帶有紅外檢測(cè)功能的汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線
——板材FMC

卞正其，王 亮，張志兵

（揚(yáng)力集團(tuán) 江蘇揚(yáng)力數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

帶有紅外檢測(cè)功能的汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線
——板材FMC

卞正其，王 亮，張志兵

（揚(yáng)力集團(tuán) 江蘇揚(yáng)力數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

利用840D系統(tǒng)（西門子）的通道測(cè)量功能，采用紅外檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)汽車縱梁平板補(bǔ)孔自動(dòng)化、敏捷化，提高設(shè)備的自動(dòng)化程度，降低輔助時(shí)間，降低材料的損耗。

機(jī)械制造自動(dòng)化；板材FMC；汽車縱梁；紅外檢測(cè)

1 引言

伴隨著中國(guó)汽車生產(chǎn)十年的快速增長(zhǎng)，汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線受到汽車車架生產(chǎn)企業(yè)的青睞，該設(shè)備特別適用于載重卡車縱梁平板沖孔加工。用先進(jìn)數(shù)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(chǎn)品質(zhì)量、明顯縮短新品開(kāi)發(fā)周期、大幅度增長(zhǎng)生產(chǎn)率和材料利用率、有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度、促進(jìn)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和增強(qiáng)企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線的組成和主要技術(shù)參數(shù)

卡車縱梁平板坯料經(jīng)沖孔后折彎成U字型縱梁，縱梁上需加工多達(dá)300個(gè)尺寸和形狀不同的安裝用孔。平板坯料長(zhǎng)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(kāi)發(fā)了汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線。盡管國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家不同，設(shè)備的組成各有特色，但是基本組成和主要技術(shù)參數(shù)都大同小異。

2.1 設(shè)備的組成

汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線可以簡(jiǎn)單歸納為五個(gè)組成部分：自動(dòng)上料裝置、自動(dòng)沖孔主機(jī)、自動(dòng)卸料裝置、數(shù)控（NCU）單元以及廢料排出裝置。見(jiàn)圖1所示。

2.2 汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線的主要技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表1）

3 汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線的工作過(guò)程和操作方式

3.1 汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線的工作流程（圖2）

（1）無(wú)孔板材的整體沖孔流程：坯料由自動(dòng)上料裝置運(yùn)送到輥?zhàn)庸ぷ髋_(tái)上，再由對(duì)中裝置完成平板坯料的中線定位，然后按汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線的工作流程完成沖孔，在沖孔過(guò)程中實(shí)現(xiàn)x軸、y軸雙軸聯(lián)動(dòng)功能；完成加工后，將板材送到下料輥?zhàn)由?，夾鉗縮回，機(jī)床各軸回到機(jī)床原點(diǎn)，自動(dòng)卸料裝置將加工后的板材卸到下料臺(tái)車上，至此一塊板材的加工過(guò)程全部完成。

（2）已沖孔板材的補(bǔ)孔工作流程：已沖孔平板經(jīng)對(duì)中裝置完成對(duì)中后，夾鉗夾緊板材，然后執(zhí)行板端檢測(cè)程序，檢測(cè)后回到起始點(diǎn)，夾鉗松開(kāi)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(zhǔn)孔內(nèi)進(jìn)行定位，夾鉗伸出夾住板材，再執(zhí)行沖孔程序，完成補(bǔ)孔加工。

3.2 汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線的設(shè)備操作方式

（1）自動(dòng)循環(huán)操作方式——加工過(guò)程完全由程序控制，只要按下循環(huán)啟動(dòng)鍵，所有的動(dòng)作自動(dòng)執(zhí)行。該種操作方式被稱為在線操作方式即自動(dòng)化生產(chǎn)。

（2）單機(jī)操作方式——用于設(shè)備補(bǔ)孔加工，由操作者通過(guò)鍵盤輸入和專用按鈕實(shí)現(xiàn)單機(jī)動(dòng)作。設(shè)備調(diào)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(shù)控沖孔線的對(duì)中裝置和銷孔定位裝置

汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線中的對(duì)中裝置和銷軸定位裝置的作用是使板材的中心線和機(jī)床y軸的中心基準(zhǔn)線保持一致，實(shí)現(xiàn)夾鉗的正確裝夾。

（1）對(duì)中定位裝置——在同一臺(tái)設(shè)備上按不同的間隔設(shè)有多套結(jié)構(gòu)相同的對(duì)中裝置，根據(jù)要加工的平板長(zhǎng)度選用其中兩套實(shí)現(xiàn)平板的中線定位。其工作原理是通過(guò)有兩段導(dǎo)程相同螺紋旋向相反的絲杠旋轉(zhuǎn)，其上的擋塊相向移動(dòng)將上料輥?zhàn)庸ぷ髋_(tái)上的板材實(shí)現(xiàn)中線定位。同一規(guī)格尺寸的平板只要在第一張板材選定合適的對(duì)中裝置，以后的板材就不需要選擇對(duì)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(bǔ)孔加工中。將銷軸定位裝置的定位銷插入需要補(bǔ)孔的平板的基準(zhǔn)孔內(nèi)，將板材的中心線導(dǎo)正，使其與機(jī)床y軸的中心線對(duì)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(bǔ)孔加工。

由于對(duì)中裝置和銷軸定位裝置不能隨板材的長(zhǎng)度和孔間距的不同而自動(dòng)任意設(shè)定，從而增加了人工調(diào)整的輔助時(shí)間，同時(shí)也會(huì)造成板材的損耗，尤其在補(bǔ)孔功能的實(shí)現(xiàn)上，未能完全達(dá)到全自動(dòng)控制要求，具有其局限性。在用大型機(jī)械壓力機(jī)或大型液壓機(jī)的大批量生產(chǎn)場(chǎng)合，當(dāng)需要用汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線來(lái)補(bǔ)沖漏沖孔時(shí)，由于對(duì)中定位和銷軸定位的局限性，不能滿足生產(chǎn)的需要。紅外補(bǔ)孔功能就是在這種形式下應(yīng)運(yùn)而生的。

5 帶有紅外檢測(cè)功能的銷軸定位裝置——實(shí)現(xiàn)補(bǔ)孔自動(dòng)化

裝有對(duì)中裝置和銷軸定位裝置的伺服)驅(qū)動(dòng)臺(tái)車如圖3所示，在兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)臺(tái)車上各裝有對(duì)中裝置和銷軸定位裝置，兩臺(tái)車的左右移動(dòng)由伺服電機(jī)通過(guò)齒輪齒條實(shí)現(xiàn)，用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向。為了方便控制各自有固定的原點(diǎn)，對(duì)中裝置的絲杠用交流制動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。銷軸定位裝置的定位銷內(nèi)置紅外光敏元器件，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)它沿軸向運(yùn)動(dòng)。

5.1 數(shù)控臺(tái)車的工作過(guò)程

（1）無(wú)孔平板全沖孔的數(shù)控臺(tái)車工作過(guò)程

此時(shí)所有動(dòng)作，同前述無(wú)孔平板全沖孔對(duì)中裝置的動(dòng)作，只需在順序程序中，加入臺(tái)車1、2各自離開(kāi)自己的數(shù)控原點(diǎn)的值就可以了。

（2）已沖孔平板的補(bǔ)孔工作過(guò)程

已沖孔平板在輥?zhàn)庸ぷ髋_(tái)上的定位由臺(tái)車1和臺(tái)車2上的對(duì)中裝置完成，當(dāng)平板被夾鉗夾緊后，對(duì)中裝置松開(kāi)，平板由x軸完成板端在程序起點(diǎn)處定位后，夾鉗松開(kāi)。由數(shù)控系統(tǒng)中的程序運(yùn)行執(zhí)行指令，臺(tái)車1和臺(tái)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(yùn)行到平板的前端基準(zhǔn)孔和后端基準(zhǔn)孔下，銷軸伸出到靠近平板下表面的位置停下，由伺服電機(jī)將內(nèi)置紅外光敏元器件的銷紅外光敏元器件軸前后運(yùn)行。如圖4所示，光敏元器件將執(zhí)行A→B→C→D四個(gè)動(dòng)作。

