幀后，可以觀察到設(shè)備在更換工作時，并未出現(xiàn)零件干涉，零件約束不正確的情況，且換模工作過程與預(yù)期動作復(fù)合，說明工作流程設(shè)置合理，機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

7 結(jié)語

通過設(shè)計這一種磁吸式角鋼沖孔模具自動更換設(shè)備，安裝在沖孔平臺上，可以實現(xiàn)模具更換的自動化控制，這種模具更換設(shè)備適用于市面上各種型號的小型沖壓機，并且通過模具的定制放入模具架可以使得模具更換多樣化，提高了沖孔角鋼的生產(chǎn)效率，解決了沖壓模具更換人工化，解放勞動生產(chǎn)力，降低了生產(chǎn)成本，并且高精度的自動化模具更換會降低對模具的磨損，保證了模具安全。

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