汽車頂棚自動生產線探析與實施

楊明才

摘 要：本文的研究針對汽車頂棚自動生產線，主要運用到取料機構、循環鏈條機構、烘箱、上料機構和壓機來完成產品加工，實現了全自動化，具有操作簡單、效率高、產品質量優的特點。上料機構的改進達到了取料時定位準確、平穩運送，PU板材在運送過程仍可以橫向和縱向調整，全方位做到定位準確。

關鍵詞：汽車頂棚;自動;生產線

1 汽車頂棚自動生產線背景技術

隨著人們生活水平地提高，汽車已經走進千家萬戶，據中汽協發布2019年中國汽車產銷量數據顯示，本年汽車產銷分別完成2，572.1萬輛和2，576.9萬輛。對于這么一個市場巨大，而技術、資金、人員密集型的產業，如何提高其生產效率，是當下噬待解決的問題。

作為汽車的重要組成部份汽車頂棚，它介于汽車硬內飾與軟內飾之間，在生產的時候既要保證硬內飾的高精度，又要解決軟內飾由于原材料軟造成在工裝上如何精確放置的問題;汽車頂棚主流生產方法有干法和濕法兩種，現就對于我多年汽車內飾件生產經驗而設計制造的頂棚干發生產線進行探討。

2 汽車頂棚自動化生產的難點探析

（1）如何達到高效率多品種小批量柔性化生產。現有的干法頂棚基材送料大多采用框架送料或拋料方式，框架送料必須保證框架與模具一一對應，這樣通用性差，不能滿足多品種小批量柔性化生產，而拋料方式利用傳送帶進行拋料，通用性好，但基材傳到模具時候定位精度差，需人工輔助定位，不能達到自動生產的目的。

（2）頂棚生產是將基材與無紡布面料重疊后送到成型模具里模壓成型;而基材是熱塑性材料，需加熱烘烤，兩種材料的拉升性不一樣，同時面料為軟質材料，定位難保證，如何自動地將種材質重疊后送入模具，并保證成型效果。防止褶皺、拉破、缺料等。

（3）要想提高設備綜合效率，在保證設備正常運行的情況下，那就必須減少更換工裝、模具的時間以及設備調整時間。

（4）要達到自動化生產，自動化控制系統就是設備的大腦，各數據如何的有效采集，系統如何自動的穩定地運行，如何達到工人對設備的一鍵運行操作。

3 汽車頂棚自動化生產的實施

3.1 機械方面的設計與實施

要達到高效率多品種小批量柔性化生產，我們首先要解決柔性化生產，在此我們將帶側彎板鏈對稱安裝在兩根大梁上形成閉環的循環鏈條送料機構，大梁分為上料位、預加熱烘烤位，主加熱烘烤位、壓制成型位和面料上料位，為防止產品成型時拉破，壓制成型位的大梁可根據模具的位置設定成型時的高度，再將大梁安裝在5套絲杠自動調寬裝置上;對于不同的產品，換好模后只要在人機界面上調整相關的參數，如調寬絲杠的寬度，成型位大梁的高度，成型的壓力等，就可滿足下一個產品的生產。

3.1.1 上料抓取

其包括機架、基材上料車、針刺負壓吸附組合抓料機構、伺服電機帶動的滾珠絲杠與直線導軌組合升降機構、齒輪齒條傳動的基材上料車水平行走機構。設備自動啟動時，絲杠帶動針刺負壓吸附組合抓料機構下降，當感應到基材時伺服停止，針刺負壓吸附組合抓料機構抓取基材，抓取基材完成后經由齒輪齒條傳動的基材上料車水平行走機構將基材送到基材調整工位的調整托盤上。為保證上料抓取的穩定可靠，針刺負壓吸附組合抓料機構采用互成90度錯位對插工件、確保能平穩插取工件，加有真空吸盤輔助取料，避免掉料的問題。

3.1.2 基材調整穿刺

此部件由傳動、張緊、平推、壓料、托料臺等幾部分組成。基材上料車到達指定位置時，信號反饋到電磁閥，各部件開始順布動作。托料平臺上升到達高位，此時針刺負壓吸附組合抓料機構將基材放至托料臺上;四組平推氣缸分別從橫向和縱向對基材進生對中調整，從而保基材放置的準確，然后經壓料機構將基材穿刺到帶側彎板鏈上。

3.1.3 烘烤

汽車頂棚基材為熱塑性材料，為保證其成型效果，必需保證基材烘烤到規定的工藝溫度，而其烘烤到規定的工藝溫度的時間的長短，是制約頂棚產能的瓶頸。為此，我們把基材進行兩次烘烤，即預加熱和主加熱，同時，為節能高效，對烘箱也進行了改進。烘箱機架采用150#方管焊接而成，四周均有100mm厚的保溫隔層，加強了保溫效果，減少了熱損耗;熱源上、下兩層為遠紅外線電加熱板，它將電能有效轉化為遠紅外輻射能，直接傳遞給基材，迅速轉化為分子熱運動，由內向外烘烤，達到快速烘烤目的，并有顯著節能效果;每層加熱共有10個區，采用西門子S7-200系統進行PID溫度控制，使的控溫精確，烘箱烘烤穩定性好。

