全自動模具更換系統在大型沖壓線上的應用

朱承華 雷黨輝 薛盛智

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241009）

全自動模具更換系統在大型沖壓線上的應用

朱承華 雷黨輝 薛盛智

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241009）

介紹了全自動模具更換系統在大型自動化沖壓線上的應用，包括自動換模準備條件，自動換模動作分解與步驟，模具管理與識別系統，自動換模ADC監控與診斷等。大型沖壓線采用自動化更換模具系統大大地減少了換模時間，使壓力機具有更高的可靠性和生產效率。

自動換模 T型導軌 ADC監控

隨著國內汽車工業的高速發展，自動化沖壓技術已經越來越多地得到實際應用，而且自動化程度也越來越高。傳統的人工換模生產方式已經不能適應高度自動化生產，取而代之的是全自動控制換模系統。全自動換模系統過去只是在鑄造、注射成型方面小型模具更換上使用，在大型沖壓線上因模具、壓力機技術要求高且復雜，應用相對困難。近年來，隨著汽車大型自動化沖壓技術的發展，國內壓力機已經在現場總線技術;平衡器、拉伸墊風壓自動調整系統;裝模高度自動高速系統;安全柵欄的自動開啟和關閉;多媒體監控與診斷等若干關鍵技術領域取得了系列理論研究成果為全自動換模提供了技術條件。全自動換模系統已成為國內汽車大型沖壓線上的一種新技術，它可以適應產品迅速換型，大大地縮短了模具更換時間，提高了生產率，減低了生產成本。

該系統自動化更換模具系統操作時，只要確認所選擇的模具編號正確，按動開動按鈕，模具更換所需的全部動作，就會依次或同步自動完成。壓力機傳統的人工換模每次換模時間在40 min左右，生產效率較低;而全自動換模技術既滿足了多車型柔性生產的需要，又將換模時間縮短為8 min左右，不僅大大提高了生產效率，還減輕了操作人員勞動強度，提高了換模的可靠性。

1 全自動換模系統的特點

（1）整個換模時間只需8 min，是傳統半自動換模時間的1/5;只需將所有的模具參數和編號儲存進PLC中，當更換模具時，操作屏自動顯示模具號，只需確認編號正確，其余換模工作自動完成;

（2）全自動化、智能化，整線只需1～2人進行換模操作和監控，減少了操作人員數量;

（3）全自動換模技術滿足了多車型柔性生產的需要，具有更高的可靠性和更高的生產效率;

（4）全自動換模減少了人為操作錯誤，安全、準確。

2 全自動化換模系統

壓力機的工作臺可選用固定式或移動式。大型沖壓線一般都采用兩個移動式工作臺，工作臺開動分為前、后開動，左、右開動和“T”型開動等方式，工作臺運行軌跡不同但操作基本相同，這里以奇瑞汽車股份有限公司現有的“T”型導軌移動工作臺模具更換為例說明。全自動化換模系統主要由移動工作臺高速自動開進開出系統;模具的有料檢測與模具號識別系統;移動工作臺的識別與限位檢測系統;模具夾緊器自動夾緊、放松;故障診斷與檢測系統等組成。

2.1 移動工作臺自動開進開出及檢測系統

外導軌T型布置形式的移動工作臺的開出主要由啟動、放松頂起、開出及加速、減速及到位停止、外導軌落下、換向啟動、加減速、到位停止等動作組合。而更換進來的另一工作臺動作則相反（如圖1）。

移動工作臺的驅動采用變頻調速器，速度為1.5～12 m/min，實現了移動工作臺運行曲線的柔性化，滿足了定位精度高、移動速度快的要求。安全柵采用電動機驅動，并與移動工作臺的開動連鎖，實現了移動工作臺的自動開進開出，而移動工作臺通過安裝在立柱上的三個檢測開關，可以實現工作臺位置的識別，同時實現工作臺減速/到位停止的檢測。移動工作臺開到位以后，柵欄關閉，工作臺夾緊，在壓力機底座上對角安裝了一組工作臺檢測開關，檢測工作臺是否夾緊到位，這一系列檢測使移動工作臺自動運行更可靠，定位更精確。

2.2 模具的有料檢測與模具號識別系統

全自動換模關鍵的一步是壓力機對模具的有料檢測及模具號自動識別。壓力機給模具接線端提供兩路24 V直流電源，一路作為有料檢測使用，另一路作為模具號識別用，模具上的接線端子以二進制形式進行短接，壓力機通過模具提供過來的短接信號自動識別其編號和調入并調節模具參數，同時賦予自動化系統模具編號。具體做法是在壓力機移動工作臺和模具上設置模具檢測及識別插口，通過電控子站與PLC相連，以實現其功能。端口及接線如圖2。圖中示例采用的是16芯電纜，有料檢測使用6根電纜，可接4個傳感器;模具號識別使用9根電纜，按照二進制可編制255個模具號;一根電纜備用。

