76
精密成形工程
JOUＲNALOFNETSHAPEFOＲMINGENGINEEＲING第7卷第2期2015年03月
一种应用于自动化生产的冲压模具设计
钟茂莲
（江铃控股有限公司，南昌330052）
摘要：目的研究应用于自动化生产的模具设计过程和设计方法。方法以2400t冲压自动化线
ABB自动化系统的模具设计为例，分析了自动化系统对模具的要求，以及自模具自动化电气元件的选用情况。结论具设计的一般步骤。
关键词：自动化生产；模具；自动化要求；零件识别；设计步骤DOI：10．3969/j．issn．1674-6457．2015．02．014中图分类号：TG76
文献标识码：A
6457（2015）02-0076-07文章编号：1674-说明了应用于自动化生产的模具设计过程，总结出了应用于自动化生产的模
AKindofDesignofStampingDieforAutomaticProduction
ZHONGMao-lian
（JianglingHoldingsLimited．，Nanchang330052，China）
ABSTＲACT：Theaimofthisstudywastoinvestigatethedesignprocessandmethodsofstampingdieusedinautomaticproductionline．Themoulddesignof2400tautomaticpresslinewithABBautomaticsystemwastakenasanexample，therequirementofautomaticsystemtothemouldandtheselectionofautomaticmouldelectricalcomponentswereanalyzed．Thisstudyillustratedthedesignprocessofthemouldusedinautomaticproduction，andsummarizedthegeneralproceduresofmoulddesigningforautomaticproduction．
KEYWOＲDS：automatedproduction；mould；therequirementofautomaticsystem；partrecognition；designprocedure
目前，国内外汽车模具行业发展的显著特点就是各种高新技术，包括数字化模具技术、冲压成形过程模拟、高速加工、自动化加工、拼焊板和高强度钢板冲压技术、信息化管理等技术的广泛应用，使汽车模具应用于冲压自动化生产线成为了可能。而随着机械行业的飞速发展，自动化生产方式正对传统的人工生产方式产生了巨大冲击，汽车产销量的逐年攀升也对汽车零部件尤其是冲压件的生产效率提出了更高的要求，由此，也推动了模具应用于自动化生产领域的发展，故应用于自动化冲压生产的冲压模具的设计显得尤为重要。文中试以2400t冲压自动化线ABB自
01-25收稿日期：2015-
动化系统的模具设计为例，说明模具自动化的设计过程。
12400t冲压自动化生产线概况
首台为2400t，后续4台为压机：共5台压机，
1000t，设备台面尺寸均为4600mm×2500mm；自动化生产线工艺：线首含钢板拆垛、清洗、涂油工艺，钣件传输由ABB机器人实现自动化；冲压工艺节拍：设计节拍为6～12冲次/分钟，单班产量2800冲次以上；压力机的主要技术参数见表1。
作者简介：钟茂莲（1981—），女，江西南康人，机电工程师，主要从事汽车冲压件模具、夹具等工装的开发工作。
第7卷第2期钟茂莲：一种应用于自动化生产的冲压模具设计
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表1压力机的主要技术参数
Table1Themaintechnicalparametersofpresses
技术参数
四点单动2400t（多连杆）
124000kN13mm41300mm1300mm600mm
连续单次
12～208～123
2500mm×4600mm2500mm×4600mm
4000kN0～380mm（可调）2050mm×3900mm2个，左右联动开出
≤800mm60t≤12000mm
30t≥0．50MPa
四点单动1000t（偏心式）
410000kN13mm41200mm1300mm600mm12～208～123
2500mm×4600mm2500mm×4600mm
无无无
2个，左右联动开出
≤800mm60t≤12000mm
30t≥0．50
MPa
序号[***********]416171819
主要技术规格
数量公称力公程力行程
点数滑块行程长度最大装模高度装模高度调节量滑块行程（次/分）
微调
工作台有效尺寸（前后×左右）滑块底面有效尺寸（前后×左右）
拉伸垫力拉伸垫行程
拉伸垫有效工作范围（前后×左右）移动工作台工作方式、数量（MB）
移动工作台最大承载地面以上高度（行车轨高14m）
最大上模具质量
工作气压
15工作台板上面距地面（5台设备的工作台等高）
图1压机的工作台面布置
Fig．1Workingtablelayoutofthepresses
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精密成形工程2015年03月
快速夹位置要求为：快速夹位置沿压机中心线对压机前后两侧快速夹各12个，其最大行程为称分布，
850mm，U沟厚度为60mm，最小行程为100mm，快速夹具体分布位置和行程分别如图2和3所示
。
质、设计、加工质量等原因，导致压机被迫降速运行，在则整线自动化速度也会相应降低；（5）模具定位销，保证零件定位效果的基础上，越短越好，其高度最好
#
在50mm之内，不要超过100mm；（6）1拉伸模具使
用气动定位销，能够通过自动化控制升/降（倒/立）；（7）对于一模双件模具，左右模具应该尽可能并拢，以减少整体长度，左右零件/板料总长度必须在要求的尺寸内；（8）模具整体宽度不能够超过工作台宽度
。
图4
图2
快速夹位置分布简图
Fig．2Fastclampingpositiondistribution
diagram
ABB自动化系统对模具的高度要求
Fig．4HeightrequirementsofABBautomationsystemfor
mold
图5ABB自动化对模具的位置要求
Fig．5PositionrequirementsofABBautomationsystemformold
