全自動(dòng)模具更換系統(tǒng)在大型沖壓線上的應(yīng)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(dòng)模具更換系統(tǒng)在大型沖壓線上的應(yīng)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(dòng)模具更換系統(tǒng)在大型自動(dòng)化沖壓線上的應(yīng)用，包括自動(dòng)換模準(zhǔn)備條件，自動(dòng)換模動(dòng)作分解與步驟，模具管理與識(shí)別系統(tǒng)，自動(dòng)換模ADC監(jiān)控與診斷等。大型沖壓線采用自動(dòng)化更換模具系統(tǒng)大大地減少了換模時(shí)間，使壓力機(jī)具有更高的可靠性和生產(chǎn)效率。

自動(dòng)換模 T型導(dǎo)軌 ADC監(jiān)控

隨著國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的高速發(fā)展，自動(dòng)化沖壓技術(shù)已經(jīng)越來越多地得到實(shí)際應(yīng)用，而且自動(dòng)化程度也越來越高。傳統(tǒng)的人工換模生產(chǎn)方式已經(jīng)不能適應(yīng)高度自動(dòng)化生產(chǎn)，取而代之的是全自動(dòng)控制換模系統(tǒng)。全自動(dòng)換模系統(tǒng)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(jī)技術(shù)要求高且復(fù)雜，應(yīng)用相對(duì)困難。近年來，隨著汽車大型自動(dòng)化沖壓技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)壓力機(jī)已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù);平衡器、拉伸墊風(fēng)壓自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng);裝模高度自動(dòng)高速系統(tǒng);安全柵欄的自動(dòng)開啟和關(guān)閉;多媒體監(jiān)控與診斷等若干關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了系列理論研究成果為全自動(dòng)換模提供了技術(shù)條件。全自動(dòng)換模系統(tǒng)已成為國(guó)內(nèi)汽車大型沖壓線上的一種新技術(shù)，它可以適應(yīng)產(chǎn)品迅速換型，大大地縮短了模具更換時(shí)間，提高了生產(chǎn)率，減低了生產(chǎn)成本。

該系統(tǒng)自動(dòng)化更換模具系統(tǒng)操作時(shí)，只要確認(rèn)所選擇的模具編號(hào)正確，按動(dòng)開動(dòng)按鈕，模具更換所需的全部動(dòng)作，就會(huì)依次或同步自動(dòng)完成。壓力機(jī)傳統(tǒng)的人工換模每次換模時(shí)間在40 min左右，生產(chǎn)效率較低;而全自動(dòng)換模技術(shù)既滿足了多車型柔性生產(chǎn)的需要，又將換模時(shí)間縮短為8 min左右，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，還減輕了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了換模的可靠性。

1 全自動(dòng)換模系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）整個(gè)換模時(shí)間只需8 min，是傳統(tǒng)半自動(dòng)換模時(shí)間的1/5;只需將所有的模具參數(shù)和編號(hào)儲(chǔ)存進(jìn)PLC中，當(dāng)更換模具時(shí)，操作屏自動(dòng)顯示模具號(hào)，只需確認(rèn)編號(hào)正確，其余換模工作自動(dòng)完成;

（2）全自動(dòng)化、智能化，整線只需1～2人進(jìn)行換模操作和監(jiān)控，減少了操作人員數(shù)量;

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

（4）全自動(dòng)換模減少了人為操作錯(cuò)誤，安全、準(zhǔn)確。

2 全自動(dòng)化換模系統(tǒng)

壓力機(jī)的工作臺(tái)可選用固定式或移動(dòng)式。大型沖壓線一般都采用兩個(gè)移動(dòng)式工作臺(tái)，工作臺(tái)開動(dòng)分為前、后開動(dòng)，左、右開動(dòng)和“T”型開動(dòng)等方式，工作臺(tái)運(yùn)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(xiàn)有的“T”型導(dǎo)軌移動(dòng)工作臺(tái)模具更換為例說明。全自動(dòng)化換模系統(tǒng)主要由移動(dòng)工作臺(tái)高速自動(dòng)開進(jìn)開出系統(tǒng);模具的有料檢測(cè)與模具號(hào)識(shí)別系統(tǒng);移動(dòng)工作臺(tái)的識(shí)別與限位檢測(cè)系統(tǒng);模具夾緊器自動(dòng)夾緊、放松;故障診斷與檢測(cè)系統(tǒng)等組成。

