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1自动化连续生产线与干涉曲线解析1.1自动化连续生产线在自动化连续生产线中机械手的应用种类较多，如级进模整体抓取件、单臂机械手等。不同的自动化连续生产线的机械手工作形态不同，运动过程中发生干涉情况也不同。现只讨论冲压车间普遍应用的4道工序成形大型覆盖件的自动化连续生产线机械手干涉曲线分析方法。与自动化断续生产线不同，自动化连续生产线在运行过程中压力机的凸轮一直旋转，滑块不会停止在上止点等待机械手进、出模具后再落下，其前后工序的压力机之间的凸轮转角相差75°，第1台压力机凸轮转动至75°时，第2台压力机凸轮开始转动，以此类推。75°的相差角给2台压力机凸轮之间一个时间差，在该时间差中，机械手结合压力机滑块下压或上升过程中仍存在的空间完成从上一个工序抓取零件放入下一个工序，中间没有等待时间，机械手与压力机滑块形成联动，提高了生产效率，自动化连续生产线如图1所示。图1自动化连续生产线常见的自动化连续生产线压力机之间的零件传送工具是单臂高速传输机械手，具有抓取零件稳定和转送抖动小的特点，最快的运行节拍为SPM=12。行业内整条连续生产线运行的节拍SPM一般为7~12，只有少数新建自动化连续生产线使用横杆传输机械手时，SPM最高可达到14。在SPM=12的运行下，机械手需要准确地把握空隙和时间进入模具进行取、放零件，为了规避机械手运行过程中与模具零件干涉现象，需引入干涉曲线进行运动分析。在模具设计完成之初，根据机械手运动仿真分析结果，优化模具结构设计，预防实际生产中因机械手与模具零件干涉而影响生产节拍的提升，同时动态仿真分析为冲压车间后期的机械手路径调试找出最优理论运动曲线提供依据。1.2干涉曲线解析自动化连续生产过程中，对机械手的运动过程进行定义：以下模为参考，将机械手送取料的运动轨迹称为运动曲线；以上模为参考并结合上模的运动过程，将机械手送取料中与上模会发生碰撞的点连成线则形成干涉曲线，这样获得了图2所示的运动干涉曲线。将运动干涉曲线导入已经设计好的模具中，能静态检查机械手运行过程中是否与上下模发生干涉现象。图2运动干涉曲线图2所示的干涉曲线包含一台压力机的模具，前一个机械手进、出送料和后一个机械手进、出取料的运动曲线和干涉曲线，将曲线导入对模具进行干涉检查，称之为静态干涉曲线分析。（1）检查机械手的进出是否与下模发生干涉时，参照的运动曲线如图所示。图使用干涉曲线检查下模是否干涉（2）检查机械手的进出是否与上模发生干涉时，参照的是干涉曲线，因模具图是在闭合的状态，所以检查与上模的干涉曲线位置比运动曲线位置要低，如图4所示。图4使用干涉曲线检查上模是否干涉不同运行节拍的机械手运动轨迹不一样，其干涉曲线形状也不一样，在检查分析干涉时需以对应节拍的干涉曲线对模具干涉进行分析。根据机械手运行过程中曲线轨迹点、节拍的不同，干涉曲线以相应参数进行命名，如图5所示。图5干涉曲线命名干涉曲线参数包含：P1代表第一台压力机模具使用，P2代表后续压力机模具使用，如缺少P，则表示对整条生产线所使用的干涉曲线。中间数值、、50代表机械手抓取零件时Z向的提升高度，与零件拉深深度有关，选取干涉曲线时，Z向的数值必须大于零件的拉深深度，否则无法将零件抓起足够的高度而取出。中间数值90、、代表机械手放好零件后退出时Z向的提升高度。10SPM、12SPM代表此干涉曲线相对应的整条线运行节拍。静态分析能初步判断模具的凸起部位是否与机械手发生干涉现象，可应用于模具设计开始阶段，指导设计者控制凸起部件的高度，如斜楔的插刀等。但干涉曲线缺乏机械手和端拾器的空间厚度，因此无法准确判断机械手进、出的空间是否足够，且零件前后工序存在角度旋转时无法分析零件旋转后是否还能顺畅进出模具，必须使用NX动态仿真干涉曲线分析方法才能分析模具在特定的SPM下是否存在干涉现象。2NX动态仿真干涉曲线分析应用2.1机械手端拾器因端拾器的立体厚度会占据机械手进出模具取放零件时上抬的空间，在NX动态仿真干涉曲线分析前需将端拾器设计完成。端拾器的立体厚度与吸盘布置的位置相关，合理地布置吸盘不仅能够减少其厚度，还能避开障碍高点，结合合适的角度旋转，能将在静态分析时的干涉警报解除。端拾器由吸盘和连接杆组成，吸盘布置的数量应合理，并具有足够的吸力和稳定性，能够稳定地抓取零件。连接杆的结构数量不能过多，否则会导致端拾器过重，在运行过程中抖动，导致抓取零件时掉落。端拾器的设计需要兼顾不同项目的同类零件的共用情况，形成端拾器结构的平台化，能节约制造成本。设计好的端拾器如图6所示。图6端拾器2.2运动曲线的空间坐标值NX动态仿真过程中，将图2所示的干涉曲线在动态仿真过程中细分成60步，以P1压力机的凸轮旋转一圈60°为一个完整的周期，60°则对应60步。通过60步动态仿真模具和机械手的相对位置可分析机械手进出模具时是否发生干涉现象。在60步仿真过程中包含个部件的运动：①压力机滑块（即上模）的上、下运动；②安装端拾器的机械手沿运动曲线运动；③零件在机械手的抓取下最终落在下一工序的模具上。以P1压力机的凸轮角度作为自变量，将每台压力机（上模）的运动曲线转化为相应的空间坐标参数值，且前后工序压力机之间的凸轮角度相差75°，得到压力机（上模）、机械手、零件个运动部件与运动曲线图一一对应的60个参数化的坐标值，表1展示IC_P-P1-00--12SPM、IC_P-P2-00--12SPM、IC_P-P-00--12SPM的运动曲线，从0步至20步的过程中，OP10、OP20、OP0机械手与压力机P1、P2、P转换后的空间坐标值，X向为送料方向，Z向为高度方向。