2．2
图3
快速夹行程示意简图
Fig．3Fastclampingstrokediagram
高度要求
ABB机器人抓料高度范围设定如下：Ｒ11可达抓
最佳抓料高度范围为料高度范围为500～1500mm，
850mm±150mm；Ｒ21，Ｒ31，Ｒ41，Ｒ51可达抓料高度范围为450～1300mm，最佳抓料高度范围为850mm±150mm；Ｒ61可达抓料高度范围为550～1500mm，最佳抓料高度范围为850mm±150mm。对模具的高度要求，先了解2个定义：（1）下模高度DH，为下模型面最高点离基准地面的高度，对于1拉伸模具，以气垫/液压垫落下状态为参考；（2）自动化基准高度LH，为ABB机器人工作最优高度，此处为850mm。具体高LH和DH差的绝对值≤度要求如下：（1）所有模具，
150mm；（2）同一套零件，相邻工序下模DH高度差的
#
2
2．1
ABB自动化系统对模具的要求
基本要求
ABB自动化系统对模具的基本要求包括：（1）模
且排料流畅，连续生产不堵废料；具要有排废料功能，
（2）模具内要有板件到位传感器，一个板件需要2个到位传感器；（3）冲压完成后，模具不能卡住或钩住零件，否则模具内要有顶料装置；（4）模具能够满足自动化要求节拍下长时间连续生产，如果由于模具材
第7卷第2期钟茂莲：一种应用于自动化生产的冲压模具设计
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绝对值≤100mm。
2．3位置要求
ABB自动化系统对模具的位置要求包括：（1）在
X轴方向上，所有零件中心与压力机中心相对位置差的绝对值≤100mm；（2）在Y轴方向上（物流方向），所有零件中心与压力机中心相对位置差的绝对值≤100mm；（3）相邻工序零件X轴方向相对位置差的绝对值≤100mm；（4）相邻工序零件间距与压机间距差的绝对值≤100mm。
图7
模具有效开口高度示意图
Fig．7Mouldeffectiveopeningheightdiagram
2．4倾斜角度的要求
倾斜角度是指抓取零件时，直线七轴与水平面的
件进行具体分析，以确认该模具是否能够在该自动化线上生产。当SH值大于200mm时，自动化生产理论节拍为10～10．5冲次/分；当SH值大于400mm时，自动化生产节拍为10～11冲次/分。当SH值大于500mm时，自动化生产节拍为11～12冲次/分。SH值越大，整线自动化生产节拍才能够越高
。
夹角。工序零件α方向（绕X轴）倾斜角度小于等于±8°，相邻工序零件α方向（绕X轴）倾斜角度变化小于等于10°；工序零件β方向（绕Y轴）倾斜角度小于等于±10°，相邻工序零件β方向（绕Y轴）倾斜角度变化小于等于±15°；双件生产时，左右零件相邻工序倾斜角度变化姿态必须一致，否则整线节拍会有极大影响，甚至无法实现自动化生产
。
图8ABB自动化对模具的有效开口高度要求
Fig．8EffectiveopeningheightrequirementofABBautomation
图6
ABB自动化对模具的倾斜角度要求
systemformold
Fig．6TiltanglerequirementsofABBautomationsystemformold
2．5有效开口高度的要求
模具有效开口高度是指分别计算图7中2个区
3
3．1
模具与零件识别（电气元件的选用）
航空插头
从而达到识模具通过航空插头与压床电缆连接，
域的下模最高点到上模最低点距离，分别得到的数据VH1，VH2。对于1#拉伸模具，按照气垫/液压垫落下状态计算。
A为零件厚度（mm）；B为下模安全距离，50mm；C为FCB与端拾器厚度（不含与零件重叠部分），区域1：C1=250mm，区域2：C2=150mm。D为上模安50mm，G1=A+B+C1+D，G2=A+B+C2全距离，
+D，剩余开口空间SH：取（VH1－G1）与（VH2－G2）两者的较小值。剩余开口空间SH需要大于0，零件才能顺利进出模具。当SH小于0时，
需要对模具及零
别模具和制件的目的，航空插头包含6针插头（零件识别）和16针插头（模具设别），为了避免以后送料方向更改而造成模具无法使用，在左侧也要预留电器盒的安装位置和穿线孔。
3．2模具信息识别
模具信息的识别采用16针公插座，引脚定义及
编码见图9。
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精密成形工程2015年03月
图106针公插的引脚定义和接线
Fig．10Thepindefinitionandconnectionof6-pinmalesocket
正极接1号针脚，负极接2号针脚，信号线接3～6任意一个针脚，总共可以接4个传感器。
图9
16针公插座引脚定义及编码
3．4电检系统
Fig．9Thepindefinitionandcodingof16-pinmalesocket
3．3零件检测器
电检系统示意图如图11所示，其品牌、型号规格、数量如表2所示，
不同的自动化系统的电检系统
1）拉延的零件检测采用两处带检测器的定位板
2检测板料，检测器定位板的位置需保证板料投入后，个都要起作用。
2）后工序的零件检测采用两处制件接近的方式，检测器的最大检测距离为8mm。
3）用于零件检测的6针公插的引脚定义和接线见图10。
说明：假如传感器是三线传感器，
那么传感器的
图11
电检系统示意图
Fig．11Thediagramofelectricinspectionsystem
表2电气元件选型明细表
Table2Selectionlistofelectriccomponents
序号[***********][***********]32425
名称
可拆卸式检测器直角检测器插接线检测器插接线6针连接体（M）6针连接体（M）外盒6针连接体（F）6针连接体（F）外盒电缆线螺纹接头
电缆
电缆线螺纹接头电器盒（mm）接线端子短接条DIN导轨
电缆线螺纹接头（M20）电缆线螺纹接头（M25）
电缆（16芯）
封底下壳（带金属护盖）
6针连接体（M）电缆线螺纹接头（M20）封底下壳（带金属护盖）16针连接体（M）电缆线螺纹接头（M25）
封堵螺塞（M25）波纹护管波纹护管
规格/订货号Ni8-M18-AD4X-H1141
WWAK4．2/P00WAK4．2/P[***********][***********][***********]0820035713PG7
宽100高100深65
