一種新的八連桿壓力機同步精度調(diào)整方法

覃禎　謝春啟　鐘計明　黃銳　王瑞國　丁航冰　覃金麟

摘要：本文通過對汽車沖壓生產(chǎn)線中八連桿壓力機結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，運用UG 軟件對八連桿壓力機中轉(zhuǎn)齒結(jié)構(gòu)進行仿真，模擬對齒輪系的調(diào)整以確保導柱的同步，從而提高沖壓零部件精度和提升生產(chǎn)效率。經(jīng)驗證，UG 仿真模擬的調(diào)整方案可以有效運用到實踐中，并達到預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：八連桿壓力機；導柱同步精度調(diào)整；轉(zhuǎn)齒法；UG 仿真；建模；擬合優(yōu)化

中圖分類號：U468.2+1 文獻標識碼：A

0 引言

汽車制造過程一般包括沖壓、焊裝、涂裝和總裝等四大工藝，其中沖壓工藝在整個汽車制造過程中扮演著關(guān)鍵的作用。沖壓生產(chǎn)線一般負責生產(chǎn)汽車的車門、發(fā)罩、頂蓋、側(cè)圍和翼子板等主要覆蓋件，這些零件是汽車結(jié)構(gòu)的重要組成部分，通過壓力機的沖壓加工，可以高效地生產(chǎn)出符合設(shè)計要求的各種形狀和尺寸的金屬零件。

沖壓生產(chǎn)線中的第一序壓力機，其運行穩(wěn)定性和加工精度直接影響著零部件的質(zhì)量。通過對壓力機精密的設(shè)定和調(diào)整，可以確保生產(chǎn)出符合設(shè)計要求的高質(zhì)量零部件。國內(nèi)主流汽車生產(chǎn)廠的第一序壓力機一般是八連桿壓力機。

八連桿壓力機多用于沖壓線首序，因為其滑塊運動特性好，在工作行程內(nèi)速度低而平穩(wěn)，滿足了沖壓合理的拉延速度，使得加工過程中具有較高的精度，能夠保證加工出零件尺寸和形狀的一致性。八連桿結(jié)構(gòu)使得滑塊在下壓拉伸行程更加穩(wěn)定，減少振動和變形，有利于保證加工質(zhì)量，提高了沖壓件質(zhì)量及模具壽命，且滑塊空程速度高，有利于提高生產(chǎn)效率。

傳統(tǒng)八連桿壓力機的導柱同步精度調(diào)整方法主要依靠經(jīng)驗和試錯，當調(diào)試過程中出現(xiàn)不同步現(xiàn)象時，拆機返修費時又費力[1]，存在調(diào)整周期長、調(diào)整精度低以及成本高等問題。因此，研究一種高效、精準的導柱同步精度調(diào)整方法，對于提高八連桿壓力機的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的實際意義。

我司其中一臺八連桿壓力機在運行多年后，左側(cè)中間軸直齒齒根開裂。修復(fù)方案是制作一根全新中間軸進行更換。但新中間軸與舊人字齒輪裝配后，直齒與人字齒之間的角度相位差相對之前有偏差，導致總裝后導柱同步偏差峰值達0.98 mm（標準是±0.50 mm 以內(nèi)）。

本文研究通過UG 建模及運動仿真，模擬八連桿機構(gòu)運動規(guī)律，結(jié)合轉(zhuǎn)齒法，分析一種八連桿壓力機同步精度調(diào)整方法，完成更換中間軸之后的同步精度恢復(fù)。

1 精度超差帶來的影響

當八連桿壓力機使用時間久了之后，內(nèi)部的機械部件，如連桿、傳動裝置、導軌、軸承和滑塊等，長期摩擦和運動會引起磨損，這種磨損會導致部件之間的間隙增大。另外，如果潤滑不佳、潤滑系統(tǒng)的失效，也會導致機械運動部件摩擦力增加，加速部件的磨損，并可能產(chǎn)生熱變形，導致運動不穩(wěn)定或精度下降，甚至精度超差，影響了壓力機的使用。

當八連桿壓力機的精度超差時，可能會帶來諸多問題：加工的零件尺寸不準確；形狀出現(xiàn)偏差；表面的質(zhì)量下降；零件一致性會變差。不合格的零件需要進行返工或報廢，增加生產(chǎn)成本和周期。

八連桿壓力機精度超差對零件加工質(zhì)量會帶來諸多負面影響。因此，為了保證零件的加工質(zhì)量，必須定期對八連桿壓力機進行精度檢測和校準，及時檢查發(fā)現(xiàn)和解決精度超差的問題，確保其在正常范圍內(nèi)運行，對于保障零件加工質(zhì)量至關(guān)重要。同時，還需要加強設(shè)備的維護和保養(yǎng)，以延長其使用壽命并保持穩(wěn)定的加工精度。

影響壓力機精度的因素有很多[2]，精度調(diào)整有多種方法，本文重點對用UG 仿真轉(zhuǎn)齒來調(diào)整導柱同步精度的方法進行深入研究。

2 八連桿結(jié)構(gòu)

