新型包邊機總體設(shè)計方案與控制的實現(xiàn)

夏鳳鳴，劉 英，眭蓓蓓，房友盼

(南京林業(yè)大學(xué)機械電子工程學(xué)院，江蘇南京 210037)

隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，車型更新日新月異，汽車的質(zhì)量在不斷提高。車門包邊質(zhì)量的好壞直接影響汽車車身的外觀質(zhì)量。一般汽車車門由內(nèi)板總成和外板構(gòu)成，內(nèi)板總成主要是由車門內(nèi)板、窗框、加強小件、防撞桿等件通過焊接而成。車門包邊是先將內(nèi)、外板扣合，然后使車門外板邊緣塑性變形將內(nèi)板總成的一部分邊緣包住，包邊量在5～15mm。有的車門包邊完成后還需要采用弧焊或點焊的方法進(jìn)行補焊［1－3］。

目前國內(nèi)外中高檔汽車門的包邊方法主要有模壓包邊、臺式機包邊和機器人滾壓包邊。模壓包邊需配大型壓機，造價高且占地面積大、噪聲大，因此一般廠家不采用此法。臺式機包邊是將機電一體化技術(shù)運用于專用臺式機，用于汽車門包邊，結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、成本適中、質(zhì)量穩(wěn)定，缺點是設(shè)備專用性強，通用程度低。機器人滾壓包邊，是通過機器人手臂上安裝的輥子進(jìn)行滾壓包邊，其靈活性強，包邊精度高，但與模壓包邊相比工作效率較低，因此只適用于產(chǎn)能要求不高的生產(chǎn)線［4－6］。

目前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)主要采用的是液壓包邊機，該機以其生產(chǎn)效率高、包邊質(zhì)量好、設(shè)備占地面積小、設(shè)備投資少、維修方便等特點成為汽車生產(chǎn)企業(yè)的首選。本文研究的新型包邊機亦屬于液壓包邊機。

1 包邊工藝介紹

汽車門蓋類零件的成形工藝主要是包邊，即將汽車門蓋外板的外緣部分壓彎覆蓋在內(nèi)板上，這樣不僅可以保證外觀光潔，而且可以提高車門的剛度和強度。

為保證包邊的質(zhì)量，在包邊之前會對內(nèi)板進(jìn)行定位，包邊時一般很難將90°的翻邊一步就翻折至0°，因此將包邊步驟分為兩步:首先是將翻邊從90°翻折至45°，稱之為預(yù)包邊;然后再從 45°處翻折至0°并壓實，稱之為終包邊。包邊過程見表1。汽車車門包邊效果如圖1所示。

圖1 車門包邊效果圖

2 新型包邊機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型包邊機主機主要由以下幾個部分組成:舉升裝置、壓緊定位裝置、外?？?、包邊組件(包含預(yù)包邊上模和終包邊上模等)。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

新型包邊機采用龍門架式結(jié)構(gòu)，龍門架固定在大底板上，其頂端設(shè)有氣缸，在包邊過程中由氣缸驅(qū)動壓緊裝置對包邊件內(nèi)板進(jìn)行定位、壓緊。大底板上還固定有外?？蚝?個起驅(qū)動作用的油缸。底模底部和外?？蛑g設(shè)有導(dǎo)向裝置，底模四周和外模框內(nèi)部在接近端部的位置采用過渡配合，起到定位作用。底模在3個油缸的驅(qū)動下，通過導(dǎo)向裝置和外?？蜻M(jìn)行限位，實現(xiàn)精確運動。底模的底部中心位置安裝了一個氣缸，以完成包邊機的頂出動作。預(yù)包上模和終包上模固定在包邊總成支架上，包邊總成上設(shè)有驅(qū)動油缸。在預(yù)包邊時，預(yù)包上模在油缸的驅(qū)動下運動，到達(dá)指定位置，底模再由固定在大底板上的3個油缸驅(qū)動上升，實現(xiàn)預(yù)包邊。終包邊的過程和預(yù)包邊一樣，只是參與工作的上模是終包邊上模。

表1 包邊工藝過程

圖2 新型包邊機結(jié)構(gòu)示意圖

相對于舊包邊機而言，新型包邊機在以下幾個方面做了改進(jìn)，見表2。

表2 新型包邊機的改進(jìn)內(nèi)容

3 新型包邊機工作原理

新型包邊機采用上模塊運動到位形成一個完整的型面之后再由底模托著工件向上運動的總體設(shè)計方案。工作時，首先頂出器上升到位，工人將要包邊的板料放在頂出器上，頂出器下降到位，壓緊定位裝置下行壓緊，預(yù)包邊模塊運動到位，底模上升完成預(yù)包邊，然后底模下降，預(yù)包邊模塊回位，包邊模塊運動到位，底模再次上升完成終包邊，最后底模下降，包邊模塊回位，壓緊定位裝置上行回位。