UK5NFB110-[***********][***********][***********][***********][***********][**************]71WY-PA6AD18．5BWY-PA6AD28．5B
品牌TUＲCKTUＲCKTUＲCKHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGLAPP国产自制PHOENIXPHOENIX国产HAＲTINGHAＲTINGLAPPHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGWEYEＲWEYEＲ
数量2/42/42/[***********]1111
备注用于拉延模用于后序模具转换接头只有单动拉延模和传感器固定在活动部件情况下使用1．电器盒安装面不需要加工；
2．电器盒尺寸按三住标准JBX100，取消正面 25．5
M3孔和3-长度现场确定6针航空插头合件
16针航空插头合件
长度现场确定长度现场确定
第7卷第2期钟茂莲：一种应用于自动化生产的冲压模具设计
81
电子元器件也可参考本系统的品牌规格进行选型。
说明：（1）以上明细适用于一模一件（板件）和一1，2号件模两件（板件）的情况，一模一件（板件）时，1，2号件数量取4；（2）数量取2，一模两件（板件）时，当不需要转换快插接头时，电路连接形式见图12；（3）图13是传感器安装在下模活动部件上的情况（单动拉延模的压料圈和下模压料板），请注意活动行程引起的干涉，以及插座超出分模线的情况
。
统要求选取合适的电气元件；最后综合自动化因素，结合模具设计一般要求对模具进行分析设计。
参考文献：
［1］崔宗超，吕颖利．工业机器人在数控加工生产线的应用
［J］．洛阳师范学院学报，2013，32（5）．
CUIZong-chao，LYUYing-li．ApplicationofIndustrialＲo-botinNCMachiningProductionLine［J］．JournalofLuoy-angNormalUniversity，2013，32（5）．
［2］覃功．汽车零部件自动冲压生产线的开发与应用［J］．科
2014（2）：93．技风，
QINGong．DevelopmentandApplicationofAutomobilePartsStampingProductionLine［J］．TechnologyWind，2014（2）：93．
［3］崔宗超，苏文芝．机器人冲压自动化生产线的设计与应
J］．洛阳师范学院学报，2013（2）：57—59．用［
CUIZong-chao，SUWen-zhi．DesignandApplicationofＲo-botAutomaticStampingProductionLine［J］．JournalofLuoyangNormalUniversity，2013（2）：57—59．
［4］张科新．浅论交流位置伺服控制压力机在自动送料装置
J］．大众科技，2005（5）：104—105．系统中的应用［
ZHANGKe-xin．TheApplicationDiscussionontheACPo-sitionServoPressinAutomaticFeedingDeviceintheSys-tem［J］．PopularScience＆Technology，2005（5）：104—105．
［5］段振华，王庆辉，等．工业机器人自动分拣输送吴张永，
图12nector
不需要转换快插接头时的电路连接形式
Fig．12Thecircuitconnectionformwithoutconvertingquickcon-
图13传感器安装形式示意
J］．实验室研究与探索，2013，32（3）．线的研究［
DUANZhen-hua，WUZhang-yong，WANGQing-hui，etal．ＲesearchonAutomaticSortingConveyorlineofIndustrialＲobots［J］．ＲesearchandExplorationinLaboratory，2013，32（3）．
［6］谢又炎．基座组全自动生产工艺与模具设计［J］．模具工
2009，35（8）：32—35．业，
XIEYou-yan．FullAutomaticProductionProcessandDe-signofDieSetBase［J］．DieandMouldIndustry，2009，35（8）：32—35．
［7］孙岳．高速冲压中防止废料回升的几个解决方法［J］．模
2014（3）：44—46．具制造，
SUNYue．TheSolutionstoPreventaFewWasteＲecoveryinHigh-speedStamping［J］．MoldManufacturing，2014（3）：44—46．
［8］韩小后，．精过小山．一种冲压模具退料机构的设计［J］
2013，5（6）：27—29．密成形工程，
HANXiao-hou，GUOXiao-shan．DesignofaMaterialＲe-turningMechanismofStampingDie［J］．JournalofNetshape
Fig．13Sketchofsensorsinstallation
3．5电器接头位置要求气路接头、
在模具左右两侧均设计出气路接头位置和电气
盒安装位置极其线路走向，模具气路接头放置在下模座上，不能凸出模体，电器盒要求最小安装空间为230mm×230mm×170mm，放置在下模座上，不能凸出模体。
4结论
通过上述2400t冲压自动化线ABB自动化系统的模具设计分析，可以得出模具的自动化设计一般步骤：首先是分析自动化系统情况、节拍要求以及自动化压力机相关参数；其次是根据相关参数及自动化系统要求，得出自动化模具的高度、位置、倾斜角度、有效开口高度等数值的取值范围；再次是根据自动化系
82
FormingEngineering，2013，5（6）：27—29．
精密成形工程2015年03月
［10］陈文琳，王少阳．汽车前围板冲压数值模拟及工李志杰，
J］．精密成形工程，2011，3（3）：15—19．艺参数优化［
CHENWen-lin，LIZhi-jie，WANGShao-yang．NumericalSimulationandParameterOptimizingoftheStampingForm-ingProcessofAutoFrontPanel［J］．JournalofNetshapeFormingEngineering，2011，3（3）：15—19．