八連桿壓力機是一種常見的機械設(shè)備，用于金屬加工和成型等工藝。在使用過程中，導柱的同步精度對于產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著至關(guān)重要的影響。

我公司沖壓車間在用的八連桿壓力機桿系結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主傳動原理如圖2 所示。主電機通過皮帶將運動傳給飛輪，通過中間齒輪將運動傳給偏心齒輪，偏心齒輪驅(qū)動連桿機構(gòu)帶動滑塊作上下往復(fù)運動。上模裝在滑塊上，下模裝在工作臺上，當坯料放在上下模之間時，即能進行沖裁及其他變形工藝，制成工件。4 個導柱驅(qū)動一個滑塊，要保證滑塊平行度和垂直度精度的輸出，必須先保證4 個導柱的同步精度。

八連桿結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，如果通過極坐標或笛卡爾坐標系下的運動方程公式計算[3]，公式推導復(fù)雜，計算工作量大，并不適用于所有人。此類型壓力機主傳動主要是曲柄、齒輪和連桿的組合結(jié)構(gòu)，所以本文采用UG 建模，再結(jié)合轉(zhuǎn)齒法進行運動仿真，借助虛擬仿真技術(shù)指導導柱同步精度調(diào)整工作。本文以左前一個多連桿結(jié)構(gòu)進行分析。

3 轉(zhuǎn)齒原理

從主傳動原理圖可以看出，要使左右導柱同步，主傳動的左右兩側(cè)齒輪系（從人字齒到偏心齒）運行時的相位角必須同步。左右齒輪系相位角同步指的是在壓力機中，左右齒輪系在轉(zhuǎn)動過程中，它們的相位角保持同步。換句話說，就是這些齒輪在運轉(zhuǎn)時，它們的轉(zhuǎn)動速度保持一致，使得它們的位置和速度隨時間的變化而保持一定的關(guān)系。

轉(zhuǎn)齒法的定義：在單側(cè)齒輪傳動系中，人字齒與中間軸通過花鍵嚙合、中間軸與偏心齒輪通過直齒嚙合，對單側(cè)齒輪系嚙合相位角不變的情況下，改變另一側(cè)齒輪系中人字齒與中間軸的嚙合相位角、中間軸與偏心齒的嚙合相位角，即可改變導柱的同步精度。

轉(zhuǎn)齒法是通過對主傳動上的齒輪系進行調(diào)整，使得左右兩側(cè)齒輪系之間具有相同的轉(zhuǎn)角，從而保證導柱的同步運動。

轉(zhuǎn)齒法的原理比較簡單，是一種常用的同步精度調(diào)整方法[4]，具有操作簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點，可以快速有效地改善八連桿壓力機在工作中的同步性能，但需要對壓力機的八連桿機構(gòu)和導柱的結(jié)構(gòu)有深入的了解，才能進行有效的調(diào)整。

4 UG 仿真技術(shù)

UG 仿真技術(shù)是一種先進的數(shù)字化技術(shù)，可以對八連桿壓力機進行虛擬仿真，準確模擬轉(zhuǎn)齒過程中的各種情況，為導柱同步精度調(diào)整提供有效的工具和方法。

首先，通過UG 仿真技術(shù)可以對八連桿壓力機進行虛擬仿真，模擬轉(zhuǎn)齒過程中的各種情況。在模擬中，可以對導柱同步精度進行調(diào)整，分析不同調(diào)整方案的效果，從而找到最優(yōu)的調(diào)整方案。

其次，UG 仿真技術(shù)可以對八連桿壓力機進行精確的數(shù)據(jù)分析。通過對仿真數(shù)據(jù)的分析，可以了解導柱同步精度的變化規(guī)律，找到轉(zhuǎn)齒的齒數(shù)和導柱精度之間的關(guān)系，從而優(yōu)化導柱同步精度。

最后，UG 仿真技術(shù)可以對八連桿壓力機進行可視化的展示。通過可視化展示，可以直觀地了解導柱同步精度的變化情況，從而更好地進行調(diào)整。

在進行仿真模擬之前，需要先建立八連桿壓力機的三維模型，并確定仿真參數(shù)。然后，通過UG 軟件中的仿真模塊進行仿真模擬，得到導柱精度誤差和調(diào)整方案。

5 建模仿真

5.1 建模

在UG 建模環(huán)境下，根據(jù)各零件實際尺寸，通過二維草圖、拉伸、旋轉(zhuǎn)、求和、求差和陣列等特征操作，繪制人字齒輪、中間軸、偏心齒輪、上拉桿、下拉桿、三角架、搖桿、偏心花鍵軸、拉桿、導柱、導套、惰輪和橫梁等三維零件，各自保存成單獨的部件。

5.2 裝配

零件建模完成后，進行裝配。本文采用自底向上的裝配體建模方法，即先對零件進行單獨建模，再根據(jù)不同的位置和裝配約束關(guān)系，將零件裝配成部件（圖3）。