2.3 全自動換模動作合成及動作步驟

全自動換模整套動作主要包括以下幾個方面：首先，壓力機的系列動作，包括滑塊的上、下行，模具夾緊器的開啟與放松，氣墊的調整，壓力機滑塊自動調整，壓力機參數自動設置。其次，柵欄的開啟及關閉，柵欄的向上、向下到位，直接影響到移動工作臺的夾緊、放松調整。再次，移動工作臺的更換。T型移動工作臺的更換是全自動換模的關鍵動作，涉及到工作臺的1#（2#）工作臺放松，開出，換向，到位;2#（1#）工作臺啟動，換向、開進到位，工作臺夾緊。最后，模具的識別，壓力機參數的調整，滑塊回到上死點，整個自動換模動作完成。

壓力機全自動換模動作步驟如圖3。

2.4 全自動換模監控及故障診斷

全自動換模系統監控主要是動作的到位檢測，各點的采集可以分為壓力機安全聯鎖，自動換模系統動作情況，模具識別是否正確及針對模具的各參數是否已更改等幾個方面。壓力機聯鎖監控主要是安全聯鎖及自動換模準備工作，比如液壓保護、潤滑情況、故障復位、滑塊動作條件的滿足等。

自動換模系統的檢測主要是動作的到位及完成情況。整個全自動換模可以分解為三部分動作，一為壓力機滑塊的動作;二為移動工作臺更換過程，三為模具的檢測與識別及模具夾緊器的放松、夾緊。圖4為壓力機人機界面對全自動換模ADC監控屏。

3 全自動換模對沖壓自動化技術的影響

全自動化換模系統是高度自動化需求，它要求機械壓力機比以往的普通壓力機在結構上、性能上有很大的提高，并有更高的精度和速度，主要影響體現在以下幾點：

（1）壓力機控制系統更加集成化

全自動換模要求壓力機實現模具的各項功能，包括故障的診斷、模具菜單的配置、可編程限位開關和模具監控的調整等動作界面，完善了壓力機的自動監控功能，遠程控制診斷技術。

（2）裝模高度、氣墊行程自動調整

全自動換模工藝的開發，引導了壓力機采用裝模高度自動調整系統開發，目前采用絕對位置量旋轉編碼器檢測位移量，通過觸摸屏顯示和設定參數、PLC編程控制，實現了自動調整定位精度達0.1 mm，完全滿足全自動換模要求。

（3）氣壓自動調整系統

不同的模具，壓力機的平衡器、氣墊壓力也不同，自動調整壓力機平衡器、氣墊壓力是自動化換模系統的需要。目前壓力機采用壓力傳感器檢測、電磁閥控制、PLC編程實現了平衡器和氣墊的氣壓自動調整。

（4）模具自動夾緊、放松系統

全自動換模的另外一個要求就是模具夾緊器的自動運行及模具識別管理，通過調用PLC中已存儲的對應的模具參數，被選中執行動作的可移動式模具夾緊器自動進行夾緊或放松。

（5）功能完善的觸摸屏技術

針對壓力機高度自動化的操作要求，開發觸摸屏應用技術，實現機床運行狀態監控、參數設置、故障信號報警、操作提示等功能，方便操作和檢修，體現出良好的人機操作性能。

4 結語

全自動換模系統的應用，大大地縮短了模具更換時間，提高了整線的利用率，且系統符合柔性需求，更安全可靠。在全自動換模系統中，實現了模具的自動識別與提取、模具工作參數自動調用、自動調整等功能。觸摸屏技術的發展和應用，變革了人機對話內容，使人機對話更加簡單，操作性更強，功能更加齊全。全自動換模系統的應用既提升了大型沖壓線的自動化程度，又提高了生產線的開動率，滿足了現代汽車企業多成型、快轉化的要求。

1 呂之明等.汽車制造業—工藝與裝備.機械工業信息研究院，2006（21）

2 賀慶等.壓力機使用說明書.濟南二機床集團有限公司，2008.

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Application of the Fully Automatic Die－changing System in Press Automation Production Lines

ZHU Chenghua，LEI Danghui，XUE Shengzhi
（Chery Automobile Co.，Ltd.，Wuhu 241009，CHN）

This paper introduce the application of the fully automatic system in die－changing.Precondition for auto－changing dies，disassemble of changing process，management and identification of die，ADC and diagnose compose the whole system.Subsequently with the technique，the cost time in die－changing is reduced obviously，as well as improved reliability and productivity.

Automatic Die－changing;T－style Guider;ADC Monitoring

朱承華，男，1981年生，助理工程師，從事汽車大型自動化沖壓工廠設備規劃、設計。

（編輯 蔡云生）（

2009―08－06）

10345