汽車(chē)頂棚自動(dòng)生產(chǎn)線探析與實(shí)施

楊明才

摘 要：本文的研究針對(duì)汽車(chē)頂棚自動(dòng)生產(chǎn)線，主要運(yùn)用到取料機(jī)構(gòu)、循環(huán)鏈條機(jī)構(gòu)、烘箱、上料機(jī)構(gòu)和壓機(jī)來(lái)完成產(chǎn)品加工，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化，具有操作簡(jiǎn)單、效率高、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)的特點(diǎn)。上料機(jī)構(gòu)的改進(jìn)達(dá)到了取料時(shí)定位準(zhǔn)確、平穩(wěn)運(yùn)送，PU板材在運(yùn)送過(guò)程仍可以橫向和縱向調(diào)整，全方位做到定位準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)頂棚;自動(dòng);生產(chǎn)線

1 汽車(chē)頂棚自動(dòng)生產(chǎn)線背景技術(shù)

隨著人們生活水平地提高，汽車(chē)已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，據(jù)中汽協(xié)發(fā)布2019年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量數(shù)據(jù)顯示，本年汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成2，572.1萬(wàn)輛和2，576.9萬(wàn)輛。對(duì)于這么一個(gè)市場(chǎng)巨大，而技術(shù)、資金、人員密集型的產(chǎn)業(yè)，如何提高其生產(chǎn)效率，是當(dāng)下噬待解決的問(wèn)題。

作為汽車(chē)的重要組成部份汽車(chē)頂棚，它介于汽車(chē)硬內(nèi)飾與軟內(nèi)飾之間，在生產(chǎn)的時(shí)候既要保證硬內(nèi)飾的高精度，又要解決軟內(nèi)飾由于原材料軟造成在工裝上如何精確放置的問(wèn)題;汽車(chē)頂棚主流生產(chǎn)方法有干法和濕法兩種，現(xiàn)就對(duì)于我多年汽車(chē)內(nèi)飾件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)制造的頂棚干發(fā)生產(chǎn)線進(jìn)行探討。

2 汽車(chē)頂棚自動(dòng)化生產(chǎn)的難點(diǎn)探析

（1）如何達(dá)到高效率多品種小批量柔性化生產(chǎn)。現(xiàn)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(duì)應(yīng)，這樣通用性差，不能滿(mǎn)足多品種小批量柔性化生產(chǎn)，而拋料方式利用傳送帶進(jìn)行拋料，通用性好，但基材傳到模具時(shí)候定位精度差，需人工輔助定位，不能達(dá)到自動(dòng)生產(chǎn)的目的。

（2）頂棚生產(chǎn)是將基材與無(wú)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(shí)面料為軟質(zhì)材料，定位難保證，如何自動(dòng)地將種材質(zhì)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(shè)備綜合效率，在保證設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，那就必須減少更換工裝、模具的時(shí)間以及設(shè)備調(diào)整時(shí)間。

（4）要達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)就是設(shè)備的大腦，各數(shù)據(jù)如何的有效采集，系統(tǒng)如何自動(dòng)的穩(wěn)定地運(yùn)行，如何達(dá)到工人對(duì)設(shè)備的一鍵運(yùn)行操作。

3 汽車(chē)頂棚自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)施

3.1 機(jī)械方面的設(shè)計(jì)與實(shí)施

要達(dá)到高效率多品種小批量柔性化生產(chǎn)，我們首先要解決柔性化生產(chǎn)，在此我們將帶側(cè)彎板鏈對(duì)稱(chēng)安裝在兩根大梁上形成閉環(huán)的循環(huán)鏈條送料機(jī)構(gòu)，大梁分為上料位、預(yù)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(chǎn)品成型時(shí)拉破，壓制成型位的大梁可根據(jù)模具的位置設(shè)定成型時(shí)的高度，再將大梁安裝在5套絲杠自動(dòng)調(diào)寬裝置上;對(duì)于不同的產(chǎn)品，換好模后只要在人機(jī)界面上調(diào)整相關(guān)的參數(shù)，如調(diào)寬絲杠的寬度，成型位大梁的高度，成型的壓力等，就可滿(mǎn)足下一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