5.3 干涉檢查

零件裝配完成后，進行干涉檢查，排查裝配后是否有干涉問題，如有則根據(jù)干涉結(jié)果對干涉位置重新修改裝配，如沒有干涉則可進行下一步的運動仿真。

5.4 運動仿真

建模完成并檢查無干涉后，進入運動仿真環(huán)境，先建立各個連桿，再建立連桿副、齒輪副等，在導柱上任一位置做一個標記點，建立解算方案并求解，點擊播放動畫，標記點即勾勒出運行軌跡，在作圖中定義X-Y 函數(shù)：X 軸是偏心齒輪轉(zhuǎn)動角度，Y 軸是導柱標記點的變量坐標，輸出EXCEL 圖表。

在裝配環(huán)境下虛擬轉(zhuǎn)動人字齒輪、花鍵、搖桿偏心花鍵軸，在運動仿真環(huán)境下輸出對應(yīng)的導柱標記點變量坐標曲線圖表，建立理論圖表數(shù)據(jù)庫，以便接下來與實測值對比。

6 擬合優(yōu)化同步精度

6.1 調(diào)整前實測導柱同步

更換新中間軸后，實測4 個導柱同步精度數(shù)據(jù)（表1）。原始數(shù)據(jù)采用內(nèi)徑千分尺測得，數(shù)據(jù)符號說明：“+”說明導柱向下伸長；“-”說明導柱向上縮短（本文中其他圖表的數(shù)據(jù)符號定義同理）。

為了更方便觀察數(shù)據(jù)的變化趨勢，根據(jù)表1 數(shù)據(jù)作曲線圖如圖4?？梢钥闯觯杂仪皩е鶠榛鶞?，左前偏差峰值達0.98 mm，右前偏差峰值達0.84 mm，同步數(shù)據(jù)已超出±0.50 mm 的標準范圍值。

6.2 擬合優(yōu)化曲線

根據(jù)表1 和圖4 看出，左右同步偏差較大，優(yōu)先調(diào)整左右同步，首選轉(zhuǎn)動人字齒輪，其次轉(zhuǎn)動偏心花鍵軸。

從運動仿真產(chǎn)生的理論圖表數(shù)據(jù)庫中查表分析，左中間軸人字齒輪往外轉(zhuǎn)（視角：俯視壓力機，以下視角同理）7 齒，左前偏心花鍵軸往里轉(zhuǎn)4 齒，左后偏心花鍵軸往里轉(zhuǎn)3 齒。組合轉(zhuǎn)齒后4 個導柱非常接近理想同步位置，擬合優(yōu)化后的同步數(shù)據(jù)如表2 所示。為了更方便觀察數(shù)據(jù)的變化趨勢，根據(jù)表2 數(shù)據(jù)作曲線圖（圖5）。

6.3 調(diào)整后復(fù)測導柱同步

根據(jù)UG 模擬的結(jié)果，對左側(cè)中間軸及人字齒輪往外轉(zhuǎn)動7齒，左前偏心花鍵軸往里轉(zhuǎn)4 齒，左后偏心花鍵軸往里轉(zhuǎn)3 齒。重新裝配后復(fù)測4 個導柱同步數(shù)據(jù)，以右前導柱為基準，其他3個點導柱偏差峰值均在標準范圍值（±0.50 mm）內(nèi)，滿足實際使用要求（表3）。為了更方便觀察數(shù)據(jù)的變化趨勢，根據(jù)表3 數(shù)據(jù)作曲線圖（圖6）。

因為實際中存在齒輪嚙合、桿系裝配間隙等因素，所以模擬值和實際測量值之間會存在一些誤差，但這些誤差對實際結(jié)果影響不大。

7 結(jié)束語

本文簡單介紹了UG 在八連桿壓力機同步精度調(diào)整中的應(yīng)用，仿真結(jié)果與實測結(jié)果非常接近。利用UG 的仿真功能解決了八連桿機構(gòu)的運動學問題，獲得精確的仿真結(jié)果。應(yīng)用計算機虛擬仿真技術(shù)，為八連桿壓力機導柱同步精度調(diào)整提供了一種簡單而行之有效的思路與方法。

綜上所述，基于UG 運動仿真轉(zhuǎn)齒法的八連桿壓力機導柱同步精度調(diào)整方法，可以有效解決導柱同步精度的問題，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

【參考文獻】

[1] 趙奎觀. 偏心式雙（ 四） 點機械壓力機同步性的調(diào)整方法——配鍵法[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008（04）：25-26.

[2] 杜建偉， 宋清玉， 李建. 六連桿壓力機精度影響因素分析[J]. 一重技術(shù)，2012（06）：9-12.

[3] 余發(fā)國， 王園. 一種八連桿機械壓力機連桿的優(yōu)化設(shè)計[J]. 鍛壓技術(shù)，2013，38（05）：138-141.

[4] 高守源， 常光志， 馬勝泉. 轉(zhuǎn)齒法調(diào)整機械壓力機偏心同步[J]. 鍛壓機械，1990（04）：34-35.

作者簡介：

覃禎，本科，工程師，研究方向為沖壓設(shè)備規(guī)劃引進和維護，以及移動機器人本體設(shè)計開發(fā)。