帶有紅外檢測功能的汽車縱梁平板數控沖孔線
——板材FMC

卞正其，王 亮，張志兵

（揚力集團 江蘇揚力數控機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

帶有紅外檢測功能的汽車縱梁平板數控沖孔線
——板材FMC

卞正其，王 亮，張志兵

（揚力集團 江蘇揚力數控機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

利用840D系統（西門子）的通道測量功能，采用紅外檢測技術，實現汽車縱梁平板補孔自動化、敏捷化，提高設備的自動化程度，降低輔助時間，降低材料的損耗。

機械制造自動化；板材FMC；汽車縱梁；紅外檢測

1 引言

伴隨著中國汽車生產十年的快速增長，汽車縱梁平板數控沖孔線受到汽車車架生產企業的青睞，該設備特別適用于載重卡車縱梁平板沖孔加工。用先進數控沖孔加工工藝取代落后的人工操作的鉆孔加工后，能全面提升產品質量、明顯縮短新品開發周期、大幅度增長生產率和材料利用率、有效降低勞動強度、促進企業技術進步和增強企業在市場中的競爭力。

2 汽車縱梁平板數控沖孔線的組成和主要技術參數

卡車縱梁平板坯料經沖孔后折彎成U字型縱梁，縱梁上需加工多達300個尺寸和形狀不同的安裝用孔。平板坯料長度大、寬度窄、厚度薄，單件約重500kg，加工操作難度較大。為此，研制開發了汽車縱梁平板數控沖孔線。盡管國內生產廠家不同，設備的組成各有特色，但是基本組成和主要技術參數都大同小異。

2.1 設備的組成

汽車縱梁平板數控沖孔線可以簡單歸納為五個組成部分：自動上料裝置、自動沖孔主機、自動卸料裝置、數控（NCU）單元以及廢料排出裝置。見圖1所示。

2.2 汽車縱梁平板數控沖孔線的主要技術參數（見表1）

3 汽車縱梁平板數控沖孔線的工作過程和操作方式

3.1 汽車縱梁平板數控沖孔線的工作流程（圖2）

（1）無孔板材的整體沖孔流程：坯料由自動上料裝置運送到輥子工作臺上，再由對中裝置完成平板坯料的中線定位，然后按汽車縱梁平板數控沖孔線的工作流程完成沖孔，在沖孔過程中實現x軸、y軸雙軸聯動功能；完成加工后，將板材送到下料輥子上，夾鉗縮回，機床各軸回到機床原點，自動卸料裝置將加工后的板材卸到下料臺車上，至此一塊板材的加工過程全部完成。

（2）已沖孔板材的補孔工作流程：已沖孔平板經對中裝置完成對中后，夾鉗夾緊板材，然后執行板端檢測程序，檢測后回到起始點，夾鉗松開并縮回，再由銷孔定位裝置將定位銷伸出，插入到板材的基準孔內進行定位，夾鉗伸出夾住板材，再執行沖孔程序，完成補孔加工。

3.2 汽車縱梁平板數控沖孔線的設備操作方式

（1）自動循環操作方式——加工過程完全由程序控制，只要按下循環啟動鍵，所有的動作自動執行。該種操作方式被稱為在線操作方式即自動化生產。

（2）單機操作方式——用于設備補孔加工，由操作者通過鍵盤輸入和專用按鈕實現單機動作。設備調試也用此種操作方式。該操作方式又稱為離線型操作方式。

4 汽車縱梁平板數控沖孔線的對中裝置和銷孔定位裝置

汽車縱梁平板數控沖孔線中的對中裝置和銷軸定位裝置的作用是使板材的中心線和機床y軸的中心基準線保持一致，實現夾鉗的正確裝夾。

（1）對中定位裝置——在同一臺設備上按不同的間隔設有多套結構相同的對中裝置，根據要加工的平板長度選用其中兩套實現平板的中線定位。其工作原理是通過有兩段導程相同螺紋旋向相反的絲杠旋轉，其上的擋塊相向移動將上料輥子工作臺上的板材實現中線定位。同一規格尺寸的平板只要在第一張板材選定合適的對中裝置，以后的板材就不需要選擇對中裝置，直接使用即可。

（2）銷軸定位裝置——該裝置用于已沖孔平板的補孔加工中。將銷軸定位裝置的定位銷插入需要補孔的平板的基準孔內，將板材的中心線導正，使其與機床y軸的中心線對齊，再將夾鉗伸出夾緊板材，最后將定位銷落下，回到初始位置，然后由程序控制板材完成補孔加工。

由于對中裝置和銷軸定位裝置不能隨板材的長度和孔間距的不同而自動任意設定，從而增加了人工調整的輔助時間，同時也會造成板材的損耗，尤其在補孔功能的實現上，未能完全達到全自動控制要求，具有其局限性。在用大型機械壓力機或大型液壓機的大批量生產場合，當需要用汽車縱梁平板數控沖孔線來補沖漏沖孔時，由于對中定位和銷軸定位的局限性，不能滿足生產的需要。紅外補孔功能就是在這種形式下應運而生的。

