模具自動化氣源時序與壓機沖壓時序優(yōu)化控制

2021-08-31 00:47:48廖端顏亮黃永普何崇順吳爾磊廣汽乘用車有限公司宜昌分公司

鍛造與沖壓 2021年16期

文/廖端，顏亮，黃永普，何崇順，吳爾磊·廣汽乘用車有限公司宜昌分公司

在沖壓生產(chǎn)汽車零件時，壓力機的往復運轉(zhuǎn)帶動模具反復沖壓，當壓機每次下壓時，下模內(nèi)設計的斜楔滑車機構來保證上模下壓前滑車驅(qū)動到位。本文基于沖壓線壓機單機18SPM要求，通過增加壓機角度和機器人位置組合控制模具自動化氣源時序，優(yōu)化壓機下壓時確保下?；囼?qū)動到位以及機器人抓件時滑車回退到位動作。其中本文以沖壓線壓機角度控制滑車驅(qū)動導致滑車驅(qū)動背靠斷裂為背景，在壓機角度控制通斷、機器人位置控制通斷的傳統(tǒng)自動化氣源控制方式基礎上，提出一種新的自動化氣源時序控制，即機器人位置控制“通”+壓機角度控制“斷”，然后在PLC程序中新增氣源時序控制模式標準程序塊、HMI控制面板新增時序控制模式的選擇、新增滑車驅(qū)動到位傳感器以及HMI控制面板新增滑車驅(qū)動到位檢測選擇，并最終經(jīng)過12輪項目測試、整改優(yōu)化，增強了沖壓設備生產(chǎn)線的靈活性和快速性能。本創(chuàng)新提出了一種壓機角度和機器人位置組合控制的全新方式，解決了自動化氣源控制無法滿足模具安全使用的問題。

冷沖壓工藝，就是在室溫條件下通過裝置在壓力機里的模具對所要加工的材料施壓，使其形態(tài)發(fā)生變化產(chǎn)生分離，或者使原形態(tài)塑性變形，這樣就達到了得到所要求零件的目的，是在原材料基礎上的一種壓力加工模式。傳統(tǒng)沖壓機器人自動化生產(chǎn)線采用4臺壓力機，壓機間板料傳輸采用機器人抓取、投放零件。壓機的運動方式通過主傳動裝置將主電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為滑塊的線性運動；經(jīng)離合器接合實現(xiàn)飛輪與高速軸同步運轉(zhuǎn)，進一步將扭矩能量傳遞到齒輪減速系統(tǒng)，從而實現(xiàn)滑塊下行程時飛輪釋放能量做功，上行程時飛輪儲存能量，為下次滑塊沖壓做準備。通過立柱導軌導向，使上模下平面與下模上平面在運動中始終保持平行，模具隨著滑塊的運動使工件成形，如圖1所示。

圖1 壓力機工作方式

在一些冷沖壓模具的加工中，根據(jù)模具側(cè)面的凸緣、切邊、沖孔、切凹口等空間曲線往里彎曲進行生產(chǎn)制作時，壓力機的往復直線運動會導致滑車驅(qū)動機構在移動的過程中受到方向的限制，而選取斜楔滑車機構來達到模具生產(chǎn)的要求不僅降低了成本，提高了效率，而且生產(chǎn)出來的沖壓模具構造合理緊湊，質(zhì)量效率高，實現(xiàn)了沖壓模具的便捷生產(chǎn)，擴大了沖壓模具的應用領域，并推動了其創(chuàng)新的步伐。

因為制件形狀復雜多變，不可能在同一方向?qū)崿F(xiàn)完全的加工，所以在工作內(nèi)容與總體模具的沖壓方向成一定角度的時候，必須采用一種可以把沖壓方向的力改變方向的機構。斜楔滑車機構，包含著斜楔和滑車，其制動需要二者的相互配合運用，它運用在不同范圍中的目的主要是改變壓機垂直運動的方向，斜楔滑車機構是按照沖壓加工的需要，將壓機垂直方向的力轉(zhuǎn)變?yōu)閮A斜方向的力的一種機構，作用主要是將垂直方向的力轉(zhuǎn)變?yōu)榕c沖壓方向成一定角度的力，如圖2、圖3所示。

圖2 斜楔滑車機構三維圖

圖3 斜楔滑車機構簡圖

壓機角度控制與機器人位置控制自動化氣源簡介

斜楔滑車機構的運動是通過氣缸通氣、斷氣方式驅(qū)動，配合壓機上行、下壓動作，完成零件沖壓方向的改變，而自動化氣源控制氣缸的通氣、斷氣。自動化氣源控制方式在創(chuàng)新之前有兩種控制方式：

第一種為壓機角度控制氣源的通及斷，即壓機達到一定角度時，自動化氣源打開，斜楔滑車機構通氣，滑車驅(qū)動到位；壓機到達另一個角度時，自動化氣源關閉，滑車回退到位。

