1BIHLEＲ精密多工位机床的特性
BIHLEＲ多工位成形机床在多工序、自动化生产领域，具有高速、多方向、多角度的工作特点和工序可组合、运动相对独立、运动可规划的特性。该多工位成形机床进行模具设计时，其关键点在于工序优化、运动轨迹和成形过程的开发。在一个工作循环(360°)中要根据相互之间的关系，定义模具和机构的运动轨迹。(1)工序可组合性。机床工作空间可排布装配、攻丝或者焊接等功能模块，在主工作平面内，以主传动齿轮为中心、360°圆周方向上设置多个安装点，通过该齿轮带动刀具弹簧座，可实现任意角度的运动。(2)运动相对独立性。工作平面内工作单元都是由单独的凸轮驱动，因此能够自由选择其运动流程。同时也可自由地选择这些加工单元在工作平面上的位置，预设运动轨迹。同时相互独立的、可调节的功能模块的直接关联度很低，从而避免因个别模块改变而对其他模块造成影响。(3)运动可规划性。机床主传动带动凸轮机构运动，通过凸轮工作点位置可控制刀具座的运动时间及行程。机床以主传动齿轮为运动原点，分配各子模块在360°范围内的动作始末点，所以能够通过运动顺序排列来实现不同的工作顺序。
2模具结构方案
2.1零件成形方案
根据零件工艺分析成形工序，在3个工位实现4道工序，其中冲裁使用2个工位。按照左侧的进料方向，第1工位冲裁实现缩口部位的余料切除;第2工位冲裁按照步长实现带料的分离;第3工位为复合工位，实现卷圆、整形、缩口等3道工序，该工位内实现成形件的直角转向，即通过中心导向成形杆，利用成形刀具实现卷圆，然后通过推管沿中心导向成形杆推动圆管件的前进，进入下一道工序进行整形，通过整形使圆管件达到尺寸要求，此阶段完成，继续保持压紧状态，随后缩口刀具运动，缩口成形过程完成;机床继续运动，打开缩口刀具整形刀具回退推管前进，下一个零件入位成品零件弹出红外检测过程完毕，即背部大传动齿轮转动360°而完成一个工作循环。
2.2运动过程规划及材料计算
根据工作循环周期上滑块的运动规律，上滑块下运动死点为圆周的6点方向，上运动死点为圆周的12点方向，规划12点～6点之间完成冲裁卷圆整形缩口，6点～12点之间完成缩口刀具回退整形刀具回退卷圆刀具回退推件、出件推管回退完成条料的步进。根据中性层计算公式进行料带宽度计算［7－10］:ρ=Ｒ+Kt(1)式中:ρ为中性层半径;Ｒ为折弯内角半径;K为中性层位置因数;t为折弯材料厚度。零件的折弯内角半径为0.3mm，通过文献［4］中性层位置因数K与Ｒ/t的关系，取K=0.25，则料带宽度为19.6mm。进行步距计算，在卷圆时中性层向外移，考虑到铝材质，按照文献［5］推荐，本例中K取0.5，则条料步距为21.35mm。
2.3模具总体结构
(1)送料部分。采用机床自带、并与背部大传动齿轮相啮合的自动步进机构实现送料。(2)冲裁成形部分。第1部分和第2部分冲裁在固定盘实现，通过上滑块提供动力，第1部分冲裁成形形成缩口的多余材料，第2部分冲裁通过组合凸模实现带料分离。(3)复合成形部分。该部分结构分为固定盘1、固定盘2、动盘、随动盘、压盖、刀具等部分，圆形固定盘1和2提供卷圆刀具运动导向结构，同时也提供动盘和随动盘的转动轴心。动盘提供整形刀具和缩口刀具运动导向和安装空间，通过动盘和随动盘的旋转运动，利用斜楔结构，实现整形刀具闭合。整形刀具自带弹簧，保证6点～12点之间能够打开，缩口刀具为2个半型结构，成形区背侧设计螺旋曲面，利用随动盘和压盖的转动，使缩口刀具闭合，并向管端逼近，实现缩口成形，其中2个半型在6点～12点区间打开，从而在推件工序时具有足够的让位空间。整个复合成形部分包括3层独立运动功能模块，这些模块运动的组合，可实现卷圆整形缩口等4道工序。
3模具结构设计
3.1送料机构