5 帶有紅外檢測功能的銷軸定位裝置——實現補孔自動化

裝有對中裝置和銷軸定位裝置的伺服)驅動臺車如圖3所示，在兩個伺服驅動臺車上各裝有對中裝置和銷軸定位裝置，兩臺車的左右移動由伺服電機通過齒輪齒條實現，用直線導軌導向。為了方便控制各自有固定的原點，對中裝置的絲杠用交流制動電機驅動。銷軸定位裝置的定位銷內置紅外光敏元器件，伺服電機驅動的滾珠絲杠驅動它沿軸向運動。

5.1 數控臺車的工作過程

（1）無孔平板全沖孔的數控臺車工作過程

此時所有動作，同前述無孔平板全沖孔對中裝置的動作，只需在順序程序中，加入臺車1、2各自離開自己的數控原點的值就可以了。

（2）已沖孔平板的補孔工作過程

已沖孔平板在輥子工作臺上的定位由臺車1和臺車2上的對中裝置完成，當平板被夾鉗夾緊后，對中裝置松開，平板由x軸完成板端在程序起點處定位后，夾鉗松開。由數控系統中的程序運行執行指令，臺車1和臺車2將帶有紅外光敏元器件的銷軸定位裝置1和2分別運行到平板的前端基準孔和后端基準孔下，銷軸伸出到靠近平板下表面的位置停下，由伺服電機將內置紅外光敏元器件的銷紅外光敏元器件軸前后運行。如圖4所示，光敏元器件將執行A→B→C→D四個動作。

通道信號的電平將出現高→低→高→低四個變化，如圖5所示。

表1 生產線主要技術參數

此后數控臺車1和2將定位銷軸運動到基準孔的正下方，再將銷插入基準孔內，完成銷軸定位后夾鉗重新夾緊板材，執行補孔程序，完成板材的補孔過程。

5.2 紅外檢測控制原理

采用先進的紅外檢測裝置，在紅外感光的有效范圍內對板材上基準工藝孔的邊進行檢測，同時將相應的位置值采集到西門子系統中。正常紅外檢測的誤差為±0.02mm。

5.3 采用紅外補孔的控制原理

圖2工作流程圖

在汽車大梁的補孔過程中，首先要找到整張大梁平板上的兩個基準工藝孔。另外這兩個基準孔需要滿足以下的要求：這兩個孔一個靠近板的前端，另一個靠近板的后端，孔的直徑為15mm；這兩個孔都處于y軸方向的中心線附近。位置見圖6所示。

機床對板材進行板邊定位（采用西門子840D系統）的程序：

通過該子程序的運行，板材被定位到固定位置。此時，板材上的基準工藝的位置也已經確定下來了。下一步執行紅外檢測基準工藝孔的程序（檢測理論上基準工藝孔的位置值與實際測量所得基準工藝孔的位置值的差值）。

板材前端基準工藝孔的紅外檢測程序

執行以上程序后，就可以得到板材后端基準工藝孔在機床坐標系中的實際坐標。

板材前后端兩個基準孔的斜率為：

以整張平板的第一個工藝孔的誤差為基準，可以計算出整張平板y方向的補償值。

平板的前端y方向的誤差為：

所以每米y方向的補償為：

在自動編程軟件中將這些補償值加到程序里，從而達到y方向誤差補償的目的。在實際編程時有如下應用：

如果在x方向也有誤差，可以參照y方向誤差的補償發法進行補償。

6 總結

綜上所述，在增加了紅外檢測功能后，汽車縱梁平板數控沖孔線成為數控沖孔自動線。圖7所示為我公司所設計制造的汽車縱梁平板數控沖孔自動生產線。

該自動生產線可以在整個系統中執行自動化加工，具備完善的自動檢測功能、完善的監控功能、自診斷功能以及實現對加工平板的自動裝卸和計件管理功能，所以它是一個板材柔性加工單元——板材加工FMC。

[1]Siemens SINUMERIK 840D/810D操作/編程 shopmill

[2]Siemens SINUMERIK 840D/840Di/810D/FM-NC編程指南高級篇.

[3]韓學軍.汽車縱梁沖孔數控生產線自動排刀.鍛壓裝備與制造技術，2007，42（3）:95-97.

[4]曲 杰，施印霞，徐成彤，張紹芳.汽車縱梁冷彎成形設備電氣控制的設計與實現.鍛壓裝備與制造技術，2008，43（1）:26-29.

[5]王立勤.汽車縱梁數控平板沖壓線有關板料定位的控制技術.鍛壓設備與制造技術，2010，45（1）:48-50.

[6]馮小松，陳 帆.卡車大梁的制造技術與發展趨勢.鍛造與沖壓，2010，（5）.

Punching line with infrared ray detection for truck flat beam——plate FMC

BIAN Zhengqi，WANG Liang，ZHANG Zhibing
（Jiangsu Yangli CNC Machine Tool Co.，Ltd.,Yangzhou 225127，Jiangsu China）

Under the help of the channel measuring function from 840D systems（SIEMENS）,by use of infrared ray detection technique,the automation and agility of punching process for truck beam have been realized.The degree of automation for the equipment has been improved.The assistant time and the wastage of the material have been decreased.

Plate FMC；Truck side-member；Infrared ray detection

TG385.9

B

1672－0121(2011)06－0028－05

2011-08-29

卞正其（1979-），男，工程師，從事數控機床電氣研究與設計