2.1 移動(dòng)工作臺(tái)自動(dòng)開進(jìn)開出及檢測(cè)系統(tǒng)

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

移動(dòng)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)采用變頻調(diào)速器，速度為1.5～12 m/min，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)行曲線的柔性化，滿足了定位精度高、移動(dòng)速度快的要求。安全柵采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并與移動(dòng)工作臺(tái)的開動(dòng)連鎖，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)工作臺(tái)的自動(dòng)開進(jìn)開出，而移動(dòng)工作臺(tái)通過安裝在立柱上的三個(gè)檢測(cè)開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位置的識(shí)別，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)減速/到位停止的檢測(cè)。移動(dòng)工作臺(tái)開到位以后，柵欄關(guān)閉，工作臺(tái)夾緊，在壓力機(jī)底座上對(duì)角安裝了一組工作臺(tái)檢測(cè)開關(guān)，檢測(cè)工作臺(tái)是否夾緊到位，這一系列檢測(cè)使移動(dòng)工作臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行更可靠，定位更精確。

2.2 模具的有料檢測(cè)與模具號(hào)識(shí)別系統(tǒng)

全自動(dòng)換模關(guān)鍵的一步是壓力機(jī)對(duì)模具的有料檢測(cè)及模具號(hào)自動(dòng)識(shí)別。壓力機(jī)給模具接線端提供兩路24 V直流電源，一路作為有料檢測(cè)使用，另一路作為模具號(hào)識(shí)別用，模具上的接線端子以二進(jìn)制形式進(jìn)行短接，壓力機(jī)通過模具提供過來的短接信號(hào)自動(dòng)識(shí)別其編號(hào)和調(diào)入并調(diào)節(jié)模具參數(shù)，同時(shí)賦予自動(dòng)化系統(tǒng)模具編號(hào)。具體做法是在壓力機(jī)移動(dòng)工作臺(tái)和模具上設(shè)置模具檢測(cè)及識(shí)別插口，通過電控子站與PLC相連，以實(shí)現(xiàn)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(cè)使用6根電纜，可接4個(gè)傳感器;模具號(hào)識(shí)別使用9根電纜，按照二進(jìn)制可編制255個(gè)模具號(hào);一根電纜備用。

2.3 全自動(dòng)換模動(dòng)作合成及動(dòng)作步驟

全自動(dòng)換模整套動(dòng)作主要包括以下幾個(gè)方面：首先，壓力機(jī)的系列動(dòng)作，包括滑塊的上、下行，模具夾緊器的開啟與放松，氣墊的調(diào)整，壓力機(jī)滑塊自動(dòng)調(diào)整，壓力機(jī)參數(shù)自動(dòng)設(shè)置。其次，柵欄的開啟及關(guān)閉，柵欄的向上、向下到位，直接影響到移動(dòng)工作臺(tái)的夾緊、放松調(diào)整。再次，移動(dòng)工作臺(tái)的更換。T型移動(dòng)工作臺(tái)的更換是全自動(dòng)換模的關(guān)鍵動(dòng)作，涉及到工作臺(tái)的1#（2#）工作臺(tái)放松，開出，換向，到位;2#（1#）工作臺(tái)啟動(dòng)，換向、開進(jìn)到位，工作臺(tái)夾緊。最后，模具的識(shí)別，壓力機(jī)參數(shù)的調(diào)整，滑塊回到上死點(diǎn)，整個(gè)自動(dòng)換模動(dòng)作完成。

壓力機(jī)全自動(dòng)換模動(dòng)作步驟如圖3。

2.4 全自動(dòng)換模監(jiān)控及故障診斷

全自動(dòng)換模系統(tǒng)監(jiān)控主要是動(dòng)作的到位檢測(cè)，各點(diǎn)的采集可以分為壓力機(jī)安全聯(lián)鎖，自動(dòng)換模系統(tǒng)動(dòng)作情況，模具識(shí)別是否正確及針對(duì)模具的各參數(shù)是否已更改等幾個(gè)方面。壓力機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)控主要是安全聯(lián)鎖及自動(dòng)換模準(zhǔn)備工作，比如液壓保護(hù)、潤(rùn)滑情況、故障復(fù)位、滑塊動(dòng)作條件的滿足等。