表1SPM=12的运动曲线从0步至20步的空间坐标值

2.NX动态仿真干涉曲线分析应用实例完成运动曲线的空间坐标值转换后，使用NX动态仿真功能进行干涉分析，以下结合实例阐述动态仿真干涉曲线分析的具体步骤及每一步骤中的设置要点，NX动态仿真分析的过程共分为8个关键步骤。（1）导入装配图。使用NX打开模具装配图，在模具闭合状态下将整条生产线的4道工序模具图依次导入仿真文件中，同时包含工序件和已经设计完成的端拾器。OP10工序模具为压边圈顶起的状态，后工序的模具压料块、斜楔等部件均需处于回退状态，如下模存在顶料机构，则需处于顶起状态。导入模具图后，将4道工序的模具图排成一条线，相互间隔mm，如图7所示。图7模具排成一条线

（a）OP10模具（b）OP20模具（c）OP0模具（d）OP40模具

（2）调整端拾器位置。确认零件位于凸模上，调整端拾器处于抓取零件的位置，如图8所示。图8端拾器处于抓取零件位置（）画辅助线作为辅助运动连杆。在NX动态仿真中，连杆在整个机构中进行运动传递，参与当前运动仿真的部件都定义为连杆，每1个连杆只能进行1个方向的动作。机械手和工序件是沿X轴和Z轴2个方向的运动，因此需要画2条直线作为辅助连杆，以实现机械手与工序件空间运动。首先将机械手和工序件定义为X向运动，通过勾选啮合功能，连接辅助连杆的Z向运动后，即可实现X向和Z向的2个方向运动，合成复杂的空间运动。其中拉深工序还包含上料机械手和板料，故需画4条直线作为辅助连杆，如图9所示。图9画线作为辅助连杆（4）建立仿真文件。进入运动模块后选择动力学类型建立NX仿真文件，如图10所示。图10建立仿真文件（5）建立连杆。将所有工序的上模、下模、端拾器、零件设定为连杆，如图11所示，以实现运动传递。下模和压力机机台需勾选设定为固定连杆；其它部件设定连杆时选质量属性选项；实体优先选择自动；片/线体选用户定义（质量与力矩：质心选片体上的点；质量、lxx、lyy、lzz填10，其余不填）。图11建立连杆（6）建立运动副。运动副是建立在连杆上用于定义连杆的空间运动。1）类型：零件和端拾器转运过程需要做角度旋转时选旋转副，其余一般选滑块。2）选择连杆：选择相应的连杆，原点选取在连杆上，矢量方向即此连杆的运动方向。）2个方向运动时，勾选啮合连杆，并选择辅助连杆，如工序件需进行2个方向（X向、Z向），则需勾选啮合Z向作为辅助连杆，如图12所示。图12建立运动副（7）导入参数驱动运动副。运动副设定好后需要以参数化的方式进行驱动：①点选驱动→选择函数→点箭头选择函数管理器；②选AFU格式的表→新建；③确认AFU文件及ID信息，点选“XY”编入；④在编辑界面，将运动曲线转化成空间坐标值拷入，依次点击确定后完成运动副的驱动函数创建，所有连杆都需要一一进行设定，如图1所示。图1导入参数驱动运动副（8）设定解算方案及求解。完成连杆和驱动副的设定后，可对设定的方案进行求解：解算方案→时间与步数均设置为61→勾选“按确定进行求解”→重力方向选择“-Z”→点选确定，等待求解完成，如图14所示。图14解算方案及求解2.4动态仿真干涉曲线结果分析整条生产线包含4台压力机和5个机械手，NX动态仿真结果会形成60部连续的动画，展示在不同时间下的相对空间位置，图15所示为第步时模具与机械手的空间位置。图15第步时模具与机械手的空间位置根据机械手运行的要求，在运行过程中机械手的最高点距离上模最低点的距离不得小于SPM×7，如模具在IC_P-00--12SPM的曲线下运行，机械手与上模的最小安全空间需大于12×7=84mm。