3.1.1 上料抓取

其包括機(jī)架、基材上料車(chē)、針刺負(fù)壓吸附組合抓料機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)帶動(dòng)的滾珠絲杠與直線導(dǎo)軌組合升降機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)的基材上料車(chē)水平行走機(jī)構(gòu)。設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，絲杠帶動(dòng)針刺負(fù)壓吸附組合抓料機(jī)構(gòu)下降，當(dāng)感應(yīng)到基材時(shí)伺服停止，針刺負(fù)壓吸附組合抓料機(jī)構(gòu)抓取基材，抓取基材完成后經(jīng)由齒輪齒條傳動(dòng)的基材上料車(chē)水平行走機(jī)構(gòu)將基材送到基材調(diào)整工位的調(diào)整托盤(pán)上。為保證上料抓取的穩(wěn)定可靠，針刺負(fù)壓吸附組合抓料機(jī)構(gòu)采用互成90度錯(cuò)位對(duì)插工件、確保能平穩(wěn)插取工件，加有真空吸盤(pán)輔助取料，避免掉料的問(wèn)題。

3.1.2 基材調(diào)整穿刺

此部件由傳動(dòng)、張緊、平推、壓料、托料臺(tái)等幾部分組成?；纳狭宪?chē)到達(dá)指定位置時(shí)，信號(hào)反饋到電磁閥，各部件開(kāi)始順布動(dòng)作。托料平臺(tái)上升到達(dá)高位，此時(shí)針刺負(fù)壓吸附組合抓料機(jī)構(gòu)將基材放至托料臺(tái)上;四組平推氣缸分別從橫向和縱向?qū)倪M(jìn)生對(duì)中調(diào)整，從而?；姆胖玫臏?zhǔn)確，然后經(jīng)壓料機(jī)構(gòu)將基材穿刺到帶側(cè)彎板鏈上。

3.1.3 烘烤

汽車(chē)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(guī)定的工藝溫度，而其烘烤到規(guī)定的工藝溫度的時(shí)間的長(zhǎng)短，是制約頂棚產(chǎn)能的瓶頸。為此，我們把基材進(jìn)行兩次烘烤，即預(yù)加熱和主加熱，同時(shí)，為節(jié)能高效，對(duì)烘箱也進(jìn)行了改進(jìn)。烘箱機(jī)架采用150#方管焊接而成，四周均有100mm厚的保溫隔層，加強(qiáng)了保溫效果，減少了熱損耗;熱源上、下兩層為遠(yuǎn)紅外線電加熱板，它將電能有效轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)紅外輻射能，直接傳遞給基材，迅速轉(zhuǎn)化為分子熱運(yùn)動(dòng)，由內(nèi)向外烘烤，達(dá)到快速烘烤目的，并有顯著節(jié)能效果;每層加熱共有10個(gè)區(qū)，采用西門(mén)子S7-200系統(tǒng)進(jìn)行PID溫度控制，使的控溫精確，烘箱烘烤穩(wěn)定性好。

3.1.4 壓制成型

經(jīng)過(guò)烘烤后的基材和由面料上料機(jī)構(gòu)送來(lái)的面料在此工位疊合后，大梁下降至低位，此時(shí)壓機(jī)下降，將重疊后的基材和面料壓制成型。此部分和國(guó)內(nèi)的半自動(dòng)生產(chǎn)線的原理相同，但本線采用機(jī)械定位和拉緊面料，取代了半自動(dòng)線上的人工操作。提高了工作效率、安全性和產(chǎn)品質(zhì)量。

3.1.5 面料上料機(jī)構(gòu)

氣缸、道軌、滑塊、帶釘子夾料裝置、面料托板。面料供給機(jī)構(gòu)采用兩側(cè)釘板夾持式送料，面料鋪設(shè)完畢后，人工給系統(tǒng)一個(gè)信號(hào)，面料夾持架抬高至最高位，待壓機(jī)回程到位后，面料夾持架開(kāi)始向壓機(jī)移動(dòng)同時(shí)大梁開(kāi)始上升。此時(shí)主鏈開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，將烘好的基材送至面料下端，夾持架下降，壓機(jī)下降進(jìn)行壓制成型。當(dāng)壓機(jī)到達(dá)低位時(shí)，面料的夾持架開(kāi)始返回，進(jìn)行下一工序的準(zhǔn)備工作。

3.1.6 快速換模機(jī)構(gòu)

快速換模主要由移出模臺(tái)、移出模臺(tái)舉升機(jī)構(gòu)和移模牽引機(jī)構(gòu)組成。移出模臺(tái)采用200mmx100mm方管和20mm鋼板焊接制成，高度為240mm;移除模臺(tái)機(jī)架采用150#方管焊接制成，上面裝有兩排滑輪機(jī)構(gòu);壓機(jī)下模座內(nèi)設(shè)有滑輪舉升機(jī)構(gòu)。其能保證普通操作工人按照設(shè)備操作規(guī)程在無(wú)須任何工具的情況下，15分鐘內(nèi)可換一副重達(dá)5T的任何模具。以達(dá)到快速換模，其操作方便、安全。