通道信號(hào)的電平將出現(xiàn)高→低→高→低四個(gè)變化，如圖5所示。

表1 生產(chǎn)線主要技術(shù)參數(shù)

此后數(shù)控臺(tái)車1和2將定位銷軸運(yùn)動(dòng)到基準(zhǔn)孔的正下方，再將銷插入基準(zhǔn)孔內(nèi)，完成銷軸定位后夾鉗重新夾緊板材，執(zhí)行補(bǔ)孔程序，完成板材的補(bǔ)孔過(guò)程。

5.2 紅外檢測(cè)控制原理

采用先進(jìn)的紅外檢測(cè)裝置，在紅外感光的有效范圍內(nèi)對(duì)板材上基準(zhǔn)工藝孔的邊進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)將相應(yīng)的位置值采集到西門子系統(tǒng)中。正常紅外檢測(cè)的誤差為±0.02mm。

5.3 采用紅外補(bǔ)孔的控制原理

圖2工作流程圖

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

機(jī)床對(duì)板材進(jìn)行板邊定位（采用西門子840D系統(tǒng)）的程序：

通過(guò)該子程序的運(yùn)行，板材被定位到固定位置。此時(shí)，板材上的基準(zhǔn)工藝的位置也已經(jīng)確定下來(lái)了。下一步執(zhí)行紅外檢測(cè)基準(zhǔn)工藝孔的程序（檢測(cè)理論上基準(zhǔn)工藝孔的位置值與實(shí)際測(cè)量所得基準(zhǔn)工藝孔的位置值的差值）。

板材前端基準(zhǔn)工藝孔的紅外檢測(cè)程序

執(zhí)行以上程序后，就可以得到板材后端基準(zhǔn)工藝孔在機(jī)床坐標(biāo)系中的實(shí)際坐標(biāo)。

板材前后端兩個(gè)基準(zhǔn)孔的斜率為：

以整張平板的第一個(gè)工藝孔的誤差為基準(zhǔn)，可以計(jì)算出整張平板y方向的補(bǔ)償值。

平板的前端y方向的誤差為：

所以每米y方向的補(bǔ)償為：

在自動(dòng)編程軟件中將這些補(bǔ)償值加到程序里，從而達(dá)到y(tǒng)方向誤差補(bǔ)償?shù)哪康?。在?shí)際編程時(shí)有如下應(yīng)用：

如果在x方向也有誤差，可以參照y方向誤差的補(bǔ)償發(fā)法進(jìn)行補(bǔ)償。

6 總結(jié)

綜上所述，在增加了紅外檢測(cè)功能后，汽車縱梁平板數(shù)控沖孔線成為數(shù)控沖孔自動(dòng)線。圖7所示為我公司所設(shè)計(jì)制造的汽車縱梁平板數(shù)控沖孔自動(dòng)生產(chǎn)線。

該自動(dòng)生產(chǎn)線可以在整個(gè)系統(tǒng)中執(zhí)行自動(dòng)化加工，具備完善的自動(dòng)檢測(cè)功能、完善的監(jiān)控功能、自診斷功能以及實(shí)現(xiàn)對(duì)加工平板的自動(dòng)裝卸和計(jì)件管理功能，所以它是一個(gè)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(jí)篇.

[3]韓學(xué)軍.汽車縱梁沖孔數(shù)控生產(chǎn)線自動(dòng)排刀.鍛壓裝備與制造技術(shù)，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(shè)備電氣控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008，43（1）:26-29.

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

[6]馮小松，陳 帆.卡車大梁的制造技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì).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(shù)控機(jī)床電氣研究與設(shè)計(jì)