落料模智能控制定位系統研究

馬波濤，王才，張應生

（長城汽車股份有限公司生產技術開發中心，河北保定071000）

1 引言

沖壓作為汽車生產的第一工序，生產過程中有大量工作需要人工調整，影響工作節拍。如何將生產中人工操作調整改為自動化調整是提升生產節拍的關鍵因素?；谏a現場多制件共用落料模的定位手動調整影響車間生產效率的問題[1]，開展智能控制定位系統技術研究，達到多規格開卷落料模定位調整過程≥5s，從而實現降低設備的等待時間，達成提升車間生產效率的目的。

2 現有結構形式

目前，車間現場在對多制件開卷落料模進行生產切換時采用手動調整的方式，耗費時間長，生產安全隱患大，切換過程如圖1所示（虛框中為板料定位手動調整過程）。

2.1 現有結構的工作過程

圖1 手動調整過程

當卷料由窄到寬切換時，為避免卷料輸送過程中與定位干涉，需先將定位調整至最大卷寬位置后（過程1）才能將板料輸送到工作狀態，再根據板料寬度調整定位至工作位置，如圖2所示。

圖2 定位移動過程

為保證定位效果，單副模具上設置兩組4套定位機構，各定位機構間需相互配合但又各自獨立，調整時每一個定位機構均需要單獨進行調整，共計調整4次，如圖3所示。

圖3 定位機構單獨調整

2.2 現有結構缺點

開卷線體整線全長約60m[2]，且線體中間位置無安全通道，無法穿越。模具處于線體中間位置，現場人員調整完成模具前側2處定位機構后，需繞行整個線體至模具后側，調整剩余2處定位機構。全程行走距離約為130m，用時約2min。若遇到卷料由窄向寬切換時，行走距離及用時翻倍，調整效率低。

開卷線體生產效率高，機床滑塊行程小，模具開模高度僅300mm（約為成年人兩只手掌長度之和），現場人員在調整定位機構時，身體需探入模具內部進行操作，一旦發生異常情況無法及時退出，危險性高。

3 現狀分析

結合多種規格落料模在現場生產中的問題進行改善，需要定位機構實現的主要功能如表1所示。

4 對策實施

從操作方式、工作效率、人員移動、成本、調整精度以及安全性方面進行綜合對比，決定采用電動馬達作為驅動力源，絲杠作為傳動部件的結構作為實現定位移動的基本結構形式。

通過控制電動馬達的轉動角度，結合絲杠的螺距，精確控制定位機構的位置及移動距離，保證定位機構的重復運動精度。

通過參數、滾動轉動角度等控制等方式對定位位置進行精確控制，消除調整過程中的等待浪費。

通過采用一個PLC控制端并聯4套定位調整結構實現定位機構的同步運動。

通過將定位機構控制端與機床控制臺進行集合或單獨設計控制端前部安裝的方式，徹底消除手動定位調整時產生的走動浪費以及安全隱患。

根據以上功能實現方式，規劃智能控制定位調整系統結構如圖4所示。

圖4 智能控制定位調整系統結構

結合供應商資源及現場需求，最終選擇某型號電動滑臺作為基礎機構，研究電動滑臺的功能與需求及現場匹配的可行性。

經過對電動滑臺的功能及機床匹配性驗證，電動滑臺功能滿足預期智能定位機構的功能需求，但在機床匹配性功能驗證過程中發現，機床設備控制端無專用I/O線纜接口及PLC控制模塊，不能與現有設備進行對接控制。根據電動滑臺控制I/O線信號輸出規則，同時與整車事業部進行溝通，最終達成一致意見。

（1）采用單獨輸入板料寬度參數存儲在滑臺控制器，同時并聯4套電動滑臺，單獨制造控制器的結構方式。

（2）沖壓技術部負責輸出智能定位控制系統控制器線路圖及制造臨時驗證用控制器，同時對多種規格鋸齒落料模圖紙進行適應性更改，供事業部進行對比分析。

（3）整套智能控制定位系統單獨建立，控制器安裝在模具前側，便于操作控制，機床僅為控制系統提供電源供給。

（4）定位控制系統采用單電源供電，斷電重啟后由現場操作人員對定位控制系統進行復位操作后，再選定需要的定位寬度進行調整。

（5）考慮車型板料產量、切換頻次、成本控制需求等因素，沖壓技術部同步開發設計手動搖輪調整機構，手動機構僅需滿足規避人員繞線走動及安全性問題即可。

與沖壓車間溝通確定選取某項目使用的多種規格鋸齒落料模進行改善，現階段該模具主要生產3種制件板料，卷料寬度分別為1,320mm、1,420mm、1,520mm，具體應用情況如圖5所示。

圖5 智能控制定位系統的落料模

通過對落料模智能控制定位系統的研究，采用電動滑臺及單獨制造控制器的方式，可以實現落料模智能控制定位系統的全部預期功能。結合現場生產板料寬度，編程輸入控制器定位數據，當生產現場需要切換生產板料寬度，調整定位距離時，操作人員按動設置在模具外部前側的控制開關上對應的按鍵，定位機構自動進行位置調整，實現多種規格落料模在生產過程中定位調整的一鍵操作。若應用智能控制定位調整定位調整系統可以將現階段定位調整用時由15min降低到5s以內。同時在定位調整時，操作人員不需要身體進入模具，全程在模具外操作，調整過程安全性風險降為0。

5 結束語

對于后期新開發的多種規格開卷落料模，可以結合項目整體規劃，產量需求等各方面因素，由沖壓技術部門及沖壓車間共同討論確定具體的定位機構應用形式。

目前我公司自主開發的幾副開卷落料模已經投入生產，并生產出合格的產品，針對實際生產過程中出現的問題，層層分析，最后找出問題的真因，而生產實踐證明此方案效果明顯，沖壓產品質量穩定，得到了用戶的好評，也為后期再次出現類似問題提供了解決思路。