第二種為機器人位置(也稱下料手)控制自動化氣源通及斷，即下料手到達某個軌跡點時，自化氣源打開，斜楔滑車機構通氣，滑車驅(qū)動到位；下料手到達另一個軌跡點時，自動化氣源關閉，滑車回退到位。如圖4所示。

圖4 自動化氣源控制方式

模具自動化氣源時序與壓機沖壓時序控制創(chuàng)新過程

創(chuàng)新前的情況

⑴自動化氣源通斷采用壓機角度控制。

OP30側(cè)圍模具內(nèi)含斜楔滑車機構，采用壓機角度控制自動化氣源通斷，壓機在30°時，氣缸正向通氣，滑車開始動作驅(qū)動到位；壓機在220°時，氣缸反向通氣，滑車開始動作回退到位。壓機下行時，上滑塊與下滑塊接觸的感應角度為30°～160°，因此驅(qū)動氣缸必須驅(qū)動到位，時間長度為1.1秒，而由于側(cè)圍斜楔滑車機構較大，氣源壓力一定時，驅(qū)動氣缸到位核算實際時間長度為1.8秒，遠超過氣缸必須驅(qū)動到位時間，因此在上滑塊與下滑塊接觸時，下滑車驅(qū)動氣缸未驅(qū)動到位，上模驅(qū)動導板就與下模驅(qū)動導板接觸撞擊，長時間撞擊后斜面磨損嚴重，導致斷裂風險。

壓機在30°時氣缸通氣，單機SPM≥12時，上模驅(qū)動導板與下模驅(qū)動導板存在接觸碰撞問題，滑車驅(qū)動背靠有斷裂風險；壓機在5°時氣缸通氣，單機SPM≥14時，上模驅(qū)動導板與下模驅(qū)動導板存在接觸碰撞問題，滑車驅(qū)動背靠有斷裂風險；因此OP30側(cè)圍采用壓機角度控制自動化氣源通斷是不行的，如圖5所示。

圖5 斜楔機構接觸碰撞示意

⑵自動化氣源通斷采用機器人位置(下料手)控制。

通過在下料機器人的軌跡點設置自動化氣源開啟和關閉的位置，來控制模具內(nèi)氣缸的通斷，從而實現(xiàn)斜楔滑車機構的驅(qū)動與回退。

BP點為下料手抓件之前的點，在零件正上方30～50mm；P點為下料手機器人抓件點；AP點為下料手抓件后的點，在零件正上方30～50mm。下料手機器人按BP點→P點→AP點循環(huán)抓取板件。因此下料手控制自動化氣源通斷，即下料手在AP點時氣缸正向通氣，滑車開始動作驅(qū)動到位；下料手在BP點時，氣缸反向通氣，滑車開始動作回退到位。受OP30側(cè)圍機器人軌跡制約，BP點到P點的距離只有30mm，斜楔滑車機構回退時間不夠，導致下料手抓件時掉件，此方法無法正常生產(chǎn)。如圖6、圖7所示。

圖6 機器人位置控制方式

圖7 機器人位置控制方式

模具自動化氣源時序與壓機沖壓時序差異分析

⑴時序差異分析。

壓機下壓時，正常時序上模驅(qū)動導板與下模驅(qū)動擋板無接觸，而異常時序上模導板與下模導板有接觸，此關鍵點為：壓機角度控制自動化氣源方式——氣缸驅(qū)動時間不足；下料手控制自動化氣源方式——氣缸回退時間不足，從表1可以看出。

表1 零件時序差異數(shù)據(jù)

⑵氣缸驅(qū)動與回退時間分析。

壓機角度在30°時控制氣缸正向?qū)?，單機SPM≥12時，上滑塊與下滑塊接觸時間長度為1.1秒，而側(cè)圍驅(qū)動氣缸到位核算實際時間長度為1.8秒＞1.1秒，上下導板存在接觸碰撞問題；壓機角度在5°時控制氣缸正向?qū)?，單機SPM≥14時，上滑塊與下滑塊接觸時間長度為1.3秒，而側(cè)圍驅(qū)動氣缸到位核算實際時間長度為1.8秒＞1.3秒，上下導板存在接觸碰撞問題。具體見表2。

表2 壓機角度及下料手控制驗證情況

創(chuàng)新改善步驟

⑴提出壓機角度和機器人位置組合控制的全新方式。

由于自動化氣源全都由壓機角度控制通斷或者下料手控制通斷是行不通的，因此可采取壓機角度控制與機器人位置組合控制，即用下料手控制氣缸正向?qū)?，滑車?qū)動到位；用壓機角度控制氣缸反向?qū)?，滑車回退到位，具體采用情況見表3。但是此創(chuàng)新對策設備不具備此功能，需優(yōu)化程序邏輯。