模具由机床自带的曲柄连杆式步进定距机构实现进给送料，在步进机构与主工作台面之间单独设计带盖板的固定导料槽，保证料带平稳进入复合成形部分。
3.2冲裁和卷圆机构
卷圆成形属复合成形部分的第1层，将固定盘1通过螺栓固定在主工作平面，中心成形杆位于盘中心，均与背部大传动齿轮同心，此结构部分要实现第1、第2步冲裁和卷圆成形。第1步冲裁利用上滑块带动冲裁凸模，通过固定盘1上的凹模和卸料结构，实现缩口部分多余材料的去除。第2步冲裁凸模与12点成形刀具为组合结构，固定盘1内的镶拼结构端面为半剪切凹模，实现料带的定距分离。固定盘1提供卷圆刀具、推管和中心成形杆的定位和运动导向。该部分设计4把卷圆刀具，刀具并和后顶端圆弧结构形成零件的外形尺寸，成形刀具分别按照12点、4点、8点的位置分布于固定圆盘的四周［11］。成形刀具固定于刀具弹簧座，运动顺序为12点成刀具顶出4点和8点刀具顶出，完成卷圆。
3.3推件机构
此部分由中心成形杆和推管组成，中心成形杆端部设计成缩口凸模，中心成形杆插入推管，固定于机床自带的推进机构，中心成形杆固定不动，推管通过螺纹连接固定于背部机构实现往复运动，推动零件沿中心成形杆顺序滑动，成形杆端部2个凹槽放入弹簧钢丝，增大零件运动阻力，保证零件间顺序前进。
3.4整形机构
管件整形通过动盘、固定盘2和整形刀具实现，动盘利用上滑块提供动力，绕固定盘2转动，固定盘2内安装4把整形刀具，整形刀具依靠刀具之间的弹簧和动盘斜楔实现夹紧和打开，刀具末端斜楔结构为圆弧面，此阶段刀具锁紧沿中心成形杆运动的中间件(刀具不再继续运动)，从而实现零件整形，并提供缩口成形时的零件锁紧力。
3.5缩口机构
缩口成形依靠2个动半形结构完成，动半形结构之间依靠导向柱和弹簧实现开合运动。动半形结构闭合后形成缩口凹模，动半形结构背部设计为螺旋曲面结构，通过缩口调整杆驱动随动盘和压盖端的螺旋曲面的转动，实现动半形沿轴线运动，并接近待缩口端的中心成形杆端的缩口凸模。缩口调整杆依靠上滑块的运动提供动力。
3.6吹送机构
为避免零件依靠自重滑落出模具而产生卡滞现象，在动盘和整形刀具上加工出压缩空气通路，直接吹扫下落零件，利用吹扫力保证零件快速推出模具本体，并实现检测。
3.7检测机构
在模具的零件下落出口，设置红外检测点，连接于机床的控制接口，在每一个工作循环均要有检测到零件的信息反馈。若出现卡件、叠件等未触发，马上停止工作，以保护工作机床安全。
3.8模具总体结构
模具总体结构可分为冲裁部分和复合成形部分，冲裁部分见图2，复合成形部分结构如图6所示，运动关系如图7所示。复合成形部分的结构和运动复杂，既有相对的转动运动，又有缩口部分的轴向直线运动，同时存在运动时间的顺序性和部分运动时间的重合性。整体结构以中心成形杆为中心，实现各功能成形模块的安装，固定盘1和2通过螺栓连接机床本体，动盘、随动盘和压盖由上滑块提供动力，通过缩口调整杆的调节，达到顺序运动的目的。动盘内刀具通过斜楔控制整形时间和整形量，压盖端部与缩口刀具的螺旋面配合，调节压入深度，保证缩口尺寸。卷圆成形部分刀具由独立凸轮机构提供，可按照需要调整工作时间点和工作顺序，与复合成形其他部分的运动相独立。
4结论
该套模具总体结构紧凑、运动精准、材料利用率高，充分利用BIHLEＲ多工位机床的多点成形和自动化程度高的特点，巧妙地匹配了圆管件成形的特点，着重解决运动功能的实现、运动时序的匹配两大问题，缩口阶段的螺旋曲面的引用，实现圆周运动向径向运动的回归，出口检测功能完全保证设备和人员的安全。经过生产检验，模具运行平稳，满足大批量生产的要求，制件符合图纸要求，尺寸稳定性好，达到预定设计目标。
作者：张晓达 陈金香 李洪波 单位：普天信息技术研究院有限公司 中国钢研集团 清华大学