［9］王宏松，J］．修辉平．模具数字化设计与快速制造［汪程，
2014，6（2）：55—59．精密成形工程，
WANGHong-song，WANGCheng，XIUHui-ping．DigitalDesignandＲapidManufacturingofmould［J］．JournalofNetshapeFormingEngineering，2014，6（2）：55—59．
檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸（上接第13页）
［27］FEIW，LUKPC，JINUPUNK．DesignandAnalysisof
High-speedCorelessAxialFluxPermanentMagnetGenera-torwithCircularMagnetsandCoils［J］．IETElectricPowerApplications，2010，4（9）：739—747．
［28］ZHAOSheng-dun，LIANGJin-tao，ZHAOYong-qiang．Opti-mizationDesignandDirectTorqueControlofaFluxCon-centratingAxialFluxPermanentMagnetMotorforDirectDrivingSystem［J］．ElectricPowerComponentsandSys-tems，2014，42（14）：1517—1529．
［29］PHASEMOTIONCONTＲOL．"TOＲQUE"Servomotors［EB/
OL］．［2015-02-15］．http：//www．phase．it/．
［30］COＲEINNOVATION．DiscPermanentMagnetMachines
［EB/OL］．［2015-02-15］．http：//www．coreotionllc．us/．［31］CHENGM，HUAW，ZHANGJZ，etal．OverviewofStator-permanentMagnetBrushlessMachines［J］．IEEETransac-tionsonIndustrialElectronics，2011，58（11）：5087—5101．［32］ZHUZQ，PANGY，HoweD，etal．AnalysisofElectromag-neticPerformanceofFlux-switchingPMMachinesbyNon-linearAdaptiveLumpedParameterMagneticCircuitModel［J］．IEEETransactionsonMagnetics，2005，41（11）：
4277—4287．
［33］ZHUZQ，CHENJT．AdvancedFlux-SwitchingPermanent
MagnetBrushlessMachines［J］．IEEETransactionsonMagnetics，2005，46（6）：1447—1453．
［34］GUEＲASJF，PIECHZJ．LINEAＲSYNCHＲONOUSMO-TOＲS：TransportationandAutomationSystems［M］．NewYork：CＲCPress，2000．
［35］BIANCHIN，BOLOGNANIS．TubularLinearPermanent
MagnetMotorsanOverallComparison［J］．IEEETransac-tionsonIndustryApplications，2003，39（2）：466—475．
［36］赵升吨，赵永强．用于直接驱动机床主轴的大推梁锦涛，
J］．机床与液压，2014，力圆筒型永磁直线电机的研究［42（9）：66—70．
ZHAOSheng-dun，LIANGJin-tao，ZHAOYong-qiang．Ｒe-searchontheLargeThrustTubularPermanentMagnetLine-arMotorforDirect-drivingMachineToolSpindle［J］．Ma-chineTool＆Hydraulics，2014，42（9）：66—70．
［37］AHMETO，CAGＲIG，SANDOＲM．ANewActivePosition
SensingMethodforＲopelessElevator［J］．Mechatronics，2013（23）：182—189．
檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹（上接第75页）
DUTing，LIUYu-qi，ZHANGZhi-bing，etal．AFastAnaly-sisSystemBasedonUGSNXforSheetMetalForming［J］．Froming＆StampingTechnology，2008，33（4）：145—149．．湖北［9］黄兵锋．CATIAV5的Publication功能及应用［J］
2009，23（2）：9—11．汽车工业学院学报，
HUANGBing-feng．ApplicationofPublicationofCATIAV5［J］．JournalofHubeiAutomobileIndustriesInstitute，2009，23（2）：9—11．
［10］闫卫京，章志兵，等．基于CATIA的汽车覆盖件柳玉起，
．塑性工程学报，产品设计可成形性同步仿真系统［J］2010，17（6）：37—40．
YANWei-jing，LIUYu-qi，ZHANGZhi-bing，etal．Form-abilitySynchronousEmulationSystemforAutomobilePanelDesignBasedonCATIA［J］．JournalofPlasticityEngineer-ing，2010，17（6）：37—40．
［1］张智霞，柳玉起，等．基于模板的汽车覆盖件交章志兵，
．精密成形工程，2014，6互式模具设计系统的研究［J］（6）：127—132．
ZHANGZhi-xia，ZHANGZhi-bing，LIUYu-qi，etal．Tem-plate-BasedInteractiveDieDesignSystemofAutomobilePanel［J］．JournalofNetshapeFormingEngineering，2014，6（6）：127—132．