3.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.2.1 自動(dòng)控制元器件的選擇

頂棚生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件包含西門(mén)子PLC SIMATIC S7-1200控制器，人機(jī)界面KTP1200 Basic PN、數(shù)字量輸入輸出模塊、高速計(jì)數(shù)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(wú)紡布面料在壓機(jī)內(nèi)精確的重疊，因此采用了絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)伺服帶動(dòng)循環(huán)鏈條的運(yùn)動(dòng)距離進(jìn)行檢測(cè)、運(yùn)算、重新定位，以防止因循環(huán)鏈條在烘箱中烘烤的熱脹冷縮，使的伺服轉(zhuǎn)的圈數(shù)一樣但循環(huán)鏈條的運(yùn)動(dòng)距離卻不一定會(huì)相同造成的基材與面料重疊不準(zhǔn)。同時(shí)由于絕值旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)角度用數(shù)字輸出，不會(huì)因干擾發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)亂;測(cè)量數(shù)據(jù)為絕對(duì)的角度，且在斷電時(shí)也可存儲(chǔ)，因此在任何時(shí)候都能讀取并算出循環(huán)鏈條的距離，從而有效地防止循環(huán)鏈條送料機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的積累誤差。

對(duì)于不同的產(chǎn)品，我們需對(duì)大梁寬度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并調(diào)整。為此選用了磁致位移傳感器檢測(cè)大梁的寬度，該傳感器將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為絕對(duì)位移值，即使斷電、重接，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，更不用重新調(diào)零。在工作中與絲杠自動(dòng)調(diào)寬組成閉環(huán)的位置控制，換模時(shí)只要輸入相關(guān)的大梁寬度數(shù)據(jù)，就可以完成產(chǎn)品的切換。

在頂棚的壓制成型過(guò)程中，不同的產(chǎn)品成型的壓力不同，為防止壓力波動(dòng)太大造成的壓制成型產(chǎn)品厚薄不均，選用了0-40MPa液壓傳感器有效的實(shí)時(shí)采集壓力信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC進(jìn)行PID運(yùn)算精準(zhǔn)控制SINAMICS V90伺服帶動(dòng)油泵輸出的流量和壓力的大小。

烘箱溫度控制的精準(zhǔn)與穩(wěn)定，是頂棚生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的基本保證;為此我們選用運(yùn)行穩(wěn)定、使用簡(jiǎn)單方便的西門(mén)子PLC CPU 224XP來(lái)控制;K分度熱電將檢測(cè)烘箱實(shí)際溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)溫度數(shù)據(jù)采集模塊EM231（4路輸入熱電偶）將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng)的溫度信號(hào)，PLC進(jìn)行PID運(yùn)算，由數(shù)字輸出模塊EM222 輸出24V開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制三相固態(tài)繼電器通斷從而來(lái)控制遠(yuǎn)紅外線發(fā)熱板的加熱。

設(shè)備要自動(dòng)化運(yùn)行，安全是基礎(chǔ);為此，在所有電機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)都安裝超限行程保護(hù)，在所有不能加防護(hù)的運(yùn)動(dòng)部件位都安裝安全保護(hù)光幕。同時(shí)能檢測(cè)的所有設(shè)備故障數(shù)據(jù)都會(huì)在人機(jī)界面上進(jìn)行報(bào)警提示。

3.2.2 自動(dòng)化控制所達(dá)到的效果

PLC程序經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化和運(yùn)行。頂棚自動(dòng)化生產(chǎn)線在自動(dòng)化系統(tǒng)地控制下，實(shí)現(xiàn)了從基材上料、基材對(duì)中調(diào)整、基材穿刺、預(yù)加熱、主加熱、壓制成型、面料上料全部的自動(dòng)化運(yùn)行，運(yùn)行中的所有參數(shù)都可在人機(jī)界面上查看;為弱化設(shè)備操作對(duì)工人文化素質(zhì)的要求。開(kāi)發(fā)了整機(jī)一鍵復(fù)位、一鍵運(yùn)行程序，達(dá)到工人對(duì)設(shè)備的一鍵運(yùn)行操作;由原來(lái)的工人來(lái)操作設(shè)備生產(chǎn)變成了設(shè)備拉動(dòng)工人生產(chǎn)（工人僅需在規(guī)定的間取料就行）。

在中國(guó)，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(shè)備的自動(dòng)化改造是一個(gè)有效的途徑。這次我公司的頂棚生產(chǎn)線的投入生產(chǎn)，員工由原來(lái)的2人減少到1人，而班產(chǎn)卻由原來(lái)的200件/班提升到450/班，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)大大的降低的工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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