落料模智能控制定位系统研究

2021-05-03马波涛王才张应生

模具制造 2021年3期

马波涛，王才，张应生

（长城汽车股份有限公司生产技术开发中心，河北保定071000）

1 引言

冲压作为汽车生产的第一工序，生产过程中有大量工作需要人工调整，影响工作节拍。如何将生产中人工操作调整改为自动化调整是提升生产节拍的关键因素。基于生产现场多制件共用落料模的定位手动调整影响车间生产效率的问题[1]，开展智能控制定位系统技术研究，达到多规格开卷落料模定位调整过程≥5s，从而实现降低设备的等待时间，达成提升车间生产效率的目的。

2 现有结构形式

目前，车间现场在对多制件开卷落料模进行生产切换时采用手动调整的方式，耗费时间长，生产安全隐患大，切换过程如图1所示（虚框中为板料定位手动调整过程）。

2.1 现有结构的工作过程

图1 手动调整过程

当卷料由窄到宽切换时，为避免卷料输送过程中与定位干涉，需先将定位调整至最大卷宽位置后（过程1）才能将板料输送到工作状态，再根据板料宽度调整定位至工作位置，如图2所示。

图2 定位移动过程

为保证定位效果，单副模具上设置两组4套定位机构，各定位机构间需相互配合但又各自独立，调整时每一个定位机构均需要单独进行调整，共计调整4次，如图3所示。

图3 定位机构单独调整

2.2 现有结构缺点

开卷线体整线全长约60m[2]，且线体中间位置无安全通道，无法穿越。模具处于线体中间位置，现场人员调整完成模具前侧2处定位机构后，需绕行整个线体至模具后侧，调整剩余2处定位机构。全程行走距离约为130m，用时约2min。若遇到卷料由窄向宽切换时，行走距离及用时翻倍，调整效率低。

开卷线体生产效率高，机床滑块行程小，模具开模高度仅300mm（约为成年人两只手掌长度之和），现场人员在调整定位机构时，身体需探入模具内部进行操作，一旦发生异常情况无法及时退出，危险性高。

3 现状分析

结合多种规格落料模在现场生产中的问题进行改善，需要定位机构实现的主要功能如表1所示。

4 对策实施

从操作方式、工作效率、人员移动、成本、调整精度以及安全性方面进行综合对比，决定采用电动马达作为驱动力源，丝杠作为传动部件的结构作为实现定位移动的基本结构形式。

通过控制电动马达的转动角度，结合丝杠的螺距，精确控制定位机构的位置及移动距离，保证定位机构的重复运动精度。

通过参数、滚动转动角度等控制等方式对定位位置进行精确控制，消除调整过程中的等待浪费。

通过采用一个PLC控制端并联4套定位调整结构实现定位机构的同步运动。

通过将定位机构控制端与机床控制台进行集合或单独设计控制端前部安装的方式，彻底消除手动定位调整时产生的走动浪费以及安全隐患。

根据以上功能实现方式，规划智能控制定位调整系统结构如图4所示。

图4 智能控制定位调整系统结构

结合供应商资源及现场需求，最终选择某型号电动滑台作为基础机构，研究电动滑台的功能与需求及现场匹配的可行性。

经过对电动滑台的功能及机床匹配性验证，电动滑台功能满足预期智能定位机构的功能需求，但在机床匹配性功能验证过程中发现，机床设备控制端无专用I/O线缆接口及PLC控制模块，不能与现有设备进行对接控制。根据电动滑台控制I/O线信号输出规则，同时与整车事业部进行沟通，最终达成一致意见。

（1）采用单独输入板料宽度参数存储在滑台控制器，同时并联4套电动滑台，单独制造控制器的结构方式。

（2）冲压技术部负责输出智能定位控制系统控制器线路图及制造临时验证用控制器，同时对多种规格锯齿落料模图纸进行适应性更改，供事业部进行对比分析。

（3）整套智能控制定位系统单独建立，控制器安装在模具前侧，便于操作控制，机床仅为控制系统提供电源供给。

（4）定位控制系统采用单电源供电，断电重启后由现场操作人员对定位控制系统进行复位操作后，再选定需要的定位宽度进行调整。

（5）考虑车型板料产量、切换频次、成本控制需求等因素，冲压技术部同步开发设计手动摇轮调整机构，手动机构仅需满足规避人员绕线走动及安全性问题即可。

与冲压车间沟通确定选取某项目使用的多种规格锯齿落料模进行改善，现阶段该模具主要生产3种制件板料，卷料宽度分别为1,320mm、1,420mm、1,520mm，具体应用情况如图5所示。

图5 智能控制定位系统的落料模

通过对落料模智能控制定位系统的研究，采用电动滑台及单独制造控制器的方式，可以实现落料模智能控制定位系统的全部预期功能。结合现场生产板料宽度，编程输入控制器定位数据，当生产现场需要切换生产板料宽度，调整定位距离时，操作人员按动设置在模具外部前侧的控制开关上对应的按键，定位机构自动进行位置调整，实现多种规格落料模在生产过程中定位调整的一键操作。若应用智能控制定位调整定位调整系统可以将现阶段定位调整用时由15min降低到5s以内。同时在定位调整时，操作人员不需要身体进入模具，全程在模具外操作，调整过程安全性风险降为0。