76
精密成形工程
JOUＲNALOFNETSHAPEFOＲMINGENGINEEＲING第7卷第2期2015年03月
一种应用于自动化生产的冲压模具设计
钟茂莲
（江铃控股有限公司，南昌330052）
摘要：目的研究应用于自动化生产的模具设计过程和设计方法。方法以2400t冲压自动化线
ABB自动化系统的模具设计为例，分析了自动化系统对模具的要求，以及自模具自动化电气元件的选用情况。结论具设计的一般步骤。
关键词：自动化生产；模具；自动化要求；零件识别；设计步骤DOI：10．3969/j．issn．1674-6457．2015．02．014中图分类号：TG76
文献标识码：A
6457（2015）02-0076-07文章编号：1674-说明了应用于自动化生产的模具设计过程，总结出了应用于自动化生产的模
AKindofDesignofStampingDieforAutomaticProduction
ZHONGMao-lian
（JianglingHoldingsLimited．，Nanchang330052，China）
ABSTＲACT：Theaimofthisstudywastoinvestigatethedesignprocessandmethodsofstampingdieusedinautomaticproductionline．Themoulddesignof2400tautomaticpresslinewithABBautomaticsystemwastakenasanexample，therequirementofautomaticsystemtothemouldandtheselectionofautomaticmouldelectricalcomponentswereanalyzed．Thisstudyillustratedthedesignprocessofthemouldusedinautomaticproduction，andsummarizedthegeneralproceduresofmoulddesigningforautomaticproduction．
KEYWOＲDS：automatedproduction；mould；therequirementofautomaticsystem；partrecognition；designprocedure
目前，国内外汽车模具行业发展的显著特点就是各种高新技术，包括数字化模具技术、冲压成形过程模拟、高速加工、自动化加工、拼焊板和高强度钢板冲压技术、信息化管理等技术的广泛应用，使汽车模具应用于冲压自动化生产线成为了可能。而随着机械行业的飞速发展，自动化生产方式正对传统的人工生产方式产生了巨大冲击，汽车产销量的逐年攀升也对汽车零部件尤其是冲压件的生产效率提出了更高的要求，由此，也推动了模具应用于自动化生产领域的发展，故应用于自动化冲压生产的冲压模具的设计显得尤为重要。文中试以2400t冲压自动化线ABB自
01-25收稿日期：2015-
动化系统的模具设计为例，说明模具自动化的设计过程。
12400t冲压自动化生产线概况
首台为2400t，后续4台为压机：共5台压机，
1000t，设备台面尺寸均为4600mm×2500mm；自动化生产线工艺：线首含钢板拆垛、清洗、涂油工艺，钣件传输由ABB机器人实现自动化；冲压工艺节拍：设计节拍为6～12冲次/分钟，单班产量2800冲次以上；压力机的主要技术参数见表1。
作者简介：钟茂莲（1981—），女，江西南康人，机电工程师，主要从事汽车冲压件模具、夹具等工装的开发工作。
第7卷第2期钟茂莲：一种应用于自动化生产的冲压模具设计
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表1压力机的主要技术参数
Table1Themaintechnicalparametersofpresses
技术参数
四点单动2400t（多连杆）
124000kN13mm41300mm1300mm600mm
连续单次
12～208～123
2500mm×4600mm2500mm×4600mm
4000kN0～380mm（可调）2050mm×3900mm2个，左右联动开出
≤800mm60t≤12000mm
30t≥0．50MPa
四点单动1000t（偏心式）
410000kN13mm41200mm1300mm600mm12～208～123
2500mm×4600mm2500mm×4600mm
无无无
2个，左右联动开出
≤800mm60t≤12000mm
30t≥0．50
MPa
序号[***********]416171819
主要技术规格
数量公称力公程力行程
点数滑块行程长度最大装模高度装模高度调节量滑块行程（次/分）
微调
工作台有效尺寸（前后×左右）滑块底面有效尺寸（前后×左右）
拉伸垫力拉伸垫行程
拉伸垫有效工作范围（前后×左右）移动工作台工作方式、数量（MB）
移动工作台最大承载地面以上高度（行车轨高14m）
最大上模具质量
工作气压
15工作台板上面距地面（5台设备的工作台等高）
图1压机的工作台面布置
Fig．1Workingtablelayoutofthepresses
78
精密成形工程2015年03月
快速夹位置要求为：快速夹位置沿压机中心线对压机前后两侧快速夹各12个，其最大行程为称分布，
850mm，U沟厚度为60mm，最小行程为100mm，快速夹具体分布位置和行程分别如图2和3所示
。
质、设计、加工质量等原因，导致压机被迫降速运行，在则整线自动化速度也会相应降低；（5）模具定位销，保证零件定位效果的基础上，越短越好，其高度最好
#
在50mm之内，不要超过100mm；（6）1拉伸模具使
用气动定位销，能够通过自动化控制升/降（倒/立）；（7）对于一模双件模具，左右模具应该尽可能并拢，以减少整体长度，左右零件/板料总长度必须在要求的尺寸内；（8）模具整体宽度不能够超过工作台宽度
。
图4
图2
快速夹位置分布简图
Fig．2Fastclampingpositiondistribution
diagram
ABB自动化系统对模具的高度要求
Fig．4HeightrequirementsofABBautomationsystemfor
mold
图5ABB自动化对模具的位置要求
Fig．5PositionrequirementsofABBautomationsystemformold