3.1.4 壓制成型

經過烘烤后的基材和由面料上料機構送來的面料在此工位疊合后，大梁下降至低位，此時壓機下降，將重疊后的基材和面料壓制成型。此部分和國內的半自動生產線的原理相同，但本線采用機械定位和拉緊面料，取代了半自動線上的人工操作。提高了工作效率、安全性和產品質量。

3.1.5 面料上料機構

氣缸、道軌、滑塊、帶釘子夾料裝置、面料托板。面料供給機構采用兩側釘板夾持式送料，面料鋪設完畢后，人工給系統一個信號，面料夾持架抬高至最高位，待壓機回程到位后，面料夾持架開始向壓機移動同時大梁開始上升。此時主鏈開始運動，將烘好的基材送至面料下端，夾持架下降，壓機下降進行壓制成型。當壓機到達低位時，面料的夾持架開始返回，進行下一工序的準備工作。

3.1.6 快速換模機構

快速換模主要由移出模臺、移出模臺舉升機構和移模牽引機構組成。移出模臺采用200mmx100mm方管和20mm鋼板焊接制成，高度為240mm;移除模臺機架采用150#方管焊接制成，上面裝有兩排滑輪機構;壓機下模座內設有滑輪舉升機構。其能保證普通操作工人按照設備操作規程在無須任何工具的情況下，15分鐘內可換一副重達5T的任何模具。以達到快速換模，其操作方便、安全。

3.2 自動化控制系統的設計與實施

3.2.1 自動控制元器件的選擇

頂棚生產線自動控制系統硬件包含西門子PLC SIMATIC S7-1200控制器，人機界面KTP1200 Basic PN、數字量輸入輸出模塊、高速計數模塊、模擬量輸入模塊、SINAMICS V90伺服模塊、SINAMICS G120變頻器模塊等。

為確保基材與無紡布面料在壓機內精確的重疊，因此采用了絕對值旋轉編碼器對伺服帶動循環鏈條的運動距離進行檢測、運算、重新定位，以防止因循環鏈條在烘箱中烘烤的熱脹冷縮，使的伺服轉的圈數一樣但循環鏈條的運動距離卻不一定會相同造成的基材與面料重疊不準。同時由于絕值旋轉編碼器旋轉角度用數字輸出，不會因干擾發生數據錯亂;測量數據為絕對的角度，且在斷電時也可存儲，因此在任何時候都能讀取并算出循環鏈條的距離，從而有效地防止循環鏈條送料機構長期運轉的積累誤差。

對于不同的產品，我們需對大梁寬度進行實時檢測并調整。為此選用了磁致位移傳感器檢測大梁的寬度，該傳感器將位置信號轉換為絕對位移值，即使斷電、重接，數據也不會丟失，更不用重新調零。在工作中與絲杠自動調寬組成閉環的位置控制，換模時只要輸入相關的大梁寬度數據，就可以完成產品的切換。

在頂棚的壓制成型過程中，不同的產品成型的壓力不同，為防止壓力波動太大造成的壓制成型產品厚薄不均，選用了0-40MPa液壓傳感器有效的實時采集壓力信號，經過PLC進行PID運算精準控制SINAMICS V90伺服帶動油泵輸出的流量和壓力的大小。

烘箱溫度控制的精準與穩定，是頂棚生產出合格產品的基本保證;為此我們選用運行穩定、使用簡單方便的西門子PLC CPU 224XP來控制;K分度熱電將檢測烘箱實際溫度信號轉化為電壓信號，經過溫度數據采集模塊EM231（4路輸入熱電偶）將電壓信號轉化成相對應的溫度信號，PLC進行PID運算，由數字輸出模塊EM222 輸出24V開關信號來控制三相固態繼電器通斷從而來控制遠紅外線發熱板的加熱。

設備要自動化運行，安全是基礎;為此，在所有電機帶動的機械運動都安裝超限行程保護，在所有不能加防護的運動部件位都安裝安全保護光幕。同時能檢測的所有設備故障數據都會在人機界面上進行報警提示。

3.2.2 自動化控制所達到的效果

PLC程序經過多次優化和運行。頂棚自動化生產線在自動化系統地控制下，實現了從基材上料、基材對中調整、基材穿刺、預加熱、主加熱、壓制成型、面料上料全部的自動化運行，運行中的所有參數都可在人機界面上查看;為弱化設備操作對工人文化素質的要求。開發了整機一鍵復位、一鍵運行程序，達到工人對設備的一鍵運行操作;由原來的工人來操作設備生產變成了設備拉動工人生產（工人僅需在規定的間取料就行）。

在中國，隨著人力成本的不斷攀升，如何保證公司、員工的既得利益。加大設備的自動化改造是一個有效的途徑。這次我公司的頂棚生產線的投入生產，員工由原來的2人減少到1人，而班產卻由原來的200件/班提升到450/班，在提高生產效率的同時大大的降低的工人的勞動強度。

參考文獻：

[1]黃海濤.淺談汽車總裝工藝工程規劃[J].科技風，2019（28）：165.

[2]姜晨光，嚴廣樂.H廠汽車配件生產線平衡優化[J].物流科技，2019（08）：33-36.

[3]李敏.淺談汽車總裝工藝技術[J].時代汽車，2019（15）：111-112.