同时，机械手最低点距离下模的最高点安全空间需大于15mm，否则视为干涉。根据动画展示的相对位置，对每个机械手进、出模具时最小空间通过点进行安全空间的测量，即可分析机械手是否与模具发生干涉。图16所示分析结果以OP10-P1命名，表示OP10的机械手对于第1台压力机P1模具的干涉情况，图16中下方2个箭头分别代表机械手进、出模具的方向，模具上方的数值为压力机凸轮此时的旋转角度，方框中的数值为在最小空间通过点测量的安全空间值，所有数值单位均为mm。在最小空间通过点时，上模的安全空间为mm，大于84mm；下模的安全空间为57.5mm，大于15mm，因此判断OP10机械手在进出模具时不会发生干涉现象，可在SPM=12节拍下顺畅运行。图16机械手最小空间通过点的安全空间2.5动态仿真干涉分析问题优化对于复杂的侧围模具，拉深深度深且斜楔结构多，机械手进、出空间小，在IC_P-00--12SPM的曲线下运行时，整条生产线节拍SPM=12，机械手进、出模具取件的时间点较早，因此在最小空间通过点，仿真动画出现机械手与模具的干涉现象，需分2种情况进行优化处理。（1）在最小空间通过点：上模安全距离+下模安全距离的总和小于SPM×7+15=99mm，此情况判断机械手无法进、出模具抓取零件，不能通过调整机械手运动路径的方法解决，需改变模具结构设计，减少上、下模的厚度，满足通过整体空间大于99mm后，才能满足SPM=12的节拍运行，否则只能在低一个档次节拍的干涉曲线IC_P-00--10SPM下运行，即降低压力机运行的速度，推迟机械手进入模具的时间点，以获得更大安全空间，此情况一般出现在OP10工序模具上。图17所示某侧围用IC_P-00--12SPM的曲线分析，在压力机旋转至25°时：OP10-P1进入取料，在最小空间通过点与上模最低点只有25.9mm，且端拾器距离下方最高点只有42mm，整体空间99mm，因此无法满足SPM=12的节拍生产要求。图17上模与下模的安全空间不足（2）在最小空间通过点：上模安全空间+下模安全空间的和大于SPM×7+15=99mm，此情况判断机械手可进、出抓取零件，但路径不对，导致干涉发生。图18所示为侧围机械手在OP20-P工序进入时与下模安全空间只有0.6mm，小于临界值15mm；退出时与下模安全空间-4mm，也小于临界值15mm。此时可根据实际运行状态，机械手进行旋转避开障碍点，并调整运动曲线的Z向坐标值，降低或升高机械手进、出路径，满足机械手在最小空间通过点的安全空间大于临界值，则可解决干涉现象。图18所示情况可通过以下方式进行路径优化。图18整体安全空间足够（下模空间不足）（1）机械手进P模具送料：在压力机凸轮°~°逆时针旋转18°，并升高50mm进入；在压力机凸轮°~°顺时针旋转9°；在°~°逆时针旋转8°，放下零件，如图19所示。

图19机械手旋转角度调整路径进入

（2）机械手从P模具退出：在压力机凸轮°~°间顺时针旋转11°，并升高70mm退出；在°~21°间逆时针旋转15°，如图20所示。

图20机械手旋转角度调整路径退出

▍原文作者：李东生李开文谢迎欢黄棋

▍作者单位：上汽通用五菱汽车股份有限公司

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