2．2
图3
快速夹行程示意简图
Fig．3Fastclampingstrokediagram
高度要求
ABB机器人抓料高度范围设定如下：Ｒ11可达抓
最佳抓料高度范围为料高度范围为500～1500mm，
850mm±150mm；Ｒ21，Ｒ31，Ｒ41，Ｒ51可达抓料高度范围为450～1300mm，最佳抓料高度范围为850mm±150mm；Ｒ61可达抓料高度范围为550～1500mm，最佳抓料高度范围为850mm±150mm。对模具的高度要求，先了解2个定义：（1）下模高度DH，为下模型面最高点离基准地面的高度，对于1拉伸模具，以气垫/液压垫落下状态为参考；（2）自动化基准高度LH，为ABB机器人工作最优高度，此处为850mm。具体高LH和DH差的绝对值≤度要求如下：（1）所有模具，
150mm；（2）同一套零件，相邻工序下模DH高度差的
#
2
2．1
ABB自动化系统对模具的要求
基本要求
ABB自动化系统对模具的基本要求包括：（1）模
且排料流畅，连续生产不堵废料；具要有排废料功能，
（2）模具内要有板件到位传感器，一个板件需要2个到位传感器；（3）冲压完成后，模具不能卡住或钩住零件，否则模具内要有顶料装置；（4）模具能够满足自动化要求节拍下长时间连续生产，如果由于模具材
第7卷第2期钟茂莲：一种应用于自动化生产的冲压模具设计
79
绝对值≤100mm。
2．3位置要求
ABB自动化系统对模具的位置要求包括：（1）在
X轴方向上，所有零件中心与压力机中心相对位置差的绝对值≤100mm；（2）在Y轴方向上（物流方向），所有零件中心与压力机中心相对位置差的绝对值≤100mm；（3）相邻工序零件X轴方向相对位置差的绝对值≤100mm；（4）相邻工序零件间距与压机间距差的绝对值≤100mm。
图7
模具有效开口高度示意图
Fig．7Mouldeffectiveopeningheightdiagram
2．4倾斜角度的要求
倾斜角度是指抓取零件时，直线七轴与水平面的
件进行具体分析，以确认该模具是否能够在该自动化线上生产。当SH值大于200mm时，自动化生产理论节拍为10～10．5冲次/分；当SH值大于400mm时，自动化生产节拍为10～11冲次/分。当SH值大于500mm时，自动化生产节拍为11～12冲次/分。SH值越大，整线自动化生产节拍才能够越高
。
夹角。工序零件α方向（绕X轴）倾斜角度小于等于±8°，相邻工序零件α方向（绕X轴）倾斜角度变化小于等于10°；工序零件β方向（绕Y轴）倾斜角度小于等于±10°，相邻工序零件β方向（绕Y轴）倾斜角度变化小于等于±15°；双件生产时，左右零件相邻工序倾斜角度变化姿态必须一致，否则整线节拍会有极大影响，甚至无法实现自动化生产
。
图8ABB自动化对模具的有效开口高度要求
Fig．8EffectiveopeningheightrequirementofABBautomation
图6
ABB自动化对模具的倾斜角度要求
systemformold
Fig．6TiltanglerequirementsofABBautomationsystemformold
2．5有效开口高度的要求
模具有效开口高度是指分别计算图7中2个区
3
3．1
模具与零件识别（电气元件的选用）
航空插头
从而达到识模具通过航空插头与压床电缆连接，
域的下模最高点到上模最低点距离，分别得到的数据VH1，VH2。对于1#拉伸模具，按照气垫/液压垫落下状态计算。
A为零件厚度（mm）；B为下模安全距离，50mm；C为FCB与端拾器厚度（不含与零件重叠部分），区域1：C1=250mm，区域2：C2=150mm。D为上模安50mm，G1=A+B+C1+D，G2=A+B+C2全距离，
+D，剩余开口空间SH：取（VH1－G1）与（VH2－G2）两者的较小值。剩余开口空间SH需要大于0，零件才能顺利进出模具。当SH小于0时，
需要对模具及零
别模具和制件的目的，航空插头包含6针插头（零件识别）和16针插头（模具设别），为了避免以后送料方向更改而造成模具无法使用，在左侧也要预留电器盒的安装位置和穿线孔。
3．2模具信息识别
模具信息的识别采用16针公插座，引脚定义及
编码见图9。
80
精密成形工程2015年03月
图106针公插的引脚定义和接线
Fig．10Thepindefinitionandconnectionof6-pinmalesocket
正极接1号针脚，负极接2号针脚，信号线接3～6任意一个针脚，总共可以接4个传感器。
图9
16针公插座引脚定义及编码
3．4电检系统
Fig．9Thepindefinitionandcodingof16-pinmalesocket
3．3零件检测器
电检系统示意图如图11所示，其品牌、型号规格、数量如表2所示，
不同的自动化系统的电检系统
1）拉延的零件检测采用两处带检测器的定位板
2检测板料，检测器定位板的位置需保证板料投入后，个都要起作用。
2）后工序的零件检测采用两处制件接近的方式，检测器的最大检测距离为8mm。
3）用于零件检测的6针公插的引脚定义和接线见图10。
说明：假如传感器是三线传感器，
那么传感器的
图11
电检系统示意图
Fig．11Thediagramofelectricinspectionsystem
表2电气元件选型明细表
Table2Selectionlistofelectriccomponents
序号[***********][***********]32425
名称
可拆卸式检测器直角检测器插接线检测器插接线6针连接体（M）6针连接体（M）外盒6针连接体（F）6针连接体（F）外盒电缆线螺纹接头
电缆
电缆线螺纹接头电器盒（mm）接线端子短接条DIN导轨
电缆线螺纹接头（M20）电缆线螺纹接头（M25）
电缆（16芯）
封底下壳（带金属护盖）
6针连接体（M）电缆线螺纹接头（M20）封底下壳（带金属护盖）16针连接体（M）电缆线螺纹接头（M25）
封堵螺塞（M25）波纹护管波纹护管
规格/订货号Ni8-M18-AD4X-H1141
WWAK4．2/P00WAK4．2/P[***********][***********][***********]0820035713PG7
宽100高100深65
UK5NFB110-[***********][***********][***********][***********][***********][**************]71WY-PA6AD18．5BWY-PA6AD28．5B
