扩展汽车覆盖件冲压线功能

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汽车覆盖件冲压自动化生产线由纯单件生产改造为能够适应孪生件和单件生产的系统配置及设计，并针对遇到的技术问题进行攻关，采取合理有效的解决办法扩展自动化冲压线的功能和使用范围。

目前，国内的汽车覆盖件冲压自动化生产线全部为单件生产，即每工作一次生产出一个工件，生产效率相对低下，随着汽车行业国内、国际竞争的日益加剧，合理有效的汽车生产解决方案能够加快企业的发展步伐，提高市场竞争力。

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基于以上原因研制开发了本项应用工程，实现孪生件生产功能，主要适应各种汽车覆盖件自动化冲压生产线，并能够实现各种不规则板料的自动生产，进而降低物耗、降低成本、节约投资，消除了操作人员的危险性、减轻劳动强度、提高工作效率。

自动化冲压线改造的原则

根据冲压线的实际使用功能要求及其作业的安全性和可靠性，从当今国内外技术现状与市场发展的战略出发，提出设计指导思想与原则：在充分吸收当今国际先进技术与产品的基础上，创新性地进行冲压自动化生产线系统的集成与设计，并把机械系统与电控系统的品质与可靠性视为成功的关键，研制当今国内唯一，接近国际领先水平的自动化冲压线系统，进一步提高汽车覆盖件自动化冲压线的功能要求。

冲压线改造系统

通过对汽车覆盖件自动化冲压生产线进行孪生件的改造，在保留原来单件生产的所有功能的基础上，使其能够适应孪生件和单件生产，并且使两个功能可以自由切换；在孪生件生产时，通过原设备的操作设定参数和代码，启动改造系统和原有定位功能配合，进行协调生产；满足所有与部品类别有关的工艺参数设定均与零件代码发生联系，方便实施统一工件号管理原则的要求；上料端拾器吸盘要求通过触摸屏界面实现自动选取，改变原有系统的手动选择方式。

冲压线改造系统配置

根据系统的技术要求，结合原有系统的标准配置，增加前对中定位器2套（1轴交流伺服单元驱动）,左右向外侧向对中定位器4套（2轴气动、1轴交流伺服单元驱动），后正向对中定位器4套（1轴气动、1轴交流伺服单元驱动）,双料检测系统6套，电气、气动控制系统1组套，拆垛区增加各种检测传感器，触摸屏操作界面，改造原侧向对中器4套, 改造上料端拾器2套，改造原板料对中区结构部分，以及系统的油路、气路、电路。

整个系统的工作过程

在原有控制系统和新增加系统的控制下，上料小车将整垛板料送到拆垛区，举升机构将垛料举起，磁力分层机构将整垛板料进行分层，拆垛吸盘开始下降拆垛，并将板料移动到传送皮带上，通过静止状态的双料检测（板料的停止由传感器控制），检测为不合格时（检测吸附有两张板料重叠），皮带将板料送回，拆垛吸盘冲下抖动，然后将板料再送到检测双料的位置，若再不合格，皮带将板料送到工作区域以外的排废料区，若检测合格（为单层板料），板料将通过清洗涂油设备和动态双料检测器，到达对中区，前端对中定位器上的接近开关感应到有料到位，所有设定的对中定位器开始对中板料，上料端拾器将板料拾取送到冲压模具中，然后返回，完成整个动作，其中所涉及的位置检测通过传感器来实现。

孪生件和单件生产及相互转换生产

新增加的控制系统和原系统联网，同时控制所有伺服轴和气动轴的任意位置运动，各个气动轴采用阀岛集中控制。通过触摸屏实现参数设置及实时显示系统的工作状态，完成系统针对PLC、位控模块、伺服包故障进行故障查询及复位处理。

动作功能的实现，首先通过触摸屏界面在PLC和伺服控制系统的作用下对伺服轴和气动轴进行正向、负向的手动操作，完成对伺服轴的参考点设置，然后根据不同的生产工件，示教不同工件孪生件生产时所利用到的各个伺服轴所在的位置，并记忆，通过外置的控制开关转换和系统PLC控制，完成从单件到孪生件、孪生件到单件伺服轴和气动轴的初始工作状态准备工作。对中器的自动工作的实现，由后正向对中定位器起头，侧向对中器摆臂向外运动，并组合原系统的对中定位器起头动作共同完成。

对中定位器的设计与分析

对中定位器是本系统的关键部件，合理地安排对中定位器的位置和动作顺序及良好的机构设计和保证系统可靠性是设计成功的关键，必须综合考虑系统的抗疲劳性能及运行可靠性、工件对中过程中摩擦力和系统自身的阻力等因素，基于此，外购件全部采用国外进口元件，电机采用MITSUBISHI伺服电机实现对中位置的任意可调性，各伺服系统的调整范围为450mm，气动元件采用德国FESTO产品，导轨、丝杠采用台湾HIWIN产品。

后对中定位器：伺服轴实现任意位置示教，气动轴通过凸轮轨迹来实现拍打头的水平和垂直方向的运动，实现对中功能。

侧向对中定位器：伺服轴实现任意位置示教，气动轴是由摆动气缸带动齿轮和花键齿轮完成摆臂动作，直线气缸带动花键轴在花键齿轮中滑动，完成直线运动，实现对中功能，此机构为复合运动结构，充分考虑了气缸接受外力的的疲劳程度，将径向载荷卸在固定座上。

安全性

针对系统可靠性的提高及设备和人员的安全性因素，除了解决设备安装位置干涉以外，在控制系统上采取了以下措施。

伺服系统有两层保护，硬行程极限和软行程极限.
气缸保护，在旋转气缸旋转后，垂直气缸才能动作，伸或缩，这样以避免与现场设备的干涉。
在触摸屏中设置密码等级，对一些重要数据只有在一定的安全级别范围内方能进行操作。
系统安全防护与现场转换开关等数字信号共同完成安全互锁。

主要操作说明

手动操作：伺服系统的手动正、负操作，垂直气缸、旋转气缸的手动操作。
参考点操作：对伺服系统的原始参考点进行设置。
自动操作：单件与双件的相互转换完毕后，设备自动运行。
单件、双件生产时自动状态切换：扳动钥匙开关，按自动起动按钮，各伺服系统及气缸运动到事先示教位置，完成系统准备工作，之后，整套设备即可进行自动生产。
示教操作：根据不同的工件，示教不同工件伺服系统的双件生产位置。
故障查寻：针对PLC、位控模块、伺服包故障进行故障查询及复位，且当故障发生时，触摸屏弹出帮助窗口。

工程设计的技术攻关

由于该工程属于在原有系统的基础上的改进，风险大，必须充分考虑设备运行的安全性，即各个运动单元的干涉问题，根据现场的实际安装尺寸，采用PLC程序控制动作顺序和巧妙的机械结构共同来解决干涉问题。

新改造部分PLC控制系统与原设备PLC及数控系统网络通讯及兼容性，通过Ⅱ网连接，与原控制系统形成包含关系。

上料端拾器真空控制系统根据所要生产工件的大小需要完成上料吸盘的自动选取，采用负压阀岛集中控制方式，通过机械结构和电气控制上完成此项功能，从实际使用上优化控制。

现场改造中涉及原有设备的改动，充分考虑系统的油路、气路、电路、可靠性等因素，保证改造后的系统稳定运转。

本系统已经成功地应用到汽车生产厂家，由于系统的关键元部件采用进口优质产品，充分发挥国内技术与服务等综合优势，即保证了系统品质与可靠性，又降低了成本，经过实际的使用，生产效率提高了1.8倍，有很强的市场竞争能力。