具體流程如下:

a．按下啟動按鈕后，頂出器上升觸碰限位開關(guān)后停止，并在原位停留30s，工人將要包邊的板料放在頂出器上;

b．定時結(jié)束，頂出器下降，觸碰限位開關(guān)，頂出器停止下降，壓緊定位裝置下行;

c．壓緊定位裝置在下行時觸碰限位開關(guān)，下行停止，預(yù)包邊模塊運動;

d．預(yù)包邊模塊觸碰限位開關(guān)，運動停止，底模上升;

e．底模上升觸碰限位開關(guān)，延時30s;

f．定時結(jié)束，底模下降，觸碰限位開關(guān)，底模停止下行，預(yù)包邊模塊回到初始位置;

g．預(yù)包邊模塊觸碰限位開關(guān)，停止運動，包邊模塊運動;

h．包邊模塊運動觸碰限位開關(guān)，停止運動，底模上升;底模上升再次觸碰限位開關(guān)，停止運動，定時器定時30s;

i．定時結(jié)束，底模向下運動;底模再次觸碰限位開關(guān)，停止運動，包邊模塊回到初始位置;

j．包邊模塊觸碰限位開關(guān)，包邊模塊停止運動，壓緊定位裝置向上運動，觸碰限位開關(guān)，停止運動。

4 新型包邊機的控制方案

新型包邊機采用PLC對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過獲取各檢測點傳感器的數(shù)據(jù)，由程序進(jìn)行邏輯判斷，從而實現(xiàn)對包邊機運動的實時控制。例如:頂出器下降時一旦碰到限位開關(guān)，PLC可以檢測到該信號，程序會自動跳轉(zhuǎn)發(fā)出指令，頂出器停止下降。

4．1 控制參數(shù)

根據(jù)控制要求，PLC有11個輸入端口，分別為X0～X7，X10～X12，用于讀取啟動按鈕以及各限位開關(guān)的開關(guān)狀態(tài);有10個輸出端口，分別為Y0～Y7，Y10～Y11，用于控制各氣缸、油缸的工作狀態(tài)。具體分配見表3。

表3 PLCI/O端口分配表

4．2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖又稱為順序功能圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的圖形，是設(shè)計可編程序控制器中順序控制程序的有力工具［7］。新型包邊機控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

5 結(jié)束語

本文介紹了汽車車門的包邊工藝，分析了新型包邊機的結(jié)構(gòu)與工作原理。新型包邊機現(xiàn)已應(yīng)用于北汽福田南海工廠，其加工效率為30件/h，產(chǎn)品合格率達(dá)到98%以上，底模型面精度達(dá)±0．1mm，零件重復(fù)定位精度達(dá)0．2mm，包邊后零件重復(fù)精度0．15mm，厚度誤差小于 0．3mm，零件周邊尺寸誤差小于±0．5mm，加工工件質(zhì)量高，包邊處正反面平整，無接刀產(chǎn)生的折皺現(xiàn)象，拐角部位平整嚴(yán)實，外沿平順，性能穩(wěn)定，成本低廉，滿足了用戶的工藝要求，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］ 鄔華輝，孫躍東，周萍．汽車外覆蓋件包邊要求及表面質(zhì)量分析［J］．制造業(yè)自動化，2012，34(7):32 －36．

［2］ 武敬偉，賈麗剛，張玉珠．某車型包邊機強度分析及改進(jìn)［J］．企業(yè)科技與發(fā)展，2010(22):76－80．

［3］ 程楠．基于CN100車型臺式包邊機的設(shè)計［J］．汽車工藝與材料，2012(10):61 －64．

［4］ 林瓊，宮正軍．汽車覆蓋件包邊機及油壓機上壓合模的研究［J］．汽車工藝與材料，2010(12):55 －60．

［5］ 林海，蘇傳慶．淺談車身開閉件包邊［J］．機械與電子，2011(19):121－122．

［6］ 艾義軍，周杰．淺談微車包邊機包邊機構(gòu)［J］．鍛壓裝備與制造技術(shù)，2009(4):51 －52．

［7］ 向曉漢，王寶銀．三菱FX系列PLC完全精通教程［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012．