品牌TUＲCKTUＲCKTUＲCKHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGLAPP国产自制PHOENIXPHOENIX国产HAＲTINGHAＲTINGLAPPHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGHAＲTINGWEYEＲWEYEＲ
数量2/42/42/[***********]1111
备注用于拉延模用于后序模具转换接头只有单动拉延模和传感器固定在活动部件情况下使用1．电器盒安装面不需要加工；
2．电器盒尺寸按三住标准JBX100，取消正面 25．5
M3孔和3-长度现场确定6针航空插头合件
16针航空插头合件
长度现场确定长度现场确定
第7卷第2期钟茂莲：一种应用于自动化生产的冲压模具设计
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电子元器件也可参考本系统的品牌规格进行选型。
说明：（1）以上明细适用于一模一件（板件）和一1，2号件模两件（板件）的情况，一模一件（板件）时，1，2号件数量取4；（2）数量取2，一模两件（板件）时，当不需要转换快插接头时，电路连接形式见图12；（3）图13是传感器安装在下模活动部件上的情况（单动拉延模的压料圈和下模压料板），请注意活动行程引起的干涉，以及插座超出分模线的情况
。
统要求选取合适的电气元件；最后综合自动化因素，结合模具设计一般要求对模具进行分析设计。
参考文献：
［1］崔宗超，吕颖利．工业机器人在数控加工生产线的应用
［J］．洛阳师范学院学报，2013，32（5）．
CUIZong-chao，LYUYing-li．ApplicationofIndustrialＲo-botinNCMachiningProductionLine［J］．JournalofLuoy-angNormalUniversity，2013，32（5）．
［2］覃功．汽车零部件自动冲压生产线的开发与应用［J］．科
2014（2）：93．技风，
QINGong．DevelopmentandApplicationofAutomobilePartsStampingProductionLine［J］．TechnologyWind，2014（2）：93．
［3］崔宗超，苏文芝．机器人冲压自动化生产线的设计与应
J］．洛阳师范学院学报，2013（2）：57—59．用［
CUIZong-chao，SUWen-zhi．DesignandApplicationofＲo-botAutomaticStampingProductionLine［J］．JournalofLuoyangNormalUniversity，2013（2）：57—59．
［4］张科新．浅论交流位置伺服控制压力机在自动送料装置
J］．大众科技，2005（5）：104—105．系统中的应用［
ZHANGKe-xin．TheApplicationDiscussionontheACPo-sitionServoPressinAutomaticFeedingDeviceintheSys-tem［J］．PopularScience＆Technology，2005（5）：104—105．
［5］段振华，王庆辉，等．工业机器人自动分拣输送吴张永，
图12nector
不需要转换快插接头时的电路连接形式
Fig．12Thecircuitconnectionformwithoutconvertingquickcon-
图13传感器安装形式示意
J］．实验室研究与探索，2013，32（3）．线的研究［
DUANZhen-hua，WUZhang-yong，WANGQing-hui，etal．ＲesearchonAutomaticSortingConveyorlineofIndustrialＲobots［J］．ＲesearchandExplorationinLaboratory，2013，32（3）．
［6］谢又炎．基座组全自动生产工艺与模具设计［J］．模具工
2009，35（8）：32—35．业，
XIEYou-yan．FullAutomaticProductionProcessandDe-signofDieSetBase［J］．DieandMouldIndustry，2009，35（8）：32—35．
［7］孙岳．高速冲压中防止废料回升的几个解决方法［J］．模
2014（3）：44—46．具制造，
SUNYue．TheSolutionstoPreventaFewWasteＲecoveryinHigh-speedStamping［J］．MoldManufacturing，2014（3）：44—46．
［8］韩小后，．精过小山．一种冲压模具退料机构的设计［J］
2013，5（6）：27—29．密成形工程，
HANXiao-hou，GUOXiao-shan．DesignofaMaterialＲe-turningMechanismofStampingDie［J］．JournalofNetshape
Fig．13Sketchofsensorsinstallation
3．5电器接头位置要求气路接头、
在模具左右两侧均设计出气路接头位置和电气
盒安装位置极其线路走向，模具气路接头放置在下模座上，不能凸出模体，电器盒要求最小安装空间为230mm×230mm×170mm，放置在下模座上，不能凸出模体。
4结论
通过上述2400t冲压自动化线ABB自动化系统的模具设计分析，可以得出模具的自动化设计一般步骤：首先是分析自动化系统情况、节拍要求以及自动化压力机相关参数；其次是根据相关参数及自动化系统要求，得出自动化模具的高度、位置、倾斜角度、有效开口高度等数值的取值范围；再次是根据自动化系
82
FormingEngineering，2013，5（6）：27—29．
精密成形工程2015年03月
［10］陈文琳，王少阳．汽车前围板冲压数值模拟及工李志杰，
J］．精密成形工程，2011，3（3）：15—19．艺参数优化［
CHENWen-lin，LIZhi-jie，WANGShao-yang．NumericalSimulationandParameterOptimizingoftheStampingForm-ingProcessofAutoFrontPanel［J］．JournalofNetshapeFormingEngineering，2011，3（3）：15—19．