自動(dòng)換模系統(tǒng)的檢測(cè)主要是動(dòng)作的到位及完成情況。整個(gè)全自動(dòng)換?？梢苑纸鉃槿糠謩?dòng)作，一為壓力機(jī)滑塊的動(dòng)作;二為移動(dòng)工作臺(tái)更換過程，三為模具的檢測(cè)與識(shí)別及模具夾緊器的放松、夾緊。圖4為壓力機(jī)人機(jī)界面對(duì)全自動(dòng)換模ADC監(jiān)控屏。

3 全自動(dòng)換模對(duì)沖壓自動(dòng)化技術(shù)的影響

全自動(dòng)化換模系統(tǒng)是高度自動(dòng)化需求，它要求機(jī)械壓力機(jī)比以往的普通壓力機(jī)在結(jié)構(gòu)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(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）壓力機(jī)控制系統(tǒng)更加集成化

全自動(dòng)換模要求壓力機(jī)實(shí)現(xiàn)模具的各項(xiàng)功能，包括故障的診斷、模具菜單的配置、可編程限位開關(guān)和模具監(jiān)控的調(diào)整等動(dòng)作界面，完善了壓力機(jī)的自動(dòng)監(jiān)控功能，遠(yuǎn)程控制診斷技術(shù)。

（2）裝模高度、氣墊行程自動(dòng)調(diào)整

全自動(dòng)換模工藝的開發(fā)，引導(dǎo)了壓力機(jī)采用裝模高度自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)開發(fā)，目前采用絕對(duì)位置量旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)位移量，通過觸摸屏顯示和設(shè)定參數(shù)、PLC編程控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)整定位精度達(dá)0.1 mm，完全滿足全自動(dòng)換模要求。

（3）氣壓自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)

不同的模具，壓力機(jī)的平衡器、氣墊壓力也不同，自動(dòng)調(diào)整壓力機(jī)平衡器、氣墊壓力是自動(dòng)化換模系統(tǒng)的需要。目前壓力機(jī)采用壓力傳感器檢測(cè)、電磁閥控制、PLC編程實(shí)現(xiàn)了平衡器和氣墊的氣壓自動(dòng)調(diào)整。

（4）模具自動(dòng)夾緊、放松系統(tǒng)

全自動(dòng)換模的另外一個(gè)要求就是模具夾緊器的自動(dòng)運(yùn)行及模具識(shí)別管理，通過調(diào)用PLC中已存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)的模具參數(shù)，被選中執(zhí)行動(dòng)作的可移動(dòng)式模具夾緊器自動(dòng)進(jìn)行夾緊或放松。

（5）功能完善的觸摸屏技術(shù)

針對(duì)壓力機(jī)高度自動(dòng)化的操作要求，開發(fā)觸摸屏應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、故障信號(hào)報(bào)警、操作提示等功能，方便操作和檢修，體現(xiàn)出良好的人機(jī)操作性能。

4 結(jié)語

全自動(dòng)換模系統(tǒng)的應(yīng)用，大大地縮短了模具更換時(shí)間，提高了整線的利用率，且系統(tǒng)符合柔性需求，更安全可靠。在全自動(dòng)換模系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了模具的自動(dòng)識(shí)別與提取、模具工作參數(shù)自動(dòng)調(diào)用、自動(dòng)調(diào)整等功能。觸摸屏技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，變革了人機(jī)對(duì)話內(nèi)容，使人機(jī)對(duì)話更加簡(jiǎn)單，操作性更強(qiáng)，功能更加齊全。全自動(dòng)換模系統(tǒng)的應(yīng)用既提升了大型沖壓線的自動(dòng)化程度，又提高了生產(chǎn)線的開動(dòng)率，滿足了現(xiàn)代汽車企業(yè)多成型、快轉(zhuǎn)化的要求。

1 呂之明等.汽車制造業(yè)—工藝與裝備.機(jī)械工業(yè)信息研究院，2006（21）

2 賀慶等.壓力機(jī)使用說明書.濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)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(dòng)化沖壓工廠設(shè)備規(guī)劃、設(shè)計(jì)。

（編輯 蔡云生）（

2009―08－06）

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