［9］王宏松，J］．修辉平．模具数字化设计与快速制造［汪程，
2014，6（2）：55—59．精密成形工程，
WANGHong-song，WANGCheng，XIUHui-ping．DigitalDesignandＲapidManufacturingofmould［J］．JournalofNetshapeFormingEngineering，2014，6（2）：55—59．
檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸（上接第13页）
［27］FEIW，LUKPC，JINUPUNK．DesignandAnalysisof
High-speedCorelessAxialFluxPermanentMagnetGenera-torwithCircularMagnetsandCoils［J］．IETElectricPowerApplications，2010，4（9）：739—747．
［28］ZHAOSheng-dun，LIANGJin-tao，ZHAOYong-qiang．Opti-mizationDesignandDirectTorqueControlofaFluxCon-centratingAxialFluxPermanentMagnetMotorforDirectDrivingSystem［J］．ElectricPowerComponentsandSys-tems，2014，42（14）：1517—1529．
［29］PHASEMOTIONCONTＲOL．"TOＲQUE"Servomotors［EB/
OL］．［2015-02-15］．http：//www．phase．it/．
［30］COＲEINNOVATION．DiscPermanentMagnetMachines
［EB/OL］．［2015-02-15］．http：//www．coreotionllc．us/．［31］CHENGM，HUAW，ZHANGJZ，etal．OverviewofStator-permanentMagnetBrushlessMachines［J］．IEEETransac-tionsonIndustrialElectronics，2011，58（11）：5087—5101．［32］ZHUZQ，PANGY，HoweD，etal．AnalysisofElectromag-neticPerformanceofFlux-switchingPMMachinesbyNon-linearAdaptiveLumpedParameterMagneticCircuitModel［J］．IEEETransactionsonMagnetics，2005，41（11）：
4277—4287．
［33］ZHUZQ，CHENJT．AdvancedFlux-SwitchingPermanent
MagnetBrushlessMachines［J］．IEEETransactionsonMagnetics，2005，46（6）：1447—1453．
［34］GUEＲASJF，PIECHZJ．LINEAＲSYNCHＲONOUSMO-TOＲS：TransportationandAutomationSystems［M］．NewYork：CＲCPress，2000．
［35］BIANCHIN，BOLOGNANIS．TubularLinearPermanent
MagnetMotorsanOverallComparison［J］．IEEETransac-tionsonIndustryApplications，2003，39（2）：466—475．
［36］赵升吨，赵永强．用于直接驱动机床主轴的大推梁锦涛，
J］．机床与液压，2014，力圆筒型永磁直线电机的研究［42（9）：66—70．
ZHAOSheng-dun，LIANGJin-tao，ZHAOYong-qiang．Ｒe-searchontheLargeThrustTubularPermanentMagnetLine-arMotorforDirect-drivingMachineToolSpindle［J］．Ma-chineTool＆Hydraulics，2014，42（9）：66—70．
［37］AHMETO，CAGＲIG，SANDOＲM．ANewActivePosition
SensingMethodforＲopelessElevator［J］．Mechatronics，2013（23）：182—189．
檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹（上接第75页）
DUTing，LIUYu-qi，ZHANGZhi-bing，etal．AFastAnaly-sisSystemBasedonUGSNXforSheetMetalForming［J］．Froming＆StampingTechnology，2008，33（4）：145—149．．湖北［9］黄兵锋．CATIAV5的Publication功能及应用［J］
2009，23（2）：9—11．汽车工业学院学报，
HUANGBing-feng．ApplicationofPublicationofCATIAV5［J］．JournalofHubeiAutomobileIndustriesInstitute，2009，23（2）：9—11．
［10］闫卫京，章志兵，等．基于CATIA的汽车覆盖件柳玉起，
．塑性工程学报，产品设计可成形性同步仿真系统［J］2010，17（6）：37—40．
YANWei-jing，LIUYu-qi，ZHANGZhi-bing，etal．Form-abilitySynchronousEmulationSystemforAutomobilePanelDesignBasedonCATIA［J］．JournalofPlasticityEngineer-ing，2010，17（6）：37—40．
［1］张智霞，柳玉起，等．基于模板的汽车覆盖件交章志兵，
．精密成形工程，2014，6互式模具设计系统的研究［J］（6）：127—132．
ZHANGZhi-xia，ZHANGZhi-bing，LIUYu-qi，etal．Tem-plate-BasedInteractiveDieDesignSystemofAutomobilePanel［J］．JournalofNetshapeFormingEngineering，2014，6（6）：127—132．